авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 14 |

«УДК 620.9 ББК 31.27 С78 Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Методы и средства энерго- и ресурсосбережения» подготовлен в рамках ...»

-- [ Страница 4 ] --

Генерация. Активная мощность вырабатывается на генераторах, вра щаемых первичными двигателями – гидравлическими или паровыми турби нами, дизельными или ветровыми установками и т. п. Реактивная мощность может быть получена в любом месте. Она генерируется синхронными маши нами при их перевозбуждении, емкостью линий, конденсаторами и т. д. Лю Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -97 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети бой элемент электрической системы и сети, в котором ток опережает напря жение, является генератором реактивной энергии.

Передача. Режим работы каждого элемента сети характеризуется ве личинами «ток» и «напряжение», следовательно, и значением полной мощ ности у передающего и приемного концов сети, представляемой в комплекс ном виде. Вещественная часть полной мощности является активной, а мни мая – реактивной. При этом необходимо иметь в виду, что первая, вещественная часть, является целью электроснабжения, а вторая – мнимая – сопутствующим явлением.

Значение реактивной мощности может быть изменено практически в любой точке электрической сети, с учетом её характерных режимов работы, например с помощью специальных компенсирующих устройств, рассмотрен ных ниже.

Потребление. Активная мощность в основном потребляется электро приемниками, преобразующими электрическую энергию в другие виды энер гии (механическую, тепловую, световую и т. д.). Частично активная мощ ность теряется (технологические потери) в активных сопротивлениях эле ментов сети.

Реактивная мощность потребляется не только приемниками, но и эле ментами сети. Например, суммарная реактивная мощность, потребляемая си ловыми трансформаторами, установленными в энергосистеме, из-за наличия нескольких ступеней трансформации повышающих и понижающих транс форматоров, больше суммарной реактивной мощности, потребляемой всеми синхронными двигателями.

Реактивная мощность потребляется любым элементом сети, в котором ток отстает от напряжения, и не связана непосредственно с величиной по требления активной энергии.

Влияние реактивной энергии на режимы энергосбережения состоит в том, что ее наличие в элементах сети увеличивает значение полного тока и соответственно влияет на активные потери электроэнергии в данном эле менте сети.

Существуют две задачи, касающиеся эффективного снижения потерь от реактивной мощности:

1) задача оптимального распределения реактивной мощности в элек трической сети, являющейся частью более общей задачи комплексной опти мизации режима работы энергосистемы;

2) задача оптимизации установки новых источников реактивной мощ ности. На каждый киловатт установленной активной мощности экономиче ски выгодна установка 4–5 квар реактивной мощности [26].

Располагаемая реактивная мощность генераторов в установившемся режиме определяется номинальной мощностью генераторов Рном, активной нагрузкой Рн и номинальным коэффициентом мощности cos [27]:

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -98 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети Qрасп = Pном Kз, (2.24) cos 2 ном Pн где K з = – коэффициент загрузки генератора по активной мощности, Pном в пределах которого располагаемая реактивная мощность синхронного гене ратора определяется током статора.

Для генераторов всей энергосистемы Qрасп = P г kq, (2.25) n где P г = Pном – сумма установленной активной мощности генераторов станции за вычетом находящихся в аварийном и плановом ремонте и в хо лодном резерве;

n K з2i cos номi. (2.26) kq = Pг Баланс реактивной мощности в энергосистеме имеет следующий вид:

Qпотр + Qс.н + Qл + Qтр + Qшр + Qрез = Qген + Qзар + Qк.у + Qп, (2.27) где Qпотр – реактивная мощность, передаваемая с шин 6–10 кВ подстанций энергосистем в сети потребителей;

Qс.н – потребление реактивной энергии электрооборудованием собственных нужд;

Qл и Qтр – потери реактивной энергии в линиях и трансформаторах;

Qшр – мощность шунтовых реакторов, включенных в рассматриваемом режиме;

Qрез – необходимый резерв реак тивной мощности;

Qген – располагаемая реактивная мощность генераторов электростанций;

Qзар – зарядная мощность линий электропередачи;

Qк.у – располагаемая мощность синхронных компенсаторов (СК) и батарей стати ческих конеденсаторов (БСК);

Qп – передача и получение реактивной энер гии со стороны соседних энергосистем.

2.3.10. Статистический анализ потерь по временным рядам Статистический анализ непосредственно не указывает на наличие ка ких-либо физических факторов, на основании которых существует исследуе Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -99 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети мая зависимость, но можно утверждать, что при статистическом анализе можно получить обобщенную оценку уровня потерь ЭЭ в целом по объекту и выполнить прогноз потерь на некоторый интервал времени с помощью анализа и синтеза их состояния. Указанные проблемы следующие:

Проблема анализа: выявление присущих предмету анализа закономер ностей;

изучение их свойств;

анализ их общности;

определение характери стик;

изучение характеристик, разложение их реализаций на компоненты, подверженные влиянию отдельных внешних факторов;

исследование вида и параметров зависимостей;

изучение свойств и характеристик элементов структуры и компонент;

Проблема синтеза: моделирование режимов исследуемого предмета, подбор или разработка для этой цели адекватного математического аппарата;

разработка методов расчетов;

например, для решения проблем временных рядов – установление заблаговременного интервала упреждения, синтетези рование реализаций результатов анализа, оценка погрешности результатов.

Необходимо также отметить, что прогнозный период может составлять не более одной трети исходного ряда данных, т. е. при наличии данных за три года можно выполнить прогноз потерь на 12 месяцев вперед.

При анализе исходных данных по среднегодовым месячным потерям строят модель тренда потерь T(I). Затем выполняют расчет месячных коэф фициентов мультипликативным MK(J)м или аддитивным MK(J)а преобразо ванием и усреднение их по всему ряду исходных данных Если обозначить составляющие массива исходных данных месячных потерь электроэнергии за I лет по J(1...12) как W[I, J], то модель для про гноза месячных потерь на один год вперед будет при мультипликативном по строении модели временного ряда иметь вид Wп (i + 1, j ) = T (i + 1) МК ( j )m, (2.28) где Wп (i + 1, j ) – прогнозное значение тренда на (i+1) год;

MK ( j )m – сред негодовые значения месячных коэффициентов мультипликативной модели.

