Журнал «Эффективное антикризисное управление», 2012 № 2 (71) www.e-c-m.ru
Методика расчета энергетического комплекса для тепло- и электроснабжения автономного потребителя на базе возобновляемых источников энергии
В. И. Виссарионов
Д-р техн. наук, профессор кафедры нетрадиционных и возобновляемых источников энергии Института электроэнергетики (+Национального исследовательского университета «МЭИ»)
А. Н. Дорошин
Ассистент кафедры нетрадиционных и возобновляемых источников энергии Института электроэнергетики (+Национального исследовательского университета «МЭИ»)
А. В. Дорошина
Аспирантка кафедры гидромеханики и гидравлических машин МЭИ (=Института электроэнергетики Национального исследовательского университета «МЭИ»)
А. В. Кацай
Генеральный директор ООО «Корпорация “Русский сверхпроводник”».
Автономный энергетический комплекс должен обеспечить надежное электро- и теплоснабжение потребителя. В работе исследуется эффективность энергетического комплекса состоящего из ветровых, теплонасосных, дизельных энергетических установок с применением системы аккумуляции водорода. Рассматривается совместное использование ветровой энергетики, источников низкопотенциального тепла с применением теплонасосной установки (ТНУ) и системы аккумуляции энергии на основе водородной энергетики в условиях России.
Введение
Территорию России условно можно разделить на зону централизованного и зону децентрализованного энергоснабжения. Зона децентрализованного энергоснабжения составляет примерно две третьих всей территории России, где по разным оценкам проживает от 20 до 25 миллионов человек. Это территории Севера и Дальнего востока. Жители этих регионов используют дизельные либо бензиновые энергетические установки, применение которых связано с использованием дорогостоящего органического топлива и проблемами его доставки потребителю.[4]
Мировой опыт освоения ресурсов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) показывает, что использование только одного вида ВИЭ в системах энергоснабжения автономных потребителей не всегда позволяет обеспечить надежное и бесперебойное энергоснабжение из-за физических особенностей самих ВИЭ. В связи с этим, как правило, энергоснабжение автономного потребителя за счет ВИЭ стараются обеспечить путем комбинации разных видов ВИЭ в так называемых энергетические комплексы (ЭК). В их состав, обычно, входят как энергоустановки на базе ВИЭ, так и дизельные (бензиновые) энергоустановки (ДЭУ, БЭУ), а также разного вида системы аккумуляции энергии. [2]
На сегодняшний день наиболее изученными и надежными комплексами являются ветродизельные энергетические комплексы (ВДЭК). Подобные комплексы эксплуатируются во многих странах мира и являются надежным источником электрической энергии для тысяч автономных потребителей. [1]
Эффективное использование ВДЭК можно проиллюстрировать опытом острова Фэр (Шотландия). Там, для поселка численностью 70 жителей была построена электростанция с двумя ДЭС, одна из которых мощностью 20 кВт была достаточна для электроснабжения летом, а другая – 50 кВт – предназначена для электроснабжения зимой.[6]
Ветровые условия острова весьма благоприятны. Средняя скорость ветра – 9,6 м/с. В июне 1982 г. там была установлена ВЭС мощностью 50 кВт. С тех пор производство энергии возросло в 3,7 раза.
Эксплуатация ВДУ на острове Фэр показала, что себестоимость электрической энергии получаемой от ДЭС составляла 8 центов/кВт∙ч, а от ВЭС – 3,5 цента/кВт∙ч. На этой станции было разработано специальное устройство, позволяющее потребителям различать вид потребления, чтобы потребитель в каждом доме знал, когда счетчик энергии включается на более высокий тариф. Результаты работы на о. Фэр приводятся в таблице 1.
Таблица 1. Результаты работы на о. Фэр
|
Показатели
|
Выработка энергии кВт*ч
|
Доля,%
|
|
Суммарная выработка энергии ВДУ за год работы
|
185024
|
100
|
|
Выработка энергии ВЭС за год работы
|
168895
|
91,28
|
|
Выработка энергии ДЭС за год работы
|
16147
|
8,72
|
При необходимости, для повышения надежности энергообеспечения ветродизельный комплекс дополнительно можно оснастить маховиковым (или иначе – кинетическим) накопителем энергии. Маховик позволяет в краткосрочном периоде времени (секунды, минуты) перераспределить энергию получаемую от ветровой установки, а также обеспечить работу дизеля в номинальном режиме, что положительно влияет на итоговый расход топлива. Кроме того, кинетический накопитель энергии может служить в качестве источника бесперебойного питания в энергосистеме, поддерживая энергоснабжение потребителя в период запуска и выхода на устойчивый режим работы резервного дизель-генератора.
