Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка методов и интеллектуальных технологий автономного энергоснабжения на основе традиционных и возобновляемых источников энергии для суровых климатических условий.

Докладчик: Елистратов Виктор Васильевич

Должность: профессор

Цель проекта:
Цели прикладного научного исследования и экспериментальной разработки^ 1) создание научно-технических предпосылок для широкомасштабного внедрения модульных автономных систем энергоснабжения на базе ВИЭ (ветровая и солнечная энергия) и традиционных видов топлива на мощности 0,2-1,0 и более МВт (при мощности модуля около 100- 200 кВт) с адаптированным к северным условиям оборудованием для комплексного развития территорий в районах Крайнего Севера; 2) разработка методики, алгоритма и программно-аппаратной реализации достоверной и прогнозируемой оценки и изменения поступления ресурсов ВИЭ в условиях ограниченности климатической информации; 3) разработки и внедрения алгоритма и программы оптимизации энергетических и технико-экономических параметров и режимов работы автономного ЭК по критериям максимально возможной доли замещения традиционного топлива и минимума затрат по созданию ЭК, с учетом реальных характеристик ресурсов возобновляемой энергии, схемы и особенностей электроснабжения, социально-экономических и стоимостных характеристик региона строительства ЭК, транспортных и экологических факторов; 4) разработка алгоритмов, программно-аппаратного модуля и эскизного проекта интеллектуальной системы преобразования, управления и распределения энергии ЭК, позволяющий интегрировать энергокомплекс на основе ВИЭ в автономную систему энергоснабжения в качестве активно-адаптивной установки, для обеспечения надежного и эффективного энергоснабжения потребителей, 5) создание и испытание макетного образца энергокомплекса, отражающего предлагаемые технические и технологические решения по оборудованию и системе управления..

Основные планируемые результаты проекта:
1. Создание Веб-ориентированной карты технического потенциала ВИЭ на основе методики достоверной оценки ресурсов ВИЭ в условиях ограниченности климатической информации для северных регионов с использованием данных реанализа и мезомасштабного и микромасштабного моделирования с возможностью размещения оптимально обоснованных автономных ЭК на основе ВИЭ и традиционных источников с учетом местных ресурсов возобновляемой энергетики, схемы и особенностей электроснабжения, природно-климатических, социально-экономических, транспортных и экологических факторов, с обоснованием максимально возможной доли замещения традиционного топлива.
2. Разработка и создание экспериментального стенда с АСУ и проведение исследований энергетических элементов энергокомплекса, имитации отдельных режимов ЭК, оценки влияния различных вариантов регулирования на качество электроэнергии, моделирование режимов высокой степени замещения (с отключенным ДГУ) различными вариантами сглаживания неравномерности прихода энергии от ВЭУ.
3. Технические и технологические предложения и рекомендации по адаптации оборудования, конструкций, фундамента, методов возведения и монтажа основных элементов модульной ВЭУ мощностью до 100 кВт к суровым климатическим условиям.
6. Разработка алгоритма управления ЭК, адаптированной под особенности прихода энергии от ВЭУ и СФЭУ, схему и параметры дизеля, аккумулятора, и других элементов, график потребителя, обеспечивающий максимальную выработку возобновляемой энергии и высокую степень замещения органического топлива, эскизного проекта интеллектуальной системы преобразования, управления и распределения энергии, позволяющий интегрировать энергокомплекс на основе ВИЭ в автономную систему энергоснабжения в качестве активно-адаптивной установки, создание макета головного образца программно-аппаратного модуля .
7. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень. Существующий в настоящее время опыт и применения энергокомплексов на основе ВИЭ в значительной мере относится к значительно меньшим мощностям (5-15 кВт), для которых не стоит задача обеспечения высокой доли замещения топлива и оптимального управления составляющими энергокомплекса. Создание же подобных систем на мощности несколько сот киловатт, несмотря на распространённое мнение об их широком применении и использовании, до сих пор являются предметом исследований и разработок. Международный опыт эксплуатации систем комплексного использования традиционных и возобновляемых источников энергии в условиях суровых климатических условий (например, на Аляске (ВДЭС St.Paul (675 кВт), ВДЭС Unalakleet (600 кВт, ВДЭС Wales (130 кВт- ВДЭС Кокханок (580 кВт, на Антарктиде- ВДЭС на острове Росса (600 кВт),- ВДЭС Маусон (900 кВт,), в Канаде, Норвегии и единичный опыт в др. странах (в основном ветро-дизельных электростанций), а также ряд комплексов в России (например, на о. Беринга, в с. Никольское на Камчатке, построенных ОАО “Передвижная энергетика”) показал, что подавляющее большинство этих комплексов мощностью более 100 кВт имеют весьма низкий уровень замещения, что свидетельствует о наличии проблем при обосновании параметров, подбору состава оборудования и режимов его работы.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
3.1. Значительная часть территории России, в том числе северные и приравненные к ним и дальневосточные территории обладают высоким ветроэнергетическим потенциалом. Учитывая, что в настоящее время эти регионы находятся в зонах децентрализованного энергоснабжения и в основном обеспечиваются электроэнергией от дизельных электростанций, работающих на привозном топливе.. В связи с этим возникает острая необходимость в модернизации систем энергоснабжения на основе современных энергоэффективных технологий, в том числе с использованием ветроэнергетических установок, преобразующих высокий природный потенциал возобновляемой энергии на этих территориях (северные и дальневосточные территории России находятся в зоне высокого ветропотенциала со средними скоростями ветра более 5 м/с на высоте 10 м и удельной плотностью более 400 Вт/м2, а во многих местах еще выше) и адаптированных к суровым северным условиям (низким температурам до -50 град, возникновению изморози, наличие вечномёрзлых грунтов основания и др. экстремальным условиям).
3.2 Создание новых высокоэффективных ветродизельных электростанций (ВДЭС), а также модернизация действующих неэффективнызх ДЭС путем интеграции их с пристраиваемыми ветроэлектростанциями (ВЭС) и созданием ВДЭС является очень эффективным мероприятием.
3.3 Общая мощность ДЭС, работающих на Севере свыше 3 млн. кВт, а производство электроэнергии на них – около 15 млрд. кВт-ч, на производство которой на Север завозится ежегодно около 5,0-6,0 млн. тн дизельного топлива. Стоимость производства энергии на таких ДЭС составляет 15-150 руб/кВт-ч, Большая часть стоимости электроэнергии, отпускаемой потребителям, особенно бытовым, датируется в объеме 600 млрд.руб из бюджетов различного уровня . Замещение дальнепривозного топлива с помощью создания эффективных ВДЭС (с 50% замещением) позволит ежегодно экономить около 2,5 млн. тн. Топлива, обеспечивать значительный социально-экономический и экологический эффект.