При аддитивном построении модели прогнозные значение будут иметь вид Wп (i + 1, j ) = T (i + 1) + МК ( J )a +, (2.29) где MK(J)а – среднегодовые значения месячных коэффициентов аддитивной модели.

Остальные обозначения те же.

Погрешность прогнозного расчета на каждый месяц прогнозного года определяется по следующему выражению:

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -100 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети Wф (i + 1, j ) Wп (i + 1, j ) (i + 1, j ) = 100 %, (2.30) Wф (i + 1, j ) где (i + 1, j ) – ошибка прогноза, которая в общем случае должна иметь нор мальное распределение;

Wф (i + 1, j ) – фактическое значение месячных по терь ЭЭ;

Wп (i + 1, j ) – расчетное значение месячных потерь ЭЭ.

2.3.11. Оценка эквивалентного сопротивления энергосистем В некоторых случаях при выполнении расчетов по потерям ЭЭ по ба зовым выражениям (Красновский) применяется величина Rэкв – эквивалент ное сопротивление энергосистемы. Проблемным вопросом является его дос товерная оценка в нормальных режимах и времени максимальных потерь.

Эквивалентное сопротивление энергосистемы можно выразить уравне нием Rэкв = (а0 + а1t ) MK [J ], (2.31) где a0 + a1 (t ) – многолетний тренд;

MK ( J ) – месячный коэффициент. Вид многолетнего тренда в выражении (2.31) показан упрощенно. Он может быть гораздо более сложной формы. В энергосистемах могут быть периоды, когда строится больше кольцевых линий, и тогда k экв действительно снижается, но могут быть периоды, когда строится больше радиальных линий, и тогда Rэкв растет. Кроме того, как будет показано далее, на Rэкв значительное влияние оказывает режим работы энергосистемы и оно может значительно меняться даже в течение суток.

Все крупные предприятия имеют свои подстанции напряжением кВ и выше. Крупные промышленные предприятия, электротяга и трубопро водный транспорт, входящий в эту категорию потребителей, составляют бо лее 70 % суммарной нагрузки энергосистемы. В этих случаях можно рассчитать нормальный режим и определить k экв по потерям мощности и суммарной на грузки, полностью исключив влияние абонентской задолженности.

Сопротивление Rэкв в сети 110–500 кВ может меняться почти в 2 раза в зависимости от времени года. Рассмотрим пример. Имеем рассчитанные ре жимы в сети 110 кВ и выше по результатам проведенных летних и зимних контрольных замеров (4 летних и 4 зимних). Результаты приведены в табл. 2.13.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -101 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети Таблица 2. P, % Сезон Часы суток Р Rэкв 4 100 100 10 159,7 182,4 87, Зима 19 165,7 193,4 85, 22 134,3 158,7 84, 4 79,4 96,2 82, 10 132,8 155,8 85, Лето 14 135,8 140,9 94, 22 143,3 126,6 113, Как видно из данных таблицы, изменение зимних и летних потерь мощности не соответствует квадрату изменения нагрузки в это время. Рас считанные мгновенные режимы работы энергосистемы разные, хотя нагрузки изменились не в такой степени.

Суммарную нагрузку и эквивалентное сопротивление энергосистемы можно определить из следующего выражения:

I Rэкв = I12 R1 + I 2 R2 +.... + I i2 Ri +.... + I n Rn, 2 2 (2.32) где I – суммарная нагрузка энергосистемы;

Rэкв – эквивалентное сопротив ление энергосистемы;

I i, Ri – ток и сопротивление i -го участка сети.

В правой части выражения (2.32) приведены потери мощности во всех элементах энергосистемы. Разделим обе части этого выражения на I и вве дем коэффициент загрузки K i элемента энергосистемы, тогда Ki = Ii / I. (2.33) После подстановки (2.33) в уравнение (2.32) получим:

Rэкв = К12 R1 + К 2 R2 +... + К i2 Ri +... + К n2 Rn.

(2.34) Таким образом, при изменении загрузки отдельных элементов энерго системы, т. е. при изменении режимов работы, меняется Rэкв, которое явля ется интегральной режимной характеристикой энергосистемы и может быть постоянной величиной в течение расчетного интервала, только если нагрузки в течение этого интервала постоянны, что практически никогда не бывает.

Среднее сопротивление зимних суток Rэкв отличается от среднего со противления летних суток более чем на 20 %.

В связи с изложенным можно сделать вывод о том, что в сезонных из менениях потерь электроэнергии основное значение имеет изменение экви валентного сопротивления энергосистем, которое, в свою очередь, зависит от изменения режимов работы энергосистемы.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -102 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети 2.3.12. Транзитные потери электрической энергии В условиях рынка любая дефицитная энергосистема (ЭС) для покрытия своей нагрузки может получить необходимую электроэнергию (ЭЭ) от избы точной ЭС, например через сети какой-либо базисной ЭС. Естественно, что владелец ЛЭП (сбалансированная ЭС) должен иметь только прибыль от вы полнения новой работы – услуги по передаче ЭЭ. Кроме капитальных затрат (замена проводов на провода с большим сечением и т. д.) необходимо от дельно учитывать дополнительные эксплуатационные издержки, в которые войдут и дополнительные транзитные потери.

Расчёты транзитных потерь энергии можно производить по этапам:

1) расчёт по нормальному режиму;

2) расчёт по обобщённым регрессионным моделям.

Частично это предусмотрено в [23 и 24].

«Транзитный переток – переток мощности из одной смежной ЭС че рез базисную ЭС в другую смежную ЭС, который сохраняет постоянное зна чение во всех сечениях электрической сети базисной ЭС» [24].

Для определения транзитных используют два вида расчетов:

по базовому режиму с собственными нагрузками энергосистемы, пред ставляющей свои линии для транзита, собственной генерацией и покупкой или продажей ЭЭ;

режиму с заданным перетоком, добавленному к базовому режиму.

Расчёт транзитных потерь ЭЭ при расчёте нормального режима.

