Научная статья на тему 'Аккумулирование энергии в маломощных гелиосистемах автономного электроснабжения'

Аккумулирование энергии в маломощных гелиосистемах автономного электроснабжения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
639
93
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АВТОНОМНОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ / ГЕЛИОСИСТЕМА / ФОТОЭЛЕМЕНТЫ / АККУМУЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГИИ / ХИМИЧЕСКИЕ АККУМУЛЯТОРЫ / ИНЕРЦИОННЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ АККУМУЛЯТОРЫ / МАХОВИКИ / AUTONOMOUS POWER SUPPLY / SOLAR SYSTEM / PHOTOCELLS / ENERGY STORAGE / CHEMICAL ACCUMULATORS / INERTIAL DYNAMIC ACCUMULATORS / FLYWHEELS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Андреев Сергей Андреевич, Загинайлов Владимир Ильич, Шибаров Дмитрий Васильевич

Возрастающую роль в структуре электроснабжения коттеджей играют автономные системы. Эти системы первоначально рассматривались как сред-ства аварийного питания при кратковременном отсутствии централизованного электроснабжения, однако впоследствии начали применяться в качестве основного энергетического источника. Среди автономных систем электроснабжения особое место занимают гелиосистемы, использующие фотоэлектрические преобразователи. Благодаря стремительному прогрессу в производстве фотоэлектрических модулей, повышению их эффективности и резкому снижению стоимости автономные гелиосистемы находят широкое круглогодичное применение в большинстве регионов РФ. Вместе с тем специфика преобразования солнечной энергии определяет необходимость использования эффективных энергоаккумулирующих средств. Наибольшее распространение получили химические аккумуляторы, которые, однако, имеют высокую стоимость и ограниченный срок эксплуатации в пределах 5-7 лет. Анализ современных устройств для кратковременного хранения энергии показал, что для работы в составе маломощных гелиосистем вполне эффективно могут использоваться инерционные динамические накопители. Эти накопители обычно выполняются в виде маховиков, работающих совместно с электрической машиной, которая в зависимости от режима выполняет функции двигателя или генератора. Современные инерционные динамические накопители по сравнению с химическими аккумуляторами имеют гораздо более высокую удельную энергетическую емкость, абсолютно экологичны, допускают широкое варьирование режимами заряда и разряда и характеризуются практически неограниченным сроком эксплуатации. В качестве примера рассчитаны основные габаритные размеры стального цилиндрического маховика в составе гелиосистемы для коттеджа с суммарной установленной мощностью электрооборудования 3 кВт и режимом разряда продолжительностью 15 ч.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Андреев Сергей Андреевич, Загинайлов Владимир Ильич, Шибаров Дмитрий Васильевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ACCUMULATION OF ENERGY IN SMALL-SIZE HELIOSYSTEMS OF AUTONOMOUS POWER SUPPLY

Autonomous systems play an increasing role in the structure of power supply of cottage hous-es. These systems were originally considered as emergency power supplies in short-term interruptions of centralized power supply, but subsequently they started being used as the main energy sources. Among autonomous power supply systems, a special place is occupied by solar systems using photo-electric converters. Due to the rapid progress in the production of photovoltaic modules, their efficiency increase and a sharp decrease in cost, autonomous solar systems have found wide year-round use in most regions of the Russian Federation. At the same time, the specific technique of solar energy conversion determines the need to use efficient energy storage facilities. The most widespread are chemical accumulators, which, however, have a high cost and a limited service life of 5-7 years. The analysis of modern devices for short-term energy storage has shown that inertial dynamic storage can be used effectively to operate in low-power solar systems. These accumulators are usually performed in a form of flywheels working together with an electric machine, which, depending on the mode, performs the functions of an engine or a generator. Modern inertial dynamic storage devic-es having a much higher specific energy capacity are absolutely ecological, in comparison with chemical accumulators, they also allow wide variation by charging and discharge modes and feature a practically unlimited lifetime. As an example, the authors have calculated main overall dimensions of a steel cylindrical flywheel as a component of a solar system for a cottage with a total installed electrical equipment capacity of 3 kW and a discharge rate of 15 hours.

