CC BY
6ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА
WIND ENERGY
Статья поступила в редакцию 01.06.13. Ред. рег. № 1668 The article has entered in publishing office 01.06.13. Ed. reg. No. 1668
УДК 631.171
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ ГЕНЕРАЦИИ ОТ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В ТУПИКОВЫХ УЧАСТКАХ ПРОТЯЖЕННЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НИЗКОГО
НАПРЯЖЕНИЯ
В.А. Гусаров, С.А. Лапшин, В.В. Харченко
Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) 109456, Москва, 1-й Вешняковский проезд, 2, ВИЭСХ.
Тел.: 171-19-20, факс: 170-51-01, e-mail: viesh@dol.ru, www.viesh.ru
Заключение совета рецензентов 03.06.13 Заключение совета экспертов 05.06.13 Принято к публикации 06.06.13
Энергетика сельского хозяйства в районах, где ведется сельскохозяйственное производство, имеет ряд специфических особенностей:
- рассредоточенность сельских поселений, их малая единичная потребляемая мощность, большая протяженность коммуникаций, низкая территориальная плотность населения;
- основной объем электроэнергии передается по сетям низкого напряжения (0,4 кВ), которые имеют максимальную долю среди всех типов сетей;
- большой износ электросетевого хозяйства - до 80%;
- максимальный объем потерь передаваемой электроэнергии.
Для ветровых районов Российской Федерации, обладающих достаточным ветровым потенциалом, к которым относятся Волгоградская, Астраханская области и республика Калмыкия ГНУ ВИЭСХ РАСХН в качестве дополнительной генерирующей мощности предложена система энергоснабжения, подключаемая к низкой стороне трансформаторной подстанции напряжением 0,4 кВ.
Мощность генерирующей системы выбирается в зависимости от нагрузки, подключённой к низкой стороне понижающего трансформатора. Как правило, эти трансформаторы расположены в непосредственной близости от небольших населенных пунктов с численностью до 50-100 абонентских вводов.
В качестве перспективы развития практического применения данной системы возможно создание локальных «SMART-GRID» сетей с информационным обменом данными между участками сети. Для организации информационного обмена возможно использование силовых линий электропередач в качестве носителя сигнала. Организация информационного обмена позволит учитывать техническое состояние линий электропередачи, выполнять мониторинг сетей в режиме реального времени и повысить качество передачи электроэнергии в сети в случае повреждений отдельных ее участков.
Ключевые слова: локальная генерация, распределенная генерация, микросеть, сеть низкого напряжения, децентрализованное электроснабжение, электроснабжение
USING LOCAL GENERATION OF RENEWABLE ENERGY IN FINAL STRETCH OF
LOW-VOLTAGE POWER LINES
V.A. Gusarov, S.A. Lapshin, V.V. Kharchenko
All-Russian Scientific Research Institute for Electrification of Agriculture (VIESH) VIESH, 1st Veshnyakovsky pr., 2, Moscow, 109456, Russia tel. 171-19-20; e-mail: viesh@dol.ru, www.viesh.ru
Referred 03.06.13 Expertise 05.06.13 Accepted 06.06.13
Energy farming in areas with agricultural production has a number of specific features:
- Distribution of rural settlements, their low power consumption, the greater length of communications, territorial low population density;
- Most of the electricity is transmitted via low voltage lines (0.4 kV), which have a maximum share among all types of networks;
- Wear electric grid - up to 80%;
- Maximum losses of transmitted energy.
^¿y Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 07 (129) 2013 * —
| ~~ /_J. г. \ *""! © Научно-технический центр «TATA», 2013 10
For wind regions of the Russian Federation with sufficient wind potential, which include Volgograd, Astrakhan regions and the Republic of Kalmyk GNU VIESH has developed an additional generating capacity, a system power supply, connected to the low side of the transformer substation of 0.4 kV.
Power generating system is selected depending on the load, connected to the low side of the step-down transformer. As a rule, these transformers are located in close proximity to the small towns with up to 50-100 consumer lines.
