Статья поступила в редакцию 05.12.13. Ред. рег. № 1893
The article has entered in publishing office 05.12.13 . Ed. reg. No. 1893
УДК 620.91
КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Н.М. Мхитарян, С. О. Кудря, Л.В. Яценко, Л.Я. Шинкаренко, М.Д. Ткаленко, В.И. Будько
Институт возобновляемой энергетики НАН Украины 02094, Украина, Киев, ул. Красногвардейская, д. 20А Тел./факс +38-044-206-28-09, e-mail: renewable@ukr.net
Заключение совета рецензентов: 15.12.13 Заключение совета экспертов: 20.12.13 Принято к публикации: 25.12.13
Представлены результаты исследований в области комплексного использования разных видов возобновляемых источников энергии и систем аккумулирования, что является приоритетным направлением фундаментальных и прикладных исследований Института возобновляемой энергетики НАН Украины.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, комплексные энергосистемы, ветровая энергетика, солнечная энергетика, геотермальная энергетика, малая гидроэнергетика, биоэнергетика, электрохимические аккумуляторы, тепловые аккумуляторы, водород.
COMPLEX USE OF RENEWABLE ENERGY SOURCES N.M. Mhitaryan, S.O. Kudrya, L.V. Yatsenko, L.Y. Shynkarenko, M.D. Tkalenko, V.I. Bud'ko
Institute of renewable energy, NASU Krasnogvardeyskaya20А, 02094, Kiev, Ukraine Phone/fax: +38-044-206-28-09, e-mail: renewable@ukr.net
Referred: 15.12.13 Expertise: 20.12.13 Accepted: 25.12.13
The article presents the results of the research in the field of complex utilization of different types of renewable energy sources and energy storage systems, which is a priority subjest of basic and applied research in the Institute of Renewable Energy NAS of Ukraune.
Keywords: renewable energy sources, integrated power systems, wind energy, solar energy, geothermal energy, small hydropower, bioenergy, electrochemical batteries, thermal batteries, hydrogen.
Введение
Одной из причин ограниченного использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) является дискретность энергетических потоков - периодичность поступления и изменяемость энергетического потенциала, что во многих случаях их использования создает существенные осложнения и не обеспечивает требуемые параметры энергопотребления. Кроме того, в процессе широкомасштабного внедрения оборудования в возобновляемой энергетике появляется проблема создания регулирующих мощностей на основе традиционных энергосистем для обеспечения стабильного энергоснабжения в периоды отсутствия энергии возобновляемых источников. Хотя в некоторых случаях такая необходимость полностью оправдана, в данное время в рамках возобновляемой энергетики существует целый ряд технических
средств и методов решения этой проблемы, в том числе за счет использования аккумуляторов электрической и тепловой энергии.
Высокие технико-экономические показатели применения возобновляемых источников энергии, стабильные рабочие параметры энергетического оборудования и стабильное энергоснабжение потребителей, достигаются при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии, комплексном ее аккумулировании, и при сочетании ВИЭ как между собой, так и с техникой и технологиями традиционной энергетики. Создание эффективных комплексных энергосистем (КЭС) с комплексным использованием различных аккумуляторов энергии позволяет повышать эффективность энергоиспользования ВИЭ на 30-50%, улучшает параметры выработанной энергии и обеспечивает стабильность энергоснабжения потребителей. Современные технологии и
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 17 (139) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
оборудование, а также приемы рационального использования ВИЭ, основанные на комплексном использовании разных видов ВИЭ и аккумуляторов энергии, фактически ликвидируют препятствия к их широкомасштабному внедрению [1, 2].
Научно-техническими проблемами создания и исследования комплексных энергосистем на основе ВИЭ в Украине занимаются уже более 25 лет - в Отделении комплексных энергетических систем на основе ВИЭ (с 1980 по 1987 г. при Киевском политехническом институте, с 1987 по 2003 г. в Институте электродинамики НАН Украины, с 2004 г. - в Институте в возобновляемой энергетики НАН Украины. Ряд научно-технических учреждений и отраслевых институтов занимается отдельными проблемами аккумулирования энергии ВИЭ.
Сфера научно-технических исследований Института возобновляемой энергетики охватывает практически все основные направления освоения энергии возобновляемых источников; приоритетным направлением является комплексное использование разных видов возобновляемых источников энергии и систем аккумулирования, что позволяет компенсировать неравномерное поступление первичной энергии, обеспечивает надежность систем энергосбережения на основе возобновляемых источников энергии и повышает эффективность использования отдельного оборудования.
