твуют рассматриваемой задаче. Тем не менее данные метеостан­ций могут служить базой для проведения сравнительного ана­лиза с результатами целевого мониторинга. Так, например, срав­нивая результаты измерения скорости ветра в течение нескольких месяцев в месте предполагаемого размещения ветроустановки с данными ближайшей метеостанции, можно, опираясь на метео­данные за более длительный период, экстраполировать и резуль­таты мониторинга скорости ветра.

Значительно сложнее проводить оценку возобновляемых источников энергии, в основу которой не могут быть положены стандартные метеоданные. В этом случае необходимы специаль­ные методы измерений и соответствующие приборы, что требует значительных людских и материальных ресурсов. К счастью, опираясь только на данные метеорологии, сельскохозяйственных наук и науки о море, можно и в этом случае получить большую часть необходимой информации.

Потребители энергии и их характеристики. Производству энергии всегда должно предшествовать всестороннее изучение потребности в ней. Так как производство энергии всегда не­дешево и сопряжено с нежелательным воздействием на окру­жающую среду, очень важно расходовать ее эффективно и эко­номично.

В электросетях потребитель энергии называется нагрузкой, и от ее характеристик во многом зависит выбор используемого источника электроэнергии. Вкладывая средства в развитие энер­гетики, следует помнить, что повышать эффективность и эко­номичность потребителей, как правило, выгоднее, чем увели­чивать производство энергии.

Больше всего энергии расходуется на транспорте и для про­изводства тепла. Эти потребители обладают, как правило, раз­личными накопителями (аккумуляторами) энергии, поэтому включение их в энергетическую систему может существенно повысить ее эффективность.

Согласование источников энергии и потребителей. После анализа характеристик потребителей и потенциальных источ­ников возобновляемой энергии необходимо согласовать их друг с другом. Согласование предполагает выполнение следующих условий.

ляет развязать во времени производство энергии и ее потребление (в). Развя­зывание источника энергии и потребителя с помощью более крупной энерго­системы (г). Система управления с прямой связью с нагрузкой энергоуста­новки — самая эффективная система управления при использовании возобнов­ляемой энергии (д); число потребителей энергии можно все время согласовы­вать с располагаемым потоком энергии и-на этой основе управлять работой

энергоустановки:

1 — возобновляемый источник энергии; 2 — источник истощаемой энергии; 3 — преобра­зователь энергии, 4 — потребитель, 5 — сброс в окружающую среду; 6—накопитель

Энергии

23

1. Энергоустановка должна максимально эффективно исполь­зовать возобновляемую энергию. Сопротивления Г, Д и Е по­току энергии (рис. 1.4, а) должны быть минимальны. В этом случае будут сведены к минимуму энергетическое оборудование и его размеры.

2. Использование систем управления с отрицательной обрат­ной связью между потребителем и источником энергии невы­годно, так как приходится сбрасывать в окружающую среду часть выработанной преобразователем энергии (рис. 1.4, б). Такое регулирование оправдано только в случае крайней не­обходимости или когда удовлетворены все возможные потре­бители энергии. Следует заметить, что неэффективность прин­ципа регулирования с обратной связью в энергетических уста­новках на возобновляемой энергии является следствием посто­янного существования в окружающем пространстве потоков этой энергии. Для невозобновляемого источника энергии регу­лирование с обратной связью выгодно, так как уменьшает его расход.

3. Как отмечалось в § 1.3, спрос на энергию никогда не ко­леблется, точно так же как ее производство энергоустановками на возобновляемой энергии. Согласовать спрос и предложение, не завышая при этом мощность энергоустановки, можно только, включив в энергосистему накопители энергии (рис. 1.4, в). Хо­рошие накопители энергии дороги (см. гл. 16), особенно если разрабатывать их приходится для уже действующей энерго­системы.

4. Если согласовать энергоустановку на возобновляемой энергии с потребителями очень сложно, от решения этой задачи отказываются (рис. 1.4, г). В этом случае эту установку под­ключают к более крупной и универсальной по составу источ­ников энергии системе. Если такие системы имеют накопители энергии (например, гидравлические или тепловые), их эффек­тивность повышается и становится возможным увеличить в них долю установок на возобновляемой энергии.

