alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2016.23-24.051-067alternative-914Research ArticleЭНЕРГОКОМПЛЕКСЫ НА ОСНОВЕ ВИЭRES BASED POWER COMPLEXESОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ АВТОНОМНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ НЕБОЛЬШОЙ МОЩНОСТИOPTIMIZATION OF EQUIPMENT COMPOSITION BASED ON RENEWABLE ENERGY SOURCES IN ELECTRIC SUPPLY SYSTEMS FOR LOW POWER AUTONOMOUS CONSUMERSСибгатуллинА. Р.SibgatullinA. R.

заместитель заведующего отделом малой энергетики и энергосбережения Научно-технического центра «Комплексное развитие инженерной инфраструктуры» в г. Санкт-Петербурге

 Deputy Head of the department of Small Power and Energy Efficiency of Scientific and Research Center “Complex Engineering Infrastructure Development” in St. Petersburg 

A.Sibgatullin@promgaz.gazprom.ruЕлистратовВ. В.ElistratovV. V.

д-р техн. наук, профессор кафедры «Водохозяйственное и гидротехническое строительство» СПбПУ, директор научно-образовательного центра «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе» (НОЦ «ВИЭ»)

D.Sc. (engineering), Professor of the Water Resources and Hydrotechnical Engineering department of Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, the Director of Scientific and Educational Center of Renewable Energy Sources and Installations on Their Basis

elistratov@cef.spbstu.ruАО «Газпром промгаз» д. 23, ул. Вокзальная, г. Видное, Ленинский район, Московская область, 142702, РоссияРоссияJSC “Gazprom promgaz” 23 Vokzalnaya str., Vidnoe, Leninsky dist., Moscow reg., 142702, RussiaRussian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Научно-образовательный центр «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе» д. 29, ул. Политехническая, Санкт-Петербург, 195251, РоссияРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic University Scientific and Educational Center “Renewable Energy Sources and Installations on Their Basis” 29 Polytechnicheskaya str., St. Petersburg, 195251, RussiaRussian Federation201623122016023-245167Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20162016Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/914

В статье рассматривается разработанная авторами методика комплексного обоснования и оптимального выбора состава и параметров оборудования гибридного энергокомплекса (ЭК) на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и традиционных энергоресурсов. Оптимизация осуществляется по критериям энергетической и экономической эффективности. Экспериментальные исследования заключаются в численном моделировании процесса выбора состава оборудования. Для оценочных расчетов в условиях неполной исходной информации моделирование выполнено в Microsoft Excel. Для точных оптимизационных расчетов при наличии детализированной исходной информации разработана имитационная динамическая модель в среде MATLAB Simulink. Определен оптимальный состав и параметры оборудования ЭК на основе ВИЭ для электроснабжения крановых узлов в реальном месте размещения строящегося магистрального газопровода, что позволило заместить с помощью ВИЭ 93,5 % потребляемой электроэнергии в течение года. Обоснована экономическая эффективность проекта. Разработанная методика и расчетные модели открыты для учета дополнительных условий и ограничений, исходных данных и моделей преобразователей энергии, что придает им гибкость и универсальность. Применение этих методов и рекомендаций на стадии проектирования позволит повысить конкурентоспособность и экономическую эффективность ЭК на основе ВИЭ, оптимизировать суммарные затраты на электроснабжение автономных потребителей небольшой мощности.

The article deals with the methodology of complex foundation and optimal choice of composition and parameters of equipment of hybrid energy complex (EC) based on renewable energy and traditional energy sources. Optimization is made by criteria of energy and economic efficiency. The experimental studies are in numerical simulation of selection process of equipment composition. For estimate calculation with a lack of initial information, simulation is performed in Microsoft Excel. For accurate optimization calculation using detailed initial information, the simulation dynamic model is developed in the environment of MATLAB Simulink.  The methodology determines the optimal composition and parameters of the EC equipment based on renewable energy for power supply valve stations in real placement of gas pipeline under construction, that allow us to replace electricity consumed with renewable energy 93,5 % for a year. The economic efficiency of the projectissubstantiated. The methodology and calculation models can take into account the additional conditions and restrictions, the original data and models of energy converters, which give the flexibility and versatility to the methodology and calculation models.  Using the methods and guidelines in the design phase will increase the competitiveness and cost effectiveness of the EC based on renewable energy sources, and optimize the total cost of electric supply low power autonomous consumers. 