Использование ВДУ позволяет существенно экономить дизельное топливо, однако, его вклад в энергообеспечение потребителя остается существенным. Система аккумуляции, которая позволяет в долгосрочный период времени перераспределить энергию, может свести к минимуму использование органического топлива. Одним из альтернативных решений поставленной задачи является использование водородных технологий. Во время, когда выработка энергии на ВЭС превышает нагрузку потребителя, можно получать водород. Этот водород, в свою очередь, можно эффективно использовать для выработки энергии во время штиля или слабого ветра. [2]
Обычно при использовании ВИЭ, водород получают путем электролиза воды. Получение же электрической энергии из водорода может осуществляться разными путями. На сегодняшний день основными считаются следующие:
- получение электрической энергии с помощью топливного элемента (ТЭ);
- сжигание водорода в специально переделанных дизельных генераторах, либо в парогенераторах.
Использование ТЭ на сегодняшний день считается более перспективным. Получение электроэнергии происходит с более высоким КПД (50-80% против 20-35% при использовании второго способа). Однако стоимость самих ТЭ остается достаточно высокой. [3]
При эксплуатации подобных энергетических комплексов возникает необходимость в хранении водорода в достаточно больших объемах. На сегодняшний день предложены целый ряд методов, часть которых зарекомендовали себя надежными за время использования, часть - проходят лабораторные и производственные испытания.
Подобные энергетические комплексы уже созданы и успешно эксплуатируются в США, Канаде, Австралии и Дании.
В Канаде для обеспечения энергией отдалённых посёлков применяются гибридные схемы: ветро-дизельные и ветро-водородные. Водород хранится, и используется для производства электроэнергии в двигателях внутреннего сгорания. По ветроводородной схеме в Канаде созданы два проекта: Prince EdwardIsland Wind-Hydrogen Village и в городе Ramea. На рисунке 1 представлена схема ветроводородного комплекса работающего в городе Romea. Мощность генератора водорода составляет 250 кВт. Ежегодно он позволяет экономить 120000 литров топлива, тем самым предотвращает выброс вредных веществ в атмосферу: CO2 - 320 т, NOx – 6,8 т, SO2 – 0,6 т. В работе, посвященной исследованию данного комплекса данные по экономике не отображены. Однако, там указывается, что сооружение комплекса экономически оправдано.
| |
|
Рисунок 1 Схема энергетического ветроводородного комплекса в городе Romea (Канада).
|
В Австралии в институте TAFE Tasmania действует комплекс состоящий из 2-х ветроустановок, электролизера и переделанной для возможности работы на водороде дизельной установки.
Исследуемый ЭК должен обеспечить надежную и бесперебойную работу системы энергоснабжения в целом. Для этого, в зависимости от типа и категории потребителей, в системе энергоснабжения необходимо предусмотреть соответствующие источники энергии, которые должны сглаживать непостоянство отдачи мощности ВЭУ во времени, в том числе и источники бесперебойного питания.
1 Общая постановка задачи
Рассматривается автономный потребитель в расчетной точке А с координатами φо - по широте и ψо- по долготе. Для него задаются графики почасового потребления тепловой и электрической энергии во времени, т.е. иi=1,2…n на расчетном периоде времени
Где .
Эти графики нагрузки должны быть покрыты за счет использования ВЭУ; системы получения Н2 и О2, которые аккумулируются и далее используются в топливных элементах (ТЭ) для получения электроэнергии, а также сопутствующие им устройства; ТНУ и ДЭУ или БЭУ, для которых задаются необходимые технико-экономические параметры и характеристики, соответствующее специальное информационное обеспечение.
В том числе по ВЭУ: тип ВЭУ с (кВт), (м), , стоимость ВЭУ с учетом ее доставки, монтажа и эксплуатации за заданный срок жизни ВЭУ, среднечасовые скорости ветра, в т А(φ⁰,ψ⁰), рассчитанные с учетом шероховатости местности в т. А(φ⁰,ψ⁰), «розы» ветров с заданной шероховатостью по румбам «розы» ветров для высоты башни ВЭУ - (м).
