CC BY
58
Литература
1. Контактные устройства резистров из композиционных материалов: учеб. пособие / В.Н. Андреев, М.А. Бучельников, П.В. Горелов [и др.]. - 2-е изд., допол. - Новосибирск, 2003. - 255 с.
УДК 621.311.24 С.К. Шерьязов, Н.А. Чернов
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕННОСТИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ОТ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
В статье исследована зависимость критерия энергообеспеченности потребителя от ометаемой площади ветроколеса. Предложена инженерная методика определения коэффициентов суточной энергообеспеченности и замещения потребной энергии за расчетный период.
Ключевые слова: ветроэнергетическая установка, ветроколесо, коэффициент обеспеченности, скорость ветра.
S.K. Sheryazov, N.A. Chernov
ESTIMATION TECHNIQUE OF CONSUMERS ENERGY SUPPLY FROM THE WIND-DRIVEN ENERGETIC PLANT
Dependence of the consumer energy supply criterion on the windwheel swept area is researched in the article. The engineering technique for determination of the factors of daily energy supply and needful energy replacement for the calculation period is offered.
Key words: wind-driven energetic plant, windwheel, supply factor, wind speed.
Эффективное энергообеспечение сельскохозяйственных потребителей возможно путем совершенствования существующих систем энергоснабжения. Для повышения эффективности системы энергоснабжения за счет снижения затрат на топливно-энергетические ресурсы предлагается использовать возобновляемые источники энергии (ВИЭ).
Россия обладает огромными запасами возобновляемой энергии. Причем вследствие географического положения, разнообразия климата и ряда других особенностей возможности использования различных видов ВИЭ существенно варьируются.
Для энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей из числа ВИЭ наиболее перспективным является энергия ветрового потока. В России потенциальные ресурсы энергии ветра в год составляют 26,7 млрд т у.т., а установленная мощность ВЭУ около 15 МВт.
Для преобразования энергии ветра могут быть использованы различные виды ветроэнергетических установок (ВЭУ), различающиеся по принципу работы и конструктивному исполнению. Более широкое распространение получили установки с горизонтальной осью вращения, имеющие более высокий коэффициент использования энергии ветра [1].
Выработка энергии от ВЭУ и потребление ее носят случайный характер. Тогда для эффективного использования ВЭУ необходимо согласовывать режимы выработки и потребления энергии. При этом важно определить показатели энергообеспечения потребителей от ВЭУ.
Энергоснабжение потребителя при заданной ометаемой площади ветроколеса (ВК) ВЭУ можно оценить коэффициентом энергообеспеченности Коб. Данный коэффициент показывает долю суточной потребной энергии, получаемой от ВЭУ, и определяется отношением полезно используемой энергии к потребной:
а
а
< 1
(1)
где Опол i - суточная полезно используемая энергия от ВЭУ в ьм месяце, МДж;
Оп! - суточная потребная энергия в эти же сроки, МДж.
Полезно используемая энергия определяется величиной потребной энергии Оп и принимается из следующего условия:
а
аВЭУ
(2)
где Ов.уд - удельная вырабатываемая энергия от ВЭУ; Авк - площадь ветроколеса.
В [2] установлена зависимость коэффициента обеспеченности от площади ВК ВЭУ (рис. 1). При этом коэффициент обеспеченности представляет среднюю величину за расчетный период (сезон, год).
Рис. 1. Зависимость коэффициента энергообеспеченности от площади ветроколеса ВЭУ
На графике рис. 1 показаны минимальные (Ао), средние (Ас) и максимальные (Ат) площади ВК, необходимые для обеспечения потребной энергии в различное время расчетного периода.
Приведенную зависимость можно условно разделить на две части. В первой части (А < Ад) с
увеличением площади ВК растет коэффициент обеспеченности и зависимость носит линейный характер. Вид такой зависимости объясняется возможностью полного использования вырабатываемой энергии в любое время расчетного периода.