возобновляемые источники энергии (ВИЭ)электроснабжениеавтономные потребителиоптимизацияrenewable energy sourceselectric supplyautonomous consumersoptimizationReferencesЕлистратов В.В. Возобновляемая энергетика. Изд. 2-е доп. – СПб.: Наука, 2013. – 308 с.Elistratov V.V. Vozobnovlâemaâ ènergetika. SPb.: Nauka Publ., 2013 (in Russ.).Толмачев В.Н., Орлов А.В., Булат В.А. Эффективное использование энергии ветра в системах автономного энергообеспечения / Под общ. ред. д.т.н. проф. А.В. Орлова / ВИТУ. – СПб., 2002. – 203 с.Tolmachev V.N., Orlov A.V., Bulat V.A. Èffektivnoe ispol’zovanie ènergii vetra v sistemah avtonomnogo ènergoobespečeniâ. SPb., 2002 (in Russ.).Дорошин А.Н., Виссарионов В.И., Малинин Н.К. Многофакторный анализ эффективности энергокомплексов на основе ВИЭ в системе энергообеспечения автономного потребителя // Вестник МЭИ. 2011. № 2. C. 45–53.Doroshin A.N., Vissarionov V.I., Malinin N.K. Mnogofaktornyj analiz èffektivnosti ènergokompleksov na osnove VIÈ v sisteme ènergoobespečeniâ avtonomnogo potrebitelâ. Vestnik MÈI. 2011;(2):45–53 (in Russ.).Chen C.L., Hsieh S.C., Lee T.Y., Lu C.L. Optimal integration of wind farms to isolated wind-diesel energy system // Energy conversion and management. 2008. Vol. 49. P. 1506–1516.Chen C.L., Hsieh S.C., Lee T.Y., Lu C.L. Optimal integration of wind farms to isolated wind-diesel energy system. Energy conversion and management. 2008;(49):1506–1516 (in Eng.).Елистратов В.В., Федоров М.П. Автономное энергоснабжение территорий РФ энергокомплексами на основе традиционных и возобновляемых источников // Материалы второго Международного форума «Возобновляемая энергетика. Пути повышения энергетической и экономической эффективности REENFOR-2014». 10–11 ноября 2014 г. / Под ред. д.т.н. О.С. Попеля и к.ф.-м.н. Д.О. Дуникова – Москва: ОИВТ РАН. 2014. – 478 с. С. 178–182.Elistratov V.V., Fedorov M.P. Avtonomnoe ènergosnabženie territorij RF ènergokompleksami na osnove tradicionnyh i vozobnovlâemyh istočnikov. Materialy vtorogo Meždunarodnogo foruma “Vozobnovlâemaâ ènergetika. Puti povyšeniâ ènergetičeskoj i èkonomičeskoj èffektivnosti REENFOR-2014”. 10–11 November 2014. Moscow: OIVT RAN Publ., 2014, pp. 178–182 (in Russ.).Baños R., Manzano-Agugliaro F., Montoya F.G., Gil C., Alcayde A., Gómez J. Optimization methods applied to renewable and sustainable energy: A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011. Vol. 15. Issue 4. P. 1753–1766.Baños R., Manzano-Agugliaro F., Montoya F.G., Gil C., Alcayde A., Gómez J. Optimization methods applied to renewable and sustainable energy: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011;(15/4):1753–1766 (in Eng.).Cheng-Dar Yue, Chung-Sheng Chen, Yu-Chen Lee. Integration of optimal combinations of renewable energy sources into the energy supply of Wang-An Island // Renewable Energy. 2016. Vol. 86. P. 930–942.Cheng-Dar Yue, Chung-Sheng Chen, Yu-Chen Lee. Integration of optimal combinations of renewable energy sources into the energy supply of Wang-An Island. Renewable Energy. 2016;( 86):930–942 (in Eng.).Симакин В. В., Смирнов А. В., Тихонов А. В., Тюхов И. И. Современные системы автономного электроснабжения с использованием возобновляемых источников энергии // Энергетик. 2013. № 3. С. 22–26.Simakin V. V., Smirnov A. V., Tihonov A. V., Tyuhov I. I. Sovremennye sistemy avtonomnogo èlektrosnabženiâ s ispol’zovaniem vozobnovlâemyh istočnikov ènergii. Ènergetik. 