По ТЭ и системе аккумуляции Н2 и О2 необходимо учитывать производительность электролизера (нм3/ч), установленную мощность (кВт), давление компрессора (атм.), необходимый объем хранения водорода (при необходимости - кислорода ) (нм3), установленная мощность ТЭ (кВт), стоимостные характеристики оборудования, его доставка и монтаж, климатические условия эксплуатации.
Для ТНУ с вертикальной системой отбора низкопотенциального тепла необходимо знать: тип ТНУ с заданным типом вертикальных теплообменников; тип грунта (источника низкопотенциального тепла); установленную мощность ТНУ (кВт); коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую; стоимость ТНУ; стоимость доставки,; стоимость монтажа; стоимость бурения; глубина бурения скважины (м); среднесуточные температуры грунта и воздуха в расчетной точке.
По ДЭУ (БЭУ): тип ДЭУ(БЭУ), удельный расход топлива bуд (л/кВт), стоимость топлива, срок службы и стоимость ДЭУ(БЭУ).
Также необходимо учитывать эксплуатационные и энергетические характеристики вспомогательного оборудования, такого как инверторы, трансформаторы, измеряющее оборудование, управляющая система и т.д.
Требуется найти оптимальные типы и число основных элементов рассматриваемого ЭК с целью обеспечения минимума приведенных затрат за рассматриваемый расчетный период времени , т.е.
(2)
при учете следующих условий и ограничений:
. (3)
. (4)
. (5)
. (6)
. (7)
. (8)
. (9)
. (10)
. (11)
, (12)
где (нм3) –объем запасенного водорода.
При этом в (3) следует также учесть и принятое число основных расчетных элементов ЭК, а также капитальные вложения и издержки в них, цикличность ремонтов и сроки их жизни.
Анализ рассмотренной задачи позволяет классифицировать ее как многофакторную, целочисленную с учетом уравнений связи типа (3), ограничений типа неравенства (6, 7, 8, 11), интегрального ограничения типа (12) и нелинейных связей типа (5). Подобные задачи могут быть как одно- так и много экстремальными, что требует использование для их решения глобальных методов поиска в математическом программировании.
Исходные данные:
v(t)– скорость ветра (почасовые данные);
Pэл(t) – электрическая нагрузка потребителя (почасовые данные);
Pтеп(t) – тепловая нагрузка потребителя (почасовые либо среднесуточные данные).
2 Методика расчета.
Для обеспечения надежности соответствующих расчетов по ВЭУ должны иметься длительные ряды наблюдений за ветром в рассматриваемой точке Земли, где планируется сооружение ВЭУ (желательно не менее 10 лет). При этом величина расчетного интервала для скоростей ветра должна быть не более одного часа, что весьма затрудняет обеспечение надежности всех расчетов из-за ограниченности рядов наблюдения за ветром. В связи с этим для подобных расчетов можно использовать существующие сегодня базы данных по ветру.
Как правило, данные по ветру представлены для определенной высоты (10 м – Россия, Европа; 50м – США). Для пересчета скорости ветра на высоту башни используют формулу (13):
, (13)
где – высота башни; – высота, на которой проводились измерения; – измеренная скорость ветра на высоте ; коэффициент ~0,2 (зависит от местоположения исследуемого объекта) [5] .
Мощность, вырабатываемая ВЭУ определяется по формуле (14):
. (14)
При использовании теплового насоса или электрического обогревателя затрачивается дополнительная электрическая энергия, которая не учтена в графике нагрузки потребителя. Электрическая нагрузка с учетом использования ТНУ, либо электрического обогревателя в любой момент времени рассчитывается с помощью выражения (15):
)
где: – электрическая нагрузка потребителя, – тепловая нагрузка потребителя, – коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую.
В период времени, когда вырабатываемая мощность на ВЭУ(ВЭС) превышает нагрузку потребителя с учетом использования ТНУ, либо электрического обогревателя , избыточную мощность целесообразно аккумулировать. Мощность передаваемая на электролизер для получения водорода рассчитываем по выражению (16)
. (16)
Производимый объем водорода можно определить по (17).
, (17)
где: – производительность электролизера (нм3/кВт·ч); – установленная мощность электролизера (кВт).
