THE PROGRAM FOR CALCULATION OF SYSTEM OF AUTONOMOUS POWER SUPPLY ON THE BASIS OF WIND POWER INSTALLATION

Бубенчиков А.А.¹, Дайчман Р.А.², Артамонова Е.Ю.², Бубенчикова Т.В.², Гафаров А.А.³, Гаибов И.А. ³

¹Кандидат технических наук, ²Ассистент кафедры ЭсПП, ³ Студент, Омский государственный технический университет

ПРОГРАММА ДЛЯ РАСЧЕТА СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

 Аннотация

В статье предложен алгоритм расчета системы альтернативного электроснабжения, позволяющий выбрать параметры необходимого оборудования, оценить затрат и определить срок окупаемости, а также оценить рентабельность установки.

Ключевые слова: ветроэнергетическая установка, автономное питание, инвертор, геометрические параметры ротора, емкость аккумуляторных батарей, себестоимость, рентабельность.

 

Bubenchikov A.A. ¹, Daychman R.A. ², Artamonova E.Y. ², Bubenchikova T.V. ², Gafarov A.A.³, Gaibov I.A.³

¹ PhD in Engineering, ² Assistant of ESPP Department of Omsk State Technical University, ³ Student of Omsk State Technical University

THE PROGRAM FOR CALCULATION OF SYSTEM OF AUTONOMOUS POWER SUPPLY ON THE BASIS OF WIND POWER INSTALLATION

 Abstract

The algorithm of calculation of parameters of system of alternative power supply, expenses and payback period and profitability of the installed equipment is presented in article.

Keywords: wind power installation, self-contained supply, Darrieus rotor, aerodynamic parameters, battery capacity, cost value, profitability.

Вопросы энергоэффективности и энергобезопасности становятся всё более актуальными в связи с прогнозируемым истощением ископаемых источников энергии, а также растущими вопросами экологии. Всё больше внимания уделяется возобновляемым источникам энергии, развитие которых выделяются правительством Российской Федерации как приоритетные в соответствии с [1,2].

Примерный энергопотенциал различных источников энергии показан на рис. 1.

Рис. 1 - Примерный энергопотенциал различных источников энергии

Общая кинетическая энергия ветров оценивается величиной порядка 0,7•10²¹ Дж. На применение кинетической энергии ветра для выработки электричества и нацелены современные ветроэнергетические установки [4-6].

Система альтернативного электроснабжения состоит из многих элементов среди которых основными являются: ветроустановка, контроллер заряда аккумуляторов, аккумуляторная батарея и инвертор. Все эти элементы являться дорогостоящими, а также обладают множеством различных характеристик, что затрудняет оптимальный подбор электрооборудования под конкретного потребителя в конкретном месте, а также оценить сроки окупаемости при применении данной системы электроснабжения.

Существуют различные способы расчета таких систем: книги и практические рекомендации с трудоемкими для вычисления формулами, некоторые компании установщики альтернативных систем электроснабжения предлагают оплатить работу эксперта, который даст свое заключение по необходимому оборудованию, так же на сайтах продавцов различного электрооборудования предлагается рассчитать свою систему разуметься из оборудования, предлагаемого сайтом-продавцом по его же цене, что соответственно не будет удовлетворять требованиям экономичности при проектировании систем альтернативного электроснабжения.

Предлагаемая программа, рис. 2, позволяет быстро, без предварительного вычисления внести данные по своему местоположению, имеющихся электроприборах и графиках их работы. Рассчитать оптимальное количество оборудование с минимально необходимыми характеристиками.

Рис. 2 – Алгоритм расчета программы [7]

Все это позволяет сделать процесс расчета системы альтернативного электроснабжения максимально понятным и доступным, а также независимым от продавцов электрооборудования.

Основные функции программы — это подбор параметров ветроустановки и необходимых характеристик устанавливаемого оборудования для бесперебойного электроснабжения заданного объекта.

Данная программа позволяет:

• Учитывать мощность всех подключенных электроприборов (пиковую и среднесуточную);
• Учитывать суточный график электрических нагрузок объекта;
• Выбирать в зависимости от скорости ветра требуемую номинальную мощность, а также количество ветроэнергетических установок;
• Оценивать возможность применения ветроэнергетической установки с требуемым значением продуктивности;
• Рассчитывать площадь, занимаемую ветроэнергетической установкой, а также ее геометрические и аэродинамические параметры;
• Оценивать устойчивость работы данной установки;
• Производить расчет параметров и выбор электрогенератора;
• Рекомендовать параметры регулятора мощности и инвертора;
• Рассчитывать необходимую ёмкость аккумуляторных батарей;
• Оценивать при текущей конфигурации установки возможность зарядки аккумуляторных батарей за предыдущий период;
• Осуществлять экономический расчет, себестоимости и рыночной цены всего комплекса электроснабжения;
• Рассчитывать срок окупаемости при заданном тарифе на электроэнергию;
• Осуществить расчет требуемого тарифа при заданном сроке окупаемости;
• Производить расчёт коэффициента использования установленной мощности;
• Оценивать рентабельности установки (то есть целесообразность ее установки в данном месте при данной скорости ветра при данных параметрах электрооборудования).

