30 Апр

Развитие «сотовой энергетики» в малых селах Республики Хакасия




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

С течением времени «железная пята» этаких электростанций

и других промышленных левиафанов

может растоптать и пашню и лес,

ступить на берега прозрачных рек, люди будут мечтать

о глотке чистого воздуха и свежей воды…

Серьезно, очень серьезно подумайте об этом…

(Из беседы В.И. Ленина с Г.М. Кржижановским , 1921 год

Современные нетрадиционные возобновляемые источники энергии НВИЭ оставили позади ставшие привычными ГЭС, ТЭЦ и АЭС. Ни одна авария в ветропарке или на солнечной электростанции не приносит такого ущерба и вреда людям, как аварии и утечки на АЭС, изменение гидрологического режима в результате работы плотины ГЭС (не говоря уже об изменении климата, потере биоразнообразия речной флоры и фауны,

вероятности наведенной сейсмичности и т.д.), отсутствие фильтров и/или аварийные выбросы ТЭЦ.

Однако, долгие дискуссии с поклонниками плотинных и атомных электростанций показали безнадежность этих диалогов: глухой непробиваемой стеной стоит их нежелание видеть реальные альтернативы, нежелание решать проблемы энергообеспечения средствами экологически безопасными и экономически выгодными ДЛЯ ВСЕХ ЛЮДЕЙ, а не только для горстки предпринимателей и дельцов от науки. Это отторжение экологически безопасных альтернатив стало своеобразным маркером, по которому можно определить насколько дальновиден чиновник, олигарх, ученый.

Micro Grid – концепция малой распределенной энергетики. Она предполагает создание на определенных территориях отдельных энергосетевых структур, обладающих собственными источниками энергии и способных взять на себя задачу удовлетворения спроса потребителей, когда центральная сеть не может его обеспечить. Отдельной чертой этого направления является использование возобновляемых источников энергии, которые с каждым годом, в связи с ухудшающейся экологической ситуацией, становятся все более и более актуальными.

Micro Grid могут найти свое применение, в первую очередь, в расположенных вдали от крупных сетевых объектов сельских населенных пунктах. Малая энергетика поможет структурной перестройке энергетики региона – переходу от централизованной системы, использующей крупные источники производства электроэнергии, к использованию разнообразных типов источников энергии, наиболее подходящих к данным природным условиям и особенностям конкретных потребителей. При построении такой энергосистемы важно естественно вписать ее объекты в экологический контекст. Тогда созданная структура будет экологически эстетична, т.е. составит целостную среду, соединяющую природу и технику.

Мы не строим длинные линии электропередачи, а передаем энергию через распределенные системы микросетей. Это позволяет создавать двунаправленные потоки энергии. Как только в определенной зоне возникает избыток энергии, эта зона становится источником энергии для соседних деревень и поселков.  Если микросеть снабжает электроэнергией определенный район, она становится энергетическим аналогом зоны покрытия Wi-Fi.

Мы решаем основную проблему ВИЭ, система Micro Grid позволяет

 -практически забыть о таком весомом аспекте, как аккумуляторные батареи,

гарантирует

— бесперебойное электроснабжение, так как в системе задействованы разные источники энергии, которые страхуют друг друга.

ВИЭ также дают возможность регулировать мощность энергоустановки без ущерба для природы: наращивать или, по необходимости, снижать ее, демонтируя избыточные установки для дальнейшего использования (разобранную солнечную батарею можно продать, можно установить для работы в другом месте). Наиболее распространенные сегодня источники энергии не позволяют этого делать: на АЭС возникает проблема катастрофических аварий, на ГЭС — изменяется уровень водохранилища, ТЭЦ с их выбросами и использованием ископаемого топлива в данном случае вообще вне обсуждения, даже если используют в качестве топлива отходы — слишком велико загрязнение и от разработки угля, и от выбросов ТЭЦ.

