Научная статья на тему 'Эффективность совместного использования возобновляемых источников энергии'

Эффективность совместного использования возобновляемых источников энергии Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
1107
190
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГАЗОГЕНЕРАТОРНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ / ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ / ВЕТРОУСТАНОВКИ / ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ / СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ / СИСТЕМНЫЕ ЭФФЕКТЫ / GAS GENERATING PLANT (GGP) / PHOTOELECTRIC TRANSDUCERS (PET) / WIND TURBINES / ECONOMIC EFFICIENCY / POWER SUPPLY SYSTEM / SYSTEM EFFECTS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Марченко Олег Владимирович, Соломин Сергей Владимирович

ЦЕЛЬ. В данной работе проведена оценка эффекта от совместного применения возобновляемых источников энергии разных типов (установок, использующих энергию солнца, ветра и древесной биомассы) для электроснабжения потребителей. МЕТОДЫ. Для расчетов использована математическая модель REM-2 (Renewable Energy Model). В отличие от известных моделей, основанных на переборе вариантов или на имитационном моделировании, она позволяет исследовать энергосистемы разной конфигурации с преобразованием одного вида энергии в другой и аккумулированием различных видов энергии на основе алгоритмов оптимизации GAMS (General Algebraic Modeling System). РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Расчеты оптимальной структуры системы электроснабжения проведены для интервала неопределенности цен дизельного и древесного топлива и характеристик ветра и солнечной радиации для разных климатических зон России при учете системных эффектов. Для разных вариантов определены оптимальные мощности установок и выработка ими электроэнергии. ВЫВОДЫ. На основе математического моделирования проведена оценка экономической эффективности системы электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии для разных климатических зон России. Показано, что в южных районах страны эффективно применение ветроэнергетических установок совместно с фотоэлектрическими преобразователями и газогенераторными установками, в северных районах ветроэнергетических установок совместно с газогенераторными установками на биомассе.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Марченко Олег Владимирович, Соломин Сергей Владимирович

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

EFFICIENCY OF RENEWABLE ENERGY SOURCES COMBINED USE

PURPOSE. This paper assesses the effect of the combined use of renewable energy sources (RES) of various types (installations using the energy of sun, wind and wood biomass) for consumer power supply. METHODS. A mathematical model REM-2 (Renewable Energy Model) is used for calculations. Unlike well-known models based on the enumeration of possibilities or on simulation modeling, it allows to study the power systems of different configuration converting one type of energy to another and accumulation of various types of energy based on GAMS (General Algebraic Modeling System) optimization algorithms. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. Calculations of the optimal structure of the power supply system have been carried out for the uncertainty interval of diesel and wood fuel prices and wind and solar radiation characteristics for different climatic zones of Russia with regard to system effects. The optimal capacities of plants and generated electrical energy have been determined for various options. CONCLUSIONS. On the basis of mathematical modeling, the economic efficiency of the RES power supply system is estimated for different climatic zones of Russia. It is shown that it is efficient to use wind-driven generators in combination with photoelectric transducers and gas generating plants in the southern regions of the country, whereas the use of wind-driven generators in combination with the biomass gasification plants is recommended in the northern regions.

Текст научной работы на тему «Эффективность совместного использования возобновляемых источников энергии»

m Энергетика

Ses Power Engineering

Оригинальная статья / Original article УДК 620.92

DOI: 10.21285/1814-3520-2017-8-111-121

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

© О.В. Марченко1, С.В. Соломин2

Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, Российская Федерация, 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.

РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. В данной работе проведена оценка эффекта от совместного применения возобновляемых источников энергии разных типов (установок, использующих энергию солнца, ветра и древесной биомассы) для электроснабжения потребителей. МЕТОДЫ. Для расчетов использована математическая модель REM-2 (Renewable Energy Model). В отличие от известных моделей, основанных на переборе вариантов или на имитационном моделировании, она позволяет исследовать энергосистемы разной конфигурации с преобразованием одного вида энергии в другой и аккумулированием различных видов энергии на основе алгоритмов оптимизации GAMS (General Algebraic Modeling System). РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Расчеты оптимальной структуры системы электроснабжения проведены для интервала неопределенности цен дизельного и древесного топлива и характеристик ветра и солнечной радиации для разных климатических зон России при учете системных эффектов. Для разных вариантов определены оптимальные мощности установок и выработка ими электроэнергии. ВЫВОДЫ. На основе математического моделирования проведена оценка экономической эффективности системы электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии для разных климатических зон России. Показано, что в южных районах страны эффективно применение ветроэнергетических установок совместно с фотоэлектрическими преобразователями и газогенераторными установками, в северных районах - ветроэнергетических установок совместно с газогенераторными установками на биомассе.

