Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Возобновляемые источники энергии. Учебно-методическое пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 71 2 3 4 5 6 7 > Следующая >>>

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Н. В. ЗУБОВА, С. В. МИТРОФАНОВ,

Н. А. ФИЛАТЬЕВА

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Учебно-методическое пособие

НОВОСИБИРСК

2023

УДК 621.311.2(075.8) З-915

Рецензенты:

канд. техн. наук С. В. Родыгина

канд. техн. наук А. В. Седельников

Работа подготовлена на кафедре СЭСП

и утверждена Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебно-методического пособия

Зубова Н. В.

З-915 Возобновляемые источники энергии: учебно-методическое

пособие / Н. В. Зубова, С. В. Митрофанов, Н. А

. Филатьева. –

Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2023. – 67 с.

ISBN 978-5-7782-4976-9

В учебно-методическом пособии рассмотрены принципы проектирования автономной ветродизельной станции для электроснабжения населенных пунктов.

Пособие предназначено для студентов очного и заочного отделения факультета энергетики, обучающихся по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника».

УДК 621.311.2(075.8)

ISBN 978-5-7782-4976-9 © Зубова Н. В., Митрофанов С. В.,

Филатьева Н. А., 2023 © Новосибирский государственный технический университет, 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ................................................................................................................... 4

1. Определение расчетной нагрузки поселка ........................................................ 5

2. Ветроэнергетический расчет ............................................................................... 8

3. Баланс реактивной мощности в автономной системе ................................... 15

4. Выбор места установки ВЭУ ............................................................................ 19

5. Выбор защитных и коммутационных аппаратов РУ-0,4 кВ ......................... 21

6. Выбор линий электропередачи 0,4 кВ ............................................................. 25

7. Проверка чувствительности защитных аппаратов на отходящих

присоединениях РУ-0,4 кВ ................................................................................. 31

8. Проверка селективности защитных аппаратов РУ-0,4 кВ ............................. 35

9. Оценка срока окупаемости

Библиографический список .................................................................................. 44

Приложения ............................................................................................................ 46

предлагаемого объекта энергоснабжения ......... 38

ВВЕДЕНИЕ

Проектирование систем электроснабжения, в том числе с использованием возобновляемых источников энергии, должно соответствовать ряду требований, таких как надежность и безопасность; обеспечивать необходимое качество электроэнергии, соответствующие государственному стандарту уровни напряжения, селективность выбранного защитно-коммутационного оборудования и т.д.

Цель настоящего учебно-методического пособия – обучить студентов основам проектирования систем нием оборудования для преобразования одного из наиболее популярных источников возобновляемой энергии – ветра.

В результате выполнения расчетно-графической работы студенты должны знать:

 порядок разработки проекта, включающего использование ВИЭ;

 методические и нормативные материалы, касающиеся выполне-

ния поставленной задачи;

 методы проведения технических расчетов;

 методы определения

ботки проектов с использованием ВИЭ.

экономической целесообразности разра-

электроснабжения с использова-

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ НАГРУЗКИ ПОСЕЛКА

Первым этапом любого проекта электроснабжения является опреде-

ление расчетной нагрузки.

В представленном расчетно-графическом задании в качестве объекта электроснабжения рассмотрен удаленный поселок, не имеющий связи с единой энергосистемой.

Основными потребителями электроэнергии в поселке являются: жилые и административные помещения; производственные предприятия; животноводческий комплекс; тепличный комплекс; птичник; гараж и освещение.

Расчетная мощность нагрузки определяется как сумма мощностей отдельных нагрузок, с учетом коэффициента одновременности, учитывающего разновременной характер максимумов нагрузки:

PPk

max

QQk

max



(1.1)

ni n

(1.2)

ni n

где

– коэффициент одновременности, принять равным 0,9; i – номер

нагрузки.

Результаты расчета сводятся в табл. 1.1.

Неравномерность потребления электрической энергии в течение суток учитывается с помощью типовых графиков электрических нагрузок. Значения приведены в процентах от максимальной активной и реактивной мощности с шагом дискретизации 2 часа. Приведены графики нагрузки для летнего и зимнего периода.

Суточный объем потребляемой электроэнергии равен суммарному значению мощностей графика нагрузки с учетом шага дискретизации.

Сводная таблица электрических нагрузок

Таблица 1.1

Номер фидера Потребитель cos φ tg φ P

1 Жилой сектор 2 Птичник

…… …… …… …… …… ……

Сумма Коэффициент одновременности Максимальная мощность

, кВт Qi, кВт

k 

Для определения величины годового потребления электрической энергии необходимо суммировать суточные объемы потребленной электроэнергии для летнего и зимнего периода:

24 24

где

– продолжительность зимнего периода (215 дней);

WPtTPtT









потр з з з л л л

ii ii



, (1.3)

– продол-

жительность летнего периода (150 дней).

Результаты расчета для удобства представления предлагается свести в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Суточный график нагрузки и объем потребляемой электроэнергии

Мощность

Часы

1…2 3…4 5…6 …… ….. ….. ….. …..