-Регулировка мощности без нанесения ущерба природе

Это не совсем привычно. Вернее, совсем не привычно. Однако если сегодня не сделать привычной нетрадиционную возобновляемую энергетику, то завтра нам в лучшем случае придется вновь догонять другие страны по производству экологически безопасных источников энергии. А в худшем… Вторжение человека в природу настолько же велико, насколько ничтожна его способность контролировать природные процессы и последствия антропогенного воздействия, — и катастрофа может произойти значительно раньше, чем закончатся уголь, нефть и газ.

Применение ВНИЭ снижает выбросы СО2, NO2 и др. И их финансирование возможно в рамках привлечения оплаты «квот за выбросы».

-Уже сегодня на базе одного поселка мы снизим выбросы газов! А сколько у нас таких удаленных объектов? Внедрение технологии в глобальном смысле позволит на порядки уменьшить убивающие газы.

Рассредоточение генерирующих мощностей приблизит их к потребителям и должно привести к уменьшению потерь в тепловых и электрических сетях

и повысить энергобезопасность.

Не вдаваясь в детали дискуссии «за» и «против» использования

возобновляемых источников энергии, попытаемся ответить на вопрос: как улучшить качество энергообеспечения конкретной группы потребителей — населения сельских районов? На самом деле, использование возобновляемых источников энергии в сочетании с современными технологиями энергосбережения — одно из немногих практически доступных средств, способных реально повысить качество энергообеспечения сельских потребителей и одновременно снизить техногенные нагрузки на среду обитания.

Возобновляемые энергоресурсы энергии распределены относительно равномерно, поэтому лидерство в их использовании, скорее всего, завоюют страны с квалифицированной рабочей силой, восприимчивостью к нововведениям, эффективными финансовыми структурами и стратегическим предвидением.

Развитие эффективной нетрадиционной энергетики позволит дать населению региона тепло и свет за счет использования местных возобновляемых энергетических ресурсов, обеспечить экологическую безопасность систем энергоснабжения, сохранить невозобновляемые топливно-энергетические ресурсы для будущих поколений.

-Отсутствуют экологические издержки, связанные с добычей, переработкой и транспортировкой ископаемого топлива

Количество сохраненного леса при использовании дифференцированного способа электроснабжения просто несопоставимо, как если бы пришлось тянуть линию к удаленному населенному пункту. Ширина просек регламентируется  требованиями

 (п.п. 2.5.105-2.5.107 ПУЭ). Сохраненный лес – это жизни различных организмов, связанных с ним, в том числе и человек.

Два полюса постмодернистской культуры — экологическая и алгоритмическая эстетика — свидетельствуют о стремлении создать целостную духовную среду, воссоединяющую природу, культуру и технику. Одним из отличий эстетического объекта в природе является его естественное пребывание в экологический контекст. Кабели в этом случае являются панацеей для нас.

Подземные биполярные КЛ постоянного тока требуют минимального землеотвода, не вызывают электромагнитных помех и не оказывают влияния на экологию.

Новая технология строительства кабельных ППТ с учетом надежности и стабильности передач делает проекты подземных КЛ технически и экономически жизнеспособными. C учетом всех факторов (технических, экономических, экологических, эксплуатационных) стоимость подземной КЛ постоянного тока по технологии HVDC Light может быть сопоставима со стоимостью обычной ВЛ.

ГОСТ 20.39.108-85 «Требования по эргономике, обитаемости и технической эстетике»

Солнечно-ветреные подстанции являются достопримечательностью, вызывая интерес, привлекая внимание своими формами. Их мобильность дает определенные возможности в удобном размещении и эстетичном виде. В совокупности с использованием кабельных линий постоянного тока имеют неоспоримые преимущества в сравнении с ВЭЛ и традиционными генерирующими подстанциями.

Экспериментальной площадкой для исследовательского проектирования послужили два небольших посёлка, расположенных в Аскизском районе республики Хакасия. Это место напрочь отрезано от централизованной системы электроснабжения. Небольшое количество электроэнергии люди получают от дизельгенераторов. Присоединение потребителей к единой энергетической системе экономически неоправданно, так как до ближайшей линии электропередачи слишком большое расстояние. Кроме того, линия проходящая вблизи поселков, слишком большого класса напряжения – 220 кВ. В итоге пришли к мысли о проектировании в этом месте изолированной системы электроснабжения с распределённой генерацией.