Для учёта транзитных потерь ЭЭ (рис. 2.7) необходимо в общем виде рассмотреть следующий пример: ЭС № 1, 2, 3 – являются дефицитными, ЭС № 4 – сбалансированная, базисная, а ЭС № 5 и № 6 – избыточные. Внут ренние генерации и нагрузки в системе № 4 не учитываются в данном случае.

Анализ транзитных перетоков рассмотрен для варианта прямых тран зитных перетоков. В данном случае для простоты изложения материала внутренние факторы – генерирующая мощность Рг4 и отбор нагрузки Рн4 – не учитываются.

В случае отсутствия транзита собственные потери ЭС № S4 = S4 – S4. (2.35) S6 S Ua Uб S a б S5 S РГ РН S4 S Рис. 2.7. Обобщенная схема для расчета и анализа транзитных потерь ЭЭ Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -103 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети При наличии транзита транзитные потери составляют:

Sт = Sа – Sб = (S4 + (S5 + S6)) – (S4 + (S1 + S2 + S3)) = S4 +Sт, (2.36) где Sт – дополнительные потери от транзита ЭЭ.

Распределение транзитных потерь между несколькими потребителями, одновременно включенными в транзитную линию.

Суммарные потери Р = 3r(I4 + Iд)2. (2.37) Дополнительные потери Рд = Р – Р4, (2.38) или Рд = Р1 1+Р2 2, (2.39) где – коэффициент распределения.

I + Iб 1 = 1 +, (2.40) Ii где I – суммарный ток по данной линии;

I б – ток базисной системы – ЭС № 4;

I i – ток системы, для которой вычисляется доля транзитных потерь.

Расчёт транзитных потерь на втором этапе.

Транзитные потери зависят от целой группы факторов и в первую оче редь от собственного потребления, выработки ЭЭ своими электростанциями, покупки и продажи ЭЭ от других источников энергии:

Ртр= (Ртр, Рпок, Рпр, Рп, Рген), (2.41) где Ртр – транзитный переток дефицитной энергосистемы;

Рпок – покупка ЭЭ;

Рпр – продажа ЭЭ;

Рп – потребление ЭЭ и Рген – выработка ЭЭ на отдельных станциях.

Дополнительные потери ЭЭ от транзитных перетоков распределяются между дефицитными потребителями (энергосистемами) с непосредственным расчетом в каждом характерном режиме.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -104 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети 2.3.13. Расчет потерь электроэнергии в линиях и трансформаторах, в счетчиках электроэнергии Современные счетчики электроэнергии имеют возможности выполнить не только учет электроэнергии, но и ряд дополнительных функций. Одной из них является учет потерь электрической энергии в линиях и трансформато рах. Вариант выполнения такой функции приведен в [16]. Предложенный ме тод расчета потерь ЭЭ в счетчиках ЭЭ осуществим с учетом следующего [17]:

во-первых, все примененные в нем способы расчета потерь должны со ответствовать действующей НТД;

во-вторых, имеются технические проблемы:

1. Потери в линиях, в счетчике ЭЭ можно рассчитать только до первой отпайки в этой ЛЭП, так как дальше ток в линии неизвестен.

2. Сопротивление проводов ЛЭП зависит от их температуры. В соот ветствующих ГОСТах и в справочниках оно указано для температуры прово да в +20 С. Реальная температура проводов, конечно же, отличается от + С. Поправку на рабочие температуры проводов ЛЭП можно выполнить по [18]. При нагрузке соответствующей экономической плотности тока и не большой скорости ветра в [18] рекомендуется считать температуру провода на 5 С выше температуры воздуха.

Значимость поправки на температуру провода можно оценить тем фак том, что, например, для климата Красноярского края температурная поправка составляет несколько процентов от их величины, т. е. намного больше тре буемой погрешности расчета.

3. При расчете потерь с помощью счетчика ЭЭ в трансформаторах так же необходимо вводить в него поправку на изменение сопротивления обмо ток при изменении температуры трансформатора, например по температуре трансформаторного масла.

4. Необходимо также продумать алгоритм, который будет фиксировать направление перетока при его оперативном изменении ЭЭ в энергосистеме, учет нагрузок разных сторон при трехобмоточных трансформаторах и т. д.

2.3.14. Коммерческие потери электроэнергии За основу взята программа (типовая) по снижению потерь электроэнер гии в распределительных сетях АО-энерго.

В условиях постоянного роста тарифов для потребителей электроэнер гии различных групп, электроснабжение которых производится по распреде лительным сетям, остро стоит проблема предотвращения хищений в этих се тях.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -105 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети Одним из приоритетных направлений является определение видов коммерческих потерь электроэнергии, их оценка величины и максимальное снижение значения потерь.

К коммерческим потерям электроэнергии следует относить:

1. Недостоверный учет – W1:

1.1. Работа средств учета (измерительные трансформаторы тока и на пряжения, счетчики электроэнергии – средства измерения (СИ) с отклоне ниями от нормативных характеристик.

1.2. Неправильное подключение цепей напряжения и тока.

1.3. Неисправность средств учета, счетного механизма.

1.4. Ошибки при снятии показаний электросчетчиков и коэффициентов трансформации.

1.5. Ошибки или умышленное изменение коэффициентов пересчета или сведений о расходе электроэнергии.

1.6. Замена приборов учета без согласования с энергосбытовыми под разделениями.

1.7. Несанкционированное подключение токоприемиков.

1.8. Подключение токоприемников помимо счетчиков.

1.9. Вмешательство в работу счетчиков с целью искажения показаний.

1.10. Несообщение о неправильной работе счетчика.

1.11. Недостаточная обеспеченность электросетей приборами кон трольного (технического) учета.

2. Ошибки в начислении за отпущенную энергию – W2:

2.1. Ошибки в недостоверных сведениях о потребителе.

2.2. Ошибки при передаче информации о расходе энергии с мест уста новки приборов учета в бухгалтерию.

2.3. Ошибки при корректировке данных о потребителе.

2.4. Невыставленные счета потребителю из-за отсутствия информации.

2.5. Расчет по приборам учета не на границе балансовой принадлежности.

2.6. Расчет по присоединенной мощности.

3. Неоплата электроэнергии потребителями, находящимися на самооп лате – W3.