23…24

Объем энергии за сутки (кВт ꞏ ч) Количество дней в периоде Объем энергии за период (кВт ꞏ ч) Объем энергии за год (кВт ꞏ ч)

зима лето

% кВт % кВт

В работе для электроснабжения поселка используются два источника энергии: дизельный электрогенератор (ДЭГ) и ветроэнергетические установки (ВЭУ), которые работают параллельно. В период безветрия предполагается использовать дизельную электростанцию для полного покрытия графика нагрузки, однако наличие накопителя энергии в системе, обязательного для равномерной работы ВЭУ, позволяет «срезать» пик потребления

. В связи с этим мощность ДЭГ выбирают по вы-

ражению

Параметры ДЭГ

Параметр Значение Марка ДЭГ Номинальное напряжение, В Номинальная активная мощность, кВт Коэффициент мощности, о.е. Номинальная реактивная мощность, квар

0,85 .PP

ДЭС max

(1.4)

Таблица 1.3

Технические параметры ДЭГ, предлагаемого к установке, необхо-

димо свести в табл. 1.3.

2. ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Любая автономная система, в том числе и ветроэлектрическая, работает независимо от сети централизованного энергоснабжения. В этих условиях ВЭУ может функционировать самостоятельно, использоваться как дублер любого другого генератора или применяться в сочетании с другими энергетическими установками в качестве компонента комбинированной системы энергоснабжения. Как правило, маломощные автономные ВЭУ генерируют ляторных батарей. Более мощные системы обычно генерируют переменный ток.

Выработка электроэнергии ветроагрегатом в месте его установки зависит от энергетических характеристик ветра и конструкции ВЭУ. Сравнивая среднегодовую выработку ВЭУ с потребностями нагрузки на годовом интервале, можно определить количество и мощность ВЭУ.

постоянный ток для заряда аккуму-

Метод дифференциальной повторяемости

скоростей ветра на высоте оси ВЭУ

Для определения ожидаемой выработки электроэнергии в конкретном месторасположения необходимо иметь данные о распределении

()

скорости ветра по градациям ветра во времени, для получения достоверных данных о повторяемо-

()

сти флюгеру или анеморумбометру. Недостатком наземных наблюдений за

ветром является существенная их зависимость от степени защищенности метеостанции. Данные наблюдений за ветром на метеостанциях характеризуют условия ветрового режима на самой станции, а не того района, где предполагается устанавливать ВЭУ. Поэтому для

требуются данные наблюдений за период не менее 10 лет по

. С учетом изменчивости скорости

того чтобы

получить расчетные значения скорости ветра у земли, лучше использо-

вать данные радиозондовых измерений на различных высотах нижнего слоя атмосферы при условии их достоверности и репрезентативности. Преимущество такого подхода заключается в том, что здесь используются данные о скорости ветра на высотах, где влияние рельефа и прочих неоднородностей подстилающей поверхности несущественно.

Анализ ном слое атмосферы и их представление в координатах

данных радиозондовых измерений скорости ветра в призем-

()/zUU 

дает возможность получить в первом приближении два

()

U

вида распределения скорости ветра. Одно из них является унифицированным (единым) для европейской части России, Казахстана, Средней Азии, Западной Сибири и Восточной Сибири, другое – для региона Дальнего Востока (рис. 2.1). На некоторых метеостанциях (например, на оз. Балхаш, Аральском море) распределение в безразмерных координа-

можно использовать и при расчете вероятностей скорости ветра

тах у земли (на уровне флюгера). Для большинства же метеостанций такое использование графиков (подобных тем, что даны на рис. 2.1), построенных по данным скорости ветра на уровне 100 м, неприемлемо, так как приводит к завышению ветроэнергетического потенциала вследствие неучета влияния мезо- и микрорельефа на характеристики

скорости ветра. Для получения значений плотности вероятности распределения скорости ветра на высоте 100 м над конкретным пунктом достаточно

располагать лишь данными о средней скорости ветра

Для расчета выработки энергии ВЭУ в конкретном пункте на заданной высоте необходимо в значение среднегодовой скорости ветра ввести поправку, приведя ее к высоте оси ветроколеса, поскольку оси современных ВЭУ могут находиться на высотах, в четыре-пять раз превышающих расположение флюгера на метеостанциях. Другой причиной пересчетов служит

тот факт, что скорость ветра возрастает с увеличением высоты над поверхностью земли. Для приведения скорости ветра к оси ветроколеса можно использовать эмпирическую зависимость степенного вида

оси

(2.1)

– высота флюгера;

–

оси

где



оси

– скорость на высоте флюгера;

 

 

высота оси, сезонный показатель m = 0,2.

Рис. 2.1. Распределение скорости ветра

в безразмерных координатах:

1 – Дальний Восток; 2 – остальная часть

территории бывшего СССР

Далее, зная среднегодовую скорость ветра на высоте оси ВЭУ, определяют значения безразмерного параметра z на интервале скоростей ветра от стартовой скорости с шагом дискретизации 1 м/с до скорости останова ветроколеса:

z



По одной из кривых, показанных на рис. 2.1, в соответствии с местом расположения ВЭУ и с учетом предварительно рассчитанных вели-

чин

определяются значения функции

()

U

. Вычисляется функция

плотности распределения скоростей ветра (рис. 2.1):

()

() .

fU

() 1,

Причем

fU 



а если функция плотности вероятности выра-

жена в именованных единицах – часах, то



( ) 8760

fU 



1 / 71 2 3 4 5 6 7 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]