Ключевые слова: газогенераторные электростанции, фотоэлектрические преобразователи, ветроустанов-ки, экономическая эффективность, система электроснабжения, системные эффекты.

Формат цитирования: Марченко О.В., Соломин С.В. Эффективность совместного использования возобновляемых источников энергии // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 8. С. 111-121. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-8-111-121

EFFICIENCY OF RENEWABLE ENERGY SOURCES COMBINED USE O.V. Marchenko, S.V. Solomin

Melentiev Energy Systems Institute SB RAS,

130 Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russian Federation.

ABSTRACT. PURPOSE. This paper assesses the effect of the combined use of renewable energy sources (RES) of various types (installations using the energy of sun, wind and wood biomass) for consumer power supply. METHODS. A mathematical model REM-2 (Renewable Energy Model) is used for calculations. Unlike well-known models based on the enumeration of possibilities or on simulation modeling, it allows to study the power systems of different configuration converting one type of energy to another and accumulation of various types of energy based on GAMS (General Algebraic Modeling System) optimization algorithms. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. Calculations of the optimal structure of the power supply system have been carried out for the uncertainty interval of diesel and wood fuel prices and wind and solar radiation characteristics for different climatic zones of Russia with regard to system effects. The optimal capacities of plants and generated electrical energy have been determined for various options. CONCLUSIONS. On the basis of mathematical modeling, the economic efficiency of the RES power supply system is estimated for different climatic zones of Russia. It is shown that it is efficient to use wind-driven generators in combination with photoelectric transducers and gas generating plants in the southern regions of the country, whereas the use of wind-driven generators in combination with the biomass gasification plants is recommended in the northern regions.

Keywords: gas generating plant (GGP), photoelectric transducers (PET), wind turbines, economic efficiency, power supply system, system effects

1

Марченко Олег Владимирович, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела электроэнергетических систем, e-mail: marchenko@isem.irk.ru

Oleg V. Marchenko, Candidate of technical sciences, Leading Researcher, e-mail: marchenko@isem.irk.ru

2Соломин Сергей Владимирович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела электроэнергетических систем, e-mail: solomin@isem.irk.ru

Sergei V. Solomin, Candidate of technical sciences, Senior Researcher, e-mail: solomin@isem.irk.ru

For citation: Marchenko O.V., Solomin S.V. Efficiency of renewable energy sources combined use. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no. 8, pp. 111-121. (In Russia) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-8-111-121

Введение

Во многих странах мира активно используются возобновляемые источники энергии (ВИЭ) как альтернатива сжиганию традиционного органического топлива (уголь, газ, жидкое топливо), выделяющих парниковые газы и другие вредные вещества.

Среди соответствующих технологий значительное распространение получили ветровые и солнечные электростанции. Их особенность - это случайный (стохастический) характер выработки электроэнергии, зависящий от переменных погодных условий. В связи с этим они требуют резервирования их мощности другими энергоисточниками либо применения накопителей (аккумуляторов) энергии [1-3].

Важным возобновляемым энергоресурсом является также древесная биомасса, при сжигании которой не изменяется баланс CO2 в атмосфере. Использование древесных отходов (отходы лесопиления, деревообработки, целлюлозно-бумажной промышленности) положительно сказывается на экологической обстановке в районах заготовки и переработки леса, препятствует захламлению территорий, возникновению лесных пожаров и т.п. В настоящее время разработаны эффективные технические решения (помимо прямого сжигания биомассы), позволяющие утилизировать отходы лесозаготовок и лесопереработки. Одним из них является газификация древесного топлива с последующим использованием выработанного синтез-газа в газогенераторных электростанциях (ГГЭС). В настоящее время наиболее перспективной является технология ступенчатой газификации, при которой стадии пиролиза и газификации отделены друг от друга и обеспечивают благоприятные экологические показатели [4].

