ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ
Статья поступила в редакцию 01.06.13. Ред. рег. № 1658 The article has entered in publishing office 01.06.13. Ed. reg. No. 1658
УДК 621.31
ИСТОЧНИКИ РЕГУЛИРУЕМОЙ МОЩНОСТИ В МИКРОСЕТЯХ
1 2 3 2
В.Б. Адомавичюс, В.В. Харченко, И.Ю. Валицкас, В.А. Гусаров
1 Каунасский технологический университет Литва, LT-51367 Каунас, Студенту 48-205 Центр возобновляемой энергетики, КТУ, Литва Тел. +370 37 351181, e-mail: vytautas.adomavicius@ktu.lt, www.ktu.lt
2 Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) 109456, Москва, 1-й Вешняковский проезд, 2, ВИЭСХ. Тел.: (499)171-19-20, факс: (499) 170-51-01, e-mail: viesh@dol.ru, www.viesh.ru
3 Паневежский институт КТУ, факультет технологий, Литва С. Дауканто 12, ЛТ-35212 Паневежис, Литва Тел.: +370 45 514301, факс: +370 45 516161, e-mail: jonas.valickas@ktu.lt
Заключение совета рецензентов 03.06.13 Заключение совета экспертов 05.06.13 Принято к публикации 06.06.13
В статье анализируются источники энергии регулируемой мощности, пригодные для применения в микросетях, а также их свойства, необходимые для обеспечения надежного и эффективного функционирования микросети. Дается обзор существующих и перспективных источников энергии регулируемой мощности, пределы колебания их основных параметров, которые целесообразно учесть в стадии разработки экономически эффективной микросети.
Ключевые слова: микросети, возобновляемая энергия, источники регулируемой мощности.
ADJUSTABLE POWER SOURCES IN MICROGRIDS
1 2 3 2
V. Adomavicius, V.V. Kharchenko, J. Valickas, V.F. Gusarov
1 Kaunas University of Technology (KTU) Lithuania, LT-51367 Kaunas, Studentu 48-205 Тел. +370 37 351181, e-mail: vytautas.adomavicius@ktu.lt, www.ktu.lt
2 All-Russian Scientific Research Institute for Electrification of Agriculture (VIESH) VIESH, 1st Veshnyakovsky pr., 2, Moscow, 109456, Russia Tel. 171-19-20; e-mail: viesh@dol.ru, www.viesh.ru
3 Panevezys Institute at KTU, Faculty of Technologies, Lithuania S. Daukanto 12, LT-35212, Panevezys, Lithuania Tel.: +370 45 514301, fax: +370 45 516161, e-mail: jonas.valickas@ktu.lt
Referred 03.06.13 Expertise 05.06.13 Accepted 06.06.13
Results of analysis of the adjustable power sources suitable for usage in the microgrids are presented in the paper. Wanted peculiarities of the adjustable power sources making operation of microgrids reliable and efficient are discussed. The main technical and financial parameters of already existing and prospective adjustable power sources are presented and discussed. They have to be assessed in the designing stage on purpose to build efficient microgrid.
Keywords: microgrids, renewable energy, adjustable power sources.
Витаутас Адомавичюс
Сведения об авторе: Центр возобновляемой энергетики КТУ, инженер, доктор наук. Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, микросети. Публикации: 157.
Ионас Валицкас
Сведения об авторе: Паневежский институт КТУ, радиоинженер, доктор наук.
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, исследования материалов.
Публикации: 17.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 07 (129) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
Введение
Микросети являются быстро развивающейся перспективной и экономически эффективной технологией производства и распределения энергии с высокой степенью интегрирования возобновляемых источников. Чаще всего микросети целесообразно внедрять в отдаленных местностях. Они также строятся с целью повышения надежности снабжения энергией в тех случаях, когда частота и продолжительность перебоев снабжения становится неприемлемыми. За рубежом микросети применяются для обеспечения энергией небольших предприятий, сельских ферм, студенческих городков, военных частей разных родов войск, поселков, деревней и т.д. Быстрое развитие микросетей намечается и в будущем. Прогнозируемый рост доходов торговли в области микросетей в мире и в США в ближайшие годы показан на рис. 1.
14000 п
£ 12000 10000
н
§ 8000 ü
S 6000
о d
4000
2000
ОСША □ Мир
"шщ]
а
2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
Рис. 1. Прогнозируемый рост объема торговли в области микросетей в мире и в США Fig. 1. Expected vendor revenue of microgrids in the World and USA (Source: Pike research)
отказаться от применения упомянутых бесплатных и не засоряющих окружающую среду возобновляемых источников энергии в широком масштабе, в микросеть необходимо включить источники энергии с регулируемой мощностью, а также накопители энергии. Такие источники энергии применяются потому, что в микросетях, как и в сети большой электрической энергосистемы, требуется постоянно поддерживать баланс генерируемых и потребляемых мощностей. Одна из возможных схем микросети с двумя источниками регулируемой мощности показана на рис. 2.
