авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Методология рационального сочетания традиционных и возобновляемых энергоресурсов в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей

-- [ Страница 2 ] --

Для эффективного энергообеспечения потребителей необходимо определить оптимальные параметры гелио- и ветроэнергетических установок на стадии проектирования системы энергоснабжения. Отсутствие зависимости энергообеспечения и технико-экономических показателей от параметров энергоустановок, а также недостаточная проработка методических положений в проектировании системы энергоснабжения не позволяют определить оптимальные параметры ГЭУ и ВЭУ и условия эффективного использования ВИЭ.

На основе анализа состояния изучаемого вопроса и для решения проблемы по рациональному использованию потребляемых энергоресурсов были сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе «Методология определения рационального сочетания традиционных и возобновляемых источников в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей» на основе многоуровневой системы исследования разработаны модели энергообеспечения от системы комплексного энергоснабжения с использованием ВИЭ, функционирования подсистемы энергоснабжения от возобновляемых источников и выбора рационального сочетания традиционных и возобновляемых энергоресурсов в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей.

Изучение рационального сочетания потребляемых энергоресурсов возможно на основе системного подхода. Для достижения поставленной цели разработаны взаимосвязанные методы и модели, имеющие определенную иерархичность в виде различных уровней.

На первом уровне совокупность традиционных и возобновляемых источников, связанных единством задачи, представляется как система комплексного энергоснабжения (СКЭ), которая является элементом более высокой производственной системы. Исследование СКЭ должно быть подчинено главной цели – обеспечению производства качественной продукции при наименьших затратах на энергоресурсы.

Систему энергоснабжения можно представить как совокупность подсистем электро-и теплоснабжения: централизованных (ЭС и ТС) и автономных (МЭС, ТГУ и ВИЭ), имеющих на выходе полезно потребляемую энергию (рис. 1).

  Система комплексного-0

Рисунок 1 – Система комплексного энергоснабжения

с использованием возобновляемых источников энергии:

ЭС, ТС – централизованные системы электро- и теплоснабжения; МЭС – местная электростанция на органическом топливе; ТГУ – теплогенерирующая установка на органическом топливе; ВИЭ – возобновляемый источник;

Условия функционирования исследуемой СКЭ определяется потоком поступающих энергоресурсов на входе и потоком полезной энергии на выходе от каждого источника. Согласно энергетическому балансу, потребная энергия от СКЭ может быть представлена как

, (1)

где Qэс(Qмэс) – потребляемая электроэнергия от ЭС или МЭС; Qтс(Qтгу) – потребляемая тепловая энергия от ТС или ТГУ; Qв.i – полезная энергия, получаемая от i-го возобновляемого источника.

Таким образом, потребная электрическая или тепловая энергия может быть получена от нескольких ВИЭ и традиционного источника



. (2)

Для эффективного энергоснабжения необходимо рационально использовать не только традиционные, но и возобновляемые энергоресурсы. При этом возобновляемый источник может обеспечить только часть потребной энергии и замещать определенную долю традиционно используемого энергетического ресурса. Значит, потребляемая энергия от традиционного источника зависит от условий использования солнечной и ветровой энергии.

На втором уровне исследования разработаны показатели и методы оценки условий использования ВИЭ в системе энергоснабжения. При этом важным показателем системы энергоснабжения является доля замещаемой энергии от i-го возобновляемого источника за расчетный период (сезон, год), которую можно представить как

. (3)

Доля замещаемой энергии от возобновляемых источников зависит от условий энергообеспечения потребителей от ВИЭ. Тогда из состава СКЭ необходимо выделить подсистему энергоснабжения от ВИЭ, которая может быть изучена с морфологической и функциональной точки зрения.

Подсистема ВИЭ, на базе гелио- и ветроэнергетических установок, с морфологической точки зрения изучена. Известны структура, основные элементы и конструктивные особенности ГЭУ и ВЭУ.

Более актуальной является функциональное описание подсистемы ВИЭ. Недостаточно изучены условия функционирования ГЭУ и ВЭУ при раздельном и совместном их использовании в системе энергоснабжения.