Основные принципы создания комплексных энергосистем на основе ВИЭ
Отдел комплексных энергосистем института осуществляет фундаментальные и прикладные исследования в области физико-технических проблем комплексного использования энергии возобновляемых источников разных видов с целью:
- повышения энергоэффективности систем энергоснабжения за счет комбинированного использования возобновляемых и нетрадиционных источников энергии;
- повышения надежности функционирования систем электро- и теплоснабжения на основе возобновляемых источников энергии за счет использования разных систем аккумулирования энергии;
- математического моделирования процессов в системах комплексного энергоснабжения и их отдельных элементах для рационального выбора параметров и характеристик систем энергоснабжения и режимов их функционирования;
- анализа современного состояния возобновляемой энергетики в Украине и в мире, определения основных проблем использования возобновляемых источников энергии в Украине, обоснование путей их решения на ближайшую и последующую перспективу.
На данном этапе выделены такие основные направления исследований комплексных энергосистем на основе возобновляемых источников энергии:
- прогнозирование тенденций развития возобновляемой энергетики в Украине и в мире с учетом потенциалов возобновляемых источников энергии разных видов;
- математическое и физическое моделирование параметров, характеристик и режимов функционирования комплексных систем электротеплоснабжения и энерготехнологических узлов, с использованием возобновляемых источников энергии;
- математическое и физическое моделирование параметров, характеристик и режимов процессов и систем аккумулирования энергии.
Основными задачами при создании комплексных энергосистем на основе возобновляемых источников энергии является обеспечение их надежными аккумуляторами энергии и создание эффективного вспомогательного оборудования для снижения флуктуа-ций параметров энергосистем и поддержания необходимых рабочих параметров, а также создание оборудования для автоматического управления режимами их работы.
Оптимальное соотношение отдельных элементов в комплексных энергетических системах на основе ВИЭ определяется с учетом многих факторов, влияющих на работу таких энергосистем, поэтому при их разработке необходимо проведение исследований для каждого конкретного объекта. Первым этапом является определение энергетической эффективности эксплуатации в местах их внедрения.
Для создания эффективных комплексных энергосистем на основе ВИЭ разработан следующий порядок исследований [3, 4]:
1) определение уровня обеспечения конкретного объекта, площадки или местности, традиционными энергоресурсами;
2) установление структуры систем энергоснабжения и энергоиспользования;
3) установление требований к качеству электрической и тепловой энергии, типа и параметров нагрузки;
4) установление требований к почасовому графику энергоснабжения;
5) рассмотрение климатометеорологических условий и наличия энергоресурсов возобновляемых источников с учетом периодичности их поступления;
6) определение наличия количества энергии каждого вида возобновляемых источников;
7) определение оптимального состава комплексной энергосистемы на основе ВИЭ, типа и мощности отдельных ее элементов;
8) определение уровня энергообеспечения объекта за счет оборудования на основе ВИЭ соответствующего состава;
9) проведение анализа энергобаланса комплексной энергосистемы на основе ВИЭ с учетом экологических ограничений, экономической и социальной эффективности; окончательный выбор типа и мощности энергетического оборудования на основе ВИЭ;
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 17 (139) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
10) разработка проекта комплексной энергосистемы на основе ВИЭ с привязкой к местности.
Комплексные энергосистемы на основе возобновляемых источников, предназначенные для энергообеспечения потребителей тепловой и электрической энергией, должны быть оборудованы комплексной системой аккумулирования электрической и тепловой энергии для выравнивания колебаний нагрузок в тепловой и электрической сетях, возникающих в результате периодичности и неравномерности энергоснабжения, и для повышения коэффициента полезного использования энергоустановок. Обязательным является также использование эффективного вспомогательного оборудования для поддержания необходимых рабочих параметров и автоматического управления работой КЭС.
Суть эффективности применения комплексных энергосистем на основе ВИЭ в первую очередь заключается в сбережении традиционных топливно-энергетических ресурсов. Для ее оценки были выбраны такие основные критерии: экономическая эффективность (срок окупаемости), экологическая эффективность, которая является следствием уменьшения потребления органического топлива (охрана и возобновление окружающей среды), социальная эффективность (увеличение рабочих мест, улучшение качества жизни).
При определении эффективности применения комплексных энергосистем на основе возобновляемых источников энергии в основном необходимо ориентироваться на суммарный экономический и экологический эффект Ес [2]:
Ес Еэкон ^ Еэкол,
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.