Мощность вырабатываемая ТЭ определяем по 18:
(18)
Используемый объем водорода при определяется по (19):
, (19)
где – удельная теплота сгорания водорода; – плотность водорода; 3600000 – коэффициент пересчета Дж в кВт·ч.
Располагаемый объем водорода в момент времени Т определяем по 20:
При этом необходимо учесть ограничение по запасу водорода
Мощность вырабатываемая ДЭУ определяем по выражению (21).
(21)
Расход топлива вычисляется по (22):
Расход масла вычисляется по (23)
Для определения экономической эффективности исследуемого энергетического комплекса необходимо произвести расчет затрат за долгосрочный период и сравнить его с базовым вариантом энергообеспечения за счет ДЭС за тот же период времени. Как правило, расчетный период выбирается по оборудованию, имеющему наибольший срок службы.
Решение поставленной задачи представляется неоднозначным и трудоемким, основанным на нескольких сценариях развития мировой экономики. Это связано со следующими тенденциями:
- 1. Определение инфляции в долгосрочный период на сегодняшний день в период кризиса представляется достаточно неопределенной задачей.
- 2. Запасы легкодоступного органического топлива постепенно истощаются. На рынке постепенно появляется альтернативное топливо: водород, синтез газ, биотопливо. Поэтому изменение цен на топливо (дизель и бензин) не будет коррелироваться в долгосрочном периоде с инфляцией (как это было раньше, повышение цен на топливо практически всегда вело к пропорциональному повышению цен на основную продукцию). Скорее всего, повышение цен на топливо будет опережать инфляцию. Однако трудно дать достаточно надежный прогноз
- 3. На сегодняшний день оборудование, работающее на ВИЭ, стоит достаточно дорого, однако существует устойчивая тенденция к снижению его стоимости связанной с запуском его в массовое производство, а также внедрением новых технологий, позволяющих использовать более дешевые материалы и снизить материалоёмкость изделий.
Очевидно, что наибольшие затраты приходятся на первый год. Капитальные вложения в энергетический комплекс будут определяться по формуле (24).
, (24)
где – полная стоимость ВЭС включая доставку оборудования и монтаж; – стоимость теплового насоса включая доставку, бурение скважин, монтаж; – полная стоимость системы аккумуляции водорода, включая стоимость доставки и монтажа электролизера, топливных элементов, компрессора, баллонов для хранения водорода, – стоимость всех установок ДЭУ включая монтаж и доставку; – стоимость, доставка и монтаж остального, необходимого для работы ЭК оборудования (трансформаторы, инверторы, ИБП, кабели и пр.). , , , , определяются по формулам (25, 26, 27, 28, 29):
; (25)
; (26)
+
; (27)
; (28)
. (29)
В течение всего срока эксплуатации комплекса необходимо обеспечить диагностику, плановый ремонт и замену оборудования, вовремя заменять смазочные материалы, закупать дизельное топливо. Все это требует ежегодного вливания денежных средств, необходимых для поддержания ЭК в рабочем состоянии.
Ежегодные издержки можно определить по (30).
. (30)
Причем издержки последнего года расчетного периода определяются с учетом ликвидной стоимости оборудования (3.19):
, (31)
где ежегодные работающее на основе ВИЭ, на топливо и смазочные материалы (дизель и масло) и на остальное оборудование; - ликвидная стоимость оборудования работающего на основе ВИЭ, – ликвидная стоимость остального оборудования. Издержки на оборудование ВИЭ определяем по формуле (32):
. (32)
Издержки на ремонт ( ), замену ( ) и эксплуатацию ( .) как для оборудования ВИЭ, так и для остального оборудования определяются из следующих соображений. При заказе оборудования завод изготовитель указывает срок службы оборудования, время работы до капитального ремонта, а также необходимость проведения диагностических работ (которые, как правило, входят в начальную стоимость оборудования). Срок службы и время до капитального ремонта в первом случае указываться в годах (ВЭУ), во втором – в часах (ДЭУ). Если, ресурс оборудования и время капитального ремонта указан в годах, момент планового ремонта и замены оборудования очевидны. В противном случае необходимо определить среднее число часов работы соответствующего оборудования в году ( ). Затем на полученное значение необходимо разделить срок службы оборудования ( ) или время до капитального ремонта ( ) данные заводом изготовителем (33, 34).
