Автономное энергоснабжение с использованием ветроэнергетического комплекса и водородного аккумулирования энергии

Предложена альтернативная схема гарантированного электротеплоснабжения энергоизолированного объекта с высоким потенциалом ветровой энергии без использования привозного или местного топлива. Схема содержит ветроэнергетический комплекс из парка ветрогенераторов, размещенных в точках с высоким потенциалом ветра, которые обеспечивают гарантированное электроснабжение даже в периоды слабого ветра. Для теплоснабжения потребителя весь избыток электроэнергии идет на термоэлектрический нагрев воды в баках накопителях, а также на получение водорода методом электролиза воды. Текущее теплоснабжение осуществляется с использованием горячей воды баков-накопителей, а теплоснабжение в период дефицита тепловой энергии – за счет сжигания запасенного водорода в конденсационных водородных котлах. Разработан алгоритм расчета и программа «Wind in energy», которые позволяют рассчитать годовой баланс энергии и подобрать необходимое количество оборудования для реализации схемы исходя из годового графика тепловой и электрической нагрузки, а также потенциала ветровой энергии в выбранном регионе. Проведено расчетное обоснование предложенной схемы применительно к реальному энергоизолированному объекту – поселку Усть-Камчатск (Камчатка). Подобрано оборудование для реализации альтернативной схемы энергоснабжения без использования привозного топлива и проведено ее сравнение с традиционной схемой энергоснабжения на базе дизельной электростанции и котельной, работающих на привозном топливе. При внедрении альтернативной схемы энергоснабжения оборудование отработавшей свой ресурс традиционной схемы может быть задействовано для резервного энергоснабжения. С помощью климатических баз данных рассмотрен ряд энергоизолированных объектов на севере и востоке России с высоким потенциалом ветровой энергии и проанализированы условия для успешной реализации предложенной схемы энергоснабжения. Установлено, что для этого необходимы не только высокие значения среднегодовой скорости ветра, но и минимальное количество дней слабого ветра, и, кроме того, чтобы профиль распределения скорости ветра в годовом разрезе совпадал с профилем потребления тепловой нагрузки.

автономное энергоснабжение, возобновляемые источники энергии, ветрогенератор, водородное аккумулирование энергии, электролизер, водородный котел

1. Голубчиков, С. Энергетика Севера: проблемы и пути их решения / С. Голубчиков // Энергия. – 2002. – № 11. – С. 35–39.

2. Официальный сайт компании «Vestas» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.vestas.com/. – (Дата обращения: 25.06.2019.).

3. Возобновляемые источники энергии: Курс лекций. Под редакцией А.А. Соловьева, С.В. Киселевой. – М.: Издательство Университетская книга, 2018. – 296 с.; ISBN 978-5-91304-389-4

4. Фортов, В.Е. Возобновляемые источники энергии для энергоснабжения потребителей в России / В.Е. Фортов, О.С. Попель // Энергетический вестник. – 2010. – № 1 (8). – С. 9–29.

5. Виссарионов, В.И. Теоретические основы энергетики возобновляемых источников / В.И. Виссарионов, В.И. Дерюгин, С.В. Крувенкова. – М.: Издательский дом МЭИ. – 2008. – 276 с.

6. Нефедкин, С.И. Автономные энергетические установки и системы: учебное пособие / С.И. Нефедкин. – М.: Издательство МЭИ, 2018. – 220 с. ISBN 978-5-7046-1847-8

7. Обоснования инвестиций в строительство шести ветродизельных комплексов мощностью 11 000 кВт в Камчатском Крае Дальневосточного Федерального Округа РФ, отчет компании Activity, Москва 2014. – Режим доступа: http://activityllc.com/projects. – (Дата обращения: 25.05.2019.).

8. Холдинг АО «РАО Энергетические системы Востока» (АО «РАО ЭС Востока»). – Режим доступа: http://www.rao-esv.ru. – (Дата обращения: 25.05.2017.).

9. Попель, О.С. Современные виды электрохимических накопителей и их применение в автономной и централизованной энергетике / О.С. Попель, А.Б. Тарасенко // Теплоэнергетика. Энергоэксперт. – 2011.– № 3. – С. 26–35.

10. Коровин, Н.В. Топливные элементы и электрохимические энергоустановки / Н.В. Коровин. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 208 с. ил.

11. Кулешов, Н.В. Электрохимические технологии в водородной энергетике / Н.В. Кулешов, С.А. Григорьев, В.Н. Фатеев. – М.: Издательский дом МЭИ. – 2007. – 115 с.

12. Официальный сайт компании Nel [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.nelhydrogen.com. – (Дата обращения: 25.06.2019.).

13. Dicks, A.L. Fuel Cell Systems Explained / A.L. Dicks, D.A.J. Rand: 3 rd Edition. – Australia© 2018 John Wiley & Sons Ltd Edition.

14. Дерюгина, Г.В. Основные характеристики ветра. Ресурсы ветра и методы их расчета: учебное пособие / Г.В. Дерюгина [и др.]. – М.: Издательство МЭИ, 2012. – 52 с.

15. Схема теплоснабжения МО Корсаковский городской округ: Т. 1 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://sakli-korsakov.ru/files/74719. – (Дата обращения: 25.05.2017).

16. Официальный сайт NASA. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://power.larc.nasa.gov. – (Дата обращения: 25.06.2019 ).

17. Официальный сайт компании Meteonorm. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://meteonorm.com. – (Дата обращения: 25.04.2018).

18. Дерюгина, Г.В. Анализ расхождения проектной и эксплуатационной выработки ВЭС в составе ветродизельного комплекса / Г.В. Дерюгина, Н.Д. Карпов, Д.А. Чернов // Сборник статей по материалам научно-практической конференции с международным участием. «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность. Издательство: ФГАОУВО «Севастопольский государственный университет». – 2017. – С. 366–368.

19. Малышенко, С.П. Эффективность генерации пара в водородкислородных парогенераторах мегаваттного класса мощности / С.П. Малышенко [и др.] // Теплофизика высоких температур. – 2012. – Т. 50. – № 6. – С. 820–829

20. Трухний А.Д. Основы современной энергетики / А.Д. Трухний [и др.] // Современная теплоэнергетика: Т. 1. – М.: Издательский дом МЭИ, 2011. – 472 с.; ISBN 978-5-383-00502-6

21. Официальный сайт компании «Модульные котельные системы» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://modks.com. – (Дата обращения: 25.05.2019.).

22. Котельное оборудование [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://esko-industry.ru. – (Дата обращения: 25.05.2019).