Гибридное электроснабжение
Солнечные батареи как основной источник. Ветроустановки второстепенный.
За основу возьмем расчет электроснабжения объекта. Где среднее количество составило 260 модулей. Рассмотрим покрытие энергии данными модулями.
Таблица 16. Избыток и дефицит энергии.
Месяц |
Избыток и дефицит |
Месяц |
Избыток и дефицит |
Январь |
-2438,36 |
Июль |
1808,55 |
Февраль |
-1423,35 |
Август |
1336,65 |
Март |
348,66 |
Сентябрь |
376,44 |
Апрель |
889,2 |
Октябрь |
-748,398 |
Май |
1867,32 |
Ноябрь |
-1445,95 |
Июнь |
1722,75 |
Декабрь |
-2384,31 |
По данным таблицы видим, что есть дефицит электроэнергии в январе, феврале, октябре, ноябре и декабре.
Для дальнейшего расчета числа ВЭУ производим выбор самой установки. Как и в предыдущем варианте электроснабжения было принято решение для генерации электроэнергии применить вертикально-осевой тип турбины с ротором Дарье. Это обусловлено низкими скоростями ветра в регионе и невозможностью использования других типов турбин. С сайта [5] была выбрана ВЭУ ОМ-5000-24(48).
Производим расчет энергии ветра для данных месяцев по данным таблицы 10, рисунка 2. Типовой расчет производим для января месяца.
Таблица 17. Пример таблицы для месяца январь
Скорость |
Скорость для 20 м, м/с |
Мощность по диаграмме, кВт |
Продолжительность ветров, % от месяца |
Энергия, кВт•ч |
0 м/с |
0 |
0 |
85,25 |
0 |
1 м/с |
1,15 |
0 |
104,625 |
0 |
2 м/с |
2,30 |
0,119238 |
155 |
18,48194 |
3 м/с |
3,45 |
1,119432 |
189,875 |
212,5521 |
4 м/с |
4,53 |
1,712359 |
143,375 |
245,5095 |
5 м/с |
5,66 |
2,152865 |
38,75 |
83,42353 |
6 м/с |
6,8 |
2,604464 |
31 |
80,73838 |
произведено , кВт*ч |
640,7054063 |
|||
Для остальных месяцев расчет производим аналогично, итоговые данные заносим в таблицу:
Таблица 17. Энергия ветроколеса по расчетным месяцам
|
Январь |
Февраль |
Октябрь |
Ноябрь |
Декабрь |
произведено , кВт*ч |
640,7 |
474,54 |
410,25 |
525,5 |
870,45 |
По данным таблицы 17 определим число ВЭУ необходимых для покрытия дефицита в расчетные месяцы (см. таблица 15).
Для января:
Таблица 19. Количество ВЭУ по расчетным месяцам
|
Январь |
Февраль |
Октябрь |
Ноябрь |
Декабрь |
Кол-во ВЭУ |
3,8 |
3 |
1,82 |
2,75 |
2,73 |
Исходя из необходимости покрытия 100% нагрузки, количество ВЭУ выбираем по максимальному значению. Расчетное количество ВЭУ, необходимых для покрытия дефицита нагрузки, равно четырем.
Выбор числа батарей для покрытия нагрузки в ночное время для характерных суток производим с учетом уже имеющихся в комплекте с ВЭУ аккумуляторных батарей.
Определяем ночное энергопотребление.
Таблица 20. Энергопотребление в ночной период
Месяц |
Январь |
Февраль |
Март |
Апрель |
Май |
Июнь |
продолж дня (час) |
9:15 |
10:59 |
12:58 |
15:20 |
17:37 |
19:08 |
продолж ночи (час) |
14:45 |
13:01 |
11:02 |
8:40 |
6:23 |
4:52 |
Расход ночью |
76 |
65 |
42,75 |
32,4 |
20,25 |
11,55 |
ВЭУ ночью |
51,60 |
36,4 |
39,6 |
25,2 |
9,84 |
9,6 |
Необходимая мощность батарей |
24,40 |
28,60 |
3,15 |
7,20 |
10,41 |
1,95 |
Месяц |
Июль |
Август |
Сентябрь |
Октябрь |
Ноябрь |
Декабрь |
продолж дня (час) |
18:29 |
16:22 |
13:59 |
11:47 |
9:51 |
8:47 |
продолж ночи (час) |
5:31 |
7:38 |
10:01 |
12:13 |
14:09 |
15:13 |
Расход ночью |
11,55 |
20,3 |
38 |
47,2 |
54,8 |
58 |
ВЭУ ночью |
6,96 |
13,44 |
12,4 |
26,4 |
40,88 |
69,6 |
Необходимая мощность батарей |
4,59 |
6,86 |
25,60 |
20,80 |
13,92 |
-11,60 |
Далее рассматриваем месяцы, где недостаточно мощности ВЭУ для покрытия ночной нагрузки.
Расчет емкости батареи с учетом потерь и допустимой разряда. Так же примем к сведению среднюю температуру за месяц и установку 2х последовательно подключенных батарей. Данные одной батареи в таблице 9.
Определяем число батарей исходя из того, что ВЭУ работают ночью.
Таблица 21. Количество аккумуляторных батарей.
