CC BY
326
УДК 644.112
ПОЛОЖЕНИЯ И ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕНЕРИРУЮЩЕГО КОМПЛЕКСА МИКРОСЕТЕЙ НА ОСНОВЕ ВИЭ
© 2015 г. В.В. Харченко, В.А. Гусаров
Организация бесперебойного энергоснабжения объектов сельскохозяйственного назначения на удаленных территориях сопряжена с большими трудностями, обусловленными значительными затратами на строительство распределительных сетей низкого напряжения и обеспечения их безаварийной работы. Для организации надежного энергоснабжения на селе предлагается использовать технологии построения микросетей на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Предложенная концепция микросети на основе ВИЭ является одной из форм реализации идеологии распределенной энергетики, развитие которой и стало одним из факторов возникновения и формирования рассматриваемого направления. В статье анализируются источники генерации электроэнергии, пригодные для применения в микросетях, а также их свойства, необходимые для обеспечения надежного и эффективного функционирования микросети. Дается обзор существующих и перспективных источников энергии, пределы колебания их основных параметров, которые необходимо учитывать на стадии разработки экономически эффективной микросети. Экономическая эффективность микросетей зависит от большого количества факторов. В статье предложены меры, которые необходимо принять для того, чтобы микросеть технически и экономически работала более эффективно. На стадии разработки микросети очень важно выбрать ее оптимальную структуру для данной местности, а также оптимально согласовать соотношения мощностей всех установок, генерирующих электроэнергию.
Ключевые слова: микросеть, возобновляемые источники энергии, распределенная энергетика, генерирующий комплекс.
Organization of trouble-free energy supply for agricultural objects assigning at remote territories is contingently connected with large difficulties, conditioned by considerable expenses of building of distributed low voltage networks and providing their accident-free operation. For organization of reliable energy supply of rural territories it is suggested to use technologies of formation of renewable energy sources based microgrids. The suggested conception of renewable energy sources based microgrids is one the forms of distributed energy realization, which development became one of factors of origin and forming of the examined direction. In the article the energy generating sources suitable for application in microgrids, and also their properties necessary for providing the reliable and effective operation of microgrids are analyzed. The review of existing and perspective energy sources, the range of oscillation of their basic parameters that is expedient to be taken into account at the stage of development economically effective microgrid, is given. Economic efficiency of microgrids depends on number factors. Measures to be taken for the efficient operation of microgrids are analysed in the article. Optimal for given architecture locality, choosing and sizing of the electricity generation equipment for the microgrid are the main problems to be solved at the microgrid designing stage.
Key words: microgrid, renewable energy sources, distributed energy, generation complex.
Введение. Энергоснабжение объектов сельского хозяйства имеет ряд специфических особенностей:
рассредоточенность потребителей, малая единичная мощность, большая
протяженность электрических, тепловых и газовых сетей, наличие больших территорий, часто малонаселенных, где сельскохозяйственное производство
ведётся, но централизованное электро- и теплоснабжение отсутствует. Обеспечение надежного энергоснабжения этих территорий является задачей
первостепенной важности, от решения которой в значительной степени зависит
успех решения задачи по обеспечению продовольственной независимости страны и отказу от импорта продовольствия из-за рубежа. Надежность энергетических сетей, минимизация потерь в них энергии и высокая экономическая эффективность этих сетей играют значительную роль.
Огромное значение для решения задачи устойчивого энергоснабжения сельхозпроизводителей имеет
использование технологии микросетей, формируемых преимущественно на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) - относительно новой формы
реализации концепции распределенной энергетики.
Такие системы получили достаточно широкое применение за рубежом (рисунок 1) и, по нашему мнению, имеют реальные перспективы для активного использования на практике. Создание научно-методической базы для организации на
практике микросетевых систем
энергоснабжения представляется одним из наиболее эффективных способов содействия внедрению в практику этого нового инновационного подхода. Ранее были отработаны основные положения и принципы построения микросетей [1, 2].
а
Остальной мир 404
б
Азиатско-тихоокеанский регион 303
Европа 384
Удаленные
Военные Северная объекты Америка 579
2088
Промышленность торговля
327
ЖКХ 669
Учреждения кампусы 916
Рисунок 1 - Распределение мощностей микросетей (МВт), введенных в эксплуатацию в мире, по регионам (а) и по отраслям экономики (б) (Источник - Pike Research, Microgrid Deployment Tracker 4Q11)
Описание предлагаемого
технического решения и его обсуждение.
