ДонНТУ   Портал магістрів

Муха Оксана Олександрівна

Електротехнічний факультет

Кафедра Електропостачання промислових підприємств і міст

Спеціальність Електротехнічні системи електроспоживання

Дослідження автономних систем електропостачання на базі відновлюванних джерел енергії

Науковий керівник: к.т.н., професор Олександр Васильович Левшов

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою магістерської роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати
• 3. Основні переваги та недоліки фотоелектричних систем
• Висновки
• Перелік посилань

Вступ

Останні 25–30 років помітно посилилася увага до пошуку і освоєння нетрадиційних джерел енергії, які відрізняються від викопних органічних ресурсів своїми величезними запасами, тобто вони практично невичерпні або періодично поновлюються. До числа нетрадиційних джерел відносять енергію Сонця, вітру, щорічно відновлювану органічну масу (біомасу), енергію, концентрируемую океаном у вигляді морських хвиль, течій, припливів і відливів, нагрітих поверхневих шарів, енергію річок. Поштовхом до застосування нових технологій в перетворенні енергії нетрадиційних джерел стали два чинники: енергетична криза початку 70–х років і підвищення вимог до охорони навколишнього середовища. Світове співтовариство стало усвідомлювати, що запаси копалин енергоносіїв не безмежні. За прогнозами, при заморожуванні енергоспоживання на сучасному рівні нафту буде вичерпана через 80 років, природного газу вистачить на 150 років, а вугілля кам'яного – на 500 років [1].

Слід відзначити і недоліки нових джерел енергії. Насамперед, це мала щільність потоку енергії, що змушує попередньо концентрувати енергетичні потоки з великих площ і створювати громіздкі споруди для їх взаємних перетворень. Далі, в основі нетрадиційних джерел лежать природні явища, інтенсивність яких піддається сильним коливанням в залежності від регіону, сезону, часу доби. В результаті ускладнюються системи перетворення енергії, підвищується їх вартість [2].

1. Актуальність теми

Основне завдання електроенергетичної системи (ЕЕС) – виробляти електроенергію і доставляти її споживачам для покриття їх навантаження. Існуючі ЕЕС були сформовані як централізовані системи з особливостями в залежності від паливо – та енергозабезпечення електростанцій. Централізація означає, що основне виробництво електроенергії здійснюється на великих електростанціях, від яких електроенергія передається споживачам. Перевагою такої системи є відносно проста координація роботи багатьох великих генеруючих установок, що забезпечує необхідний добре керований баланс між генерацією і споживанням і, внаслідок цього, стабільність частоти [2].

Скорочення запасів природних палив веде до розвитку ЕЕС при все більшому використанні поновлюваних енергоресурсів, таких як вітрова та сонячна енергія, які в багатьох країнах становлять більшу частину розподіленої генерації. Ці зміни в структурі ЕЕС є результатом дії трьох головних вимог:

– скорочення емісії парникових газів (Протокол Кіото);

– зростаюче використання поновлюваних енергетичних ресурсів – ВЕР (Європейська ВЕР Директива);

– підвищення енергетичної ефективності (Європейська Директива щодо використання комбінованого вироблення електроенергії і тепла (Combined Heat and Power – СНР)).

Розвиток розподіленої генерації має багато переваги, такі як:

– зниження емісії СО2 завдяки підвищенню енергетичної ефективності та скороченню використання вугілля в якості палива для електростанцій;

– управління обмеженнями у передавальної мережі;

– частково – реалізація інвестицій в інфраструктуру.

Традиційна ЕЕС (рис. 1) має вертикально інтегровану структуру з централізованим генеруванням, розподіленим споживанням, обмеженим їх взаємодією і регулюючими вимогами, які не забезпечують взаємних вигод для всіх сторін цього процесу [3].

Традиційна енергосистема може бути охарактеризована такими особливостями, як:

– великі традиційні електростанції;

– технічно оптимізована схема для забезпечення регіональних потреб в електроенергії;

– централізоване управління;

– обмежене міжрегіональна взаємодія;

– старі технології, відомі близько 100 років.

Концепція розумної енергосистеми представляє ідею майбутньої ЕЕС. В цілому Smart Grid – це енергосистема, в якій передавальна і розподільна електрична мережа використовується для двосторонніх комунікацій між електростанціями, споживачами і центрами управління з метою оптимізації процесів електропостачання та електроспоживання для підвищення їх ефективності (рис. 2). Інфраструктура розумної енергосистеми базується на принципах сумісності, відкритих стандартах і реалізується з використанням протоколів Інтернет [4].

Концепція розумної енергосистеми має наступні цілі:

– надання споживачам можливостей автоматизованого управління використанням електроенергії та мінімізації їх витрат на оплату електроенергії;

– самовідновлення системи в разі аварії;

– використання високоякісних енергетичних ресурсів, включаючи поновлювані;

– підвищення якості електроенергії та надійності електропостачання.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Основною метою роботи є дослідження автономних систем електропостачання на базі поновлюваних джерел енергії, режимів роботи, оцінка працездатності та можливості їх застосування на енергоринку.