Значение коммерческих потерь, определяемое расчетным путем:

Wк = Wвб – Wпо – Wпт = W1 + W2 + W3, (2.42) где Wк – коммерческие потери;

Wвб – выработка электроэнергии;

Wпо – полез ный отпуск в электросети;

Wпт – потери электроэнергии в электрической се ти;

W1, W2, W3 – потери электроэнергии по указанным пунктам.

Работу по снижению коммерческих потерь необходимо вести по трем основным направлениям:

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -106 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети 1. Контроль за эксплуатационным и техническим состоянием средств учета, установка более совершенных средств измерений, разукрупнение учета.

2. Обеспечение расчетов и контроля оплаты с помощью автоматизиро ванных комплексов по единой для всех энергоснабжающих организаций про грамме.

3. Организация работы по анализу очагов потерь и обходов потребите лей по выявлению неучтенного электропотребления.

При этом необходимо учитывать дополнительные составляющие, влияющие на снижение коммерческих потерь, такие как:

наличие единой нормативной и методологической базы;

проведение информационной и разъяснительной работы в СМИ;

проведение претензионно-исковой работы.

Работы по выявлению и снижению коммерческих потерь необходимо начать с составления баланса электрической энергии, с одной стороны, после последней ступени трансформации у потребителей, с другой стороны, по расчетным приборам, установленным непосредственно у потребителя. Ба ланс должен быть составлен строго на одно расчетное время, проанализиро ван, и на его основе необходимо составить план работ, включающий в себя меро приятия, направленные на снижение факторов, влияющих на потери электро энергии при ее реализации.

Мероприятия по снижению потерь электроэнергии в распределительных сетях 1. Восстановление учета электроэнергии 1.1. Выявление и замена средств учета с отклонениями от нормативных характеристик.

1.2. Выявление и устранение неправильного подключения цепей тока и напряжения в схемах подключения электросчетчиков.

1.3. Организация контроля для исключения ошибок при снятии показа ний электросчетчиков и коэффициентов ТТ и ТН на границе ответственности и у абонентов.

1.4. Организация постоянного контроля, исключающего изменение ко эффициентов пересчета или сведений о расходе электроэнергии, умышлен ное изменение сведений о расходе электроэнергии при установке приборов учета.

1.5. Организация систематической проверки приборов учета с целью исключения длительной работы неисправных приборов.

1.6. Обспечение источников энергии и её потребителей недостающими приборами.

1.7. Организация проверки маркировки средств учета специальными знаками визуального контроля.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -107 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети 1.8. Включение денежных средств на проверку, ремонт и замену средств измерений отдельной строкой в бюджет владельца электрических сетей.

1.9. Внедрение вводно-распределительных устройств, исключающих несанкционированный доступ к силовым цепям и цепям учета.

2. Несовершенство договоров и расчетов 2.1. Проверка достоверности сведений о приборах учета, установлен ных у потребителей.

2.2. Систематические проверки информации о расходе энергии с мест установки приборов в бухгалтерию.

2.3. Исключение ошибок при корректировке данных о приборах учета, установленных у потребителей.

2.4. Исключение несвоевременного выставления счетов потребителям из-за отсутствия информации.

2.5. Исключение расчетов по приборам учета, установленным не на границе балансовой принадлежности электросети.

2.6. Исключение из практики расчетов по присоединенной мощности (дифтарифный акт).

3. Выявление несвоевременной оплаты 3.1. Выявление фактов неоплаты энергии потребителями, находящими ся на самооплате.

4. Проведение совместных проверок (в том числе и по выявлению хищений электроэнергии) 4.1. Совместные проверки с милицией и органами государственного технического надзора (ТУГЭН) по пресечению хищений и самовольных под ключений.

4.2. Привлечение сторонних организаций по отдельному договору для сбора денежных средств с потребителей.

4.3. Проверки персоналом энергопредприятий по выявлению само вольно подключенных объектов к оборудованию энергоснабжающей органи зации.

4.4. Проверки по выявлению приборов учета на объектах энергоснаб жающей организации (потребителя), замененных без согласования с Энерго сбытом.

4.5. Проверки по выявлению несанкционированного подключения то коприемников у потребителей, производящих расчеты по установленной мощности.

4.6. Проверки по выявлению у абонентов токоприемников, подключен ных помимо счетчиков.

4.7. Проверки по выявлению у абонентов фактов вмешательства в ра боту приборов учета энергии с целью искажения показаний.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -108 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети Выбор экономичных режимов Наибольшая экономичность режимов работы энергосистем реализуется в первую очередь за счет:

на электростанциях:

наилучшего распределения нагрузок системы между агрегатами;

наилучшего выбора включенных в работу агрегатов;

экономичности работы отдельных агрегатов: повышения КПД котлов, подогрева питательной воды, увеличения напора гидротурбин, правильной установки наклона лопастей гидротурбин;

в электрических сетях:

выбора оптимального распределения активных и реактивных нагрузок по линиям электропередач;

наилучшего выбора включенных в работу агрегатов;

экономичности работы отдельных агрегатов – трансформаторов, син хронных компенсаторов, компрессоров и т. д.

Прямое повышение экономичности работы электрических сетей воз можно и целесообразно реализовать путем внедрения ряда мероприятий по снижению потерь ЭЭ, которые можно разделить на несколько групп.

Конструктивные мероприятия, требующие капиталовложений, сво дятся к следующему:

1. Усиление сети – сооружение дополнительных цепей линий, установ ка дополнительных трансформаторов, замена проводов линий проводами, имеющими большее сечение. Этот вопрос непосредственно связан со сниже нием экономической плотности тока.

2. Установка устройств, разгружающих от передачи реактивной мощ ности, – синхронных компенсаторов, статических конденсаторов и т. д.

3. Установка устройств, повышающих уровень эксплуатационного на пряжения в сети, – синхронных компенсаторов, статических конденсаторов и т.

п. Это мероприятие особенно актуально для энергосистем, испытывающих дефицит реактивной мощности и в силу этого работающих в период наи больших реактивных нагрузок со сниженными напряжением.

4. Перевод сетей на следующую ступень номинального напряжения, например: со 127 В на 220 В, с 3 кВ на 6 кВ, с 6 кВ на 10 кВ и т. д.