Наиболее перспективными для построения микросетей являются сельские территории, где доступ к возобновляемым источникам энергии в меньшей степени ограничен по сравнению с урбанизированной местностью и где, как правило, имеются и другие местные энергоресурсы.
На первом этапе работы по созданию микросети необходимо ответить на следующие вопросы:
1. Сколь большой эта система должна (может) быть?
2. Сколько эта система будет стоить?
3. Даст ли система прибыль в обозримом будущем?
Ответы на эти вопросы позволяют понять, насколько рассматриваемая микросеть будет приемлемой для инвестирования.
Конфигурация микросети, в первую очередь, определяется такими факторами, как:
1) состав потребителей и их категорийность;
2) наличие потребителей, требующих бесперебойного питания;
3) потенциал различных видов ВИЭ по территории микросети, в первую очередь в местах дислокации объектов-потребителей (тогда будет удобно управлять работой генерирующего источника).
В отдельных случаях, при обнаружении в каком-либо месте особо благоприятных метеоклиматических условий и высокого энергетического потенциала ВИЭ источник генерации может быть размещен и на отдельной площадке, являться
самостоятельным субъектом микросети и иметь собственного владельца.
Для всех потребителей составляются графики нагрузок (суточные, сезонные, месячные, годовые), а для источников генерации строятся графики выработки всех источников с учетом потенциала ВИЭ в местах их дислокации (при этом места для их размещения выбираются с учетом обеспечения максимальной мощности).
Методом суперпозиции графиков потребления и графиков выработки электроэнергии для разных составов
источников генерации определяется такое их сочетание, которое в максимальной степени обеспечит покрытие нагрузок всех потребителей при минимальных мощностях аккумулирования и
резервирования и, естественно, при минимальных капитальных и
эксплуатационных расходах.
В случае возможности организовать работу микросети параллельно с централизованной сетью потребность в аккумулировании и резервировании может быть минимизирована. При этом работа с сетью может быть организована по нескольким согласованным схемам: в первом случае, для покрытия пиковых нагрузок микросеть принимает
электроэнергию из сети и по отношению к ней является регулярным потребителем; во втором случае обмен электроэнергией с сетью осуществляется по двум направлениям, т.е. микросеть покрывает свой дефицит отбором энергии из сети, а при наличии избыточной мощности передает электроэнергию в сеть. При этом основной объем производимой и потребляемой электроэнергии реализуется в пределах микросети, поэтому подключение последней к
централизованной сети большого влияния на нее не окажет.
Важное значение для эффективного функционирования микросети имеет грамотно организованная система управления, которая должна выполнять следующие функции: в автономном режиме поддерживать баланс мощностей; коммутировать генераторы и накопители энергии; управлять мощностью
регулируемых источников энергии; поддерживать стабильность напряжения и частоту микросети; обеспечивать сбор информации, необходимой потребителям для «умного» управления нагрузками и т.д.
Автономную микросеть
целесообразно создавать в случае невозможности присоединения к централизованной сети в регионах с большими ресурсами ВИЭ. При этом мощность накопителей энергии должна быть рассчитана с учетом длительности вероятных интервалов времени без ветра и
солнечной радиации. А вот возможность организовать работу микросети параллельно с централизованной сетью обернется значительной выгодой, поскольку снизит уровень капитальных затрат и эксплуатационных расходов.
Таким образом, при разработке проектов по созданию микросети в заданном районе предполагается решение задач на двух уровнях.
Первый уровень предусматривает рассмотрение вопросов, относящихся к микросети в целом (высший уровень).
На этом уровне рассматриваются такие вопросы, как:
1. Разработка принципиальной схемы микросети, включающая разработку структуры размещения потребителей, генераторов, систем аккумулирования и резервных источников питания.
2. Определение категорийности потребителей электроэнергии, их потребление (суточное, сезонное, годовое), степень необходимости обеспечения бесперебойного энергоснабжения и оценки последствий нарушения режимов подачи энергетического ресурса.
