УДК 621.311:568.264

доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук, доцент

кандидат технических наук, ассистент

ФГОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет

г. Ставрополь, Российская Федерация

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСТАНОВЛЕННОЙ МОЩНОСТИ И СУТОЧНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Развитие фермерских хозяйств, возрастающий дефицит электроэнергии, высокие цены на традиционные энергоносители ставят актуальной проблему использования нетрадиционных источников энергии, в частности энергии ветра.

Необходимость автономного электроснабжения на сезонных или временных (временные пастбищные хозяйства, пчеловодческие станции и т. д.) сельскохозяйственных объектах обусловлена невысокой надежностью электроснабжения, удаленностью от линий электропередач и некоторым другим факторам. Решение данной проблемы сводится к выбору автономной системы электроснабжения. При выборе системы электроснабжения целевой функцией является минимальная себестоимость 1 кВт∙ч электроэнергии, т. е.

(1)

где КП – прямые капитальные вложения в систему автономного электроснабжения; КС – сопутствующие капитальные вложения; КЭИ – эксплуатационные издержки.

Варианты систем автономного электроснабжения: бензо (дизель) генератор, ветроэнергетическая установка, совместное использование безногенератора и ветроэнергетической установки. Как правило установленная мощность удаленных от линий электропередач сельскохозяйственных потребителей не превышает 20 кВт.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

В первом случае в качестве автономного источника энергии используем бензогенераторы. Исследуя данный ассортимент продукции выявлено, что при увеличении мощности бензогенератора удельный расход бензина на 1 кВт∙ч выработанной электроэнергии уменьшается. Полученные данные хорошо описываются гиперболической зависимостью:

(2)

где – расход бензина на 1 кВт∙ч выработанной электроэнергии; – установленная мощность потребителей, кВт.

Капитальные вложения на 1 кВт установленной мощности генератора на весну 2012 года в среднем составляют 10500 руб.

С учетом эксплуатационных издержек и амортизационных отчислений запишем формулу нахождения удельной стоимости 1 кВт∙ч выработанной электроэнергии в зависимости от суточного потребления электрической энергии сельскохозяйственным потребителем и мощность бензогенератора.

(3)

где - капитальные вложения на 1 кВт бензогенератора; - норма амортизационных отчислений, %; - количество расчетных периодов; - стоимость топлива, руб.; - потребление электрической энергии в сутки, кВт∙ч; - количество суток в расчетном периоде.

Стоимость 1 кВт∙ч электрической энергии снижается при увеличении суточного потребления и установленной мощности потребителей. Это связано с тем, что при малых потреблениях электроэнергии на ее удельную стоимость оказывает большое влияние капиталовложения в систему автономного электроснабжения.

При этом минимальная стоимость 1 кВт∙ч составила 13,1 руб. при Р=3 кВт, W=50 кВт∙ч. С увеличением суточного потребления можно ожидать снижения удельной стоимости кВт∙ч.

Увеличение расчетных периодов приводит к снижению электроэнергии, согласно выражению 3.

Оставшиеся варианты систем электроснабжения используют возобновляемые источники энергии (энергию ветра). Энергия ветра является случайной величиной, для обеспечения заданной надежности в авто­номной системе электроснабжения на базе ВЭУ должно быть предусмотрено аккумулирование.

, (4)

где – КПД ветроэнергетической установки; tВ, tА – время работы ВЭУ и аккумуляторной батареи, час; hА – КПД аккумулятора; V – скорость ветра, м/с; NР – мощность нагрузки, Вт.

С учетом эксплуатационных издержек и амортизационных отчислений ветроэнергетическрой установки и аккумуляторных батарей определим удельную стоимость 1 кВт∙ч выработанной электроэнергии.

Так как стоимость 1 кВт установленной мощности аккумуляторных батарей (ЗАБ) исходя из анализа рынка данной продукции в среднем составляет 4800 руб., а 1 кВт установленной мощности ветроэнергетической установки изменяется с ее увеличением и хорошо описывается следующим выражением:

(5)

запишем выражение для нахождения удельной стоимость вырабатываемой электроэнергии ветроэнергетической установки с учетом эксплуатационных издержек и амортизационных отчислений ветроагрегата и аккумуляторных батарей, а так же срока их службы.