 В ходе работы было получено оптимальное сочетание источников энергии. Система представляет совокупную работу ветрогенераторов, солнечных панелей и дополнительного источника дизельной электростанции малой мощности. Структурная схема приведена на Рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема электроснабжения населенных пуктов

Для электроснабжения сёл Кубайка, Большой Он, Малый Анзас используется 1160 солнечных панелей по 250 Вт. Энергия, выработанная всеми панелями, стекается в щиты постоянного тока. С щитов постоянного тока электроэнергия распределяется по посёлку. В каждом доме установлен инвертор, который из постоянного тока напряжением 220 В делает переменный ток на напряжение 220 В.

Также установлено 7 ветро-генераторов, суммарно установленная мощность которых равна 70 кВт. Выработанная ими электроэнергия поступает в выпрямитель, который преобразует 380 вольт переменного напряжения в 220 вольт постоянного напряжения, и дальше электроэнергия поступает к потребителю на его инвертор.

Установлено три дезельгенератора, которые будут включаться в то время, когда нет ни солнца, ни ветра. Суммарно установленная их мощность равна 360 кВт. Выработка электроэнергии происходит на напряжении 380 вольт. В дальнейшем выработанная электроэнергия поступает в выпрямитель, который преобразует 380 вольт переменного напряжения в 220 вольт постоянного напряжения.

Также установлены аккумуляторные батареи серии LT – LYP 300 литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) компании ЛИОТЕХ номинальной емкостью на 300 А*ч. в количестве 248.

Соединения источников генерации электроэнергии и потребителей выполнены самонесущими изолированными проводами (СИП). Данное решение позволило добиться минимума потерь напряжения и мощности, передаваемой по кабельным линиям.

Сложно синхронизировать такое большой количество источников электроэнергии. Род и величина тока на выходе каждого источника различны. Эта проблема решается следующим путём. Вся генерируемая энергия должна быть на постоянном токе, и только в этом случае не возникнет проблем с синхронизацией трех источников питания. Для реализации превращений электроэнергии используются инверторы, выпрямители и конверторы напряжения.

Система управления электроснабжением является очень важным элементом микросети. Количество выработанной энергии в системе с нетрадиционными источниками зависит от погодных условий, соответственно в такой системе электроэнергетический режим работы слишком изменчив (по сравнению с традиционной системой централизованного электроснабжения) и складываться будет иногда даже непредсказуемо. Из этого следует, что для обеспечения нормальной, надёжной работы требуется система управления электропотреблением. Задача этой системы – слежение за генерируемой электроэнергией и, в зависимости от её количества, управление количеством запитанных потребителей. То есть управляющее воздействие должно передаваться на отключение или включение нагрузки.

Для того, чтобы реализовать такую функцию, понадобятся такие подсистемы, как измерительная, расчётная, анализирующая, формирующая управляющее воздействие. А кроме того, понадобятся устройства и комплексы коммуникации, каналы передачи и системы хранения данных. Звучит сложно и дорого, но в результате изысканий представлено следующее устройство.

Компанией АВВ был выпущен воздушный автоматический выключатель Emax 2 c функцией EkipPowerController. Данная функция встроена в электронные расцепители защиты выключателя и потому не требуется каких-либо сложных систем управления и измерения, внедрения специального программного обеспечения. Функция основана на запатентованном алгоритме расчёта. При этом команды формируются, исходя из списка приоритета, составленного пользователем. Алгоритм базируется на расчете среднего за указанный период времени энергопотребления, предел которого устанавливается пользователем. В случае уменьшения генерирующей мощности EkipPowerController вступает в действие и возвращает потребление в допустимые пределы.

Кроме того, автоматический выключатель, оборудованный функцией EkipPowerController, сможет не только управлять коммутационными аппаратами пассивных нагрузок, но и при необходимости отдавать команды управления резервным генератором.