Текущие результаты проекта:
В соответствии с план-графиком в 2014 году выполнено следующее:
1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, в том числе по разделам:
1.1. Аналитический обзор современных методик расчета ресурсов ВИЭ и методик прогноза поступления ресурсов ВИЭ в условиях ограниченной климатической информации для конкретного места размещения энергокомплекса.
1.2. Анализ современных методов, методик и нормативной документации и программного обеспечения по оптимизации энергетических и технико-экономических параметров и режимов работы автономного ЭК с учетом реальных характеристик ресурсов возобновляемой энергии, схемы и особенностей электроснабжения, социально-экономических и стоимостных характеристик региона строительства ЭК, транспортных и экологических факторов
1.3. Анализ работ по технологическим основам адаптации оборудования, конструкций и методов возведения основных элементов энергокомплексов к суровым климатическим условиям.
1.4. Анализ существующих проектов ВДЭС и систем управления с высоким уровнем замещения
2. Выполнены патентные исследований по теме ПНИ и составлен отчет по следующим разделам поиска
2.1. Способ моделирования гибридных систем автоном-ного энергоснабжения с использованием традицион-ного (дизельного) и возоб-новляемого энергетического (ветер, солнце, сток рек) потенциалов северных терри-торий;
2.2. Способ изготовления башен ветроагрегатов для упрощения монтажа в северных условиях;
2.3. Способ управления гиб-ридными энергокомплек-сами в условиях северных территорий;
2.4. Способ создания гиб-ридных энергокомплексов и элементов их конструкций в условиях северных территорий.
3. Подана заявка на РИД.
4. Разработано ЭКД на экспериментальный стенд для проведения исследований энергетических элементов ЭК, имитации отдельных режимов ЭК, оценки влияния различных вариантов регулирования на качество электроэнергии, моделирование режимов высокой степени замещения (с отключенным ДГУ) различными вариантами сглаживания неравномерности прихода энергии от ВЭУ
5. По итогам работы опубликовано 6 статей, в том числе одна индексируемая в SKOPUS. Сделаны доклады по теме проекта на 4 Международных научно-технических конференциях и форумах.