(6)

где Тшт – максимальное время штиля, час; ТАБ – срок службы аккумуляторных батарей, лет; trunc – целая часть действительного числа; .

Допустив, что время работы ветроэнергетической установки равно времени работы от аккумуляторных батарей и составляет по 4380 часов, суточном потреблении электроэнергии 50 кВт∙ч, расчетный период 1 год.

Дальнейшее снижение стоимости может быть связано с частичным замещением аккумуляторных батарей резервным источником питания, тогда

(7)

где – время работы резервного источника питания, час; – КПД резервного источника питания; ; .

Дальнейшее снижение стоимости электроэнергии возможно с применением гибридных конструкций.

Графически представим области использования систем автономного электроснабжения в зависимости от установленной мощности потребителей и суточного потребления электрической энергии.

Рисунок 1 – Области использования 1 – бензогенератора, 2 – ветроэнергетической установки, 3 – ВЭУ + РИП (безногенератора) в зависимости от мощности потребителей и суточного потребления электроэнергии

Необходимо отметить, что данные области определены для стоимости одного кВт∙ч менее 14 руб. При этом минимальная стоимость электрической энергии, получаемой от бензогенератора по расчетам составляет 13,1 руб./ кВт∙ч, от ВЭУ 10,8 руб./ кВт∙ч, от ВЭУ + РИП (БГ) 5,9 руб./ кВт∙ч.

Список использованной литературы

1.  Ветроэнергетические установки в системах автономного электроснабжения: монография /, Ставропольский государственный аграрный университет. – Ставрополь АГРУС, 2008 – С. 152

2.  Оценка вариантов автономного электроснабжения сельскохозяйственных потребителей / , , // Техника в сельском хозяйстве №1, 2012. – С. 16-17.

3.  Ветроэнергетическая установка автономного электроснабжения / , , // Сельский механизатор.- № С. 25.

4.  Стабилизация частоты вращения генератора ветроустановки / , , // Механизация и электрификация сельского хозяйства.- № С. 24-25.

5.  Пат. 113308 Российская Федерация, МПК F03D 9/00. Ветроэнергетическая установка для автономного электроснабжения потребителей [Текст] / , , ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Ставропольский ГАУ. - № /07 заявл. 26.07.2011; опубл. 10.02.2012, Бюл. №4

6.  Электроснабжение потребителей с использованием автономной ветроэнергетической установки / , , // Сборник научных трудов по материалам 74-й научно-практической конференции: СтГАУ, 2010.- С. 165-167.

7.  Режимы работы системы автономного электроснабжения потребителей / , , // Сборник научных трудов по материалам 74-й научно-практической конференции: СтГАУ, 2010.- С. 167-171.

8.  Ветроэнергетическая установка автономного типа / , , // Сборник научных трудов по материалам 74-й научно-практической конференции: СтГАУ, 2010.- С. 171-176.

9.  Обоснование структуры системы автономного электроснабжения / , , // Сборник научных трудов по материалам 75-й научно-практической конференции электроэнергетического факультета: СтГАУ, 2011.- С. 137-143.

10.  Ветроэнергетическая установка / , , // Сборник научных трудов по материалам 75-й научно-практической конференции электроэнергетического факультета: СтГАУ, 2011- С. 143-145.

11.  Электроснабжение автономных потребителей посредством использования ветроэнергетических установок / , , // Наука и техника: монография. – Красноярск: Научно-инновационный центр, 2011.- С. 124-146.

12.  Модель ветроэнергетической установки / // Сборник научных трудов по материалам 76-й научно-практической конференции электроэнергетического факультета СтГАУ, 2012.- С. 56-64.

13.  Возобновляемые источники электроэнергии: монография / , , – Под общ. ред. . – Краснодар: КубГАУ, 2012, – С. 272.

14.  , Стрелков автономные источники электроэнергии // Промышленная энергетика, № 4, 2001, с.37 – 40.

15.  , , Военцов источники электроэнергии: состояние и перспективы // Механизация и электрификация с. х., № 8, 2007, с.24 –25.

16.  , , К вопросу терминологий и развития возобновляемой энергетики // Труды КубГАУ. – Краснодар, 2011, № 5, с.102 – 105.