Текст научной работы на тему «Аккумулирование энергии в маломощных гелиосистемах автономного электроснабжения»

УДК 621.355.9

АНДРЕЕВ СЕРГЕЙ АНДРЕЕВИЧ, канд. техн. наук, доцент

E-mail: s.andreev@aol.com

ЗАГИНАЙЛОВ ВЛАДИМИР ИЛЬИЧ, докт. техн. наук, профессор

E-mail: energo-viz@mail.ru

ШИБАРОВ ДМИТРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

E-mail: dmitriy16@mail.ru

АККУМУЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В МАЛОМОЩНЫХ ГЕЛИОСИСТЕМАХ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Возрастающую роль в структуре электроснабжения коттеджей играют автономные системы. Эти системы первоначально рассматривались как средства аварийного питания при кратковременном отсутствии централизованного электроснабжения, однако впоследствии начали применяться в качестве основного энергетического источника. Среди автономных систем электроснабжения особое место занимают гелиосистемы, использующие фотоэлектрические преобразователи. Благодаря стремительному прогрессу в производстве фотоэлектрических модулей, повышению их эффективности и резкому снижению стоимости автономные гелиосистемы находят широкое круглогодичное применение в большинстве регионов РФ. Вместе с тем специфика преобразования солнечной энергии определяет необходимость использования эффективных энергоаккумулирующих средств. Наибольшее распространение получили химические аккумуляторы, которые, однако, имеют высокую стоимость и ограниченный срок эксплуатации в пределах 5-7 лет. Анализ современных устройств для кратковременного хранения энергии показал, что для работы в составе маломощных гелиосистем вполне эффективно могут использоваться инерционные динамические накопители. Эти накопители обычно выполняются в виде маховиков, работающих совместно с электрической машиной, которая в зависимости от режима выполняет функции двигателя или генератора. Современные инерционные динамические накопители по сравнению с химическими аккумуляторами имеют гораздо более высокую удельную энергетическую емкость, абсолютно экологичны, допускают широкое варьирование режимами заряда и разряда и характеризуются практически неограниченным сроком эксплуатации. В качестве примера рассчитаны основные габаритные размеры стального цилиндрического маховика в составе гелиосистемы для коттеджа с суммарной установленной мощностью электрооборудования 3 кВт и режимом разряда продолжительностью 15 ч.

Ключевые слова: автономное электроснабжение, гелиосистема, фотоэлементы, аккумулирование энергии, химические аккумуляторы, инерционные динамические аккумуляторы, маховики.

ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Введение. Электроснабжение коттеджей с полным или частичным использованием возобновляемых источников энергии требует повышенного внимания к обеспечению бесперебойности. Одной из главных задач при этом является эффективное аккумулирование энергии, позволяющее обеспечить электропитанием потребителей в периоды неработоспособности энергетических преобразователей.

Цель работы - обоснование целесообразности аккумулирования энергии в маломощных гелиоси-

стемах электроснабжения с помощью инерционных динамических накопителей.

Материал и методы. В качестве материалов исследования была использована информация о технических характеристиках фотоэлектрических преобразователей, электрохимических и инерционных динамических накопителей энергии. При изучении вопроса был применен дедуктивный метод познания. Работа основывалась на известных физических закономерностях в области электротехники и теоретической механики.

Результаты и обсуждение. При проектировании электроснабжения коттеджей заказчики все чаще обращают внимание на использование автономных источников, стремясь снизить свою зависимость от поставщиков электроэнергии, исключить ограничения по максимальной потребляемой мощности, а иногда - повысить надежность обеспечения электроэнергией.

В большинстве случаев в качестве автономных энергетических источников используются тепловые мини-электростанции, основу которых составляют электрогенераторы с двигателями внутреннего сгорания (реже - паровыми или газотурбинными двигателями).

На втором месте по распространению находится солнечная энергия, успешно используемая как для покрытия тепловых расходов, так и для получения электроэнергии с помощью фотоэлектрических преобразователей [1]. КПД современных лабораторных образцов, созданных на основе нанопрово-лок или специфических биоматериалов, превышает 42...44% [2]. За последние 20 лет произошло многократное снижение стоимости фотоэлектрических преобразователей и увеличение объема их производства примерно в 15 раз. Отвечая на возросший спрос, многочисленные торгово-промышленные организации России предлагают услуги по поставке, монтажу и наладке преобразователей солнечной энергии. Эти преобразователи обычно устанавливаются на крышах зданий, а в состав гелиосистем входят статические инверторы и микропроцессорные блоки управления.