3. Оценка потенциала ВИЭ в различных точках территории, подпадающей под действие микросети, в том числе потенциала ВИЭ в точках дислокации потребителей.
4. Разработка принципиальной схемы привязки источников генерации, их тип, вид используемого возобновляемого ресурса.
5. Разработка возможных режимов функционирования микросети с условием надежного энергообеспечения потребителей.
6. Оценка возможности развития микросети с точки зрения включения новых потребителей и новых источников генерации.
Необходимо учитывать, что в составе микросети потребители энергии в то же время могут быть и ее производителями, эксплуатирующими свои
микроэлектростации или/и накопители энергии. Интеграция в микросеть ветровых электростанций (ВЭС), солнечных станций (СЭС) и других источников генерации на
основе ВИЭ встречает значительно меньше бюрократических препятствий, чем присоединение их к централизованным сетям.
7. Оценка приемлемой формы собственности микросети и ее организационная структура (следует учитывать то обстоятельство, что владеть микросетью и эксплуатировать ее могут владельцы жилых домов (товарищество собственников жилья), предприятия, ЗАО, муниципальные образования и т.д.). При проведении этой работы важно учитывать, какие потребители планируются для включения в состав микросети (уже существующие либо вновь подключаемые) и как они будут функционировать в составе микросети (в микросети выработанная энергия, в основном, используется местными потребителями, что обеспечивает снижение потерь, связанных с передачей и распределением энергии по электрическим сетям).
8. Оценка наличия в непосредственной близости к обслуживаемой территории
централизованной сети и возможности технологического присоединения к ней.
9. Рассмотрение вопросов надежности электроснабжения потребителей в микросети (надежность снабжения электроэнергией в аварийных случаях разного рода в рамках микросети обеспечить существенно легче, чем в крупных энергетических системах; потребители энергии в микросети могут участвовать в процессе балансирования мощности путем регулирования своих нагрузок, генерируя, накапливая и отдавая электроэнергию в микросеть).
10. Рассмотрение вопросов экономики микросети и тарифов на выработанную и электроэнергию, а окупаемости проекта микросети.
11. Обеспечение выбора системы управления микросети и ее реализация.
Примерная схема микросети для энергоснабжения коттеджного поселка, соединенная с центральной сетью, приведена на рисунке 2.
поставляемую также срока по созданию
оптимального работой
Рисунок 2 - Примерная схема микросети для энергоснабжения коттеджного поселка, подключённой к центральной сети (ЭС - электросчетчик)
Поскольку в этой схеме предусмотрено присоединение к централизованной сети, существенно снижаются требования к системам аккумулирования и резервного
электроснабжения. В данном варианте предусматривается работа микросети параллельно с сетью, но электроэнергия и производится, и потребляется, в основном, в пределах самой микросети. Обмен потоками электроэнергии осуществляется в случае передачи в сеть излишков произведенной в микросети электрической энергии или же для отбора электроэнергии из сети для покрытия пиковых нагрузок.
Второй уровень предусматривает рассмотрение вопросов, касающихся выбора элементов микросети: тип и мощность генераторов, систем
аккумулирования, конструкций
интерфейсных устройств передачи электроэнергии от генераторов в микросеть
и ряд других вопросов, касающихся компонентов микросети.
Правильный выбор элементов микросети представляется важным этапом в формировании микросети в заданном районе с точки зрения обеспечения надежности ее функционирования, сроков окупаемости, стоимости вырабатываемого и поставляемого энергоресурса. Поэтому этот этап работы представляется крайне важным.
Состав источников генерации в такой микросети определяется рядом факторов, основными из которых являются такие, как состав потребителей, их нагрузки, а также потенциал ВИЭ различного типа, доступных для использования на территории, где микросеть реализуется. На рисунке 3 приводится принципиальная схема микросети для энергоснабжения сельских потребителей.
Рисунок 3 - Один из возможных вариантов локальной микросети для сельских территорий
Критерии отбора источников генерации электроэнергии для работы в составе микросети. Выработка таких критериев создаст благоприятные условия для расширения объемов и мощности внедряемых в практику микросетей на основе ВИЭ, поскольку обеспечит практических работников эффективным инструментом для решения этих задач. Для выбора и обоснования подобных критериев крайне необходима оценка эффективности всех возможных для использования источников генерации, как традиционных, так и нетрадиционных, т.е. возобновляемых, варианты их
комбинирования в создаваемых
микросетях [3]. Это требует использования единого системного подхода к анализу как отдельных технологий преобразования энергии, так и комбинированных систем, а также учет многих сопутствующих факторов.