As prospects for the practical application of this system it is possible to create a local «SMART-GRID» network data information exchange between network sites. For information, this exchange can use power transmission lines as the signal carrier. Information exchange will allow taking into account technical condition of the power lines, monitoring the network in real time and improving quality of electric power transmission network in the event of damage to some of its sites.
Keywords: local generation, distributed generation, micro-network, low-voltage network, decentralized power supply, power supply
Валентин Александрович Гусаров
Сведения об авторе: ГНУ ВИЭСХ, заведующий лабораторией, кандидат технических наук Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, энергоснабжение, энергоэффективность Публикации: 47
Сергей Александрович Лапшин
Сведения об авторе: ГНУ ВИЭСХ, аспирант.
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, ветроэнергетика, системы
управления.
Публикации: 4
Валерий Владимирович Харченко
Сведения об авторе: ГНУ ВИЭСХ, главный научный сотрудник, доктор технических наук, профессор
Область научных интересов: технологии возобновляемой энергетики Публикации: 244
В настоящее время актуальна проблема обеспечения качественной электрической энергией жителей и сельскохозяйственных производителей, особенно в отдаленных районах. Использование сложной, дорогостоящей техники при производстве и переработке сельскохозяйственной продукции и в быту, а так же применение новой энергоёмкой современной электрифицированной техники и бытовых приборов накладывает повышенные требования к качеству используемой электроэнергии.
Получаемая и используемая электроэнергия должна полностью удовлетворять требованиям ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Так же существенно возрастают требования к надежности и бесперебойности поставок электроэнергии, т.к. периодические или случайные перерывы в электроснабжении приводят к выходу из строя дорогостоящей промышленной, бытовой техники и к существенным убыткам.
Энергетика сельского хозяйства в районах, где ведется сельскохозяйственное производство, имеет ряд специфических особенностей:
- рассредоточенность сельских поселений, их малая единичная потребляемая мощность, большая протяженность коммуникаций, низкая территориальная плотность населения;
- основной объем электроэнергии передается по сетям низкого напряжения (0,4 кВ), которые имеют максимальную долю среди всех типов сетей [1];
- большой износ электросетевого хозяйства - до 80% [2];
- максимальный объем потерь передаваемой электроэнергии.
Так, например, потери составляют 21,36% относительно отпуска электроэнергии в сеть для филиала ОАО "МРСК Юга" - "Астраханьэнерго" за 2010 год и 20,52% относительно отпуска электроэнергии в сеть для филиала ОАО "МРСК Юга" - "Калмэнерго" за 2010 год [2].
В качестве одного из решений, позволяющего обеспечить компенсацию потерь, является введение в сети низкого напряжения (НН) дополнительных генерирующих мощностей от источников ВИЭ. Дополнительные генерирующие мощности используются для выработки электроэнергии, которая, с одной стороны, используется для компенсации потерь, а с другой стороны, имеется возможность использования ее для обеспечения требований ГОСТ 13109-97 по качеству электрической энергии, которое особенно актуально для тупиковых, протяженных линий.
Для ветровых районов Российской Федерации, обладающих достаточным ветровым потенциалом, к которым относятся Волгоградская, Астраханская области и республика Калмыкия ГНУ ВИЭСХ РАСХН в качестве дополнительной генерирующей мощности предложена система энергоснабжения, подключаемая к низкой стороне трансформаторной подстанции напряжением 0,4 кВ.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 07 (129) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
В.А. Гусаров, С.А. Лапшин и др. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ ГЕНЕРАЦИИ ОТ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Генерирующая система состоит из автоматического коммутирующего устройства (блок параллельной работы (БПР) - автор разработки Кунцевич П. А., ВИЭСХ) и ветроагрегата с рабочим напряжением 0,4 кВ.
