Методические рекомендации по развитию гарантированного электроснабжения удаленных сельских поселений и объектов агропромышленного комплекса Волгоградской области на базе возобновляемых источников (стр. 2 )

Станция	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	За год
Урюпинск	16	12	6	4	0	0	0	1	2	8	12	22	83
Камышин	16	9	9	2	2	1	0	2	2	6	13	19	81
Волгоград	18	10	6	1	1	0	0	0	1	6	11	19	74
Эльтон	17	10	8	2	0	0	0	1	2	5	9	18	72

Из представленных данных можно сделать вывод, что использование солнечной энергии на территории области оправданно в период с апреля по сентябрь.

Суммарный валовой потенциал солнечной энергии, т. е. количество солнечной энергии, которая может быть использована на территории области, составляет 17,8 млрд. т. у. т. или 0,14 млрд. кВт∙ч.

Технический потенциал солнечной энергии, т. е. суммарная электрическая энергия, которая может быть получена в регионе от использования валового потенциала солнечной энергии, равна 103,9 млн. т.у. т. или 0,85 млн. кВт∙ч, из которых 96,5 млн. т. у.т. можно рекомендовать на производство тепла и горячего водоснабжения, а 7,4 млн. т. у.т. – электроэнергии.

Экономический потенциал солнечной энергии (величина годового поступления электроэнергии от использования солнечной энергии, получение которой экономически оправдано для региона при существующем уровне цен на строительно-монтажные работы, оборудование, производство, транспортировку и распределение энергии) равен 60,6 тыс. т. у.т.: 57,8 тыс. т. у.т. – производство тепла, 2,8 тыс. т. у.т. – электроэнергии.

Удельный валовый приход солнечной энергии на территории области 1277,8 кВт*ч/(м2*год).

Энергия ветра

Характерной особенностью климата степей Нижнего Поволжья является активный ветровой режим в течение всего года. Среднегодовая скорость ветра изменяется от 3,3 м/с (Михайловка) до 6,3 м/с (Волгоград – Гумрак). На возвышенностях скорость ветра заметно возрастает.

Наименование района	Мощность ветрового потока на высоте флюгера 10 м, Вт/м2
Новониколаевский	38,87
Урюпинский	38,87
Киквидзенский	38,87
Новоаннинский	38,87
Нехаевский	38,87
Алексеевский	38,87
Кумылженский	38,87
Серафимовический	38,87
Светлоярский	52,89
Октябрьский	52,89
Котелниковский	52,89
Жирновский	26,2
Руднянский	26,2
Еланский	33,2
Даниловский	33,2
Михайловский	33,2
Фроловский	26,2
Быковский	24,8
Палласовский	24,8
Старополтавский	24,8
Ленинский	24,8
Котовский	160
Камышинский	160
Ольховский	160
Иловлинский	160
Николаевский	160
Клетский	84
Суровикинский	84
Калачевский	104
Чернышковский	104
Дубовский	200
Городищенский	200
Среднеахтубинский	210

Для западных и южных районов области характерны более высокие скорости ветра и лучше выраженный годовой ход. Наибольшие скорости наблюдаются в зимне-весенний период (максимум приходится на февраль), наименьшие скорости отмечаются в конце лета – начале осени. В Заволжье скорость ветра уменьшается, а изменение ее от зимы к лету происходит менее заметно.

Фактически по условиям ветровой активности Волгоградскую область можно разбить на две зоне: территории прилегающие к реке Волга (имеют хорошие условия для работы ветроэнергетических установок (ВЭУ), мощность которых достигает 50% номинальной), и остальная часть региона (где скорость ветра достаточна для старта ВЭУ, но для мощных ВЭУ мощность минимальна; хорошие условия для многолопастных водоподъемных установок).

Валовой потенциал ветра по Волгоградской области – 7530,6 млрд. кВт∙ч; технический – 18,8265 млрд. кВт∙ч; экономический – 0,0941 млрд. кВт∙ч.

Удельный валовый потенциал энергии ветра на территории области равен 66 кВт*ч/(м2*год).

Энергетический потенциал для производства биогаза

Представленные выше данные позволяют говорить о существенном естественном потенциале для возобновляемой энергии имеющимся в области. Более подробные, рассчитанные сотрудниками Волгоградского ГАУ, данные по валовому и техническому потенциалу для сельских районов Волгоградской области представлены в приложении 1. Эти показатели позволяют достоверно оценить возможность применения оборудования ВИЭ и сравнивать количественные показатели выработки электрической энергии на генерируемых мощностях ВИЭ, для последующего проектирования и организации автономного электроснабжения удаленных животноводческих стоянок, чабанских точек, фермерских хозяйств. Анализ представленных данных позволяет говорить о том, что интенсивность ветровых потоков и прихода солнечной энергии, практически на всей территории области, находится в сезонной противофазе, то есть наблюдается существенная перспектива получения требуемой электрической энергии от ветра в зимнее время, а летом необходимое ее количество могут вырабатывать солнечные фотовальтаические модули.