Микросети, как системы
энергоснабжения, создаются, в конечном счёте, для выполнения вполне определенной цели - удовлетворения спроса потребителей, входящих в состав микросети, на энергию при минимальной потребности в ресурсах, с наименьшими затратами и с наименьшим суммарным ущербом в течение определенного периода времени. Мерой достижения этой цели является эффективность системы, характеризующаяся одним или
несколькими параметрами. Эти параметры можно принять как критерии эффективности, которые позволяют решить основную задачу - выбор оптимального варианта состава микросети, а также проведение анализа факторов, определяющих существование такого варианта и их влияние на окончательное решение.
Выбор эффективных вариантов энергоснабжения потребителей,
объединенных в микросеть - сложная проблема системного анализа, так как системы энергоснабжения различаются по многим признакам:
- по виду используемой технологии производства энергии;
- по степени взаимозаменяемости и взаимодополняемости
(комплиментарности) источников энергии;
- по предусматриваемым режимам эксплуатации;
- по планируемым срокам эксплуатации создаваемой микросети;
- по предполагаемой степени замещения энергии, вырабатываемой традиционными генерирующими устройствами, зелёной, т.е. полученной на основе ВИЭ, энергией;
- по наличию энергетического потенциала в данном месте для данного конкретного вида ВИЭ;
- по режимам функционирования по отношению к централизованным сетям более высокого уровня;
- по степени автономности (возможности работать в «островном» режиме);
- по ряду экономических показателей;
- по наличию в сети потребителей, требующих обеспечения бесперебойного энергоснабжения, и их соотношению с потребителями других категорий;
- по степени постоянства выработки электроэнергии данным генератором и возможности работы в «базовом» режиме.
В общем виде источники могут классифицироваться по следующим критериям:
- по погодно-климатическим условиям (определяют потенциал данного источника);
- по техническим характеристикам (комплекс параметров, определяемых типом установки, ее характеристиками и т.д.);
- по экономическим показателям (стоимость единицы установленной мощности, эксплуатационные расходы, необходимость обслуживания и т.д.).
Наиболее распространенными на практике являются следующие
генерирующие системы: ветряные электростанции, солнечные
электростанции, микроГЭС и биогазовые установки.
Рассмотрим источники генерации с позиции вышеприведенной системы классификации.
Ниже будут кратко рассмотрены основные элементы генерирующего комплекса микросети, потенциально пригодные для включения в состав микросетей.
Накопители энергии. Функции накопителей электроэнергии (НЭ) в микросетях и в энергосистеме заключаются в следующем:
- резервирование электростанций
ВИЭ;
- интегрирование в сеть энергии электростанций ВИЭ;
- балансирование мощности;
- выравнивание нагрузки;
- пиковое генерирование энергии;
- улучшение качества энергии;
- стабильность бесперебойной передачи электроэнергии.
В настоящее время на практике применяются следующие технологии накопления и регенерирования
электроэнергии:
- ГАЭ - гидроаккумуляционные электростанции;
- НЭСВ - накопитель энергии на сжатом воздухе;
- НЭМ - накопители энергии на маховиках;
- СПИН - сверхпроводящие индуктивные накопители энергии;
- суперконденсаторы;
- аккумуляторные батареи (свинцово-кислотные, литий-ионные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные);
- серно-натриевые батареи;
- поточные батареи;
- водородные накопители энергии.
Важная роль накопителей
электроэнергии и когенерационных микроэлектростанций, а также
эффективность их функционирования рассмотрены в [7].
Ветряные источники генерации. Предлагаемые на мировом рынке ветряные электростанции малой мощности (до 100 кВт) по своей технической и экономической эффективности могут существенно отличаться [4]. Некоторые
малые ВЭС характеризуются высокой технической эффективностью и большой ценой, но есть и такие дорогие модели, которые в тех же самых условиях вырабатывают значительно меньше электроэнергии.