В работе [5] показана конкурентоспособность газогенераторных электростанций с энергоисточниками на органическом топливе и ВИЭ других типов по критерию стоимости вырабатываемой энергии. В случае использования интегрированных систем энергоснабжения эти оценки должны быть дополнены учетом системных эффектов, которые возникают вследствие наличия связей между энергоисточниками разных типов и аккумуляторами энергии [6]. Такие системные эффекты обычно учитываются посредством применения специальных математических моделей.

Цель настоящей работы - оценить эффект от совместного использования возобновляемых источников энергии разных типов, дублирующих энергоисточников и аккумуляторов энергии в автономной системе электроснабжения.

Для расчетов использована математическая модель REM-2 (Renewable Energy Model) [7]. В отличие от известных моделей, основанных на переборе вариантов или на имитационном моделировании динамики [8-14], модель REM-2 позволяет исследовать энергосистемы разной конфигурации с преобразованием одного вида энергии в другой и аккумулированием различных видов энергии на основе алгоритмов оптимизации GAMS (General Algebraic Modeling System).

Математическая модель. Описание технологий

Для рассматриваемой энергосистемы задаются списки первичных энергоресурсов J1, вторичных энергоносителей J2 и конечных видов энергии J3.

К первичным энергоресурсам относится вся поступающая в систему извне энергия (например, жидкое топливо для дизельной электростанции или электроэнергия от системы централизованного электроснабжения). В конечную энергию включается энергия как потребляемая в данном пункте, так и поступающая на внешний рынок (например, синтетическое жидкое топливо или водород).

Система включает энергоустановки (технологии) двух типов: преобразования (транспорта) энергии; аккумулирования энергии (энергоносителей). В установках преобразования первичная и вторичная энергия преобразуется в конечную энергию и/или во вторичную энергию другого вида. В аккумуляторах происходит накопление вторичной энергии для ее последующего использования.

Работа энергосистемы моделируется с шагом М по времени; переменные с индексом ^ = 0, 1, 2, ..., Г относятся к соответствующим моментам времени. В момент времени ^ мощность /-й установки преобразования энергии равна М^ < N (где N - установленная мощность). В процессе работы возможно не только изменение текущей мощности установки, но и переход ее в другой режим (например, для ТЭЦ - из теплофикационного - в конденсационный). В момент времени ^ /-я установка работает в режиме вн е в,- (где в,- - множество допустимых режимов).

Для каждой установки преобразования энергии (/ е /) заданы коэффициенты: аув) -удельное (на единицу мощности) потребление у-го энергоресурса в режиме вн и Р/к(в,0 - удельное производство к-го вида энергии в режиме .

Например, для электростанции на органическом топливе ркк = 1- 5, а,у = Ь, где 5 - доля затрат электроэнергии на собственные нужды, Ь - удельный расход топлива на единицу произведенной электроэнергии. Для ветроэнергетической установки (ВЭУ) коэффициент а может быть любым (ресурс неограниченный и бесплатный), а коэффициент р определяется по рабочей характеристике в зависимости от режима вн (в данном случае - это скорость ветра).

В момент времени ^ запас вторичной энергии в у-м аккумуляторе равен Рд < Qj, где ^ - емкость аккумулятора. Для каждой технологии аккумулирования энергии (у е ) задан

коэффициент полезного действия щ, характеризующий потери энергии в аккумуляторе.

Кроме того, для всех технологий (/ е / и ) заданы: к - удельные (на единицу мощности, для аккумулятора - емкости) капиталовложения, щ - ежегодные постоянные эксплуатационные издержки (доля от капиталовложений) и ДГ, - срок службы установки.