; (33)
. (34)
Ежегодные издержки на топливо и масло определяются по (35, 36):
; (35)
. (36)
Основным критерием экономической эффективности являются затраты за весь рассматриваемый период эксплуатации приведенные к базисному году, определяемые по формуле (37):
, (37)
где – коэффициент дисконтирования.
Поскольку энергетический комплекс состоит из некоторого множества взаимозависимых генерирующих и энергопотребляющих элементов, очень важно, чтобы в любой момент времени соблюдался баланс выработки и потребления электроэнергии. Именно поэтому необходимо иметь достаточно точные данные по электрической и тепловой нагрузкам и скоростям ветра. Необходимо, чтобы соответствующие данные были зафиксированы или рассчитаны для каждого часа в течение года. Иными словами, для корректного расчета необходимо иметь 8760 приведенных к расчетному году значений скорости ветра для высоты флюгера (желательно иметь данные по ветру для высоты башни, используемой в расчете, ВЭУ) и 8760 значений для электрической нагрузки. Для тепловой нагрузки, с учетом использования теплового аккумулятора, достаточно иметь среднесуточные данные. Расчет ведется для каждого часа отдельно.
При решении поставленной задачи необходимо определить оптимальные параметры исследуемого энергетического комплекса при которых затраты за рассматриваемый период времени Т будут минимальными. Мы должны определить состав и параметры следующего оборудования: ВЭУ, ДЭУ, ТНУ, системы аккумуляции водорода (в которую входят электролизер, топливный элемент, баллоны для хранения водорода, компрессор), ИБП, трансформаторы, инверторы. Очевидно, что решая данную задачу методом простого перебора, даже при наличии достаточно мощной современной вычислительной машины, будет затрачен существенный объем времени. Поэтому, при решении данной задачи необходимо использовать методы математического программирования.
- 3. Результаты проводимых исследований
На рисунке 2 продемонстрирован пример работы исследуемого ЭК. В период, когда скорости ветра позволяют работать ВЭУ в оптимальном режиме, вырабатываемой мощности достаточно для энергообеспечения потребителя, а также для производства водорода (зона 2 рис.2). Как только скорость ветра снижается, а, следовательно, и снижается выработка электроэнергии, то недостающую мощность потребитель обеспечивает за счет использования произведенного ранее водорода (зона 1 и 3, рис. 2). При полном использовании водорода, или отказе системы включается ДЭУ (зона 4). На данном рисунке не указана в явном виде работа ТНУ, однако потребляемая ей электрическая мощность может входить в состав графика нагрузки.
Срок окупаемости ВДЭК для Севера и Дальнего востока России может составлять от 4 до 12 лет. Достаточно эффективным оказалось использования ТНУ. ТНУ мощностью 4кВт позволяет ежегодно экономить 600 л топлива. Использование системы аккумуляции водорода имеет смысл уже при стоимости топлива в 100 руб/литр.
Использование энергии ветра в рассматриваемых условиях – крайне эффективно, как с экономической так и с энергетической точки зрения. Столь эффективное применение ВЭУ объясняется высокими и достаточно стабильными скоростями ветра, которые позволяют применять их с коэффициентом использования установленной мощности (КИУМ) от 0,5 до 0,8.
Применение тепловых насосов также может оказаться эффективным для данного региона. ТНУ позволяет дополнительно экономить до 20% топлива для ВДЭК.
| |
|
Рисунок 2. Пример работы энергокомплекса.
|
При использовании системы аккумуляции на основе водорода возникает ряд существенных трудностей при определении оптимальных параметров энергетического комплекса. Если взять ряд значений установленной мощности ВЭУ и для каждого значения рассчитать оптимальные параметры, то можно получить кривую, изображенную на рисунке 3. Анализируя этот график, можно сказать, что он имеет несколько локальных экстремумов. Приведенная функция зависит только от одного параметра. Реальная функция имеет ряд переменных, таких как мощность электролизера, мощность топливных элементов, объем баллонов для хранения водорода. Это означает, что число локальных экстремумов значительно больше, нежели чем на рисунке 3. Данная кривая имеет ярко выраженную зону установленной мощности ВЭУ, где приведенные дисконтированные затраты наименьшие. Итоговое решение по составу энергетического комплекса можно принять, руководствуясь рядом соображений. Чем ниже установленная мощность ВЭУ, ТЭ и электролизера тем ниже затраты на начальном этапе эксплуатации энергетического комплекса, однако, ежегодные издержки на органическое топливо выше и наоборот. Надежность энергетического комплекса тем ниже, чем больше последовательных элементов в системе и выше, если имеются дублирующие элементы.