Эксплуатационные мероприятия, не требующие дополнительных ка питаловложений, сводятся в основном к следующему:

1. Работа электрических сетей по наиболее эффективной схеме, напри мер работа в кольцевой сети при всех включенных элементах, а в радиальной сети – при ее делении в точках, найденных по условию наименьших потерь активной мощности.

2. Отключение слабозагруженных трансформаторов для того, чтобы получить меньшие суммарные потери в меди и стали включенных в работу трансформаторов.

3. Уменьшение общего числа отключений линий электропередачи на ремонт, что осуществляется на основе применения системы управления ре Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -109 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети монтами с созданием общей базы основного электрооборудования, средств релейной защиты, средств связи и телемеханики и т. д.

4. Максимальное повышение уровня эксплуатационных напряжений путем полного использования реактивной мощности генераторов и синхрон ных компенсаторов, а также путем правильной установки ответвлений трансформаторов станций и подстанций.

5. Устранение излишних потоков реактивной мощности в сетях с большим количеством источников энергии и питающих линий путем пра вильной установки ответвлений у понижающих трансформаторов.

6. Устранение неравномерной нагрузки фаз в трехфазной сети.

7. Правильная организация учета ЭЭ – см. гл. 4 данного пособия.

Мероприятия по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях 1. Отключение части трансформаторов в режимах малых нагрузок.

Производится сравнение потерь холостого хода и нагрузочных потерь.

Если при отключении снижение потерь холостого хода больше, чем увеличе ние нагрузочных потерь, то отключение одного из работающих силовых трансформаторов целесообразно [28].

Произведем расчет:

n(n 1) Px S = Sном, (2.43) Pk где Sном – номинальная мощность одного трансформатора;

Pх и Pk – соот ветственно потери холостого хода и потери короткого замыкания;

n – число трансформаторов на подстанции.

Подставив в формулы различное число работающих трансформаторов, можно найти их количество с минимальным значением потерь.

2. Выравнивание графиков нагрузок сети, например в течение суток, определяют по формуле W = W(1 – К ф2 / К ф1 ), 2 (2.44) где индексами 1 и 2 обозначены коэффициенты формы графиков нагрузок до выравнивания и после него;

W – нагрузочные потери в сети при коэффици енте формы К ф1.

3. Выравнивание нагрузок фаз в электрических сетях 0,4 кВ.

В сетях напряжением 0,4 кВ возникает проблема снижения потерь в се ти из-за неравномерности нагрузок по фазам. Речь идет о систематической неравномерности, постоянно имеющей место вместе с временной неравно мерностью из-за изменения режимов работы отдельных потребителей ЭЭ.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -110 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети Возможное снижение потерь определяют по формуле W W = 0,7 kT 1 (kнер1Wmax1 kнер2 Wmax 2 ), (2.45) где kT 1 – отношение числа часов максимальных потерь к числу часов макси мальной нагрузки;

kнер1 и kнер2 – коэффициенты для первоначального распре деления нагрузок по фазам и после их выравнивания;

Wmax1 и Wmax2 – поте ри напряжения в сети, %, до выравнивания и после него;

W – отпуск электро энергии в сеть.

4. Регулирование уровня напряжения.

Поддерживание уровня напряжения является важнейшим показателем работы электрических сетей и позволяет минимизировать потери электро энергии от отклонения уровня напряжения от номинальных значений [29].

В электрических системах применяют следующие способы регулиро вания напряжения:

на электростанциях:

изменение возбуждения генераторов;

применение трансформаторов с переключением ответвлений под на грузкой;

в электрической сети:

применение трансформаторов с переключением ответвлений под на грузкой;

применение вольтодобавочных трансформаторов (агрегатов) и авто трансформаторов;

последовательное включение конденсаторов в линию;

применение трансформаторов с плавным регулированием напряжения;

использование индукционных регуляторов;

применение синхронных компенсаторов;

параллельное включение конденсаторов;

увеличение сечения проводов сети.

Мероприятия по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях (приказ № 267) Организационные мероприятия 1. Оптимизация мест размыкания линий 6–35 кВ с двусторонним питанием.

2. Оптимизация установившихся режимов электрических сетей по ак тивной и реактивной мощности.

3. Перевод генераторов электростанций в режим синхронного ком пенсатора.

4. Уменьшение ограничения мощности генераторов электростанций.

5. Оптимизация распределения нагрузки между подстанциями основной электрической сети 110 кВ и выше переключениями в ее схеме.

6. Оптимизация мест размыкания контуров электрических сетей с раз личными номинальными напряжениями.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -111 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети 7. Оптимизация рабочих напряжений в центрах питания радиальных электрических сетей.

8. Отключение в режимах малых нагрузок: линий электропередачи в замкнутых электрических сетях и на двухцепных линиях, трансформаторов на подстанциях с двумя и более трансформаторами.

9. Отключение трансформаторов на подстанциях с сезонной нагрузкой.

10. Выравнивание нагрузок фаз в электросетях 0,38 кВ.

11. Сокращение продолжительности ремонта основного оборудования электростанций и сетей: линий, трансформаторов, генераторов, синхронных компенсаторов, комплексных ремонтов оборудования распределительных устройств: ячеек, шин и др.

12. Снижение расхода электроэнергии на собственные нужды подстан ций. Ввод в работу неиспользуемых средств автоматического регулирования напряжения.

13. Выполнение ремонтов под напряжением на ВЛ.

14. Выявление хищений электроэнергии в результате проведения рейдов.

Технические мероприятия 1. Установка и ввод в работу устройств компенсации реактивной мощности:

батарей конденсаторов (БСК) (новое строительство и расширение существующих батарей), замена конденсаторов, выбывших из строя;

синхронных компенсаторов (СК) (новое строительство), замена выбывших из строя СК.

2. Перевод генераторов, турбины которых отработали ресурс, в режим СК.

3. Увеличение рабочей мощности установленных в электрических сетях синхронных компенсаторов.

4. Замена проводов на перегруженных линиях.

5. Замена ответвлений от ВЛ 0,38 кВ к зданиям.

6. Замена перегруженных, установка и ввод в работу дополнительных силовых трансформаторов на эксплуатируемых подстанциях.