ЭСЭС
Как показано на рис. 1, в ближайшие пять лет можно ожидать развития микросетей в мире порядка 3-4 раз. Прогнозируемое дальнейшее снижение цен на солнечные электростанции и топливные элементы (ТЭ) положительно повлияет и на ускорение развития микросетей.
Структура и принципы работы микросети мало отличаются от сети большой (государственной) энергосистемы. В микросети также нужны базовые и регулируемые генераторы энергии. В этой статье основное внимание уделяется регулируемым источникам энергии микросетей.
Генераторы регулируемой мощности
Как известно, характерной чертой электростанций, работающих на основе таких возобновляемых источников как солнце и ветер, является нестабильность мощности, которая сильно зависит от природных условий и может меняться в широком диапазоне. В таком случае, стараясь удовлетворить все нужды потребителей энергии и не
Рис. 2. Схема микросети с источниками регулируемой мощности Fig. 2. Scheme of the microgrid with adjustable power sources
В схему микросети включена солнечная электростанция (СЭС) с фотоэлектрическими модулями ФЭМ, ветряная электростанция ВЭС с полупроводниковым выпрямителям ПВ и генератором Г, накопитель электроэнергии с аккумуляторной батареей АБ, регуляторы заряда батареи РЗ-1 и РЗ-2, когенерационная микроэлектростанция с регулируемой мощностью КМЭС, теплота которой используется потребителями тепловой энергии микросети ПТЭ. Электрическая энергия генераторов микросети используется соответствующими местными потребителями электрической энергии (ПЭЭ). СЭС, АБ и ВЭС имеют общую систему конверсии электроэнергии, в которой каждый источник управляется независимо друг от друга при помощи преобразователей ШУПТ-1-ШУПТ-3 (постоянный ток на входе и на выходе преобразователей). Схема
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 07 (129) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
преобразователей ПТ/ПТ состоит из индукторов Ь, диодов УБ и транзисторов УТ. Все преобразователи работают параллельно на накапливающий конденсатор СК и сетевой инвертор СИ. Свойства системы конверсии электроэнергии нескольких источников с общим инвертором описаны во многих статьях [1-4]. Выключатель В коммутирует местную электросеть МЭС и сеть энергосистемы ЭСЭС, В1 -сетевой инвертор СИ, В2 - КМЭС и В3 - местные потребители электроэнергии. Эта схема позволяет независимо регулировать также и электрическую мощность, текущую в сеть МЭС от батарей АБ через общий инвертор СИ.
Для резервирования и балансирования мощности в микросети могут быть применены как дискретно регулируемые источники, когда сумарная генерируемая мощность всей микросети меняется путем включения или выключения электрических генерирующих установок, работающих на разных видах топлива, так и плавно регулируемые генераторы электроэнергии.
Подходящими регулируемыми источниками энергии в микросетях могут служить:
- системы дизель-генератор,
- топливные элементы с достаточно кроткими переходными процессами регулирования мощности,
- накопители электроэнергии с регулируемой выходной мощностью разных типов, имеющие большую продолжительность разрядки энергии [5],
- накопители электроэнергии с регулируемой выходной мощностью со средней продолжительностью разрядки энергии [5].
Системы дизель-генератор являются
когенерационными микроэлектростанциями
(КМЭС), совместно вырабатывающими
электроэнергию и тепловую энергию. В настоящее время системы дизель-генератор отличаются широким распространением благодаря высоким экономическим показателям. Из них самым важным является коэффициент использования топлива, достигающий 90 % и больше. Это значит, что энергетический потенциал топлива превращается в электрическую и тепловую энергию на 90 %. В микросети выработанная тепловая энергия может применяться для отопления помещений, нагрева воды, в технологических процессах сельского хозяйства, ремесла и других целей. Для отвода тепла от дизеля-генератора к ее потребителям применяется теплоутилизационное оборудование. С этой целью устанавливаются котлы-утилизаторы, отводящие теплоту от отработавших газов дизеля-генератора, и утилизационные теплообменники «вода-вода», отводящие теплоту из контура охлаждения дизельного двигателя.
Когда микросеть работает в автономном режиме, в ней требуется не только балансировать мощность, но одновременно поддерживать стабильную стандартную частоту в микросети (50 Гц). Для этого регулируемые источники энергии в микросети
должны иметь достаточно хорошие динамические характеристики. КМЭС нерегулируемой мощности могут быть применены для покрытия базовых потребностей электроэнергии. Работа КМЭС в микросети очень важна для поддержки стабильного снабжения электрической и тепловой энергии потребителям. От продолжительности их работы зависит себестоимость изготавливаемой энергии, степень загрязнения окружающей среды, и поэтому работа КМЭС должна управляться системой управления микросети по критерию минимальных затрат и минимального загрязнения природы.
Пригодные для применения в микросетях КМЭС разные по своей эффективности. Поэтому после экономического сравнения вариантов выбираются те КМЭС, у которых себестоимость вырабатываемой энергии будет минимальная.
Желате
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.