1.3. Технические аспекты использования возобновляемых источников энергии
В основе решения об использовании возобновляемых источников энергии обычно лежат результаты многолетних наблюдений за состоянием окружающей среды в данном регионе. При этом очень важно, чтобы получаемая в процессе мониторинга информация включала все параметры, необходимые для разработки конкретной энергетической установки. Частично такую информацию содержат результаты метеорологических наблюдений, но, к сожалению, расположение метеостанций очень часто не совпадает с местом предполагаемого размещения энергоустановок, и методы регистрации и анализа метеоданных не полностью соответствуют 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 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.
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 экономно.
В электросетях потребитель энергии называется нагрузкой, и от её 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, как правило, обладают различными накопителями (аккумуляторами) энергии, поэтому включение их в энергетическую систему может существенно повысить ее эффективность.
1.4. Совершенствование источников энергии и потребителей
После анализа характеристик потребителей и потенциальных источников возобновляемой энергии необходимо согласовать их друг с другом. Согласование наиболее экономично при выполнении следующих условий.
Энергоустановка должна максимально использовать возобновляемую энергию. Сопротивления Г, Д и Е потоку энергии (рис. 1.1, а) должны быть минимальны. В этом случае будут сведены к минимуму энергетическое оборудование и его размеры.
Использование системы управления с отрицательной обратной связью между потребителем и источником энергии не выгодно, так как приходится сбрасывать в окружающую среду часть выработанной преобразованием энергии.
Как упоминалось ранее, спрос на энергию никогда не колеблется точно также как её производство электроустановками на возобновляемой энергии. Синхронизировать спрос и предложение, не завышая при этом мощность электроустановки, можно только, включив в энергосистему аккумуляторы (рис. 1.1, в). Хорошие накопители энергии дороги, особенно если их приходится разрабатывать для уже действующей энергосистемы. Однако для энергоустановок небольшой мощности (до 10 кВт) чаще других в качестве накопителей используют электрические аккумуляторы.
Если согласовать электроустановку на возобновляемой энергии с потребителями очень сложно, от решения этой задачи отказываются (рис. 1.1, 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 какие-либо другие), их эффективность повышается и становится возможным увеличить в них долю установок на возобновляемой энергии.
Наиболее эффективная схема использования энергии возобновляемых источников показана на рис. 1.1, д.
Рис. 1.1. Схемы согласования возобновляемых источников энергии с потребителями: чем меньше сопротивления отдельных участков в цепи расходования энергии, тем меньше размеры энергетического оборудования (а); управление с отрицательной обратной связью сопряжено с потерями энергии (б); использование накопителей энергии позволяет развязать во времени производство энергии и ее потребление (в); развязка источника энергии и потребителя с помощью более крупной энергосистемы (г); система управления с прямой связью с нагрузкой энергоустановки (д); 1 – возобновляемый источник энергии; 2 – источник истощаемой энергии; 3 – преобразователь энергии; 4 – потребитель; 5 – сброс в окружающую среду; 6 – накопитель энергии
При такой схеме к источнику энергии необходимо подключить в каждый момент столько потребителей, чтобы суммарная нагрузка соответствовала текущей мощности источника. При этом отдельные потребители могут иметь в свою очередь накопители энергии или подстраиваться под изменяющиеся параметры источника. В таких системах используется регулирование с прямой связью.