Месяц |
Январь |
Февраль |
Март |
Апрель |
Май |
Июнь |
Необходимая мощность батарей |
24,40 |
28,60 |
3,15 |
7,20 |
10,41 |
1,95 |
Емкость 2х батарей(24В)кWth |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
Кол-во необходимых блоков |
27,9722 |
23,92361 |
15,73438 |
11,925 |
7,45312 |
4,251042 |
Месяц |
Июль |
Август |
Сентябрь |
Октябрь |
Ноябрь |
Декабрь |
Необходимая мощность батарей |
4,59 |
6,86 |
25,60 |
20,80 |
13,92 |
-11,60 |
Емкость 2х батарей(24В)кWth |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
Кол-во необходимых блоков |
4,25104 |
7,471528 |
13,986111 |
17,37222 |
20,1694 |
21,34722 |
Принимаем количество блоков по максимальному значению 28.
Итого для электроснабжения объекта необходимо:
А. 260 солнечных модулей марки МСК-165 24в
Б. 4 ветроустановки ВЭУ ОМ-5000-24(48)
В. 28 аккумуляторные блоков по две батареи марки HZB12200
Ветроустановки как основной источник. Солнечные батареи второстепенный.
Для электроснабжения объекта ветроутановками, число ВЭУ примем равным 7, исходя из данных таблицы 13. Рассмотрим покрытие энергии данными устаовками.
Таблица 22. Избыток и дефицит энергии.
Месяц |
Избыток и дефицит |
Месяц |
Избыток и дефицит |
Январь |
1614,935 |
Июль |
-288,81 |
Февраль |
451,78 |
Август |
363,24 |
Март |
2269,54 |
Сентябрь |
-788,13 |
Апрель |
1042,23 |
Октябрь |
519,68 |
Май |
-303,1 |
Ноябрь |
1326,5 |
Июнь |
612,3 |
Декабрь |
3222,8 |
По данным таблицы видим, что есть дефицит электроэнергии в мае, июле, сентябре.
Для дальнейшего расчета числа солнечных модулей производим выбор самой установки. Как и в первом варианте электроснабжения было принято решение для генерации электроэнергии применить каркасные солнечные модули мери МСК [2] (характеристики см. таблица 3):
Производим расчет числа модулей для расчетных месяцев по данным таблицы 4.
Таблица 23. Число солнечных модулей
|
Май |
Июль |
Сентябрь |
W ВЭУ кВт/ч |
307,7 |
218,17 |
223,41 |
Wмесяц кВт/ч |
2457 |
1816 |
2352 |
Избыток/Дефцит кВт/ч |
-303,1 |
-288,81 |
-788,13 |
Инсоляция Вт/ч |
168 |
169 |
106 |
Wсм кВт/ч |
19,404 |
19,5195 |
12,243 |
Число солнечных модулей |
-15,6205 |
-14,796 |
-64,3739 |
Итоговое количество модулей принимаем по максимальному значению N=64.
Производим расчет необходимого числа аккумуляторных батарей для работы в ночное время с учетом работы ВЭУ и наличие 7 аккумуляторных батарей емкостью 1000 ампер/час. Аккумуляторы выбираем марки МСК-165 24В
Таблица 24. Энергопотребление в ночной период
Месяц |
Январь |
Февраль |
Март |
Апрель |
Май |
Июнь |
продолж дня (час) |
9:15 |
10:59 |
12:58 |
15:20 |
17:37 |
19:08 |
продолж ночи (час) |
14:45 |
13:01 |
11:02 |
8:40 |
6:23 |
4:52 |
Расход ночью |
76 |
65 |
42,75 |
32,4 |
20,25 |
11,55 |
ВЭУ ночью |
90,30 |
63,7 |
69,3 |
44,1 |
17,22 |
16,8 |
Необходимая мощность батарей |
-14,30 |
1,30 |
-26,55 |
-11,70 |
3,03 |
-5,25 |
Месяц |
Июль |
Август |
Сентябрь |
Октябрь |
Ноябрь |
Декабрь |
продолж дня (час) |
18:29 |
16:22 |
13:59 |
11:47 |
9:51 |
8:47 |
продолж ночи (час) |
5:31 |
7:38 |
10:01 |
12:13 |
14:09 |
15:13 |
Расход ночью |
11,55 |
20,3 |
38 |
47,2 |
54,8 |
58 |
ВЭУ ночью |
12,18 |
23,52 |
21,7 |
46,2 |
71,54 |
121,8 |
Необходимая мощность батарей |
-0,63 |
-3,22 |
16,30 |
1,00 |
-16,74 |
-63,80 |
Таблица 25. Количество аккумуляторных батарей.
Месяц |
Январь |
Февраль |
Март |
Апрель |
Май |
Июнь |
Необходимая мощность батарей |
-14,30 |
1,30 |
-26,55 |
-11,70 |
3,03 |
-5,25 |
Емкость 2х батарей(24В)кWth |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
Кол-во необходимых блоков |
-5,2631 |
0,478472 |
-9,77188 |
-4,30625 |
1,11520 |
-1,93229 |
Месяц |
Июль |
Август |
Сентябрь |
Октябрь |
Ноябрь |
Декабрь |
Необходимая мощность батарей |
-0,63 |
-3,22 |
16,30 |
1,00 |
-16,74 |
-63,80 |
Емкость 2х батарей(24В)кWth |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
2,716 |
Кол-во необходимых блоков |
-0,2318 |
-1,18514 |
5,999306 |
0,368056 |
-6,1612 |
-23,4819 |
По данным таблицы видим, что необходимое число аккумуляторных блоков 6шт.
Итого для электроснабжения объекта необходимо
А. 7 ВЭУ ОМ-5000-24(48)
Б. 64 солнечных модулей марки МСК-165 24В
В. 6 аккумуляторные блоков по две батареи марки HZB12200