Математическая постановка задачи (найти минимум целевой функции) имеет следующий вид:

Z = Z (F +Mi)kiN + s (F. j)kjQj +

i GI 1 111 j G J J J J J

T

+T z, Л pj Nuay(sit)^mm•

T t = 1J G J i G I

(1)

При выполнении ограничений на потребление первичной энергии:

<V 1е'г

I е I

На производство:

1. Конечной энергии:

Л *,А/*„>* • 1е ' 3.

I е I

2. Балансов вторичной энергии:

К Œ I k Œ I

-XJ, + Yjt -AQjt = 0, J ΠJ2 ; (4)

Qjt=Qj,-i jtjeJ2.

3. Ограничений на переменные:

(5)

0 < Nt < N, i e I; (6)

Xt *0 Yß *0 Q *0 - j eJ2; (7)

0 < Qjt < Qj - J e J2. (8)

4. Начального условия:

QJ0 = ft lQJt J e J2 (9)

при t = 1, 2, ..., T и Stf e S, .

Здесь введены обозначения:

_ ln( 1 +

Fi --A " (10)

1 - (1 + d) 1

это коэффициент возврата капитала при годовой норме дисконта d, H - продолжительность года в выбранных единицах времени (например, H = 8760 ч/год), где pj и Pjt - цена и максимально доступный объем первичного энергоресурса; Ljt - потребность в конечной энергии; Xjt и Yjt - потоки вторичной энергии в аккумулятор и из него; AQjt - потери вторичной энергии.

Искомыми переменными являются: установленные N и текущие мощности Ntt установок преобразования энергии; запасы вторичной энергии в аккумуляторах Qjt и их емкости Q ;

потоки энергии Xjt и Yjt; потери AQjt, а также управляемые режимы работы stt (стохастические режимы энергоисточников, использующих возобновляемые виды энергии, не оптимизируются, поскольку они определяются внешними природными условиями и для модели являются заданными).

Целевая функция (1) представляет собой суммарные (приведенные к году) дисконтированные затраты на создание и эксплуатацию системы. При заданном объеме отпускаемой потребителям конечной энергии минимуму Z соответствует максимум чистого дисконтированного дохода.

Слагаемое AQjt в уравнении (4) позволяет учесть возможность «избыточного» (в определенные моменты времени) производства вторичной энергии. Так, например, в ветродизель-ной системе иногда выгоднее срабатывать избытки электроэнергии (в периоды больших скоростей ветра) на балластном сопротивлении, чем увеличивать емкость аккумулятора или снижать установленную мощность ВЭУ.

Начальное условие (9) имитирует случайный выбор начала периода моделирования на оси времени (для оценки случайной величины начального запаса энергоносителя использовано ее наиболее вероятное значение - среднее арифметическое).

Критерием качества сравниваемых вариантов энергоснабжения является величина Z -суммарные дисконтированные затраты. Однако эта величина не очень удобна для анализа. Более наглядный результат - стоимость производимой конечной энергии (минимальная цена, при которой проект остается экономически эффективным). Поскольку в системе производится несколько разных видов конечной энергии и не все они могут замещаться покупной энергией, соотношение цен может быть выбрано произвольно (или условно). Пусть k-й вид конечной энергии имеет стоимость pk = const х sk, где sk - заданные коэффициенты, определяющие соотношения цен. Тогда из условия экономической эффективности проекта получим формулу для стоимости конечной энергии:

РК =

J ΠJz

s1 Z К

„ h

'J'Y

T

z

t = 1

k œ J

L v

Jt

3"

(11)

Представленная модель без каких-либо существенных изменений может быть использована для учета некоторых дополнительных эффектов, которые в нее в явном виде не заложены.

Так, например, если к множеству производимых продуктов добавить выбросы вредных веществ, то варианты можно сравнивать также и по экологическим характеристикам.

В схему можно ввести несколько однотипных установок и частью режимов моделировать плановые, а частью - случайные простои (некоторые режимы Бц не оптимизируются, а задаются извне датчиком случайных чисел аналогично тому, как задаются режимы установок, использующих энергию ветра и солнца). Это позволит оценить удорожание системы вследствие резервирования.