5. Наиболее эффективная схема использования энергии во­зобновляемых источников показана на рис. 1.4, д. При такой схеме к источнику энергии подключаются в каждый момент столько потребителей, чтобы суммарная нагрузка соответство­вала текущей мощности источника. При этом отдельные потре­бители могут в свою очередь иметь накопители энергии или подстраиваться под изменяющиеся параметры источника. В та­ких схемах используется регулирование с прямой связью (см. § 1-4).

Методы управления. Для согласования источников энергии с потребителями используются различные методы управления. Из изложенного выше следует, что в энергосистемах с возоб­новляемыми источниками энергии можно использовать три ме-

24

	f ) 5 Сток воды >
6			7

билизиробанного напряжения Потребители неста-

напряжвния

тода управления, основанные на сбросе излишков энергии, акку­мулировании энергии и изменении нагрузки. Эти методы могут быть реализованы различными способами применительно ко всей энергосистеме или ее частям и иллюстрируются такими примерами (рис. 1.5).

1. Система со сбросом излишков энергии. Потоки энергии возобновляемых источников существуют постоянно, и если их не использовать, они будут безвозвратно потеряны. Тем не менее метод управления, основанный на сбросе части этой энер­гии, может оказаться самым простым и дешевым. Такой метод управления используется, например, на гидроэлектростанциях (рис. 1.5, а), в системах обогрева зданий солнечным излучением с управляемыми заслонками, в ветроколесах с изменяемым шагом.

2. Системы с накопителями (аккумуляторами) энергии. На­копители могут аккумулировать энергию возобновляемых источ­ников как в ее исходном, непреобразованном виде, так и в пре­образованном, после энергоустановки. В первом случае управ­ление запасами возобновляемой энергии такое же, как и за­пасами невозобновляемой энергии. Основной недостаток систем регулирования с такими накопителями — их относительно вы­

25

сокая стоимость, сложность использования в небольших энерго­установках и при реализации дистанционного управления.

Например, водохранилище, показанное на рис. 1.5, б, соору­жается, как правило, на гидростанциях мощностью не менее 10 МВт. Механические же системы регулирования расхода воды становятся чрезмерно громоздкими и дорогими на станциях мощностью более 10 кВт. Недостатком водохранилищ является также ущерб, наносимый ими окружающей среде. В качестве накопителей преобразованной энергии можно использовать аккумуляторные батареи, электролизные установки и т. д. Такие накопители особенно выгодны на небольших энергоустановках. Тепловые накопители в настоящее время уже устарели.

3. Системы с регулированием нагрузки. Такие системы под­держивают соответствие между спросом и предложением энер­гии за счет включения и выключения необходимого числа по­требителей. Схема небольшого регулятора такого типа для бы­тового электроснабжения показана на рис. 1.5, в (см. § 8.6). Такое регулирование может применяться в любых системах, но наиболее выгодно оно при наличии большого числа разнородных потребителей. Его преимущество при использовании в энерго­системах с возобновляемыми источниками энергии заключается в следующем:

1. подключение или отключение потребителей в соответствии с располагаемой мощностью источника позволяет избегать потерь возобновляемой энергии;

2. в многоканальной системе регулирования могут учиты­ваться потребности различных потребителей и их приоритеты, при этом, например, потребители с низким приоритетом, которые отключаются первыми, могут снабжаться энергией по низкой цене или, например, нагревательные установки могут питаться непостоянным по величине напряжением;

3. потребители, сами обладающие определенным аккуму­лирующим свойством (водогрейные баки, кондиционеры), могут с выгодой использовать это свое свойство, отключаясь в те пе­риоды времени, когда энергия дорогая;

4. в таких системах регулирования можно использовать надежные, точные, малоинерционные и недорогие электронные и микропроцессорные устройства.

Регуляторы нагрузки с прямой связью особенно удобны для применения на автономных ветроэнергетических установках (см. гл. 9 и, в частности, § 9.10). Скорость ветра может коле­баться очень сильно, и для поддержания максимальной мощ­ности ветроустановки необходимо регулировать частоту вра­щения ветроколеса. Электронные регуляторы нагрузки с прямой связью в отличие от механических регуляторов позволяют наи­более просто и дешево решать эту задачу. Схема такого регу­лирования показана на рис. 1.6.

’6