Поэтому удачно выбранная ВЭС может повысить эффективность работы микросети в целом и снизить себестоимость вырабатываемой
электроэнергии. Для отбора эффективно работающих ВЭС в литературе [4] был предложен технико-экономический
критерий эффективности, учитывающий и цену, и производительность ветряных электростанций. Производительность учитывается как удельная развиваемая мощность с одного квадратного метра рабочей площади лопастей ветроколеса (Вт/м2) при скорости ветра 10 м/с. Такая скорость ветра выбрана потому, что она в среднем является самой плодотворной в плане вырабатываемой на ВЭС энергии или близка к тому в местностях, где экономически целесообразно
устанавливать ветряные электростанции.
Технико-экономический критерий эффективности ВЭС Ктэ (Вт/€-м ) может быть определен следующим образом:
Ло
Ктэ Б ■ С,
где Р10 - мощность ВЭС, развиваемая при скорости ветра 10 м/с, Вт;
Б - рабочая площадь лопастей ВЭС, м ;
С - цена ВЭС, €.
Предложенный критерий был применен по отношению к группе из 45 ВЭС с горизонтальной осью вращения ветряной турбины и к 14 ВЭС с вертикальной осью вращения ветряной турбины. Целью этого исследования была предварительная оценка эффективности работы ВЭС разных типов. Полученные значения показали большой разброс технико-экономического критерия
эффективности ВЭС (рисунок 4).
Не все ВЭС малой мощности имеют систему максимизации выходной мощности генератора в зависимости от скорости ветра, действующей в реальное время. Применение такой системы может
обеспечить существенное повышение эффективности генерации.
Солнечные источники генерации. Техническая и экономическая
эффективность работы СЭС в первую очередь зависит от эффективности
фотоэлектрических модулей. Резкое падение цен фотоэлектрических модулей в течение последних лет вызвало значительный рост суммарной
установленной мощности СЭС во всём мире.
60
80 70
ео аэ
зо 20 10 о
Ежэ, Вт/€-м
79,6
58,74
0,8
0,74
FSW вуго-
Бх^ее 5
FSW вуго 5
WS-4В
WS-2В
Рисунок 4 - Лучшие и худшие значения критерия в группе 14 ВЭС с вертикальной осью вращения
Индекс цены одного установленного киловатта СЭС в настоящее время на мировом рынке составляет около 1000 €/кВт, в то время как тот же самый показатель для атомных электростанций составляет около 5000-6000 €/кВт. В связи с этим создались благоприятные условия использовать СЭС также и в электрических микросетях в качестве одного из основных источников для бестопливного
производства электрической энергии.
Фотоэлектрические модули СЭС одного типа разных изготовителей по своей эффективности и
энергопроизводительности отличаются друг от друга в значительно меньшей степени, по сравнению с ВЭС разных моделей. Но с целью получения большей электроэнергии с той же площади, следует выбирать фотоэлектрические модули с высоким КПД.
Кроме того, с целью повышения эффективности работы СЭС, а заодно и
микросети, рекомендуется принимать следующие меры:
- модульное поле СЭС формируется только из фотоэлектрических модулей одного типа и одной номинальной мощности;
- для установления модульного поля выбирается место, где не падает тень от деревьев, зданий или других соседних объектов;
- выбирается оптимальная ориентация модульного поля - на юг;
- выбирается оптимальный угол наклона плоскости фотоэлектрических модулей в зависимости от географической широты местности;
- с целью уменьшения потерь фотоэлектрические модули между собой соединяются таким образом, чтобы выходное постоянное напряжение всего поля при стандартных условиях солнечного излучения (АМ 1.5) было близко к верхнему пределу постоянного напряжения входа выбранного инвертора и
не превышало его в любых реальных натуральных условиях;
- по возможности фотоэлектрические модули и систему преобразования электрической энергии рекомендуется выбирать одного производителя - часто общий КПД СЭС в таком случае повышается (известны случаи, когда общий КПД СЭС повышается до 8-10%, что подтверждено независимыми лабораториями);
- если это экономически целесообразно, применяются системы автоматического слежения за солнцем, которые обеспечивают перпендикулярное облучение фотоэлектрических модулей;
- если это экономически целесообразно, применяются концентраторы солнечного излучения;
- с целью повышения эффективности работы СЭС фотоэлектрические модули при надобности очищаются от пыли, грязи и снега.