Модель предполагает, что потребность в конечной энергии полностью удовлетворяется. При существенно неравномерном графике нагрузки обеспечение абсолютной надежности не всегда экономически целесообразно. Дополнительное введение в систему дорогого фиктивного энергоисточника («производящего» энергию по цене, равной ущербу от недоотпуска энергии) позволяет оптимизировать надежность («выработка» дополнительного энергоисточника равна фактическому недоотпуску энергии).

Для более подробного описания какой-либо технологии установку можно разделить на отдельные блоки, связанные потоками промежуточных продуктов. Можно (в случае необходимости) ввести зависимость коэффициентов преобразования энергии а и р от текущей мощности, т.е. учесть нелинейную связь объемов потребляемых ресурсов и производимых продуктов.

Расчетная схема

Рассматривается автономная система, включающая фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), ветроэлектрические установки (ВЭУ), аккумуляторные батареи (АБ), инвертор (ИНВ), газогенераторную электростанцию (ГГЭС) на древесном топливе и дизельную электро-

станцию (ДЭС) в качестве дублирующего и пикового энергоисточника (рис. 1). ГГЭС использует технологию газификации древесных отходов и включает в себя: модуль газификации (газогенератор для получения газа из отходов древесины); емкость для хранения произведенного синтез-газа (газгольдер); модуль генерации, включающий электроагрегат, работающий на этом газе.

Рис. 1. Структурная схема системы электроснабжения:

. - постоянное напряжение /;......- переменное напряжение

Fig. 1. Flow diagram of a power supply system: — - DC voltage;......- AC voltage

Исходные данные для расчетов

Основными факторами, определяющими экономическую эффективность возобновляемых источников энергии, являются: потенциал и запасы соответствующего природного ресурса; мощность и график нагрузки; технико-экономические показатели энергоустановок; цена древесного топлива.

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

Рассматривалась переменная нагрузка с максимумом 1 МВт и коэффициентом использования установленной мощности 0,52. Максимум нагрузки приходится на вечерние часы, в ночные часы нагрузка составляет 10% от максимальной нагрузки.

Технико-экономические показатели компонентов системы, принятые в расчетах, приведены в табл. 1. В связи с неустойчивостью курса рубля капиталовложения приведены в долларах начала 2017 г. Из приведенных в работах [8-15] интервалов возможных показателей выбраны наиболее вероятные значения.

При формировании расчетных вариантов ставилась задача учета разнообразия условий работы ВИЭ при минимальном количестве рассматриваемых пунктов. На территории России выделены три условных региона (Юг, Средняя полоса, Север) с характерными для них значениями числа часов использования максимума нагрузки и цен органического топлива [15]. Средняя годовая скорость ветра на высоте 10 м варьировалась от 4 до 6 м/с, годовой приход солнечной радиации на горизонтальную поверхность - от 1000 до 1400 кВт-ч/м2.

Таблица 1

Технико-экономические показатели компонентов системы

Table 1

Performance indicators of power supply system components

Компонент/ Component Удельные капиталовложения / Specific capital investments, US$/kW Издержки*, % / Costs, % КПД, % / Efficiency,% Срок службы, лет / Service life, years

ГГЭС / Gas generating plant (GGP) 1600 5 25 10

ФЭП/PET 1200 1 15 25

ВЭУ / WDG 1800 2 30 25

Инвертор / Inverter 220 2 95 25

АБ /AB 180 5 95 5

Газгольдер / Gas holder 40 ** 5 95 25

* В процентах от капиталовложений / Percentage of capital investments; ** USS/кВт-ч / US$/kWh

Цена древесной биомассы определяется значительным количеством специфических факторов, характеризующих конкретную местность. Основная часть ресурсов древесного топлива сосредоточена в северных районах страны, на юге они значительно меньше [9]. Для расчетов принято характерное для России значение цены древесного топлива 50-90 US$/r у.т. (условное топливо, меньшее значение принято для Севера, большее - для Юга).

Результаты расчетов и их анализ

Результаты расчета оптимальной структуры системы электроснабжения для разных климатических зон, с учетом описанных выше различий в ценах древесного топлива и характеристик ветра и солнечной радиации, приведены в табл. 2 и на рис. 3 и 4.