3. Выбор структуры постороения автономной ситсемы электроснабжения на базе ВИЭ

В настоящее время наиболее разработанными считаются гибридные системы автономного электроснабжения состоящие из ветроэнергетической установки и фотоэнергетической станции (рис. 2 и 3). Функционирование этих систем с генерирующими установками осуществляется с применением аккумуляторных батарей, основной функцией которых является накопление электрической энергии, что позволяет выравнивать график нагрузки потребления и гарантировать наличие электрической энергии при низких интенсивностях потоков ветра и солнца. Кроме аккумуляторной системы, для повышения надежности в состав системы включают дизельэлектростанцию (ДЭС), работающую сразу же на потребителя и оснащенную системой АВР (автоматического включения резерва).

Рисунок 2

Рисунок 3

4. Методика расчета и выбора элементов СИСТЕМЫ НА БАЗЕ ВИЭ комбинированного энергетического комплекса для автономного энергоснабжения поселений и объектов АПК

Выбор компонентов ветроэнергетической установки

Выбор ветроэнергетической установки (ВЭУ) базируется на следующих положениях:

1. Принимается расчетная скорость ветра для ВЭУ vр превышающая приведенную среднегодовую скорость ветра не менее чем в 1,5…1,7 раз.

2. Принимается начальная минимальная рабочая скорость ВЭУ (стартовая скорость) в 2,5 раз меньше расчетной.

Подбор ВЭУ и расчет их количества

Единичная мощность, на которую рассчитывается ВЭУ, кВт:

,

где Wсут – суточное потребление электроэнергии, кВт*ч.

Суммарная ометаемая площадь ветровым потоком, м2:

,

где рс – средняя мощность, снимаемая с ветроколеса, Вт/м2; ξ − коэффициент ветроиспользования; ηг − КПД генератора; ηр − КПД ротора; ηа − КПД аккумуляторов с учетом потерь.

Средняя мощность, снимаемая с ветроколеса рс, определяется по формуле, Вт/м2:

,

где ρ – плотность воздуха, принимаемая равной 1,266 кг/м3; vпр − приведенная скорость ветра, м/с.

Количество принимаемых к установке ВЭУ

,

где а – ометаемая поверхность одного ветроколеса.

Мощность ВЭУпри рабочих скоростях ветра определяется по формуле:

, Вт.

К основным компонентам системам, без которых работа ВЭУ не возможна, относятся следующие компоненты:

1. Ветрогенератор. Генератор необходим для выработки переменного тока. Сила тока и напряжение генератора будут зависеть от скорости и стабильности ветра.

2. Контроллер − управляет многими процессами ветроустановки, такими как поворот лопастей, заряд аккумуляторов, защитные функции и др. Он преобразует переменный ток, который вырабатывается генератором в постоянный для заряда аккумуляторных батарей.

3. Аккумуляторные батареи − накапливают электроэнергию для использования в безветренные часы. Также они выравнивают и стабилизируют выходящее напряжение из генератора.

4. Анемоскоп и датчик направления ветра − отвечают за сбор данных о скорости и направлении ветра в установках средней и большой мощности.

5. АВР − автоматический переключатель источника питания. Производит автоматическое переключение между несколькими источниками электропитания за промежуток в 0,5 секунд при исчезновении основного источника. Позволяет объединить ветроустановку, общественную электросеть, дизель-генератор и другие источники питания в единую автоматизированную систему.

6. Инвертор − преобразовывает ток из постоянного, который накапливается в аккумуляторных батареях, в переменный.

Подбор аккумуляторов.

Подбор аккумуляторов производится по времени наибольшей длительности штилей (штиль + скорость ветра меньше стартовой). За это время аккумуляторные батареи должны обеспечить потребителя электрической энергией, в соответствии с определенным ранее часовым или суточным ее потреблением.

Подбор инвертора.

Инверторы бывают четырех типов:

1) Модифицированная синусоида − преобразовывает ток в переменный с напряжением 220 В с модифицированной синусоидой. Пригоден только для оборудования, которое не чувствительно к качеству напряжения (освещение, обогрев, заряд устройств и т. п.).

2) Чистая синусоида − преобразовывает ток в переменный с напряжением 220 В с чистой синусоидой. Пригоден для любого типа электроприемника.

3) Трехфазный − преобразовывает ток в трехфазный с напряжением 380 В.

4) Сетевой − в отличие от предыдущих типов позволяет системе работать без аккумуляторных батарей, но его можно использовать только для вывода электроэнергии в общественную электросеть.

Подбор контроллера.

Подбор контроллера ведется по выходному напряжению с генератора, по пиковым токам и потребляемой сетью активной мощности.