Т.к. при использовании системы водородной аккумуляции резко возрастает число элементов, работающих на основе ВИЭ, учет изменения цен на данное оборудование нужно проводить в обязательном порядке. Разница между капитальными вложениями при оптимистичном прогнозе изменения цен на оборудование ВИЭ и пессимистичном могут превышать 20%.
| |
|
Рисунок 3 Зависимость приведенных затрат на исследуемый энергетический комплекс от установленной мощности ВЭУ.
|
На рисунке 4 представлено семейство кривых отображающих зависимость установленной мощности электролизера от установленной мощности ВЭУ для фиксированных значений объема водородохранилища при условии полного отказа от использования дизельного топлива. На рисунке 5 представлена зависимость необходимого объема водородохранилища от установленной мощности ВЭУ для фиксированных значений мощности электролизера при условии полного отказа от использования дизельного топлива.
Анализ данных зависимостей показывает, что с увеличением установленной мощности необходимый объем водородохранилища и мощность электролизера уменьшаются. Чем мощнее электролизер, тем меньший объем водородохранилища требуется для работы ЭК (данный тезис справедлив при условии, что в период полного заполнения баллонов водородом происходит отключение мощностей ВЭУ).
| |
|
|
Рисунок 4. Зависимость установленной мощности электролизера от установленной мощности ВЭУ при фиксированном объеме водородохранилища.
|
Рисунок 5. Зависимость объема водородохранилища от установленной мощности ВЭУ при фиксированной мощности электролизера.
|
Установленная мощность ТЭ не зависит ни от каких-либо параметров, кроме нагрузки потребителя. Если в энергетический комплекс включена ДЭУ(БЭУ), то установленная мощность ТЭ определяется только экономикой.
Особое значение имеет вопрос хранения водорода. При решении задачи необходимо выбрать такие параметры оборудования, которые позволят использовать баллоны с минимальным объемом хранения водорода и отсутствием необходимых выбросов при переполнении баллонов. При этом должен соблюдаться баланс: объем запасенного водорода на начало года и на конец года должен быть одинаковым.
| |
|
Рисунок 6. Расход водорода в течение года.
|
Проведенные расчеты показывают, что уже сегодня возможно создание энергетического комплекса на основе ветровой, теплонасосной, дизельной установок и системы аккумуляции водорода. При этом, имеется возможность для отказа использования ДЭУ. Однако для окончательного решения данного вопроса требуется эксплуатационный опыт. В целом же, расчеты и исследования показывают высокую энергетическую эффективность комплекса, а также, при наличии ряда условий, связанных с проблемами доставки топлива, и экономическую эффективность.
Литература
- 1. Виссарионов В. И., Шестопалова Т. А., Якушов А. Н. Энергообеспечение ноосферного поселка от возобновляемых источников энергии. –М.: «Энергосбережение. Теория и практика» 2008г. Октябрь.
- 2. Дорошин А.Н., Виссарионов В.И., Малинин Н.К. Многофакторный анализ эффективности энергокомплексов на основе возобновляемых источников энергии для энергообеспечения автономного потребителя./ Вестник МЭИ. 2011, №2.
- 3. Дорошин А.Н., Виссарионов В.И., Кузнецова В.А. «Ветроводородный энергетический комплекс для энергоснабжения потребителя». Энергосбережение – теория и практика. Труды четвертой международной школы-семинара молодых ученых и специалистов. Москва. Издательский дом МЭИ,2008 г. (стр. с 247 по 251).
- 4. Зубарев В.В., Минин В.А., Степанов И.Р. Использование энергии ветра в районах Севера. –Л.: Наука 1989г.
- 5. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат 1990. – 392с.:
- 6. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. 2-е изд., перераб. и. доп. М.: Энергоатомиздат, 1983. 200 с.
- 7. Шпильрайн Э.Э., Малышенко С.П., Кулешов Г.Г.; под ред. Легасова В.А. Введение в водородную энергетику. М.: Энергоатомиздат, 1984 – 264с.