На третьем уровне исследуется модель функционирования подсистемы ВИЭ, которую обобщенно можно представить как результат преобразования исходных данных посредством оператора F

, (4)

где I, P – воздействия источника энергии и технологического процесса на выработку энергии от ВИЭ (QB); Z – управляемые параметры энергетической установки; C – воздействия внешней среды.

Модель функционирования исследуемой подсистемы ВИЭ приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Модель функционирования

подсистемы энергоснабжения от ВИЭ:

ИЭ – источник энергии; ЭУ – энергетическая установка; П – потребитель;

хs, хv – энергетические характеристики возобновляемой солнечной (IS) и ветровой (Iv) энергии; Z, – параметры и КПД гелио- и ветроэнергетической установки; QB, QП – вырабатываемая и потребная энергии; Т – технологический процесс, влияющий на режим потребления энергии (Р(t)); С – внешняя среда

В подсистеме ВИЭ входом являются неуправляемые потоки возобновляемой энергии, выходом – вырабатываемая энергия. Тогда исследование подсистемы возможно путем разработки модели функционирования в два этапа.

На первом этапе третьего уровня исследуются энергетические характеристики ВИЭ. Возобновляемый источник имеет ряд особенностей, главные из которых – неуправляемость и случайный характер поступающей энергии. Уровень поступающей солнечной или ветровой энергии в заданные сроки можно определить на основе энергетических характеристик ВИЭ (хs, хv) и вероятности их появления р(х) за время t

. (5)

Для преобразования возобновляемой энергии используются оптимально разработанные по конструкции и с соответствующим КПД () установки модульного типа. Тогда вырабатываемая энергия от ГЭУ и ВЭУ зависит от принятых параметров гелио- и ветроэнергетической установки (Zгэу, Zвэу).

На втором этапе третьего уровня исследуется ожидаемая выработка от ГЭУ и ВЭУ, которую можно определить на основе детерминированной модели. Однако результаты функционирования энергетической установки также будут носить случайный характер. Вырабатываемую энергию от ГЭУ и ВЭУ можно ожидать с определенной вероятностью в течение заданного периода времени

. (6)

Условия потребления энергии играют важную роль в процессе использования ВИЭ. Потребная энергия определяется режимом работы приемников электрической (Рэ.э) и тепловой энергии (Рт.э)

. (7)

Таким образом, для исследования условий использования ВИЭ в системе энергоснабжения необходимо определить основные характеристики модели функционирования подсистемы ВИЭ: энергетические характеристики возобновляемых источников и параметры гелио- и ветроэнергетических установок.

Анализ существующих методов проектирования ГЭУ и ВЭУ показывает, что расчет вырабатываемой энергии лучше производить с удельной поверхности солнечных коллекторов (СК) ГЭУ или ветроколеса (ВК) ВЭУ. Тогда вырабатываемую энергию можно определить как:

для ГЭУ – ; (8)

для ВЭУ – , (9)

где Аск, Авк – соответственно площади СК и ВК; Qв.уд – вырабатываемая энергия с удельной поверхности СК ГЭУ или ВК ВЭУ.

Параметры Аск, Авк в действительности являются основными, когда рассматриваемые солнечные коллекторы в ГЭУ или ветроустановки имеют наилучшие технические характеристики, в частности КПД. При оптимальных параметрах ГЭУ и ВЭУ можно ожидать рациональное использование ВИЭ.

На четвертом уровне исследуются условия выбора рационального сочетания потребляемых энергоресурсов в системе комплексного энергоснабжения. Рациональное сочетание традиционных и возобновляемых энергоресурсов должно обеспечить потребную энергию с минимальными затратами

, (10)

где сi и Qi – соответственно стоимость и количество потребляемой энергии от i-го источника.

После несложных преобразований необходимые затраты на получение электрической или тепловой энергии можно представить в виде

, (11)

где св, ст – соответственно удельные затраты на получение электрической или тепловой энергии от возобновляемого и традиционного источников.

