Электрическая нагрузка

Для определения нагрузок необходимо знать потребление электроэнергии в доме в течение года. Электрическая нагрузка части жилого комплекса состоит из 10 домов с 4 членами семьи в каждом, предполагаемое среднесуточное потребление электроэнергии приведено в таб. 4.

Таблица 4 - Предполагаемое среднесуточное потребление электроэнергии

Наименование	Мощность, Вт	Время работы (усредненное), ч.	Энергия (из расчета на 10 домов), Вт∙ч/сут
Энергосберегающая лампа 10 Вт	100	5	5000
Телевизор	100	1	1000
Компьютер	400	1	4000
Глубинный электронасос	1500	2	30000
Холодильник	150	24	36000
Итого	2250	-	76000

На основе определенных почасовых значений энергопотребления за 24 часа, программное обеспечение «HOMER 2» версия 2.81 [13] сгенерировало суточный профиль нагрузки, представленный на рис. 4. Симулируя изменчивость нагрузки, чтобы график для каждого дня был уникален, добавлена хаотичность, в виде 10% ежедневной и почасовой изменчивости нагрузки.

Рисунок 4 - Среднесуточный профиль нагрузки сгенерированный «HOMER 2»

Определена средняя допускающая задержку нагрузка (требование, которое может быть удовлетворено в определенный период времени, при этом точная синхронизация не важна и существует гибкий график, типичный пример водяной насос (при наполненном резервуаре воды) и заряженные аккумуляторные батареи). Как показано на рис.5, предполагается, что объем энергопотребления возрастет с июня по август из-за полива в летний период.

Рисунок 5 - Профиль среднегодовой допускающей задержку нагрузки сгенерированный программным обеспечением «HOMER 2»

Таким образом, поскольку электрическая нагрузка оказывает самое большое влияние на стоимость и размер узлов установки, ее детальное и точное моделирование является важным элементом проектирования системы.

Моделирование энергогенерирующих устройств

Для обеспечения электроснабжения согласно расчетным нагрузкам, охарактеризованным выше, предлагается использовать комбиниро­ванную электростанцию, которая состоит из компонентов охарактеризованных ниже.

Воздушная турбина: критерии отбора основывались на стоимости, выходном напряжении, номинальной мощности генератора и стартовой скорости ветра, поскольку ресурс ветра в исследуемой местности не очень высок. Основываясь на критериях упомянутых ранее, отобрана ветротурбина компании Windelectric-Europe 5000, стоимостью 4765 долларов США, генерирующая переменный ток, имеющая номинальную мощность генератора 5 кВт, горизон-тальную ось вращения, стартовую скорость ветра 2,0 м/сек. и высоту мачты 25 метров.

Солнечная фотоэлектрическая батарея: стоимость солнечных модулей на основе аморфного кремния составляет 4600 долларов за 1 кВт установленной мощности. С учетом тенденции снижения цены, стоимость замены берется в количестве 80 % от начальных капитальных затрат. Отдаваемая мощность устройства вычисляется, используя следующее уравнение [11]:

(6)

где Y_PV - номинальная мощность солнечной батареи (кВт), f_PV - коэффициент снижения мощности PV (%), - количество солнечного излучения, падающего на солнечную батарею (кВт/м²), - количество излучения в стандартных условиях испытаний (1 кВт/м²), α_p - температурный коэффициент мощности (%/^oC), T_c - температура солнечной батареи в текущее время (^oC), T_c,STC - температура солнечной батареи в стандартных условиях испытаний (25 ^oC).

Если влияние температуры на солнечную батарею не учитывается, приведенное выше уравнение упрощается:

(7)

Проектная мощность солнечной батареи является количеством мощности, произведённой в стандартных условиях испытаний на 1 кВт/м² освещенности при температуре панели 25^oC. Коэффициент снижения мощности – существенный фактор, предназначенный для учёта влияния пыли, оседающей на панель, потери при передаче электроэнергии, повышенную температуру, либо других факторов, влияющих на выходную мощность солнечной батареи и вызывающих отклонения от ожидаемых испытательных значений.

Группа аккумуляторных батарей: аккумуляторная батарея была выбрана из библиотеки ПО «HOMER 2», модель SURRETTE 6CS25P (6V, 1156 Ah, 6,94 kWh), стоимость была уточнена на веб-сайте производителя и составила 950 $. Срок службы группы батареи рассчитывается следующим образом [11]:

(8)

где: N_batt - количество батарей в группе, Q_lifetime - пропускная способность оной аккумуляторной батареи (кВт), Q_thrpt - ежегодная пропускная способность аккумуляторной батареи (сумма количества энергии, проходящей через группу батареи за один год) (кВт∙ч/год), и R_{batt. f} - буферный срок службы батареи (максимальный срок службы независимо от пропускной способности), (лет).

Стоимость износа батареи вычисляется следующим образом [11]:

(9)

где: C_repp,batt - стоимость замены группы батареи ($) и - эффективность заряда-разряда батареи (%).

Инвертор: выбраны модели HYUNDAI, стоимостью 1600$ -15 кВт и 1800$ - 22 кВт. Эффективность инвертора принимается как 90 %.

Дизельный генератор: выбрана модель «Азимут» АД 15-Т400, мощностью 15 кВт, стоимостью 5250 $. Основным критерием при выборе генератора являлась стоимость, без учета его эффективности. Главные материальные свойства генератора – вырабатываемая мощность, ожидаемый срок службы, тип топлива и соотношение количества потребляемого топлива к выработке электроэнергии. В дополнение к этим свойствам существует коэффициент выбросов генератора, по которому могут быть определены шесть типов выбросов шести различных веществ исходя из типа и количества расходуемого топлива. Стоимость затрат дизельного генератора рассчитывается по следующей формуле [11]:

(10)

где: c_om.gen - техническое обслуживание ($ / час), C_rep.gen - стоимость замены ($), R_gen - срок службы генератора (часов), F₀ - коэффициент кривой топлива генератора (л/час/кВт), Y_gen - мощность генератора (кВт), и С_fuel,eff - цена топлива ($/л). Цена топлива может включать плату за негативное воздействие, связанное с выбросом загрязняющих веществ от дизельного генератора.

Для исследования рассматривалось дизельное топливо с ценами: 0.8, 0.9, и 1 долларов США за литр. Текущая цена, составляет 0.9 долларов за литр.