В составе испытательной установки был использован БПР, предназначенный для обеспечения работы ветроэнергетических установок (ВЭУ) с асинхронным генератором мощностью до 2 кВт на промышленные электросети. В качестве генератора использовался асинхронный электродвигатель. Структурная схема БПР и его включение в силовую цепь представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Структурная схема БПР Fig. 1. Structure of BPR
АГ - асинхронный генератор; КБ -конденсаторные батареи; L - реактор; ВИП -вторичный источник питания; КБ - конденсаторная батарея; ДТ - датчик тока; ДН - датчик напряжения; ДАМ - датчик активной мощности; R -токоограничивающие резисторы; К - электронный коммутатор; ПУ - плата управления; QF -автоматический выключатель.
Основная задача такой конфигурации энергоснабжения сводится к получению электроэнергии из энергии ветра и генерация её на тупиковых участках сети напряжением 0,4 кВ, т.е. энергоснабжение производится как со стороны основного генерирующего центра, так и со стороны её периферии (рисунок 2).
Основным отличием разработанного
ветроагрегата от применяемых в России и за рубежом является то, что в качестве генератора используется стандартный асинхронный
низкооборотный электродвигатель, который, при наличии блока параллельной работы, в режиме генерации имеет высокий КПД, низкие обороты возбуждения и длительный срок эксплуатации (патент 2423776 от 10.07.2011 г.).
Мощность генерирующей системы выбирается в зависимости от нагрузки, подключённой к низкой стороне понижающего трансформатора. Как правило, эти трансформаторы расположены в непосредственной близости от небольших населенных пунктов с численностью до 50-100 абонентских вводов.
Рис. 2. Схема электроснабжения тупиковых линий
централизованной сети Fig. 1. Power supply scheme of centralized network terminal lines
На ветрополигоне ГНУ ВИЭСХ в Московской области, Истринском районе, деревне Никулино, были проведены эксперименты по генерации энергии в сеть с целью изучения происходящих процессов в силовых трактах и выявлению недостатков в совместной работе разработанного для этого эксперимента ветроагрегата мощностью 1,5 кВт с централизованной сетью.
Эксперимент показал, что в момент подключения системы к сети все показатели системы соответствовали расчётным параметрам, а именно: частота генерации ветроагрегата составляет 50^50,1 Гц, напряжение генерации находилось в пределах 380 В±10%.
При данном эксперименте среднегодовая суточная производительность системы составила 7,5 кВт^ч/сутки.
Исходя из результатов исследования и статистики энергопотребления небольших сельских поселений, мощность генерирующей системы должна составлять примерно 0,2-0,4 кВт на один абонентский ввод. Так, например, для сельского поселения со средней установленной мощностью 2 кВт на один ввод и численностью 40-50 дворов предлагается использовать ветроагрегат мощностью 12,0-15,0 кВт.
Среднесуточная производительность такого агрегата в районах средней полосы России составляет 40-50 кВт^ч/сутки, а в прибрежных районах северной части России и в южных районах производительность составит около 7080 кВт^ч/сутки.
В качестве перспективы развития практического применения данной системы возможно создание локальных «SMART-GRID» сетей с информационным обменом данными между
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 07 (129) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
участками сети. Для организации информационного обмена возможно использование силовых линий электропередач в качестве носителя сигнала. Организация информационного обмена позволит учитывать техническое состояние линий электропередачи, выполнять мониторинг сетей в режиме реального времени и повысить качество передачи электроэнергии в сети в случае повреждений отдельных ее участков.
Рассматриваемая энергетическая система может быть практически использована, в частности, для развития тупиковых («хвостовых») линий в республике Казахстан в соответствии с постановлением Правительства Республики Казахстан № 384 от 09.04.1999 г., а так же в ветровых районах Российской Федерации [3].
Список литературы
1. Протяженность линий электропередачи по уровням напряжения (тыс. км) [http://www.ais.np-sr.ru/srf/reskalm/IASE_0V_R20_FLOW#протяж_ линии].
2. Транспорт электроэнергии [Ы!р://ттек-yuga.ru/production/transport/]. - Загл. с экрана. -Баланс электрической энергии и мощности, используемые для ценообразования.
3. Республика Казахстан. Постановление Правительства №384 от 09.04.1999г. - Глава 2.5 Электросетевое хозяйство.
18
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 07 (129) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
1SJAI