На рисунке 5 приведены данные о годовой выработке электроэнергии СЭС мощностью 30 кВт (для условий г. Каунас) в зависимости от угла наклона плоскости фотоэлектрических модулей по отношению к горизонтальной плоскости. При оптимальном угле наклона для г. Каунас 38° СЭС вырабатывает максимальное количество электроэнергии (26,3 МВт-ч в год). Незначительные отклонения от оптимального угла наклона до ± 15-20° большого влияния на уменьшение количества вырабатываемой
электроэнергии не имеют.
27000
ы'
и
С
п
в я
т
0
1
¥
N
2 §
&
17000
15000
100
Угол наклона фотоэлектрических модулей к горизонтальной плоскости, град
Рисунок 5 - Годовая выработка электроэнергии СЭС мощностью 30 кВт в зависимости от угла наклона фотоэлектрических модулей [3]
Генерация мини-ГЭС. Как и для любого другого источника генерации, первым и важнейшим условием эффективного функционирования мини-ГЭС является наличие потенциала, т.е. наличие реки или иного водотока с достаточно высоким потенциалом с точки зрения выработки электрической энергии. Малая ГЭС, как и любая электростанция
другого типа, эффективно работает тогда, когда коэффициент использования первичного источника энергии в ней соответствует современному мировому уровню или выше, а ее отрицательное воздействие на окружающую среду минимальное. Эффективная работа малых ГЭС обеспечивается при выполнении двух основных условий:
- выбор оптимально подходящей гидротурбины для данных гидротехнических условий с возможно максимальным КПД;
- максимальное использование гидроэнергетического потенциал плотины.
Один из примеров, каким образом можно увеличить использование гидроэнергетического потенциала
плотины, показан на рисунке 6.
Здесь показана среднемесячная выработка электроэнергии малой гидроэлектростанции мощностью 30 кВт в дер. Свобишкис Молетского района Литвы
в период
с 2002 г. по 2010 г. включительно. Черными столбиками показана
среднемесячная выработка энергии, а белыми - энергия Епот, потерянная ежемесячно в связи с тем, что не был использован природоохраняющий
(санитарный) дебет воды.
После установки небольшого дополнительного гидроагрегата с генератором мощностью 5 кВт количество выработанной за год электроэнергии в среднем увеличилось на 24000 кВт-ч.
Рисунок 6 - Средняя многолетняя месячная выработка электроэнергии малой гидроэлектростанции мощностью 30 кВт (Литва) [3]
Использование биогазовых
установок. Огромную роль в обеспечении надежности энергоснабжения и качества электроэнергии с помощью микросетей играют энергетические комплексы, использующие для генерации
электроэнергии биогаз и другие биоресурсы. Такие комплексы, в отличие от солнечных и ветряных электростанций, являются предсказуемыми в части мощности и выработки электроэнергии, поэтому представляются перспективными для покрытия базовых нагрузок потребителей, входящих в состав микросетей.
Исходным сырьем для таких энергосистем могут служить бытовые отходы или отходы сельскохозяйственных предприятий растительного и животного происхождения. То есть именно те источники, наличие которых в сельской местности наиболее вероятно.
Использование биомассы в энергетических целях может быть реализовано по нескольким направлениям, каждому из которых, как правило, предшествует механическая обработка сырья. Далее биомасса может подвергаться переработке термохимическими, физико-химическими и биохимическими
методами. Указанные направления переработки биомассы с точки зрения уровня развития технологий различаются, а с точки зрения использования в составе микросетей имеют разный уровень привлекательности. Наиболее
подготовленными для использования на практике могут рассматриваться биохимические методы, одним из которых является метод анаэробного сбраживания. В ВИЭСХ разработан ряд технологий и оборудования по получению
биоэнергетического сырья и выработке электроэнергии на основе биомассы. Однако исследования в этом направлении необходимо продолжить и
интенсифицировать.
К наиболее перспективным, с точки зрения энергоэффективности, можно отнести когенерационные электростанции на основе газотурбинных установок, гарантирующих высокую надежность и качество энергоснабжения. Однако газовые турбины малой мощности на рынке отсутствуют. Поэтому для расширения возможностей формирования микросетей и внедрения их в практику необходимо решить вопрос обеспечения рынка турбинами малой (10-20 кВт) мощности.