Есть несколько заблуждений относительно гелиосистем. Первое связано с оценкой продолжительности автономного электроснабжения коттеджей при перерывах в поступлении солнечной энергии.

К примеру, поставщики гелиосистем заверяют: двух-трех аккумуляторных батарей емкостью по 240 А • ч вполне достаточно для электроснабжения жилого дома с суммарной мощностью потребителей 2,5.3,0 кВ. При этом объявляется, что продолжительность службы аккумуляторных батарей составляет 8-10 лет, а стоимость всей гелиосистемы - 70.90 тыс. руб. [3].

Произведем оценку реальности заявляемых показателей.

При выборе гелиосистемы менеджеры торговой организации обычно суммируют мощности отдельных потребителей, принимая во внимание коэффициент одновременности. Однако полученный результат оказывается неточным, поскольку при простом суммировании не учитывается зависимость электропотребления от количества проживающих в доме людей. Например, если в доме проживает один человек, то одновременное использование им электроутюга и гидромассажера маловероятно. Аналогично один человек не может одновременно эксплуатировать пылесос и электрофен, электромясорубку и электробритву, звуковоспроизводящую аппаратуру и электродрель

и т.п. Однако при проживании в доме двух, трех и большего количества людей вероятность одновременного использования перечисленных пар электроприборов возрастает. Опытные инженеры обычно не доверяют результатам простого суммирования мощностей и корректируют полученную сумму «на глазок». Утвержденная методика такой корректировки не предусматривает и явно нуждается в совершенствовании.

Следующее заблуждение состоит в утверждении о неизменности характеристик фотоэлементов во времени. Выбирая гелиосистему в соответствии с пожеланиями заказчика, менеджер торговой организации исходит из характеристик новых фотоэлектрических преобразователей. В то же время в процессе их эксплуатации происходит уменьшение КПД. Например, через 5 лет работы КПД фотоэлементов составляет только 90% от первоначального значения [4].

Третья ошибка заключается в оценке длительности периода работы автономной системы от аккумуляторных батарей. Этот период повторяется ежедневно, приходится на ночное время и характеризуется отсутствием поступления электроэнергии от фотоэлектрических преобразователей. Как правило, поставщики гелиосистем оценивают продолжительность пассивного периода десятью часами, что, по нашему мнению, существенно занижено. По подсчетам, длительность пассивного периода гелиосистемы составляет 16 ч, а фактически этот период оказывается еще больше из-за облачности, тумана или осадков.

Будем считать, что продолжительность периода работы от аккумуляторных батарей составляет 15 ч.

Таким образом, для надежного электроснабжения коттеджа с суммарной мощностью потребителей 3 кВт в течение 15 ч потребуется энергия объемом 45 кВт • ч. Эту энергию могли бы обеспечить аккумуляторные батареи напряжением 12 В и суммарной емкостью 3750 А • ч. Однако реальные условия эксплуатации батарей весьма далеки от идеальных.

Во-первых, реальная емкость аккумуляторных батарей будет соответствовать их паспортной емкости только при штатном режиме эксплуатации. Как правило, такой режим в условиях коттеджа не выдерживается из-за случайного характера нагрузки. По этой причине фактически используемая энергия окажется еще на 25.30% меньше [5].

Во-вторых, паспортная емкость аккумуляторных батарей обеспечивается только при положительной (как правило - комнатной) температуре [6]. При несоблюдении температурного режима фактическая емкость аккумуляторных батарей станет еще ниже. Опыт показывает, что в реальных условиях это снижение достигает 10.15%.

В-третьих, фактический срок службы аккумуляторных батарей ограничен несколькими годами. Из практики известно, что уже на четвертый-пятый год эксплуатации аккумуляторных батарей их емкость заметно уменьшается, а через шесть-семь лет

они обычно приходят в полную негодность. Отсюда следует, что на протяжении значительного периода объявленного срока службы гелиосистемы характеристики аккумуляторных батарей не будут соответствовать первоначальным.

