CC BY
9ЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯ
ENERGY AND ECOLOGY
Статья поступила в редакцию 25.04.12. Ред. рег. № 1296 The article has entered in publishing office 25.04.12. Ed. reg. No. 1296
УДК 621.311.245, 621.548, 519.25, 519.65
НЕКОТОРЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЕТРО-ДИЗЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
В.А. Хилько
Институт возобновляемой энергетики НАНУ 02094 Украина, Киев, ул. Красногвардейская, д. 20А Тел./факс: +38-044-206-28-09, e-mail: renewable@ukr.net, bortu77@yahoo.com
Заключение совета рецензентов: 10.05.12 Заключение совета экспертов: 15.05.12 Принято к публикации: 20.05.12
Представлено обоснование выбора типа комбинированной электростанции, которая создается на основе возобновляемых источников энергии изолированно от энергетической системы.
На примере подконтрольной работы ветро-дизельной электростанции в исследовательской лаборатории Департамента сельского хозяйства США определены наиболее характерные энергетические показатели эксплуатации станции.
Статистические данные о работе ветро-дизельной электростанции сопоставлены с результатами автономной работы только дизельных генераторов.
Указаны направления повышения уровня показателей эксплуатации ветро-дизельной электростанции.
Ключевые слова: выбор, ветро-дизельная электростанция, энергетические показатели, статистические данные, результаты работы.
SOME INDEXES OF EXPLOITATION OF WIND-DIESEL POWER STATION
V.A. Hil'ko
Institute of Renewable Energy, National Ukrainian Academy of Science 20А Krasnogvardejskaya str., Kiev, 02094, Ukraine Tel./fax: +38-044-206-28-09, e-mail: renewable@ukr.net, bortu77@yahoo.com
Referred: 10.05.12 Expertise: 15.05.12 Accepted: 20.05.12
Provided rationale for the choice of type of combined power station, which is created from renewable energy sources, in isolation from power system.
In the example under the control work of wind-diesel power station in research laboratory of U.S Department of Agriculture identified most typical energy performance of station. Statistical information about wind-diesel power station compared with the results of autonomous work only diesel generators.
Shown the direction of increasing level of exploitation performance of wind- diesel power station.
Keywords: choice, wind-diesel power, energy data, statistics, results of work.
Ветро-дизельные электрические станции (ВДЭС) широко применяются во всем мире там, где есть трудности со строительством электроэнергетических сетей или доставкой топлива. Опыт создания ВДЭС во внутренней Монголии (Китай), Австралии, на островах Аляски, северной Ирландии, Средиземного моря и др. свидетельствует об их эффективности.
Многие источники отмечают, что имеется огромный потенциал для внедрения децентрализованных
систем электроснабжения. В Индии, например, где правительство уделяет особое внимание использованию ветровой энергии, имеется около 80 тыс. сел, в которых отсутствует возможность быть когда-либо подключенными к общегосударственным сетям.
Целый ряд признаков указывает на экономическую важность этого рыночного сектора. Например, 85% из 46 населенных греческих островов имеет население от 100 до 100 тыс. человек с потребной
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 07 (111) 2012 © Научно-технический центр «TATA», 2012
мощностью нагрузки около 300 Вт на единицу населения. Карибские острова также имеют большой потенциал для установки ветродизельных электростанций. На одних только Багамах, а там есть около 700 населенных островов, расчеты указывают на потребность в мощности генераторов по 200 Вт на единицу населения. Во всех северных регионах РФ, на протяжении 10 часовых поясов, могут быть использованы ветро-дизельные электростанции.
С целью наиболее полного представления о возможных направлениях использования комбинированных систем следует принять во внимание, что по причине имевших место перебоев в энергоснабжении, которые наблюдались в такой энергетически развитой стране, как США, в последние десятилетия было реализовано интегрирование комбинированных электрических систем в объединенную энергетическую систему. На практике этот вариант интегрирования ветровых электроустановок (ВЭУ) используется только как резервный.
Простейшим примером автономной электрической станции является дизельная электрическая станция. Однако она имеет несколько недостатков, среди которых наиболее существенным является высокая стоимость вырабатываемой ею энергии.
Во-первых, стоимость энергии высока за счет высокой цены топлива, включая затраты на его доставку на труднодоступный объект. Во-вторых, на величине стоимости электроэнергии дизельной электрической станции сказывается необходимость частых ремонтов дизельных двигателей в связи с выработкой их ресурса, их эксплуатацией в запредельных режимах работы и т.п.
С целью экономии дорогостоящего дизельного топлива и увеличения жизненного цикла дизельных двигателей в 2-3 раза создаются более сложные станции, которые содержат комбинации дизелей и возобновляемых источников энергии. Так организуется структура комбинированных электрических станций. Таким образом, наиболее предпочтительным вариантом являются ветро-дизельные станции, в которых в комбинации с дизельными двигателями используется легкодоступный и поэтому наиболее дешевый возобновляемый источник энергии - ветер.
В связи с малой мощностью и замкнутостью сети принципиальной особенностью автономной электрической системы является высокая чувствительность к возмущающим факторам. Ими являются следующие: естественные колебания мощности возобновляемых источников энергии, изменение потребления энергии с течением времени суток, скачки потребления при включении и отключении электрооборудования, а также нештатные ситуации в работе генерирующего оборудования системы. С целью стабилизации (обеспечения устойчивости) системы и повышения качества вырабатываемой электроэнергии в нее добавляются вспомогательные регуляторы, демпферы и т.п. [1]. Работа данных вспомогательных компонентов осуще-
ствляется с использованием автоматической системы управления.