7. Замена недогруженных силовых трансформаторов.

8. Установка и ввод в работу:

устройств РПН на трансформаторах с ПБВ;

регулировочных трансформаторов.

9. Установка и ввод в работу на трансформаторах с РПН устройств автоматического регулирования коэффициента трансформации (АРН).

10. Установка и ввод в работу устройств автоматического регули рования мощности батарей статических конденсаторов в электросетях.

11. Установка и ввод в работу вольтодобавочных трансформаторов с поперечным регулированием.

12. Оптимизация нагрузки электросетей за счет:

строительства линий, подстаций;

ввода дополнительных генераторов на электростанциях;

ввода дополнительных генераторов на электростанциях.

13. Перевод электросетей на более высокое номинальное напряжение.

14. Установка и ввод в работу компенсирующих устройств у промыш ленных потребителей:

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -112 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.3. Электрические сети батарей конденсаторов;

статических компенсаторов СТК).

15. Разукрупнение распределительных линий 0,38–35 кВ.

16. Установка и ввод в работу батарей конденсаторов для продольной компенсации.

При анализе эффективности работы электрических сетей необходимо учитывать все варианты, влияющие на потери ЭЭ:

потери постоянные, условно-постоянные и переменные;

расход электроэнергии на собственные, производственные и хозяйст венные нужды;

потери от неоптимальных ведений режимов, заданных нагрузок на ли нии;

потери от неправильно выбранных уровней напряжений;

потери от работающих параллельно силовых трансформаторов;

потери от увеличенного количества отключений ЛЭП для ремонтных и эксплуатационных работ;

потери от увеличения длительности ремонтов, что приводит к неопти мальным режимам работы сети в целом, и т. д.

2.4. Нетрадиционные источники энергии Многие из нетрадиционных источников энергии являются сложными энергоресурсами, компоненты которых позволяют получать и нетопливную продукцию, широко применяемую в химии, строительной индустрии, сель ском хозяйстве, металлургии и т. д. [4]. Например, термальные воды, горю чие сланцы и битуминозные породы содержат в промышленных концентра циях литий, ванадий, никель, рубидий, серу и другие элементы, принципи альная возможность извлечения которых доказана. Минеральная составляющая горючих сланцев и битуминозных пород является исходным сырьем для производства изделий для дорожной и строительной индустрии.

Рациональная утилизация различных видов отходов (биомасса) позволит по лучать высококачественные удобрения. Ресурсы этих видов энергии велики.

Так, например, теплоту, которую можно извлечь из земной коры с глубины до 3 км, оценивают в 21017 ккал, до 5 км – в 101017 ккал;

полная мощность солнечной радиации, приходящей к Земле от Солнца за год, составляет 15001015 кВт · ч и только 40 % ее достигает поверхности Земли. Энергопо тенциал морских приливов и отливов оценивается в мире в 3000 ГВт.

Основное преимущество возобновляемых источников энергии – неис черпаемость и экологическая чистота. Их использование не изменяет энерге тический баланс планеты. Эти качества и послужили причиной бурного раз вития возобновляемой энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии. Возобновляемые источники энергии играют значительную роль в решении трех глобальных проблем, стоя щих перед человечеством: энергетики, экологии, продовольствия. В табл. 2. представлена роль возобновляемых источников энергии в решении глобаль ных проблем человечества.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -113 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии Таблица 2. Вид ресурсов Энергетика Экология Продовольствие или установок Ветроустановки Положительное Положительное Положительное влияние. Во влияние влияние/ отрица- доподъемные установки на па тельное влияние стбищах и в удаленных насе ленных пунктах Малые и микроГЭС Положительное Положительное Положительное влияние. Оро влияние влияние шение земель на базе малых водохранилищ. Водоподъем ные устройства таранного типа Солнечные Положительное Положительное Положительное влияние. Ус тепловые установки влияние влияние тановки для сушки сена, зерна, сельскохозяйственных продук тов, фруктов Солнечные Положительное Положительное Положительное влияние. Ус фотоэлектрические влияние влияние тановки для сушки сена, зерна, установки сельскохозяйственных продук тов, фруктов Геотермальные Положительное Положительное Отсутствие влияния электрические влияние влияние / отрица станции тельное влияние Геотермальные Положительное Положительное Положительное влияние.

тепловые влияние влияние / отрица- Обогрев теплиц геотермаль установки тельное влияние ными водами Биомасса. Положительное Положительное Отсутствие влияния Сжигание твердых влияние влияние / отрица бытовых отходов тельное влияние Биомасса. Сжигание Положительное Положительное Положительное влияние. Ис сельскохозяйственных влияние влияние / отрица- пользование золы в качестве отходов, тельное влияние удобрения отходов лесозаготовок и лесопереработок Биомасса. Положительное Положительное Положительное влияние. По Биоэнергетическая влияние влияние / отрица- лучение экологически чистых переработка отходов тельное влияние удобрений в результате сбра живания отходов Биомасса. Положительное Положительное Отсутствие влияния Газификация влияние влияние Биомасса. Положительное Положительное Положительное влияние. Получе Получение влияние влияние ние дизельного топлива из семян жидкого топлива рапса – самообеспечение сельско го хозяйства дизельным топливом Установки Положительное Положительное Отсутствие влияния по утилизации низко- влияние влияние потенциального тепла Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -114 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии 2.4.1. Солнечная энергия В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энер гии резко возрос, и, хотя этот источник также относится к возобновляемым, внимание, уделяемое ему во всем мире, заставляет нас рассмотреть его воз можности отдельно [30]. Потенциальные возможности энергетики, основан ной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики. Заметим, что использование всего лишь 0,0125 % этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0,5 % – полностью покрыть потребности на пер спективу. К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах.

Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмо сферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнеч ного излучения составляет не более 250 Вт/м2. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения собирали за год энергию, необходимую для удовле творения всех потребностей человечества, нужно разместить их на террито рии 130000 км2! Необходимость использовать коллекторы огромных разме ров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты. Про стейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого распола гаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет солнеч ной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосред ственного использования. Согласно расчетам изготовление коллекторов сол нечного излучения площадью 1 км2 требует примерно 10000 т алюминия.

Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в 1,17109 т. Таким образом, существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики. Предположим, что в будущем для изготов ления коллекторов станет возможным применять не только алюминий, но и другие материалы. Изменится ли ситуация в этом случае?

Будем исходить из того, что на отдельной фазе развития энергетики все мировые потребности в энергии будут удовлетворяться зa счет солнечной энергии. В рамках этой модели можно оценить, что в этом случае потребует ся «собирать» солнечную энергию на площади от 1·106 до 3·106 км2. В то же время общая площадь пахотных земель в мире составляет сегодня 13106 км2.

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следова тельно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов;

изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -115 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, об ходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Уче ные надеются, что эксперименты, которые они проведут на опытных уста новках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические про блемы.

Первые попытки использования солнечной энергии на коммерческой основе относятся к 1980-м годам. Крупнейших успехов в этой области доби лась фирма Loose Industries (США). Ею в декабре 1989 г. введена в эксплуа тацию солнечно-газовая станция мощностью 80 МВт. Здесь же, в Калифор нии, в 1994 г. введено еще 480 МВт электрической мощности, причем стои мость 1 кВт ч энергии 7–8 центов. Это ниже, чем на традиционных станциях. В ночные часы и зимой энергию дает, в основном, газ, а летом и в дневные часы – солнце. Электростанция в Калифорнии продемонстрировала, что газ и солнце, как основные источники энергии ближайшего будущего, способны эффективно дополнять друг друга. Поэтому не случаен вывод, что в качестве партнера солнечной энергии должны выступать различные виды жидкого или газообразного топлива. Наиболее вероятно использование водорода. Его получение, например, путем электролиза воды может быть достаточно деше вым, а сам газ, обладающий высокой теплотворной способностью, легко транспортировать и длительно хранить. Отсюда вывод: наиболее экономич ная возможность использования солнечной энергии, которая просматривает ся сегодня, – направлять ее для получения вторичных видов энергии в сол нечных районах земного шара. Полученное жидкое или газообразное топли во можно будет перекачивать по трубопроводам или перевозить танкерами в другие районы.

Быстрое развитие гелиоэнергетики стало возможным благодаря сниже нию стоимости фотоэлектрических преобразователей в расчете на 1 Вт уста новленной мощности с 1000 долл. в 1970 г. до 3–5 долл. в 1997 г. и повыше нию их КПД с 5 до 18 %. Уменьшение стоимости солнечного ватта до центов позволит гелиоустановкам конкурировать с другими автономными источниками энергии, например с дизель-электростанциями.

Одним из лидеров практического использования энергии Солнца стала Швейцария. Здесь построено примерно 2600 гелиоустановок на кремниевых фотопреобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллектор ных устройств для получения тепловой энергии. Программа, получившая на именование «Солар-91» и осуществляемая под лозунгом «За энергонезави симую Швейцарию!», вносит заметный вклад в решение экологических про блем и энергетическую независимость страны, импортирующей сегодня более 70 % энергии.

Программа «Солар-91» осуществляется практически без поддержки го сударственного бюджета, в основном за счет добровольных усилий и средств отдельных граждан, предпринимателей и муниципалитетов. Гелиоустановку на кремниевых фотопреобразователях, чаще всего мощностью 2–3 кВт, мон Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -116 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии тируют на крышах и фасадах зданий. Она занимает примерно 20–30 м2. Такая установка вырабатывает в год в среднем 2000 кВт · ч электроэнергии, что достаточно для обеспечения бытовых нужд среднего швейцарского дома и зарядки бортовых аккумуляторов электромобиля. Дневной избыток энергии в летнюю пору направляют в электрическую сеть общего пользования. Зимой же, особенно в ночные часы, энергия может быть бесплатно возвращена вла дельцу гелиоустановки.

Крупные фирмы монтируют на крышах производственных корпусов гелиостанции мощностью до 300 кВт. Одна такая станция может покрыть по требности предприятия в энергии на 50–70 %.

В районах альпийского высокогорья, где нерентабельно прокладывать линии электропередач, строятся автономные гелиоустановки с аккумуляторами.

Опыт эксплуатации свидетельствует, что Солнце уже в состоянии обеспечить энергопотребности, по меньшей мере, всех жилых зданий в стра не. Гелиоустановки, расположенные на крышах и стенах зданий, на шумоза щитных ограждениях автодорог, на транспортных и промышленных соору жениях, не требуют для размещения дорогостоящей сельскохозяйственной или городской территории.

Автономная солнечная установка у поселка Гримзель дает электро энергию для круглосуточного освещения автодорожного тоннеля. Вблизи го рода Шур солнечные панели, смонтированные на 700-метровом участке шу мозащитного ограждения, ежегодно дают 100 кВт электроэнергии. Солнеч ные панели мощностью 320 кВт, установленные по заказу фирмы Biral на крыше ее производственного корпуса в Мюнзингене, почти полностью по крывают технологические потребности предприятия в тепле и электроэнер гии.

Современная концепция использования солнечной энергии наиболее полно выражена при строительстве корпусов завода оконного стекла в Арис дорфе, где солнечным панелям общей мощностью 50 кВт еще при проекти ровании была отведена дополнительная роль элементов перекрытия и оформления фасада.

КПД кремниевых фотопреобразователей при сильном нагреве заметно снижается, и поэтому под солнечными панелями проложены вентиляцион ные трубопроводы для прокачки наружного воздуха. Нагретый воздух рабо тает как теплоноситель коллекторных устройств. Темно-синие, искрящиеся на солнце фотопреобразователи на южном и западном фасадах администра тивного корпуса, отдавая в сеть 9 кВт электроэнергии, выполняют роль деко ративной облицовки.

2.4.2. Ветроэнергетика [30] Энергия ветра – это преобразованная энергия солнечного излучения, и пока светит солнце, будут дуть и ветры. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Климатические Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -117 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории, от наших западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра северные районы страны, вдоль побережья Северного Ледовитого океана. Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Техника XX века открыла совершенно новые возможности для ветро энергетики, основной задачей которой является получение электроэнергии.

В начале века Н. Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способнее получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мель ницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания.