Оптимальная структура системы электроснабжения для разных климатических зон России

Таблица 2

Table 2

Optimal structure of power supply systems for different climatic zones of Russia

Установленная мощность, кВт / Installed capacity, kW Емкости, кВтч / Capacitance, kWh

ДЭС / DPP ГГЭС / GGP ВЭУ / WDG ФЭП/PET Газгольдер / Gas holder АБ / AB

Север / North 350 650 300 0 6800 650

Центр / Center 500 500 200 450 4200 680

Юг / South 800 200 600 1250 1850 1180

Полученные результаты свидетельствуют о том, что ФЭП в условиях России эффективны только в южных районах страны (с приходом солнечной радиации на горизонтальную

о

поверхность выше 1200-1250 кВтч/м2), ГГЭС и ВЭУ эффективны во всех климатических зонах. Доля ВЭУ в энергосистеме максимальна в северных и южных районах и минимальна в Центре России, где средняя скорость ветра редко превышает 4 м/с. Роль ГГЭС максимальна на Севере, где сосредоточены основные ресурсы древесного топлива и минимальна цена топливной щепы. Во всех рассмотренных вариантах ДЭС играет роль пикового маневренного энергоисточника для обеспечения бесперебойного электроснабжения. Структура выработки электроэнергии энергоисточниками разных типов показана на рис. 2.

Север / North

ДДЭС/DPP ЦЦ ГГЭС / GGP [^ВЭУ/WDG I |фЭП I PET

Рис. 2. Доля энергоисточников в суммарной выработке электроэнергии Fig. 2. Proportion of different power sources in total production of electrical energy

Работу оптимизированной системы электроснабжения в динамике поясняет рис. 3 (для примера выбраны весенние сутки в районах Север и Юг).

В северных районах с дешевым древесным топливом основная часть выработки приходится на ГГЭС. Роль ДЭС сводится к кратковременным разовым включениям для маневренного отслеживания роста нагрузки при отсутствии выработки ВЭУ (рис. 3, а). В часы, когда мощность ВЭУ превышает мощность нагрузки, происходит заряд электрических аккумуляторов и заполнение газгольдера (в рассмотренном примере это происходит в вечернее и ночное время). В течение суток мощность ГГЭС плавно повышается до номинальной мощности, в отдельные периоды она работает совместно с ВЭУ и с разряжаемыми АБ.

В южных районах (рис. 3, b) мощность ВЭУ превышает мощность нагрузки (также в ночное время), и происходит заряд аккумуляторных батарей и заполнение газгольдера. ФЭП начинает выработку электроэнергии с рассвета и продолжает до заката солнца. В течение трех часов происходит разряд АБ и включается ГГЭС в базовом режиме. По мере роста нагрузки в 7 ч утра включается ДЭС, которая в дальнейшем изменяет свою мощность, отслеживая график нагрузки. Мощность ДЭС минимальна в периоды одновременной работы ВЭУ, ФЭП и ГГЭС. В период вечернего повышения нагрузки при прекращении выработки ФЭП и ВЭУ работают ГГЭС и ДЭС вплоть до очередного повышении скорости ветра, после которого они могут быть отключены, и начинается очередной цикл заряда аккумуляторов.

b

Рис. 3. Генерируемые мощности энергоисточников: а - север; b - юг Fig. 3. Generated capacity of energy sources: a - North, b - South

Заключение

На основе математического моделирования проведена оценка экономической эффективности автономной системы электроснабжения с использованием ВИЭ для разных климатических зон России.

Показано, что в южных районах страны эффективно применение ветроэнергетических установок совместно с фотоэлектрическими преобразователями и газогенераторными установками, в северных районах - ветроэнергетических установок совместно с ГГЭС при дублировании их мощности ДЭС.

a

Библиографический список

1. Суслов К.В., Конюхов В.Ю., Зимина Т.И., Шамарова Н.А. Технико-экономические аспекты применения возобновляемых источников энергии. Иркутск: ИрГТУ, 2014. 219 с.

2. Сокольникова Т.В., Суслов К.В., Ломбарди П. Определение оптимальных параметров накопителя для интеграции возобновляемых источников энергии в изолированных энергосистемах с активными потребителями // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 10. С. 206-212.