Такие установки, как правило, функционируют в когенерационном режиме, поэтому при решении вопроса об их включении в состав микросети необходимо учитывать наличие
потребителя тепловой энергии,
транспортирование которой на
значительные расстояния в режиме микросети представляется не только нецелесообразным, но и нереальным.
Оптимальный выбор источников генерации для заданной микросети является залогом успешного ее функционирования в дальнейшем.
Концепция использования
микросетей на основе ВИЭ для организации автономного
энергоснабжения - перспективный путь к решению задачи энергоснабжения новых территорий. Причём потребность в создании микросетей актуальна не только на территориях, не обеспеченных централизованным энергоснабжением.
Даже в регионах РФ, которые рассматриваются как энергоизбыточные, нетрудно найти территории, где обеспечить энергоснабжение никаким иным способом, кроме организации микросети, не представляется возможным. Ещё одно преимущество концепции применения микросетей заключается в том, что при априори более низкой себестоимости электроэнергии микросети создадут серьёзную конкуренцию традиционным генерирующим компаниям, что, в свою очередь, приведёт к развитию рынка, укреплению здоровой
конкурентной среды и, в конечном итоге, к снижению тарифов на электроэнергию.
Наиболее распространенными
источниками генерации электроэнергии сегодня являются солнечные и ветряные электростанции, мощность которых меняется значительно в зависимости от природных условий. Поэтому в состав микросетей необходимо включать накопители энергии, резервные источники питания, а также генерирующие источники с регулируемой мощностью, которые обеспечат возможность поддерживать баланс генерируемых и потребляемых мощностей внутри микросистемы [2]. Для поддержания стабильной частоты в микросети при ее работе в автономном режиме встроенные в микросеть регулируемые источники энергии должны иметь хорошие динамические
характеристики.
Заключение и выводы. Расширение масштабов использования микросетей имеет хорошую перспективу в связи с возможностями дальнейшего снижения себестоимости вырабатываемой
электроэнергии [6], а также с весьма большими возможностями применения технологии электроснабжения на основе микросетей с использованием ВИЭ для производства экологически чистой сельскохозяйственной продукции,
потребность в которой на рынке непрерывно возрастает [7].
Серьезные перспективы имеют микросети для энергоснабжения объектов малоэтажного строительства, при образовании поселений на новых
территориях или при освоении новых участков для дачного строительства.
Применение микросетей, каждая из которых представляет собой
«энергетический остров», открывает большие возможности для организации энергоснабжения больших территорий [8]. В этом случае общая схема энергоснабжения территории будет представлять собой систему
энергетических островков, покрывающих всю территорию и соединенных между собой линиями низкого напряжения, которые должны выполнять функции обмена энергетическими потоками каждой из микросетей с централизованной сетью и между собой. Каждая микросеть потребляет всю вырабатываемую в ее пределах энергию, поэтому указанные потоки не будут значительными, что существенно разгрузит низковольтные сельские сети, повысит их пропускную способность и надежность.
Предложенная и развитая концепция микросети на основе преимущественного использования возобновляемых
источников энергии, представляющая собой новую форму реализации идеологии распределенной энергетики, открывает возможность эффективного применения возобновляемых источников энергии для решения задачи энергоснабжения удаленных, в первую очередь, сельских территорий, малоэтажного строительства и автономного энергоснабжения отдельно располагаемых единичных объектов. Показано значение формирования оптимальной конфигурации микросети с эффективными источниками генерации, подобранными в соответствии с разработанными критериями.
Литература
1. Харченко, В.В. Микросети на основе ВИЭ: концепции, принципы построения, перспективы использования / В.В. Харченко // Энергия: экономика, техника, экология. - 2014. - № 5. - С. 2027.
2. Харченко, В.В. Микросеть на основе ВИЭ как инструмент концепции
распределенной энергетики /
В.В. Харченко, В.Б. Адомавичюс,
В.А. Гусаров // Альтернативная энергетика и экология. - 2013. - № 2. - С. 80-85.