Программный комплекс может применяться для расчёта систем альтернативного электроснабжения как для частных домохозяйств, коттеджных поселков, таки для небольших предприятий малого бизнеса, а так данный программный комплекс может быть востребован для расчёта систем социальных объектов таких как больницы, школы, детские дома.

Программный комплекс может применяться для расчёта автономных систем электроснабжения, это является актуальным для малонаселённых территорий с неразвитой инфраструктурой и отсутствие электрификации. Потенциальными потребителями могут быть предприятия, требующие резервирование объектов особой группы электроснабжения, военных частей, туристических объектов, малых объектов обслуживающей инфраструктуры, небольших фермерских хозяйств. Так же программы комплекс может применяться для расчёта возобновляемых источников энергии как дополнительных источников электроэнергии для снижения затрат при питании от сетевых компаний.

Литература

1. Распоряжение Правительства РФ от 08.01.2009 № 1-р «Об основных направлениях государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года» [в ред. Постановления Правительства РФ от 28.05.2013]
2. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 13.11.2009 № 1715-р «Энергетическая стратегия России на период до 2030 года».
3. Концепции современного естествознания. Гелиоэнергетика. [Электронный ресурс]. URL http://www.bibliotekar.ru/estestvoznanie-2-2/31.htm (дата обращения 28.09.2015)
4. Бубенчиков А.А. Применение ветроколес и генераторов для ветроэнергетических установок малой мощности / А.А. Бубенчиков, Р.А. Дайчман, Е.Ю. Артамонова, Л.А. Файфер, Ф.В. Катеров, Т.В. Бубенчикова // Международный научно-исследовательский журнал. – № 5(36). – 2015. – С. 35-39.
5. Бубенчиков А.А. Проблемы применения ветроэнергетических установок в регионах с малой ветровой нагрузкой / А.А. Бубенчиков, Р.А. Дайчман, Е.Ю. Артамонова, Л.А. Файфер, Ф.В. Катеров, Т.В. Бубенчикова // Международный научно-исследовательский журнал. – № 5(36). – 2015. – С. 39-43.
6. Бубенчиков А.А. Применение ветроэергетических установок с концентраторами ветровой энергии в регионах с малой ветровой нагрузкой / А.А. Бубенчиков, Р.А. Дайчман, Е.Ю. Артамонова, Л.А. Файфер, Ф.В. Катеров, Т.В. Бубенчикова // Международный научно-исследовательский журнал. – № 5(36). – 2015. – С. 31-35.
7. Кирпичникова, И.М. Ветроэнергетические установки. Расчет параметров компонентов: учебное пособие / И.М. Кирпичникова, Е.В.Соломин. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2013. – 83 с.

References

1. Rasporjazhenie Pravitel'stva RF ot 08.01.2009 № 1-r «Ob osnovnyh napravlenijah gosudarstvennoj politiki v sfere povyshenija jenergeticheskoj jeffektivnosti jelektrojenergetiki na osnove ispol'zovanija vozobnovljaemyh istochnikov jenergii na period do 2020 goda» [v red. Postanovlenija Pravitel'stva RF ot 28.05.2013]
2. Rasporjazhenie Pravitel'stva Rossijskoj Federacii ot 13.11.2009 № 1715-r «Jenergeticheskaja strategija Rossii na period do 2030 goda».
3. Koncepcii sovremennogo estestvoznanija. Geliojenergetika. [Jelektronnyj resurs]. URL http://www.bibliotekar.ru/estestvoznanie-2-2/31.htm (data obrashhenija 28.09.2015)
4. Bubenchikov A.A. Primenenie vetrokoles i generatorov dlja vetrojenergeticheskih ustanovok maloj moshhnosti / A.A. Bubenchikov, R.A. Dajchman, E.Ju. Artamonova, L.A. Fajfer, F.V. Katerov, T.V. Bubenchikova // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. – № 5(36). – 2015. – S. 35-39.
5. Bubenchikov A.A. Problemy primenenija vetrojenergeticheskih ustanovok v regionah s maloj vetrovoj nagruzkoj / A.A. Bubenchikov, R.A. Dajchman, E.Ju. Artamonova, L.A. Fajfer, F.V. Katerov, T.V. Bubenchikova // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. – № 5(36). – 2015. – S. 39-43.
6. Bubenchikov A.A. Primenenie vetrojeergeticheskih ustanovok s koncentratorami vetrovoj jenergii v regionah s maloj vetrovoj nagruzkoj / A.A. Bubenchikov, R.A. Dajchman, E.Ju. Artamonova, L.A. Fajfer, F.V. Katerov, T.V. Bubenchikova // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. – № 5(36). – 2015. – S. 31-35.
7. Kirpichnikova, I.M. Vetrojenergeticheskie ustanovki. Raschet parametrov komponentov: uchebnoe posobie / I.M. Kirpichnikova, E.V.Solomin. – Cheljabinsk: Izdatel'skij centr JuUrGU, 2013. – 83 s.