МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ВЭС-ГЭС В ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ СИСТЕМЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

К зонам децентрализованного энергоснабжения относятся районы, не имеющие связи с центральной энергосистемой страны. Особенностью децентрализованных районов является наличие единственного источника, от которого выполняется энергоснабжение потребителей.

В настоящее время для энергоснабжения индивидуальных и групповых децентрализованных потребителей в основном используются автономные дизельные электрические станции (ДЭС). К серьёзным недостаткам ДЭС следует отнести высокую стоимость производства электроэнергии и невозобновляемость дизельного топлива, выбросы парниковых газов и загрязнение окружающей среды. Авторами данной статьи в качестве альтернативы дизельной генерации рассмотрена возможность энергоснабжения потребителей автономными энергетическими комплексами на базе ветро- (ВЭС) и гидроэлектрических (ГЭС) станций.

Автономный энергетический комплекс ВЭС-ГЭС состоит из ВЭС, ГЭС с водохранилищем, автоматизированной системы управления и распределительного устройства. Между ними устанавливаются энергетические, инфраструктурные и информационные связи. Предложена методика определения параметров водохранилища ГЭС, учитывающая специфику работы ГЭС и ВЭС в составе энергокомплекса с гидравлическим аккумулированием энергии. Разработаны математические модели режимов работы ВЭС, ГЭС и водохранилища, учитывающие ресурсные, технические и технологические особенности их функционирования в децентрализованной системе энергоснабжения.

Предложена методика определения дублирующего объёма водохранилища с учётом реальных характеристик ветрового режима, параметров ВЭС и конфигурации водохранилища, а также методика расчёта гарантированной мощности ВЭС на сутки вперед для решения задачи оперативного планирования режимов работы энергетического комплекса. Выполнено моделирование режимов работы энергокомплекса ВЭС-ГЭС с водохранилищем сезонного регулирования.

Данные методики могут применяться при решении проектных задач по обоснованию параметров систем децентрализованного энергоснабжения потребителей в удалённых и изолированных районах, в том числе для оценки энергоэкономической эффективности замены существующих систем децентрализованного энергоснабжения на базе ДЭС, использующих привозное дизельное топливо, на экологически безопасные системы на базе местных источников энергии – ветровой и гидравлической.

1. Blechinger Ph. Hybrid Mini-Grids: A Huge Market for Rural Electrification and Island Energy Supply // GIZ Mini-Grid workshop. Berlin, Germany. 26.02.2013.

2. Jensen T.L. Renewable Energy on Small Islands // Forum for Energy and Development. Copenhagen, Denmark, 1998.

3. Елистратов В.В., Кудряшова И.Г., Чернова А.В., Пилипец П.А. База данных «Энергетические комплексы на возобновляемых и традиционных источниках энергии». СПбГПУ. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2015620053 от 12.01.2015.

4. Елистратов В.В. Возобновляемая энергетика. СПб: Наука, 2013.

5. Elistratov V.V., Kudryasheva I.G. Methodology for parameters selection and evaluation the effectiveness of decentralized energy supply systems based on renewable energy sources // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. Vol. 11, № 5. P. 3509–3512.

6. Manwell J.F. Wind energy explained: theory, design, and application. United Kingdom: John Wiley & Sons Ltd., 2009.

7. Mostafaeipour A., Khayyami M., Sedaghat A., Mohammadi K., Shamshirband S., Sehati M.-A., Gorakifard E. Evaluating the wind energy potential for hydrogen production: A case study // International Journal of Hydrogen Energy. 2016. Vol. 41. P. 6200–6210.

8. Елистратов В.В., Конищев М.А. Повышение эффективности использования ВИЭ при комплексном использовании // Энергетическая политика. 2008. № 3. С. 30–37.

9. Конищев М.А. Совместная работа ГЭС и ВЭС в составе энергокомплекса с гидравлическим аккумулированием энергии // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2010. № 106. С. 45–51.

10. Елистратов В.В., Чернова А.В. Долгосрочное прогнозирование параметров энергетических комплексов ВЭС-ГЭС // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2014. № 6. С. 36–43.

11. Чернова А.В. Особенности обоснования параметров энергообъектов, использующих ветровую и гидроэнергию // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2014. № 11. С. 78–84.

12. Jaramillo O.A., Borja M.A., Huacuz J.M. Using hydropower to complement wind energy: a hybrid system to provide firm power // Renewable Energy. 2004. № 29. P. 1887–1909;

13. Daniel C.P. Prowse Combining wind and hydropower // Wind Energy International. 2011/2012. P. 365–370.

14. Acker T.L., Robitaille A., Holttinen H., Piekutowski M. and ver Tande J.O.G. Integration of Wind and Hydropower Systems: Results of IEA Wind Task 24s // Wind Engineering. 2012. № 1. P. 1–18.

15. George C. Bakos. Feasibility study of a hybrid wind/hydro power-system for low-cost electricity production // Applied Energy. 2002. Vol. 72. P. 599–608.

16. Shahbaz Awan, Muhammad Ali, Muhammad Asif, Amjad Ullah. Hydro and Wind Power Integration: A Case Study of Dargai Station in Pakistan // Energy and Power Engineering. 2012. № 4. P. 203–209;

17. Елистратов В.В., Минина А.А. Моделирование энергетически эффективной части ветрового потока за краткосрочные интервалы времени // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2012. № 2–2 (147). С. 185–189.

18. Рыхлов А.Б. Анализ применения различных законов распределения для выравнивания скоростей ветра на юго-востоке европейской территории России // Известия Саратовского университета. Серия: Науки о Земле. 2010. Т. 10, Вып. 2. С. 25–30

19. Kusiak A. Short-term prediction of wind farm power: a data mining approach // IEEE Transactions on energy conversion. 2009. Vol. 21, № 1. 12 p.

20. Rathmann O. Wind farm Wake-effect model in WAsP8. VEA. Wind Power Meteorology. Электронный ресурс: www.wasp.dk (дата обращения: 25.04.2015);

21. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций. Т. 1. Основное оборудование гидроэлектростанций. М.: Энергоатомиздат, 1988.