Национальная лаборатория США по возобновляемым видам энергии (NREL) предложила следующее определение терминов проникновения ветровой энергии [2].
Мгновенное проникновение = _ Мощность ВЭУ, кВт Общая эл. нагрузка, кВт'
Усредненное проникновение = Энергия, произведенная ВЭУ, кВт Общее потребление энергии, кВт
Факторы, способствующие применению ВЭУ в комбинации с дизелями, следующие:
- Ветер - это абсолютно чистый источник энергии.
- ВЭУ - это источник возобновляемой энергии с наименьшими эксплуатационными затратами для принятого диапазона мощности.
- Многие регионы имеют отличный ветровой потенциал круглый год.
- ВЭУ отличаются относительной простотой монтажа.
- При соответствующей подготовке обычный механик дизельных установок может осуществлять техническое обслуживание и ремонт ВЭУ.
- Ветроэнергетика имеет зрелый уровень технологии.
Результаты эксплуатации ветро-дизельной электростанции приводятся на примере тестирования ВДЭС лабораторией по исследованию комбинированных электроэнергетических систем при Отделе сельскохозяйственных исследований Департамента сельского хозяйства США, который расположен в г. Бушлэнд, штат Техас [3].
В состав ВДЭС входили: три дизельных генератора модели Caterpillar 3304 мощностью 40 кВт каждый, ВЭУ модели АОС 15/50 и Enertech 44/40, нагрузки из электрических двигателей двух насосов и одного вентилятора и двух групп балластных нагрузок. Балластные нагрузки использовались как для моделирования сельской нагрузки, так и с целью потребления избыточной энергии, вырабатываемой ВЭУ. Последняя из названных нагрузок являлась симметрирующей нагрузкой, которая управлялась по командам от системы управления ВДЭС.
Конфигурация системы предусматривала длительную работу ВЭУ без аккумулирования электроэнергии, допуская режим полного отключения дизельных генераторов. Однолинейная электрическая схема ветро-дизельной электростанции представлена на рисунке.
Энергетические показатели, полученные при эксплуатации ветро-дизельной электростанции г. Буш-лэнд, штат Техас, представлены в таблице.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 07 (111) 2012
© Scientific Technical Centre «TATA», 2012
В.А. Хилько. Некоторые показатели эксплуатации ветро-дизельной электростанции
Однолинейная электрическая схема ветро-дизельной электростанции Single-line electric circuit of wind-diesel power station
Общие показатели работы ВДЭС* General performance of work WDPS
Характеристика Весь период работы ВДЭС 952 часа Работа только дизелей 432 часа Работа дизелей и ВЭУ 492 часа Работа только ВЭУ 17 часов
Общий объем выработки, кВтч 52242 15651 31287 1485
В том числе дизельными генераторами 27926 15651 9827 0
В том числе ВЭУ 24316 0 21452 1485
Эффективность использования топлива, кВтч/л 3,2 2,63 4,01
Проникновение энергии ВЭУ, % 25,45 0 49,69 100
Проникновение энергии дизелей, % 80,38 100 63,17 0
Потребление, всего, кВтч 52242 15651 31278 1485
В том числе сельской нагрузкой 33695 15470 15043 348
В том числе балластной нагрузкой 16584 0 14302 992
При этом потребление энергии от ВЭУ 15742 0 13863 992
При этом потребление энергии от дизелей 842 0 439 0
В том числе на собственные нужды 1963 182 1818 145
Примечание: *Количество часов в отдельных режимах работы ВДЭС не согласовывается с общими результатами по причине исключения данных во время переходных периодов.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 07 (111) 2012 © Научно-технический центр «TATA», 2012
1BS
В ходе работы ВДЭС показала хорошие эксплуатационные качества. Средние значения частоты и напряжения в электрической сети находились в рамках установленных пределов. Качество электроэнергии в общем соответствовало нормативным требованиям.
Была достигнута экономия топлива на среднем уровне 22%. Данный показатель колебался от 0% до 52% в зависимости от ветровой нагрузки. Когда электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ, было достаточно для сокращения количества дизельных генераторов, управление системой проходило в ровном и стабильном режиме.
Выводы
Опыт эксплуатации ВДЭС свидетельствует о технической возможности создания надежной и эффективной энергетической системы, работающей изолированно от электроэнергетической сети.
Рабочие качества станции гарантируют, что можно было получить лучшие эксплуатационные показатели при условии установки большего количества ВЭУ или выбора площадки с более высоким ветровым потенциалом.
Возможны следующие направления повышения уровня показателей эксплуатации ветро-дизельной электростанции:
- Установка ВДЭС в регионах с высоким ветровым потенциалом.
- Применение в составе оборудования ВДЭС ВЭУ большей мощности.
- Применение в составе оборудования ВДЭС устройств для аккумулирования электроэнергии.
- Когенерация тепла дизельных двигателей.
- Утилизация тепла балластных нагрузок.
- Применение более совершенной системы автоматического управления ВДЭС.
Список литературы
1. Wind-Diesel Systems. A Guide to the Technology and its Implementation. Cambridge University Press, 1994. ISBN 0-521-43440-8.
2. Drouilhet S. Wind-Diesel Hybrid Systems. Options for Village Power. National Renewable Energy Laboratory. Golden, CO.
3. Clark R.N., Eggleston E.D. Wind/hybrid operation with pre-commercial controls. USDA - Agricultural Research Service. Bushland. Texas.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 07 (111) 2012
© Scientific Technical Centre «TATA», 2012