3. Lombardi P., Sokolnikova T., Suslov K., Voropai N.I., Styczynski Z.A. Isolated power system in Russia: a chance for renewable energies. Renewable Energy. 2016. V. 90. Р. 532-541. DOI: 10.1016/j.renene.2016.01.016

4. Донской И.Г., Козлов А.Н., Свищев Д.А., Шаманский В.А. Расчетное исследование эффективности ступенчатого процесса газификации влажной древесины // Теплоэнергетика. 2017. № 4. С. 21-29.

5. Марченко О.В., Соломин С.В. Эффективность газогенераторных электростанций на древесном топливе для электроснабжения децентрализованных потребителей // Экология промышленного производства. 2016. № 4 (96). С. 30-34.

6. Марченко О.В., Соломин С.В. Анализ совместного использования энергии солнца и ветра в системах автономного электроснабжения // Промышленная энергетика. 2016. № 9. С. 39-43.

7. Marchenko O.V. Mathematical modeling and economic efficiency assessment of autonomous energy systems with production and storage of secondary energy carriers. International Journal of Low-carbon Technologies. 2010. V. 5. No. 4. Р. 250-255. DOI: 10.1093/ijlct/ctq031

8. Türkay B.E., Telli A.Y. Economic Analysis of Stand Alone and Grid Connected Hybrid Energy Systems. Renewable Energy. 2011. V. 36. No. 7. Р. 1931-1943. DOI: 10.1016/j.renene.2010.12.007

9. Ajao K.R., Oladosu O.A., Popoola O.T. Cost-benefit analysis of wind-solar power generation by HOMER power optimization software. Journal of Applied Science and Technology. 2011. V. 16. No. 1 -2. P. 52-57. DOI: 10.4314/jast.v16i1-2.64779

10. Srivastava R., Giri V.K. Optimization of Hybrid Renewable Resources using HOMER. International Journal of Renewable Energy Research. 2016. V. 6. No. 1. Р. 157-163.

11. Sigarchian S.G, Malmquist A., Fransson T. Modeling and control strategy of a hybrid PV/Wind/Engine/Battery system to provide electricity and drinkable water for remote applications. Energy Procedia. 2014. V. 57. No. 1. P. 1401-1410. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.10.087

12. Bernal-Agustin J. L., Dufo-Lopez R. Simulation and Optimization of Stand-Alone Hybrid Renewable Energy Systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2009. V. 13. No. 8. P. 2111-2118. DOI: 10.1016/j.rser.2009.01.010

13. Карамов Д.Н. Математическое моделирование автономной системы электроснабжения, использующей возобновляемые источники энергии // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 9. С. 206-212.

14. Bhandari B., Poudel, S.R., Lee, K.T., Ahn, S.H. Hybrid renewable energy system: A Review // International Journal of Electronic and Electrical Engineering. 2014. V. 7. No. 5. P. 535-542. DOI: 10.1016/j.rser.2015.07.187

15. Marchenko O.V., Solomin S.V. Economic efficiency of renewable energy sources in autonomous energy systems in Russia. International Journal of Renewable Energy Research. 2014. V. 4. No. 3. P. 548-554.

References

1. Suslov K.V., Konyukhov V.Yu., Zimina T.I., Shamarova N.A. Tehniko-jekonomicheskie aspekty primenenija vozobnovljaemyh istochnikovjenergii [Technical and economic aspects of renewable energy sources use]. Irkutsk, IrGTU Publ., 2014, 219 p. (In Russian)

2. Sokolnikova T.V., Suslov K.V., Lombardi P. Opredelenie optimal'nyh parametrov nakopitelja dlja integracii vozobnovljaemyh istochnikov jenergii v izolirovannyh jenergosistemah s aktivnymi potrebiteljami [Determining optimal energy storage parameters for renewable energy sources integration in isolated energy systems with active consumers]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2015, no. 10, pp. 206-212. (In Russian)

3. Lombardi P., Sokolnikova T., Suslov K., Voropai N.I., Styczynski Z.A. Isolated power system in Russia: a chance for renewable energies?. Renewable Energy. 2016, vol. 90, pp. 532-541. DOI: 10.1016/j.renene.2016.01.016

4. Donskoi I.G., Kozlov A.N., Svishchev D.A., Shamanskii V.A. Raschetnoe issledovanie jeffektivnosti stupenchatogo processa gazifikacii vlazhnoj drevesiny. [Numerical investigation of the staged gasification of wet wood]. Teplojenergetika [Thermal Engineering]. 2017, vol. 64, no. 4, pp. 258-264. DOI: 10.1134/S0040601517040024.