На сегодняшний день наилучшими характеристиками обладают гелиевые аккумуляторы, содержащие сухой электролит. Для удобства транспортировки и обслуживания в современных гелиосистемах малой мощности используют несколько батарей, суммарная емкость которых соответствует расчетной. Анализ коммерческой информации показал, что стоимость гелиевого аккумулятора емкостью 200...250 А • ч составляет 35...40 тыс. руб. Следовательно, для обеспечения накопления энергии в нашем примере с учетом выявленных особенностей потребуются 18 гелиевых аккумуляторов на сумму 630 тыс. руб.

Нельзя забывать о том, что при работе фотоэлектрических преобразователей произведенная электрическая энергия расходуется не только на зарядку аккумуляторных батарей, но и на питание потребителей в активный период.

Это обстоятельство еще более ужесточает требования к фотоэлементам гелиосистем. Кроме того, для любых современных аккумуляторов отношение объемов и подведенной энергии всегда меньше единицы (КПД < 06.08). Поэтому количество энергии, снимаемой с фотоэлементов, всегда должно быть на 30.60% больше энергии, отдаваемой аккумулятором при номинальной нагрузке.

Принимая во внимание, что стоимость современных фотоэлектрических преобразователей для обеспечения мощности 5 кВт составляет примерно 330 тыс. руб., а стоимость инвертора -25 тыс. руб., приходим к выводу, что без учета стоимости контроллера, вспомогательных устройств, транспортных расходов и монтажно-наладоч-ных работ стоимость гелиосистемы превысит 950 тыс. руб.

При условии отсутствия затрат на обслуживание гелиосистемы и ее исправной работы в течение 7 лет в условиях Центрального региона РФ будет выработана электроэнергия в объеме 114975 кВт • ч. Тогда эффективность автономной гелиосистемы можно оценить стоимостью единицы произведенной энергии. Эта стоимость определяется величиной частного от деления стоимости гелиосистемы на объем электроэнергии. Для нашего примера при всех вышеперечисленных допущениях стоимость электроэнергии превысит 8.10 руб. за 1 кВт • ч.

Итак, рекламные обещания торговых организаций явно не соответствуют реальности.

Таким образом, наряду с явными успехами по преобразованию энергии Солнца в электрическую форму довольно острым остается вопрос аккумулирования полученной энергии. Из вышеприведенных рассуждений следует, что для снижения затрат на аккумулирование энергии необходимо либо уменьшить стоимость аккумуляторов, либо

увеличить срок их службы [7]. К сожалению, решение обеих задач для химических аккумуляторов в обозримом будущем маловероятно. Актуально использование накопителя энергии какого-то иного типа.

Установлено, что для накопления энергии в автономных гелиосистемах вполне могут быть использованы инерционные динамические аккумуляторы, называемые также маховиками. Производственное использование маховиков имеет полуторавековую историю [8], однако возможность их применения в системах автономного электропитания появилась лишь в последнее десятилетие.

Уравнение динамики вращения маховика имеет вид [9]:

М. -- м„

(1)

где Мвн - внешний момент (активный при зарядке и тормозящий при разрядке); I - момент инерции маховика; ш - угловая скорость вращения; Мтр - момент трения, являющийся суммой момента аэродинамического трения Мт а и момента трения в подшипниках и уплотнениях Мтп

В результате умножения слагаемых выражения (1) на Ш и последующего интегрирования получим уравнение баланса энергии:

СтМ^ -С1 МтЮ л,

■ - Ц тМтал - £ гМ^л - £ гМшйг, (2)

2

где т1 и ш2 - начальная и конечная угловые скорости (в моменты времени tl и 12 соответственно).

Из выражения (2) следует, что в режиме разрядки кинетическая энергия маховичного накопителя, определяемая выражением Жкин - 0,51 (г2 -®-), расходуется на полезную отводимую энер-

гию

нием

Ж - Г2 юМш& и на энергию потерь тре-

•ц

Жтр - £ гМт.аСИ гМт.п<И.