Команда управления может быть подана двумя различными способами: сигналом на реле отключения или включения привода аппарата, коммутирующего нагрузки, либо через систему коммуникации.

Для реализации такой системы контроля достаточно установить один автоматический выключатель с данной функцией в качестве вводного в распределительном щите.

Таким образом, выключатель Emax 2 и является ядром системы управления электроэнергетическим режимом. Применение этого выключателя будет хорошим решением для построения микроэнергетических систем, которое позволит значительно уменьшить первоначальные капиталовложения, сложность и время проектирования и реализации системы.

Подведем итог:

Цели

  • Обеспечение населения доступной электроэнергией
  • Снижение затрат на закупку дизельного топлива
  • Стимулирование энергосбережения
  • Повышение энергетической эффективности экономики района

Задачи

  • Вовлечение в топливно-энергетический баланс возобновляемых источников энергии
  • Сокращение затрат населения и бюджетных средств на оплату потребляемых энергетических ресурсов
  • Сокращение расходов бюджета района на обеспечение энергетическими ресурсами
  • Повышение эффективности использования энергетических ресурсов в системах коммунальной инфраструктуры

Ожидаемые результаты

  • Снижение эксплуатационных расходов на обслуживание электростанции
  • Стабильность себестоимости электроэнергии
  • Развитие эко-туризма
  • Снижение выбросов СО2

Список литературы:

  1. https://ru.wikipedia.org
  2. http://www.retscreen.net
  3. http://lib.rosenergoservis.ru/
  4. http://energyznanie.ru/
  5. http://ru.convdocs.org/
  6. http://www.russiagogreen.ru/
  7. http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/RETScreen/ (Surface meteorology and Solar Energy . A renewable energy resource web site (release 6.0). Sponsored by NASA’s Earth Science Enterprise Program)
  8. Половников Д.А., Ельникова В.Ю. ОЦЕНКА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ ХАКАСИЯ (РХ) РЕСУРСАМИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (ВИЭ) // Международный научно-исследовательский журнал : Сборник по результатам XXXII заочной научной конференции ResearchJournalofInternationalStudies. Екатеринбург : МНИЖ – 2014. – № 10(29) Часть 2. – С. 52 -56.
  9. http://www.ooonpk.energoportal.ru/trehfaznyj-transformator-50kva-751328.html
  10. http://www.elp.ru/digest/Transformatory-drosseli-reaktory-stabilizatory/Transformatory-obschego-naznacheniya-suhie/Transformatory-obschego-naznacheniya-suhie-Klass-napryazheniya-do-1-kV/Trehfaznye-transformatory-serii-TS-TSZ
  11. http://www.tyumen-battery.ru/99/208
  12. http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2014/etf/kolot/library/article10.htm.
    Развитие «сотовой энергетики» в малых селах Республики Хакасия
    Конечной целью нашей работы является построение модуля системы электроснабжения децентрализованных потребителей малых сел республики Хакасия. Задачи, которые стояли перед нами, вовлечение в топливно-энергетический баланс возобновляемых источников энергии, сокращение затрат населения и бюджетных средств на оплату потребляемых энергетических ресурсов, сокращение расходов бюджета района на обеспечение энергетическими ресурсами, нахождение оптимального сочетания источников энергии, разработка схемы подачи электроэнергии, разработка системы управления. Методы, использованные в ходе работы, картографический анализ, математические расчеты, моделирование, статистический метод и др.. Результатом нашей работы является технико-экономическое обоснование систем децентрализованного электроснабжения. Мы разработали оптимальную систему подачи электроэнергии. Критерий оптимальности надежность, бесперебойность, минимум затрат. Вывод проделанная работа имеет большое значение для регионов Российской федерации, потенциал использования велик.
    Written by: Чемерская Валерия Владимировна, Ельникова Виктория Юрьевна, Кузнецов Павел Сергеевич, Кузнецов Петр Сергеевич
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 03/27/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_4(13)
    Available in: Ebook