5. Marchenko O.V., Solomin S.V. Effektivnost' gasogeneratornykh elektrostancii na drevesnom toplive dlya elektrosnab-zhenija dezentralizovannykh potrebitelei [Efficiency of gas-generating power plants on wood fuel for power supply of the decentralized consumers]. Ekologiya promyshlennogo proizvodstva [Industrial Ecology]. 2016, no. 4, pp. 30-34. (In Russian)

6. Marchenko O.V., Solomin S.V. Analiz sovmestnogo ispolzovanija energii solnca i vetra v sistemakh avtonomnogo el-ektrosnabzheniya [Analysis of combined use of solar and wind power in autonomous power supply systems]. Promysh-lennaja energetika [Industrial Power Engineering]. 2016, no. 9, pp. 39-43. (In Russian)

7. Marchenko O.V. Mathematical modeling and economic efficiency assessment of autonomous energy systems with production and storage of secondary energy carriers. International Journal of Low-Carbon Technologies. 2010, vol. 5, no. 4, pp. 250-255. DOI: 10.1093/ijlct/ctq031

8. Türkay B.E., Telli A.Y. Economic Analysis of Stand Alone and Grid Connected Hybrid Energy Systems. Renewable Energy. 2011, vol. 36, no. 7, pp. 1931-1943. DOI: 10.1016/j.renene.2010.12.007

9. Ajao K.R., Oladosu O.A., Popoola O.T. Cost-benefit analysis of wind-solar power generation by HOMER power optimization software. Journal of Applied Science and Technology, 2011, vol. 16, nos. 1&2, pp. 52-57. DOI: 10.4314/jast.v16i1-2.64779

10. Srivastava R., Giri V.K. Optimization of Hybrid Renewable Resources using HOMER. International Journal of Renewable Energy Research, 2016, vol. 6, no. 1, pp. 157-163.

11. Sigarchian S.G, Malmquist A., Fransson T. Modeling and control strategy of a hybrid PV/Wind/Engine/Battery system to provide electricity and drinkable water for remote applications. Energy Procedia. 2014, vol. 57, no. 1, pp. 1401-1410. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.10.087

12. Bernal-Agustin J. L., Dufo-Lopez R. Simulation and Optimization of Stand-Alone Hybrid Renewable Energy Systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2009, vol. 13, no. 8, pp. 2111-2118. DOI: 10.1016/j.rser.2009.01.010

13. Karamov D.N. Matematicheskoe modelirovanie avtonomnoi sistemy elektrosnabzheniya, ispol'zuyushchei vozobnovlyaemye istochniki energii [Mathematical modeling of an autonomous power supply system using renewable energy sources]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2015, no. 9, pp. 206-212. (In Russian)

14. Bhandari B., Poudel, S.R., Lee, K.T., Ahn, S.H. Hybrid renewable energy system: A Review // International Journal of Electronic and Electrical Engineering. 2014, vol. 7, no. 5, pp. 535-542. DOI: 10.1016/j.rser.2015.07.187

15. Marchenko O.V., Solomin S.V. Economic efficiency of renewable energy sources in autonomous energy systems in Russia. International Journal of Renewable Energy Research. 2014, vol. 4, no. 3, pp. 548-554.

Критерии авторства

Марченко О.В. и Соломин С.В. имеют равные авторские права и несут равную ответственность за

Authorship criteria

Marchenko O.V. and Solomin S.V. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.

плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Conflict of interests

The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.

Статья поступила 20.06.2017 г.

The article was received 20 March 2017

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.