Очевидно, что для повышения эффективности маховичных накопителей необходимо обеспечить максимальный уровень начальной кинетической

энергии Мк1 - 1г- и минимальные потери Штр>

с помощью тех или иных технических решений.

Объективным показателем эффективности накопителей энергии любого принципа действия является удельная энергоемкость

Уд.эн. - —, т

где V - объем запасенной энергии, кВт • ч (или МДж); т - масса накопителя энергии, кг.

По мере научно-технического прогресса этот показатель постепенно изменяется. Поэтому для срав-

нения химических и маховичных аккумуляторов значения этого показателя были проанализированы за несколько десятилетий [10-12].

По представленным на рисунке 1 зависимостям можно сделать вывод, что уже в середине шестидесятых годов двадцатого столетия удельные энергоемкости химических и маховичных аккумуляторов практически сравнялись. В последующие годы (и вплоть до наших дней) эффективность химических накопителей увеличивалась незначительно,

войдя в стадию насыщения в наши дни. И, напротив: удельная энергоемкость маховичных накопителей энергии начиная с 40-50-х гг. постепенно повышалась и в последние годы устремилась вверх. Резкое увеличение энергоемкости маховичных аккумуляторов объясняется широким распространением магнитных подшипников, использованием особо прочных материалов и положительным опытом применения нанотехнологий для изготовления маховиков [13].

Рис. 1. Зависимости удельных энергоемкостей химических и маховичных накопителей энергии от времени разработки

Вследствие малосерийного производства стоимость маховичных накопителей пока остается несколько выше стоимости химических аккумуляторов. В то же время срок службы супермаховиков превышает аналогичный показатель химических аккумуляторов в несколько раз. Однако вряд ли стоит ожидать, что первоочередные усилия разработчиков будут направлены на достижение еще большего срока службы маховиков, поскольку продолжительность эксплуатации современных фотоэлектрических преобразователей составляет всего 13-15 лет. На сегодняшний день более актуальными являются следующие задачи:

- разработка высокоэффективных конструкций собственно маховиков (увеличение момента инерции, повышение механической прочности);

- разработка безопасной системы подвески, оказывающей минимальное тормозящее действие;

- создание управляемой системы преобразования электрической энергии в механическую и наоборот.

Инерционные динамические аккумуляторы, выполненные с использованием современных материалов, обладают весьма высокими эксплуатационными свойствами. Среди них следует отметить исключительную продолжительность сохранения накопленной энергии. Например, маховик из борного волокна, раскрученный до частоты порядка 40 • 103 м-1 и установленный на электромагнитной подвеске в вакуумной камере, в режиме холостого хода будет вращаться в течение нескольких недель. По сравнению с химическими аккумуляторами маховики абсолютно экологичны и допускают произвольные режимы пополнения и выдачи энергии. Поскольку автономные гелиосистемы эксплуатируются в стационарном

режиме, масса и габариты супермаховиков особого значения не имеют. Для достижения безопасности и исключения воздействия акустических и вибрационных помех инерционные динамические аккумуляторы могут быть установлены в подвале или в отдельном сооружении хозяйственного назначения.

Иногда скептики, возражая против использования маховиков в автономных гелиосистемах, приводят довод о необходимости двухкратного преобразования энергии (из световой формы -в электрическую и из электрической - в кинетическую). Однако при использовании традиционных химических аккумуляторов количество энергетических преобразований оказывается не меньшим (из световой формы - в электрическую и из электрической - в химическую). Кроме того, КПД современных электрических машин, преобразующих электрическую энергию в кинетическую и обратно, обычно превышает 90%, что определяет общий КПД цикла, не меньший 81%. Помимо этого, в отличие от химических процессов, происходящих в аккумуляторе, электромагнитные процессы в электрических машинах практически безынерционны, легко контролируются и управляются.

Оценим возможность использования инерционного динамического накопителя кинетической энергии для работы в составе автономной гелиосистемы для нашего исходного примера (Р = 3 КВт, ? = 15 ч, 0> = 45 кВт • ч = 162 • 106 Дж).

Энергия, запасаемая маховиком, определяется выражением Е = 0,5/ю2 [14]. Для маховика в форме цилиндра с радиусом Я, высотой Н и плотностью материала р момент инерции рассчитывается как I = 0,5рпЯ4Н.