2013; (3): 22–26 (in Russ.).Елистратов В.В., Акентьева Е.М., Кобышева Н.В., Сидоренко Г.И., Стадник В.В. Климатические факторы возобновляемых источников энергии/ под. ред. В.В. Елистратова, Н.В. Кобышевой, Г.И. Сидоренко. – СПб: Наука, 2010. – 235 с.: ил.Elistratov V.V., Akenteva E.M., Kobysheva N.V., Sidorenko G.I., Stadnik V.V. Klimatičeskie faktory vozobnovlâemyh istočnikov ènergii. SPb: Nauka Publ., 2010 (in Russ.).Елистратов В.В., Аронова Е.С. Моделирование работы и оптимизация параметров систем автономного электроснабжения на основе ВИЭ // Известия АН. Энергетика. 2011. № 1. C. 119–127.Elistratov V.V., Aronova E.S. Modelirovanie raboty i optimizaciâ parametrov sistem avtonomnogo èlektrosnabženiâ na osnove VIÈ. Izvestiâ AN. Ènergetika. 2011;(1):119–127 (in Russ.).Правила устройства электроустановок (изд. 7-е) (утверждены приказом Минэнерго России от 08.07.2002 № 204).Pravila ustrojstva èlektroustanovok (utverždeny prikazom Minènergo Rossii 08.07.2002 no. 204).Михайлин А.Б. Гибридная система электро-снабжения на мысе Сеть-Наволок // Академия энергетики. 2010. № 5. С. 46–56.Mihajlin A.B. Gibridnaâ sistema èlektrosnabženiâ na myse Set’-Navolok. Akademiâ ènergetiki. 2010;(5):46–56 (in Russ.).Елистратов В.В. Энергоснабжение северных регионов России и шельфа Арктики с использованием возобновляемых источников энергии // Развитие Арктики и приполярных регионов: сб. материалов Всероссийской научно-практич. конференции. – Екатеринбург: УрФУ, 2014. – 256 с. С. 205–208.Elistratov V.V. Ènergosnabženie severnyh regionov Rossii i šelэfa Arktiki s ispolэzovaniem vozobnovlâemyh istočnikov ènergii. Razvitie Arktiki i pripolârnyh regionov: sb. materialov Vserossijskoj naučno-praktič. konferencii. – Ekaterinburg: UrFU Publ., 2014, pp. 205–208 (in Russ.).Elistratov V.V., Denisov R.S., Konishev M.A., Knyazhevich M. Problem of constracting wind-diesel power plants in harsh climatic conditions // Istrazivania i Projectovania za Privredu – Journal of Applied Engineering Science. 2014. Vol. 12. № 1. P. 29–36.Elistratov V.V., Denisov R.S., Konishchev M.A., Knyazhevich M. Problem of constructing wind-diesel power plants in harsh climatic conditions. Istrazivania i Projectovania za Privredu – Journal of Applied Engineering Science. 2014;(12/1):29–36 (in Russ.).Елистратов В.В., Конищев М.А. Ветро-дизельные электростанции для автономного энергоснабжения северных территорий России // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2014. № 11. С. 62–70.Elistratov V.V., Konishchev M.A. Vetrodizel’nye èlektrostancii dlâ avtonomnogo ènergosnabženiâ severnyh territorij Rossii. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2014;(11):62–70 (in Russ.).Толмачев В.Н., Кирюхин С.Н., Сибгатуллин А.Р. Определение оптимального состава энергокомплексов с использованием возобновляемых источников энергии // Наука и техника в газовой промышленности. 2014. № 3. С. 81–89.Tolmachev V.N., Kiryuhin S.N., Sibgatullin A.R. Opredelenie optimalэnogo sostava ènergokompleksov s ispolэzovaniem vozobnovlâemyh istočnikov ènergii. Nauka i tehnika v gazovoj promyšlennosti. 2014;(3):81– 89 (in Russ.).Сибгатуллин А.Р., Елистратов В.В., Толмачев В.Н. Обеспечение надежности и устойчивости режимов работы автономных энергокомплексов небольшой мощности с ветроэлектрическими установками // Материалы второго Международного форума «Возобновляемая энергетика. Пути повышения энергетической и экономической эффективности REENFOR-2014». 