08.04.2013Александр Кацай, к.ф.н., генеральный директор Корпорации «Русский сверхпроводник».jpg)
.jpg)
Накопители — Насколько такое устройство может быть интересно для потребителей?— На испытаниях накопителя присутствовали представители предприятий от холдингов ОАО «Российские железные дороги», ОАО «Транснефть», компаний, использующих ИБП при создании мощных центров обработки данных, специалисты организаций нефтехимической отрасли, венчурные инвесторы.Интерес среди потенциальных потребителей кинетических накопителей вызвала способность быстрого запасания энергии, рекуперируемой с большой мощностью электрифицированным транспортом в ходе торможения электроподвижного состава, когда он тормозит перед остановками.Запасенная энергия хранится необходимое время в накопителях во время остановок и выдается в контактную сеть для разгона вагонов. Расчеты на основе полученных экспериментальных результатов показывают, что применение накопителей кинетической энергии позволяет экономить до 30% от потребляемой электротранспортом энергии. При этом также высвобождается существенный резерв мощности, а ведь плата за мощность составляет львиную долю в формировании платежей за электричество. Данная сфера применения НКЭ позволяет достигать высоких показателей экономической эффективности, недоступных для других типов накопителей энергии. — НКЭ может служить источником бесперебойного питания. Чем он отличается от привычных ИБП?— Кинетический накопитель способен быстро, в течение нескольких минут, запасать большой объем энергии для поддержания готовности энергоснабжения ответственных категорий потребляющего оборудования. И при необходимости с увеличенной мощностью выдавать ее в энергосистему потребителя. А обычные химические аккумуляторы заряжаются, как известно, до восьми и даже десяти часов. Все это время объект остается незащищенным, или потребителю нужно покупать в два раза больше аккумуляторов, чтобы пока одни заряжаются, другие бы работали. В отличие от традиционных ИБП с химическими аккумуляторами, накопительный элемент НКЭ – маховик – не имеет износа, поэтому он служит без замены в течение всего срока службы — более 15 лет. НКЭ имеет еще ряд важных преимуществ перед химическими аккумуляторами: меньшие эксплуатационные затраты, отсутствие жестких требований по климатической защите помещения, существенно более высокий КПД, гораздо меньшая занимаемая площадь, отсутствие вредных химических веществ, взрыво- и пожаробезопасность, безразрывность энергоснабжения потребителей при пропадании основного питания.Благодаря этому на сегодняшний день на рынке ИБП обозначился устойчивый рост интереса к накопителям кинетической энергии со стороны компаний, строящих и эксплуатирующих центры обработки данных и другие объекты с ответственным энергопотребляющим оборудованием. В настоящее время ИБП на основе НКЭ средней и большой мощности для использования в качестве источников бесперебойного питания активно внедряются на рынках развитых стран. 
— Для каких сетей интересны накопители такого типа и почему?— Они используются в сетях предприятий с резко неравномерным графиком нагрузки. Экспериментальные исследования показали, что НКЭ позволяют достичь значимых эффектов. Например, компенсации больших пиков и провалов в энергоснабжении и, следовательно, снижения нагрузок на оборудование питающих подстанций.Предприятия, которые имеют или планируют установку локальных энергоисточников, могут существенно снизить их мощность и, тем самым, капитальные и эксплуатационные затраты, поскольку пиковые нагрузки в таком случае компенсируются запасенной в маховике энергией. А для предприятий, закупающих мощность у энергопоставщиков, появляется возможность значительного снижения объемов ее закупки. Кроме того, НКЭ одновременно выступает в качестве сетевого фильтра, сглаживая скачки и провалы напряжения, подаваемого из сети. — Испытания опытного образца завершились. Каковы Ваши дальнейшие планы?— В ближайшее время мы собираемся завершить процедуру сертификации первой модели из широкой линейки накопителей кинетической энергии. К нам уже поступают запросы от потенциальных заказчиков на поставку кинетических накопителей, мы ведем совместные консультации по внедрению НКЭ в энергосистемы потребителей, осуществляем расчеты экономического эффекта от их применения.В ближайших задачах компании стоит разработка следующей модели с увеличенной в 3-4 раза энергоемкостью и мощностью до 300 кВт, и проведение ее испытаний, в том числе на объектах реальных потребителей, включая городской электротранспорт. Подготовила Екатерина Зубкова