73

Подставив момент инерции из второго выражения в первое, будем иметь

E = 0,25ряЯ4Яю2.

(3)

Известно, что предельная линейная скорость точек, расположенных на поверхности стального маховика, составляет величину 200 м/с (утах = 200 м/с) [15]. Выразив круговую скорость через линейную

в соответствии с соотношением m

R

ставив результат в выражение (3), получим

0,25 p7iR4 Hv2 R2

0,25 pttR 2Hv2

и под-

(4)

В выражении (4) произведение пЯ2Н соответствует объему цилиндра, произведение этого объема и плотности материала - массе т. Тогда

E = 0,25mv2.

(5)

Подставив предельное значение линейной скорости в выражение (5), получим Е = 10 • 103т. По величине требуемой энергии найдем массу

Е

цилиндрического маховика: m

104

16200 кг.

R

Сж

= 0,56

С учетом плотности маховика (р = 8000 кг/м3) опре-

УП

делим его объем: V = — = 2,03 м3. В условиях ис-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Р

пользования маховика с рассчитанными параметрами зададимся высотой цилиндра Н = 2 м. Тогда площадь его основания легко вычисляется как частное от деления объема на высоту (5 = 1,03 м2). Радиус инерционного динамического аккумулятора рассчитываем по соотношению

Видно, что размеры маховика не слишком одиозны (рис. 2). Такой маховик, размещенный в защитном кожухе, вполне можно расположить в подвале коттеджа или подсобном помещении.

При оценке размеров маховика мы сделали несколько допущений:

- в качестве частоты вращения маховика использовано максимально допустимое значение для выбранного материала;

- не принято во внимание КПД процессов преобразования электрической энергии в кинетическую и наоборот;

- не учтены потери энергии на трение в подшипниках и на аэродинамическое трение.

С другой стороны, наша оценка производилась для маховика примитивной конструкции, в форме цилиндрического монолита. Современные промышленные маховичные накопители энергии имеют иные формы, выполнены с использованием полимерных тросов, позволяющих достичь высоких моментов инерции при гораздо меньших массах и существенно повысить частоту вращения.

Рис. 2. Оценка относительных размеров стального цилиндрического маховика

Выводы

Инерционные динамические аккумуляторы могут рассматриваться как перспективные технические средства для накопления энергии в гелиосистемах автономного электроснабжения.

Библиографический список

1. Бринкворт Дж. Солнечная энергия для человека / Пер. с англ. В.Н. Оглоблева; Под ред. и с предисл. Б.В. Тарнижевского. М.: Мир, 1976. 288 с.

2. B.D. Reiss, D.B. Hanson, and M.A. Firestone. Evaluation of the photosyntheticreaction center protein for potential use as a bioelectronic circuit element, Bi-otehnol. Prog. 23 (2007) 985-989.

3. Альтэко. URL: http://www.altecology.ru.

4. Солнечные батареи - энергия Солнца в электричество. URL: http://www.domastroim.su/articles/ electro/electro_1495.html.

5. Вайлов А.М., Эйгель Ф.И. Эксплуатация аккумуляторных батарей. М.: Талер, 2009. 170 с.

6. Устинов Т.И. Обслуживание стационарных свинцово-кислотных аккумуляторов. 3-е изд., пере-раб. и доп. М.: Энергия, 1974. 120 с.

7. Шибаров Д.В., Андреев С.А. Оценка эффективности маломощных гелиосистем // Современные достижения в области технических наук: Сборник научных трудов по итогам Международной научно-практической конференции. Оренбург: ЭВЕНСИС, 2016. № 1. С. 14-17.

8. Гулиа Н.В. Удивительная механика // НЦ ЭНАС. ISBN5-9. М., 2006. 48 с.

9. Никитин Н.Н. Курс теоретической механики: Учеб. для машиностроит. и приборостроит. спец. вузов. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1990. 607 с.

10. Каштанов В.П., Титов В.В., Усков А.Ф. и др. Свинцовые стартерные аккумуляторные

V

батареи. Руководство по эксплуатации. М.: МО СССР, 1983. 5 с.