3. Адомавичус, В.Б. Источники регулируемой мощности в микросетях /
B.Б. Адомавичус, В.В. Харченко, В.А. Гусаров, И.Ю. Валицкас // Альтернативная энергетика и экология. - 2013. - № 7. -
C. 54-59.
4. Харченко, В.В. Возможность повышения экономической эффективности микросетей на основе ВИЭ / В.В. Харченко, В.А. Гусаров, В.Б. Адомавичюс // Сборник трудов Х международной ежегодной конференции «Возобновляемая и малая энергетика». - Москва, 2013. -С.108-123.
5. Slowe, J. Micro-CHP: Global Industry Status and Commercial Prospects // 23rd World Gas Conference (Amsterdam, 2006). - Р. 9.
6. Laria A. et. al. Survey on microgrids: analysis of technical limitations to carry out new solutions // 13 th European Conference on Power Electronics and Applications 2009 (EPE'09) (September 8-10, 2009). - Р. 1-8.
7. Vytautas Adomavicius, Valeriy Kharchenko, Jonas Valickas, Valentin Gusarov. RES-based microgrids for environmentally friendly energy supply in agriculture // Proceeding of the 5th International Conference «Trends in Agricultural Engineering 2013» (September 3-6, 2013, Prague, Czech Republic).
References
1. Harchenko V.V. Mikroseti na osnove VlJe: koncepcii, principy postroenija, perspektivy ispol'zovanija [Microgrids based on renewable energy sources: concepts, principles of construction, the prospects of using], Jenergija: jekonomika, tehnika, jekologija, 2014, No. 5, pp. 20-27.
2. Harchenko V.V., Adomavichjus V.B., Gusarov V.A. Mikroset' na osnove VlJe kak instrument koncepcii raspredelennoj jenergetiki [Microgrid based on renewable energy sources as a tool of the distributed power concept], Al'ternativnaja jenergetika i jekologija, 2013, No. 2, pp. 80-85.
3. Adomavichus V.B., Harchenko V.V., Gusarov V.A., Valickas I.Ju. Istochniki reguliruemoj moshhnosti v mikrosetjah [Sources of adjustable capacity in the microgrids], Al'ternativnaja jenergetika i jekologija, 2013, No. 7, pp. 54-59.
4. Harchenko V.V., Gusarov V.A. Adamavichjus V. Vozmozhnost' povyshenija jekonomicheskoj jeffektivnosti mikrosetej na osnove VlJe [The possibility of the economic efficiency increasing of microgrids based on renewable energy sources], Sbornik trudov X mezhdunarodnoj ezhegodnoj konferencii «Vozobnovljaemaja i malaja jenergetika», Moskva, 2013, pp. 108-123.
5. Slowe J. Micro-CHP: Global Industry Status and Commercial Prospects, 23rd World Gas Conference (Amsterdam, 2006), p. 9.
6. Laria A. et. al. Survey on microgrids: analysis of technical limitations to carry out new solutions, 13th European Conference on Power Electronics and Applications 2009 (EPE'09) (September 8-10, 2009), pp. 1-8.
7. Vytautas Adomavicius, Valeriy Kharchenko, Jonas Valickas, Valentin Gusarov. RES-based microgrids for environmentally friendly energy supply in agriculture, Proceeding of the 5 th International Confe-rence "Trends in Agricultural Engineering 2013" (September 3-6, 2013, Prague, Czech Republic).
Сведения об авторах
Харченко Валерий Владимирович - доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник отдела возобновляемых источников энергии, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства» (г. Москва, Россия). Тел.: 8-916-075-19-56. E-mail: [email protected].
Гусаров Валентин Александрович - докторант, кандидат технических наук, заведующий лабораторией «МикроГЭС и ветроэнергетика» отдела возобновляемых источников энергии, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства» (г. Москва, Россия). Тел.: 8-905-549-01-21. E-mail: [email protected].
Information about the authors
Harchenko Valerii Vladimirovich - Doctor of Technical Sciences, professor, chief researcher of Renewable energy department, FSBSI "All-Russian Research Institute for Electrification of Agriculture" (Moscow, Russia). Phone: 8-916-075-19-56. E-mail: [email protected].
Gusarov Valentin Alexandrovich - doctoral student, Candidate of Technical Sciences, Head of the MicroHydro and wind energy laboratory, Renewable energy department, FSBSI "All-Russian Research Institute for Electrification of Agriculture" (Moscow, Russia). Phone: 8-905-549-01-21. E-mail: [email protected].