Тогда целевая функция, удельные затраты на потребляемую энергию от системы комплексного энергоснабжения

min. (12)

Для достижения поставленной цели необходимо определить долю замещаемой энергии от ВИЭ. При совместном использовании солнечной и ветровой энергии доля замещаемой энергии определяется из условия

. (13)

Использование ВИЭ в составе СКЭ возможно при условии

, (14)

где – соответственно сроки окупаемости и службы подсистемы энергоснабжения от ВИЭ; КВ – капиталовложения на подсистему ВИЭ.

Доля замещаемой энергии, которая должна быть представлена за расчетный период, зависит от условий согласования возобновляемого источника с потребителем. Для оценки условий согласования и использования ВИЭ для обеспечения потребной энергии требуется разработать специальные показатели.

В третьей главе «Показатели использования возобновляемых источников в системе энергоснабжения и методы их оценки» приведены принципы согласования возобновляемого источника с потребителем и взаимосвязанные показатели, позволяющие оценить условия использования солнечной и ветровой энергии в энергообеспечении потребителей и определить долю потребной энергии замещаемой ВИЭ, а также методы оценки предлагаемых показателей.

В системе энергоснабжения потребляемая энергия может носить случайный характер, как и выработка от ГЭУ и ВЭУ. Поэтому необходимо согласование возобновляемого источника с потребителем.

Для согласования случайных режимов важно определить повторяющиеся циклы в нестационарном процессе. Анализ режимов поступления и потребления возобновляемой энергии показал, что внутри месяца и года такими свойствами обладает суточная сумма как поступающей возобновляемой, так и полезно потребляемой энергии.

Для согласования рассматриваемых режимов существуют различные методы управления. Наиболее распространен метод аккумулирования преобразованной возобновляемой энергии. Тогда аккумулируемую энергию (Qак) следует определить исходя из суточной потребности.

Для оценки суточного энергообеспечения от ВИЭ предлагается коэффициент энергообеспечения, показывающий долю суточной потребной (аккумулируемой) энергии, обеспечиваемой возобновляемым источником, и для каждого i-го месяца

, (15)

где – полезная выработка от ГЭУ и (или) ВЭУ за сутки.

Коэффициент энергообеспечения не должен превышать единицы, и полезно потребляемая энергия от ВИЭ определяется из условия

. (16)

Превышение ожидаемой выработки от потребной энергии приводит к излишкам, которые не используются и теряются в окружающей среде.

Использование ВИЭ можно оценить коэффициентом использования энергоустановки ГЭУ или ВЭУ в системе энергоснабжения, показывающим долю вырабатываемой энергии, используемой полезно для обеспечения потребности, и для каждого i-го месяца

. (17)

В случае, когда выработка меньше, чем потребная энергия, вырабатываемая ГЭУ и (или) ВЭУ энергия используется потребителем полностью, и Ки.i =1. В противном случае энергоустановка с выбранными параметрами недоиспользуется и следует ожидать потери энергии.





По коэффициенту энергообеспечения можно оценить долю замещаемой энергии за более длительный период с учетом вероятности (интегральной обеспеченности) ежесуточной выработки (р(Qв)). Тогда коэффициент замещения для каждого i-го месяца

. (18)

Доля замещаемой энергии за расчетный период (сезон, год)

. (19)

Таким образом, для оценки доли замещаемой энергии необходимо определить среднее значение коэффициента энергообеспечения за расчетный период в зависимости от параметров ГЭУ и ВЭУ. На рисунке 3 приведена зависимость коэффициента энергообеспечения от площади СК ГЭУ и ВК ВЭУ.

На исследуемой зависимости по оси ординат отложена доля потребной энергии, коэффициент Коб.m показывает долю максимального обеспечения потребной энергии. Потребная площадь за расчетный период может колебаться от минимальной А0 до максимальной Аm.

При суточной выработке Qв.уд.0 потребная энергия обеспечивается при площади А0, а при Qв.уд.1 – А1 и т.д. Когда А>А0, следует ожидать потери энергии Q тем больше, чем больше площадь СК или ВК.

На графике приведена средняя величина коэффициента энергообеспечения за расчетный период (штриховая линия с точкой). Зависимость коэффициента энергообеспечения от площади СК или ВК (рис. 4) можно условно разделить на две части: область изменения площади от 0 до А0 и от А0 до Аm.