11. Тройнин М.Ф., Ушаков Н.С. Электрокары и электропогрузчики. Л.: Машиностроение, 1967. 216 с.

12. Шателен М.А., Миткевич В.Ф., Толвин-ский В. А. Справочная книга для электротехников. Т. 4. Л.: КУБУЧ, 1930. 391 с.

13. Шибаров Д.В., Андреев С.А. Эффективность использования химических и маховичных накопителей энергии в автономных гелиосистемах // EUROPEAN RESEARCH: Сборник статей VII Международной научно-практической конференции / Под общ. ред. Г.Ю. Гуляева. Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение», 2016. С. 49-52.

14. Соренсен Б. Преобразование, передача и аккумулирование энергии: Учебно-справочное руководство. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2011. 296 с.

15. Андреев С.А., Шибаров Д.В. Оценка эффективности инерционных динамических аккумуляторов в системах автономного электроснабжения // International Innovation Research: Сборник статей VI Международной научно-практической конференции / Под общ. ред. Г.Ю. Гуляева. Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение», 2017. С. 51-54.

Статья поступила 19.06.2017

ACCUMULATION OF ENERGY IN SMALL-SIZE HELIOSYSTEMS OF AUTONOMOUS POWER SUPPLY

SERGEY A. ANDREYEV, PhD (Eng), Associate Professor

E-mail: s.andreev@aol.com

VLADIMIR I. ZAGINAILOV, DSc (Eng), Professor

E-mail: energo-viz@mail.ru

DMITRY V. SHIBAROV

E-mail: dmitriy16@mail.ru

Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev, Timiryazevskaya Str., 49, Moscow, 127550, Russian Federation

Autonomous systems play an increasing role in the structure of power supply of cottage houses. These systems were originally considered as emergency power supplies in short-term interruptions of centralized power supply, but subsequently they started being used as the main energy sources. Among autonomous power supply systems, a special place is occupied by solar systems using photoelectric converters. Due to the rapid progress in the production of photovoltaic modules, their efficiency increase and a sharp decrease in cost, autonomous solar systems have found wide year-round use in most regions of the Russian Federation. At the same time, the specific technique of solar energy conversion determines the need to use efficient energy storage facilities. The most widespread are chemical accumulators, which, however, have a high cost and a limited service life of 5-7 years. The analysis of modern devices for short-term energy storage has shown that inertial dynamic storage can be used effectively to operate in low-power solar systems. These accumulators are usually performed in a form of flywheels working together with an electric machine, which, depending on the mode, performs the functions of an engine or a generator. Modern inertial dynamic storage devices having a much higher specific energy capacity are absolutely ecological, in comparison with chemical accumulators, they also allow wide variation by charging and discharge modes and feature a practically unlimited lifetime. As an example, the authors have calculated main overall dimensions of a steel cylindrical flywheel as a component of a solar system for a cottage with a total installed electrical equipment capacity of 3 kW and a discharge rate of 15 hours.

Key words: autonomous power supply, solar system, photocells, energy storage, chemical accumulators, inertial dynamic accumulators, flywheels.

References lish by VN. Ogloblev; Ed. By and with the preface

of B.V Tarnizhevsky. Moscow, Mir, 1976. 288 p. (in Rus.) 1. Brinkworth J. Solnechnaya energiya dlya 2. B.D. Reiss, D.B. Hanson, and M.A. Firestone, cheloveka [Solar Energy for Man]. Traslated from Eng- Evaluation of the photosyntheticreaction center protein

for potential use as a bioelectronic circuit element, Bi-otehnol. Prog. 23 (2007) 985-989.

3. Alteko. URL: http://www.altecology.ru. (in Rus.)

4. Solnechnyye batarei - energiya Solntsa v elek-trichestvo [Solar batteries - turning the Sun energy into electricity]. URL: http://www.domastroim.su/articles/ electro/electro_1495.html.

5. Vaylov A.M., Eygel' F.I. Ekspluatatsiya akku-mulyatornykh batarey [Storage battery operation]. Moscow, Taler, 2009. 170 p. (in Rus.)