Коэффициент энергообеспеченности в этом случае определяется как:
У в
^в.уд.сут
Кб = ---------------А
У в,
п.сут
I=1
(3)
п
В данном выражении суммарная энергия рассматривается за расчетный период. При минимальной площади Д0, коэффициент энергообеспеченности Коб0.
Во второй части графика наблюдается нелинейный рост коэффициента обеспеченности с увеличением площади ВК относительно А0. Вид такой зависимости объясняется наличием неиспользованной энергии ветра в отдельные моменты времени, когда возможная выработка больше, чем потребная.
В результате исследования коэффициента энергообеспеченности от площади ВК предложено аналитическое выражение [2]:
К
А-А
об
Коб.т - (Коб.т - Кобп )е
(4)
В работе [2] показана возможность эффективного использования ВЭУ, когда оптимальная площадь
ВК А > Ад. Тогда для удобства дальнейших исследований и разработки инженерной методики выбора
ветроэнергетической установки приведённое выражение можно упростить с определёнными допущениями, когда Коб.™ = 1 и А0 = 0.
При принятых допущениях коэффициент энергообеспеченности можно определить как
Коб = 1
е
А
А.
(5)
Коэффициент энергообеспеченности Коб является среднесуточным показателем за расчётный период. При этом энергообеспечение потребителей от ВЭУ будет носить случайный характер. Тогда условия энергообеспечения за расчетный период можно оценить коэффициентом замещения, учитывающим случайный характер поступающей скорости ветра:
= К£ • Коб Р^ср.м) ,
(6)
где р(у) - интегральная обеспеченность скорости ветра; К - коэффициент, учитывающий замещение энергии при у<уср.м, Кг =1,35 [2]; уср.м - скорость ветра, обеспечивающая среднесуточную мощность ветрового потока.
В условиях Южного Урала сравнивались результаты, полученные по известной методике (4) и предлагаемой упрощенной методике расчета коэффициента энергообеспеченности. На рис. 2 в качестве примера приведены результаты сравнения в двух сельскохозяйственных районах Челябинской области.
Сравнительный анализ приведённых данных показывает, что отличия между рассматриваемыми методами расчёта Коб не превышают 15%. Упрощенная методика определения Коб адекватно описывает условия энергообеспечения потребителей от ВЭУ в течение расчётного периода.
Ас - Ао
Рис. 2. Зависимость Коб от ометаемой площади ВК в условиях Челябинской области
Проведенные исследования показали, что условия энергообеспечения и соответственно доля замещаемой энергии зависит от основного параметра энергоустановки - площади ветроколеса ВЭУ. Для оценки энергообеспеченности потребителя от ветроэнергетической установки предложен более простой метод. Он позволит в дальнейшем разработать инженерную методику выбора ветроэнергетической установки в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей.
Литература
1. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России / П.П. Безруких [и др.]. - СПб.: Наука, 2002. - 314 с.
2. Шерьязов С.К. Возобновляемые источники в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей: моногр. - Челябинск, 2008. - 300 с.
УДК 621.311.24 С.К. Шерьязов, М.В. Шелубаев
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕТРОУСТАНОВКИ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
В статье предложены оригинальные схемные решения для эффективного использования ветроэнергетических установок при их совместной работе с системами централизованного электроснабжения, позволяющие максимально использовать энергию ветра для выработки качественной электрической энергии, экономить её потребление от централизованного источника и снизить потери напряжения и мощности в линиях электропередач.
Ключевые слова: ветроэнергетическая установка, ветровой ресурс, электроснабжение, инвертор.
S.K. Sheryazov, M.V. Shelubayev WIND-DRIVEN PLANT USE IN THE ELECTRICAL SUPPLY SYSTEM
Original circuitries for an effective wind-driven electric plant use at their teamwork with the systems of centralized electrical supply, allowing to use wind power for qualitative electric energy development as much as possible,