10–11 ноября 2014 г. / Под ред. д.т.н. О.С. Попеля и к.ф.-м.н. Д.О. Дуникова – Москва: ОИВТ РАН. 2014. – 478 с. С. 378–387.Sibgatullin A.R., Elistratov V.V., Tolmachev V.N. Obespečenie nadežnosti i ustojčivosti režimov raboty avtonomnyh ènergokompleksov nebol’šoj moŝnosti s vetroèlektričeskimi ustanovkami. Materialy vtorogo Meždunarodnogo foruma “Vozobnovlâemaâ ènergetika. Puti povyšeniâ ènergetičeskoj i èkonomičeskoj èffektivnosti REENFOR-2014”. 10–11 November 2014. Moscow: OIVT RAN Publ., 2014, pp. 378–387 (in Russ.).Елистратов В.В., Денисов Р.С. Обоснование состава оборудования ВДЭС с высокой долей замещения для автономных северных // Материалы второго Международного форума «Возобновляемая энергетика. Пути повышения энергетической и экономической эффективности REENFOR-2014». 10-11 ноября 2014 г. / Под ред. д.т.н. О.С. Попеля и к.ф.-м.н. Д.О. Дуникова – Москва: ОИВТ РАН. 2014. – 478 с. С. 152–155.Elistratov V.V., Denisov R.S. Obosnovanie sostava oborudovaniâ VDÈS s vysokoj dolej zameŝeniâ dlâ avtonomnyh severnyh. Materialy vtorogo Meždunarodnogo foruma “Vozobnovlâemaâ ènergetika. Puti povyšeniâ ènergetičeskoj i èkonomičeskoj èffektivnosti REENFOR-2014”. 10–11 November 2014. Moscow: OIVT RAN Publ., 2014, pp. 152–155 (in Russ.).Hu Yu, Solana P. Optimization of a hybrid diesel-wind generation plant with operational options // Renewable Energy. 2013. Vol. 51. P. 364-372.Hu Yu, Solana P. Optimization of a hybrid diesel-wind generation plant with operational options. Renewable Energy. 2013;(51):364-372 (in Eng.).Keyhani A. Design of Smart Power Grid Renewable Energy Systems. – Wiley-IEEE Press, 2011. – 592 p.Keyhani A. Design of Smart Power Grid Renewable Energy Systems. Wiley-IEEE Press, 2011, 592 p (in Eng.).Карамов Д.Н. Комплексная оптимизация автономной системы электроснабжения, использующей возобновляемые источники энергии и аккумуляторные устройства на примере п. Батамай Кобяйского района Якутии // Энергетика России в XXI веке. Инновационное развитие и управление: сб. статей всероссийской конференции. – Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2015. – С. 582–590.Karamov D.N. Kompleksnaâ optimizaciâ avtonomnoj sistemy èlektrosnabženiâ, ispol’zuûŝej vozobnovlâemye istočniki ènergii i akkumulâtornye ustrojstva na primere p. Batamaj Kobâjskogo rajona Âkutii. Ènergetika Rossii v XXI veke. Innovacionnoe razvitie i upravlenie: sb. statej vserossijskoj konferencii, Irkutsk: ISÈM SO RAN Publ., 2015, pp. 582–590 (in Russ.).Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов: Учебник для вузов / В.Н. Луканин, К.А. Морозов, А.С. Хачиян и др.; Под ред. В.Н. Луканина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2005. – 479 с.: ил.Dvigateli vnutrennego sgoraniâ. Teoriâ rabočih processov: Učebnik dlâ vuzov / V.N. Lukanin, K.A. Morozov, A.S. Hachiyan et al.; Moscow: Vysšaâ škola Publ., 2005 (in Russ.).Постановление Госкомстата России от 2З.06.99 № 46 «Об утверждении «Методологических положений по расчету топливно-энергетического баланса Российской Федерации в соответствии с международной практикой».Postanovlenie Goskomstata Rossii ot 2Z.06.99 no. 46 “Ob utverždenii «Metodologičeskih položenij po rasčetu toplivno-ènergetičeskogo balansa Rossijskoj Federacii v sootvetstvii s meždunarodnoj praktikoj” (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.