6. Ustinov T.I. Obsluzhivaniye statsionarnykh svintsovo-kislotnykh akkumulyatorov [Maintenance of stationary lead-acid batteries]. 3rd ed., revised and extended. Moscow, Energiya, 1974. 120 p. (in Rus.)

7. Shibarov D.V., Andreyev S.A. Otsenka effe-ktivnosti malomoshchnykh geliosistem [Evaluation of the efficiency of low-power solar systems]. Sovre-mennyye dostizheniya v oblasti tekhnicheskikh nauk: Sbornik nauchnykh trudov po itogam Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Orenburg, EVEN-SIS, 2016. No.1. Pp. 14-17. (in Rus.)

8. Gulia N.V. Udivitel'naya mekhanika [Astonishing mechanics] // NTS ENAS. ISBN5-9. Moscow, 2006. 48 p. (in Rus.)

9. Nikitin N.N. Kurs teoreticheskoy mekhaniki: Ucheb. dlya mashinostroit. i priborostroit. spets. Vuzov [Course of Theoretical Mechanics: Textbook for machine building and instrument-making majors in universities]. 5th Ed., reviewed and extended. Moscow, Vyssh. shk., 1990. 607 p. (in Rus.)

10. Kashtanov V.P., Titov V.V., Uskov A.F. i dr. Svintsovyye starternyye akkumulyatornyye batarei. Rukovodstvo po ekspluatatsii [Lead starter starage

batteries. Manual]. Moscow, MO SSSR, 1983. 5 p. (in Rus.)

11. Troynin M.F., Ushakov N.S. Elektrokary i elek-tropogruzchiki [Electric vehicles and electric forklifts]. L., Mashinostroyeniye, 1967. 216 p. (in Rus.)

12. Shatelen M.A., Mitkevich VF., Tolvinskiy V.A. Spravochnaya kniga dlya elektrotekhnikov [Reference book for electrical engineers]. Vol. 4. L., KUBUCH, 1930. 391 p. (in Rus.)

13. Shibarov D.V, Andreyev S.A. Effektivnost' is-pol'zovaniya khimicheskikh i makhovichnykh nakopi-teley energii v avtonomnykh geliosistemakh [Efficiency of the use of chemical and flywheel energy storage in autonomous solar systems]. EUROPEAN RESEARCH: Sbornik statey VII Mezhdunarodnoy nauchno-praktich-eskoy konferentsii. Ed.by G.Yu. Gulyayev. Penza, ICSR "Nauka i Prosveshcheniye", 2016. Pp. 49-52. (in Rus.)

14. Sorensen B. Preobrazovaniye, peredacha i ak-kumulirovaniye energii: Uchebno-spravochnoye ruk-ovodstvo [Transformation, transmission and accumulation of energy: Study-reference manual]. Dolgoprud-nyy, Izdatel'skiy Dom Intellekt", 2011. 296 p. (in Rus.)

15. Andreyev S.A., Shibarov D.V. Otsenka effek-tivnosti inertsionnykh dinamicheskikh akkumulyatorov v sistemakh avtonomnogo elektrosnabzheniya [Evaluation of the efficiency of inertial dynamic accumulators in autonomous power supply systems]. International Innovation Research: Sbornik statey VIMezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Ed.by. G.Yu. Gulyayev. Penza, ICSR "Nauka i Prosveshcheniye", 2017. Pp. 51-54. (in Rus.)

The paper was received on June 19, 2017

УДК 631.371:621.31:004

СТУШКИНА НАТАЛЬЯ АЛЕКСЕЕВНА, канд. техн. наук, доцент

E-mail: energo-stushkina@mail.ru

СИЛАЙЧЕВ СЕРГЕЙ ПАВЛОВИЧ

E-mail: silis123@mail.ru

Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К. А. Тимирязева, ул. Тимирязевская, 49, Москва, 127550, Российская Федерация

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКИХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Энергообеспеченность и конкурентоспособность сельскохозяйственных предприятий в современных условиях во многом зависит от применения современных методов контроля и учёта энергоресурсов на основе новейших разработок в сфере автоматизации и оптимизации процессов, сопровождающих энергоснабжение. Целью настоящей статьи выступает представление аналитического исследования мирового опыта

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.