Станислав Георгиевич Игнатьев - кандидат технических наук, старший научный сотрудник
д. 1, ул. Жуковского, Жуковский, Московская обл., 140180
Stanislav Ignatiev, Ph.D. in Engineering, Senior Researcher
1 Zhukovsky St., Zhukovsky, Moscow region, 140180
Софья Валентиновна Киселева - кандидат физика - математических наук, ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета
д. 1, Ленинские горы, Москва, 119991
Sofia Kiseleva - Ph.D. in Physics and Mathematics, Senior Researcher at the Renewable Energy Sources Laboratory
Faculty of Geography
1 Leninskie Gori, , Moscow, 119991
Задача оптимизации состава и мощности автономных ветродизельных установок для гарантированного энергообеспечения потребителей, несмотря на длительную историю исследований, многообразие подходов и методов, не потеряла своей актуальности. Для формирования облика автономной энергосистемы гарантированного электроснабжения с преимущественным использованием энергии ветра был проведен детальный анализ энергетических характеристик ветра на примере измерений скорости ветра на юге Европейской части России в течение 8 месяцев на разных высотах с дискретностью 10 минут. В результате была получена последовательность средних суточных скоростей ветра, а также последовательности, построенные путем произвольных вариаций распределения средних суточных скоростей ветра на этом интервале. Указанные последовательности были использованы для расчета балансов энергии в системах (ВЭУ + дизель-генератор + потребитель с постоянной и ограниченной суточной потребной энергией) и (ВЭУ + дизель-генератор + потребитель с ограничением потребления + накопитель энергии). В целях максимального использования энергии ветра предполагается, что ВЭУ интегрально за рассматриваемый период производит потребное количество энергии. Для обобщенного рассмотрения в работе введены относительные величины потребной энергии, произведенной ВЭУ и дизельгенератором энергии и емкости накопителя путем нормирования их на ометаемую площадь ветроколеса. В работе показано влияние средней за определенный период скорости ветра на энергетические характеристики системы (ВЭУ + дизель-генератор + потребитель), а именно, найдена близкая к кубической зависимость произведенной за период энергии ВЭУ, использованной потребителем энергии ВЭУ, расхода и экономии топлива от указанной средней скорости. Было выявлено, что для этой же системы при ограниченной потребной энергии и большой средней скорости ветра за период ( cp V ) ВЭУ с меньшим значением мощности генератора и меньшим радиусом ветроколеса использует энергию ветра более эффективно, чем ветроустановка с большей мощностью генератора и большим радиусом ветроколеса при меньшей средней скорости ветра. Для системы (ВЭУ + дизель-генератор + накопитель энергии + потребитель) с ростом средней скорости cp V при заданном объеме потребной энергии, который в целом за период покрывается выработкой ВЭУ потр ВЭУ Э T T Q , максимальная размерная емкость накопителя уменьшается. С уменьшением объема накопителя энергии влияние случайного характера изменения скорости ветра Vсут (i) снижается, и при некоторых значениях относительной емкости накопителя им можно пренебречь.
Optimization of the autonomous wind-diesel plants composition and of their power for guaranteed energy supply, despite the long history of research, the diversity of approaches and methods, is an urgent problem. In this paper, a detailed analysis of the wind energy characteristics is proposed to shape an autonomous power system for a guaranteed power supply with predominance wind energy. The analysis was carried out on the basis of wind speed measurements in the south of the European part of Russia during 8 months at different heights with a discreteness of 10 minutes. As a result, we have obtained a sequence of average daily wind speeds and the sequences constructed by arbitrary variations in the distribution of average daily wind speeds in this interval. These sequences have been used to calculate energy balances in systems (wind turbines + diesel generator + consumer with constant and limited daily energy demand) and (wind turbines + diesel generator + consumer with constant and limited daily energy demand + energy storage). In order to maximize the use of wind energy, the wind turbine integrally for the period in question is assumed to produce the required amount of energy. For the generality of consideration, we have introduced the relative values of the required energy, relative energy produced by the wind turbine and the diesel generator and relative storage capacity by normalizing them to the swept area of the wind wheel. The paper shows the effect of the average wind speed over the period on the energy characteristics of the system (wind turbine + diesel generator + consumer). It was found that the wind turbine energy produced, wind turbine energy used by the consumer, fuel consumption, and fuel economy depend (close to cubic dependence) upon the specified average wind speed. It was found that, for the same system with a limited amount of required energy and high average wind speed over the period, the wind turbines with lower generator power and smaller wind wheel radius use wind energy more efficiently than the wind turbines with higher generator power and larger wind wheel radius at less average wind speed. For the system (wind turbine + diesel generator + energy storage + consumer) with increasing average speed for a given amount of energy required, which in general is covered by the energy production of wind turbines for the period, the maximum size capacity of the storage device decreases. With decreasing the energy storage capacity, the influence of the random nature of the change in wind speed decreases, and at some values of the relative capacity, it can be neglected.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.