В первой части зависимость носит линейный характер; это объясняется возможностью полного использования вырабатываемой энергии в течение расчетного периода. В этом случае

. (20)

Во второй части с увеличением площади СК или ВК наблюдается нелинейный рост Коб из-за ожидаемых потерь энергии.

Для идеального случая, когда отсутствуют потери энергии, коэффициент энергообеспечения растет линейно (штриховая линия). Максимальное энергообеспечение можно ожидать при площади

. (21)

В действительности, с повышением площади СК или ВК коэффициент Коб растет, асимптотически приближаясь к максимальному значению. При этом скорость роста пропорциональна уменьшающейся разнице (Коб.m-Коб)

. (22)

Решением дифференциального уравнения после несложных преобразований является выражение

. (23)

Согласно начальным условиям, когда А = А0 и

; . (24)

Тогда коэффициент энергообеспечения

(25)

или

. (26)

Качество тепловой энергии зависит от интенсивности солнечной радиации и скорости ветра. В отдельных случаях, возможно, что Коб.m < 1, и значение его зависит от соотношения конечной и потребной температуры теплоносителя

, (27)

где Тк, Тп, Тн – соответственно температура теплоносителя конечная, потребная и начальная.

Для удобства рассматриваемые площади СК и ВК можно представить относительно требуемого максимального значения

. (28)

Тогда коэффициент энергообеспечения определяется исходя из условий

. (29)

Таким образом, по предложенной методике можно определить коэффициент энергообеспечения, представляющий среднее значение за расчетный период, в зависимости от площади СК ГЭУ или ВК ВЭУ и энергетических характеристик возобновляемого источника.

Доля замещаемой энергии от ВИЭ за расчетный период зависит от условий энергообеспечения потребителей и вероятности поступления солнечной и ветровой энергии за заданное время. Тогда коэффициент замещения

или . (30)

Предлагаемый метод расчета доли замещаемой энергии справедлив, когда ГЭУ и ВЭУ используются раздельно. При совместном их использовании коэффициент замещения зависит от условий суточного энергообеспечения гелио- и ветроэнергетических установок и вероятности одновременного поступления солнечной и ветровой энергии :

- если ,

; (31)

- если ,

. (32)

Таким образом, для определения доли потребной энергии замещаемой ВИЭ необходимо учитывать условия суточного энергообеспечения и случайный режим поступающей возобновляемой энергии за расчетный период. Для этого необходимо исследовать энергетические характеристики возобновляемых источников и их влияние на условия использования ВИЭ в энергообеспечении потребителей при раздельном и совместном использовании ГЭУ и ВЭУ.

В четвертой главе «Определение энергетических характеристик солнечной и ветровой энергии» исследуются режимы поступления возобновляемой энергии. Приводятся основные методические положения по представлению энергетических характеристик солнечной радиации и ветрового потока при их раздельном и совместном использовании в системе энергоснабжения.

Энергетические характеристики возобновляемых источников служат основой для проектирования систем энергоснабжения, использующих ВИЭ. При этом обязательным является вероятностно-статистический анализ энергетических характеристик возобновляемых источников в течение расчетного периода.

Условия использования солнечной энергии определяются уровнем и продолжительностью поступающей солнечной радиации. В качестве энергетических характеристик солнечной радиации (хs) служат ее интенсивность hS (Вт/м2) и продолжительность солнечного сияния S.

При проектировании ГЭУ важно знать величину солнечной энергии, поступающей за время ее работы, т.е. ее дневную сумму за заданный промежуток времени. В условиях Южного Урала установлена зависимость средней интенсивности солнечного излучения hS от дневной продолжительности солнечного сияния, рассматриваемой симметрично относительно полудня (рис. 5).

Приведенные зависимости удовлетворительно аппроксимируются уравнением

. (33)

В полдень, в момент времени S=0, коэффициент bS показывает долю солнечной постоянной h0, приходящей на горизонтальную поверхность, а их произведение – среднемесячную интенсивность солнечной радиации. Продолжительность солнечного сияния рассматривается относительно долготы дня S0.

По предлагаемой модели была оценена дневная сумма солнечной радиации для разных месяцев. Результаты моделирования подтверждены опытными данными.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.