Сонячна енергія – це промениста енергія Сонця. Сонце є джерелом життя на Землі і джерелом практично усіх видів відновлюваної енергії. Атмосфера Сонця складається з 71 % водню, 26,5 % гелію і 2,5 % інших газів. Сонце працює як гігантський ядерний реактор, кожну секунду атоми водню об'єднуються, утворюючи атом гелію і енергію випромінювання при процесі ядерного синтезу. Під час цієї реакції надзвичайно висока температура і тиск Сонця викликають розщепленн я атомів водню та їх ядерний синтез. Чотири ядра водню формують один атом гелію. Маса атома гелію менше, ніж чотирьох атомів водню, і під час ядерного синтезу певна матерія виділяється в простір у вигляді енергії випромінювання [5].

Енергія ядра Сонця до поверхні Сонця триває мільйони років, і всього 8 хвилин потрібно, щоб подолати відстань до Землі в 150 мільйонів кілометрів. Сонячна енергія рухається до поверхні Землі зі швидкістю світла. Не сонячне тепло проникає на Землю, а замість цього світло перетворюється у тепло при поглинанні молекулами в атмосфері Землі [6].

Фотоелектричні модулі

Один фотоелектричний перетворювач генерує до 2 Вт потужності, чого недостатньо навіть для живлення кишенькового калькулятора. Для збільшення вироблення енергії велику кількість ФЕП збираються разом і утворюють фотоелектричні модулі, які потім з'єднуються в величезні масиви (рис. 4). Модульна структура ФЕП дозволяє будувати різні фотоелектричні системи залежно від виробітку енергії для різного застосування. Таким чином, фотоелектричний елемент є складовим елементом фотоелектричних систем [7].

Послідовні модулі ведуть себе як енергоспоживачі: вони нагріваються під час перебігу струму і можуть вийти з ладу. Для захисту використовуються зворотні діоди (як показано на рис. 5).

Для паралельного з'єднання затінений елемент може харчуватися енергією від інших ФЕП. Для захисту застосовуються в кожній гілці замикаючі діоди (рис. 6).

На рис. 7 показана схема комбінованого фотоелектричного модуля з запирающими і зворотними діодами.

Електрична схема, що отримала назву модель одного діода, відображає елемент сонячної батареї. Дана модель складається з генератора струму, паралельно якого підключені діод і шунтувальний резистор Rsh. Крім них до одного з висновків генератора струму послідовно підключено опір Rs. В результаті загальна еквівалентна схема моделі приймає вигляд, показаний на рисунку 8.

Iph – фотогенерируемый струм [A],

Id – діодний струм [A],

Ud – діодна напруга [В],

I – вихідний струм [A],

U – напруга на клемах [В],

Ish – шунтувальний струм [A],

Rsh – паралельне опір [Ом],

Rs – послідовне опір [A].

3. Основні переваги та недоліки фотоелектричних систем

Переваги сонячних електростанцій. (Гідності СЕС)

– Загальнодоступність і невичерпність джерела.

– Теоретично, повна безпека для навколишнього середовища, хоча існує ймовірність того, що повсюдне впровадження сонячної енергетики може змінити альбедо (характеристику відбиваючої (розсіює) здібності) земної поверхні і привести до зміни клімату (однак при сучасному рівні споживання енергії це вкрай малоймовірно).

Недоліки сонячних електростанцій. (Недоліки СЕС)

– Залежність від погоди і часу доби.

– Як наслідок необхідність акумуляції енергії.

– При промисловому виробництві – необхідність дублювання сонячних ЕС маневреними ЕС порівнянної потужності.

– Висока вартість конструкції, пов'язана із застосуванням рідкісних елементів (наприклад, індій і телур).

– Необхідність періодичної очистки відбиваючої поверхні від пилу.

– Нагрівання атмосфери над електростанцією [8].

Висновки

Відновлювальна енергія – це енергія, вироблена природними джерелами, які можуть заповнюватися, такі як енергія вітру, сонячна фотогальваничекая енергія, концентраторная сонячна енергія, енергія води, енергія океану та геотермальна енергія. Зміна клімату поряд з вичерпністю природних копалин призводить до збільшення використання відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) з чистою енергією [9]ї.

Багато країн по всьому світу застосовують свої наукові знання та досвід для вивчення і розвитку поновлюваних джерел енергії. Завдяки Кіотському протоколу (1997) і зростаючого усвідомлення необхідності підтримки навколишнього середовища очікується зростання виробництва ВДЕ в найближчому майбутньому [10].

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2016 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати.

Перелік посилань

1. Лосюк Ю. Нетрадиционные источники энергии / Минск, 2005. – 233 pp.
2. Стычинский З., Воропай Н. Возобновляемые источники энергии/ Магдебург – Иркутск 2010. – 200 с.
3. Styczynski Z. Alternative Energie / Magdeburg, 2006. – 236 с.
4. Фолькер К. Системы возобновляемых источников энергии/ Folliant, 2013. – 430 с.
5. Hau E. Wind Turbines / Munich. – 2008. 886 c.
6. Магомедов А. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии / Махачкала, 1996. – 245с.
7. Chao Zhang, Matthias Meier, Wendi Zhang,.Influence of Interface Textures on Light Management in Thin-Film Silicon Solar Cells With Intermediate Reflector/ – М.: Наука, 2015. – 7 с.
8. Хахалева Л. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии / Ульяновск, . – 2008. 33с.
9. Eduardo F. Camacho, Tariq Samad, Mario Garcia-Sanz. Control for Renewable Energy and Smart Grids / From: The Impact of Control Technology, 2011. – 20 с.
10. Зайцева М. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии / Нижний Новгород, 2012. – 8 с.