В наши дни к созданию конструкций ветроколеса привлекаются специали сты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный про филь лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных вет ровых установок.


Ветроэнергетика с ее современным техническим оснащением является вполне сложившимся направлением энергетики. Ветроэнергетические уста новки (ВЭУ) мощностью от нескольких киловатт до мегаватт производятся в Европе, США и других частях мира. Большая часть этих установок исполь зуется для производства электроэнергии как в единой энергосистеме, так и в автономных режимах.

При скорости ветра u0 и плотности воздуха ветроколесо, ометающее площадь А, развивает мощность и Р =Ср А, где С р – параметр, характеризующий эффективность использования ветро колесом энергии ветрового потока и называемый коэффициентом мощности (коэффициент зависит от конструкции ветроколеса и скорости ветра). Так как скорость ветра непостоянна, а мощность очень сильно зависит от скорости, то выбор оптимальной конструкции ветроколеса во многом определяется требованиями потребителя энергии.

Максимальная проектная мощность ветроэнергетической установки определяется для некоторой стандартной скорости ветра. Обычно эта ско рость равна примерно 12 м/с, при этом снимаемая с 1 м2 ометаемой площади мощность порядка 300 Вт при С р от 0,35 до 0,45. Классификация силы ветра по шкале Бофорта и ее влияние на ветроустановки и условия их работы пред Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -118 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии ставлены в табл. 2.15, а основные характеристики ВЭУ различных классов при ветре 12 м/с – табл. 2.16. В районах с благоприятными ветровыми усло виями среднегодовое производство электроэнергии составляет 25–33 % его максимального проектного значения. Срок службы ветрогенераторов обычно не менее 15–20 лет, а их стоимость колеблется от 1000 до 1500 долл. США за 1 кВт проектной мощности. Для эффективной работы ВЭУ необходимо гра мотно определить скорости ветра. На рис. 2.8 достаточно ясно показано, как на противоположных берегах реки может быть повышенная или пониженная скорость ветра из-за местного движения воздуха над рекой. А ведь ВЭС все гда будут устанавливать на ближайшем пригорке или холме.

Одно из основных условий при проектировании ветровых установок – обеспечение их защиты от разрушения очень сильными порывами ветра.

Ветровые нагрузки пропорциональны квадрату скорости ветра, а раз в 50 лет бывают ветры со скоростью, в 5–10 раз превышающей среднюю, поэтому ус тановки приходится проектировать с большим запасом прочности. Кроме то го, скорость ветра очень колеблется во времени, что может привести к уста лостным разрушениям, а для лопастей к тому же существенны переменные гравитационные нагрузки.

Суммарная кинетическая энергия ветров оценивается величиной по рядка 0,71021 Дж. Вследствие трения, в основном в атмосфере, а также при контакте с земной и водной поверхностями эта энергия непрерывно рассеи вается, при этом рассеивается мощность – порядка 1200 ТВт (1,2–10 Вт), что равно примерно 1 % поглощенной энергии солнечного излучения.

Рис. 2.8. Схема развития бризовой циркуляции над берегами реки: 1 – речной бриз, 2 – антибриз, 3 – общий воздушный поток в нижней тропосфере, 4 – инверсия температу ры и уровень обращения ветра Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -119 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии Таблица 2. Баллы Скорость Характери- Наблюдаемые Воздействие Условия Бофор- ветра, м/с стика силы эффекты действия ветра для работы та ветра на ВЭУ ВЭУ 0 0,0–0,4 Штиль Дым из труб поднимает- Нет Отсутствуют ся вертикально 1 0,4–1,8 Тихий Дым поднимается не со- Нет Отсутствуют всем отвесно, но флюге ры неподвижны. На воде поднимается рябь 2 1,8–3,5 Легкий Ветер ощущается лицом, Нет Плохие для шелестят листья, на воде всех установок отчетливое волнение 3 3,6–5,8 Слабый Колеблются листья на Начинают Удовлетвори деревьях, развеваются вращаться ти- тельные для ра легкие флаги, на отдель- хоходные вет- боты насосов и ных волнах появляются роколеса некоторых аэро барашки (гребни) генераторов 4 5,8–8,5 Умеренный Колеблются тонкие ветки Начинают Хорошие для аэ деревьев, поднимается вращаться ко- рогенераторов пыль и клочки бумаги, на леса ветроге воде много барашков нераторов 5 8,5–11 Свежий Начинают раскачиваться Мощность ВЭУ Очень лиственные деревья, все достигает 30 % хорошие волны в барашках проектной 6 11–14 Сильный Раскачиваются большие Мощность в Приемлемы для ветки деревьев, гудят те- расчетном диа- прочных мало лефонные провода, пе- пазоне близка к габаритных ус нятся гребни волн максимальной тановок 7 14–17 Крепкий Все деревья раскачива- Максимальная Предельно ются, с гребней волн мощность допустимые срывается пена 8 17–21 Очень Ломаются ветки деревь- Ряд ветроуста- Недопустимые крепкий ев, трудно идти против новок начинает ветра, с волн срываются отключаться клочья пены 9 21–25 Шторм Небольшие разрушения, Все установки Недопустимые срываются дымовые трубы отключаются 10 25–29 Сильный Значительные разруше- Предельные Недопустимые шторм ния, деревья вырывают- нагрузки ся с корнем 11 29–34 Жесткий Широкомасштабные Повреждения Недопустимые шторм разрушения некоторых ус тановок 12 Более 34 Ураган Опустошительные раз- Серьезные по- Недопустимые рушения вреждения, вплоть до раз рушения уста новок Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -120 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии Таблица 2. Класс ВЭУ Расчетная (проектная) Диаметр Период мощность, кВт ветроколеса, м вращения, с Малые 10 6,4 0, 25 10 0, Средние 50 14 0, 100 20 0, 150 25 1, Большие 250 32 1, 500 49 2, 1000 64 3, Очень большие 2000 90 3, 3000 110 4, 4000 130 5, Достоверно оценить, какая доля энергии ветра может быть использова на, вряд ли возможно, так эта оценка очень сильно зависит от уровня разви тия ветроэнергетики и ее потребителей. Тем не менее официальные оценки возможной доли ветроэнергетики в энергетике в целом, например в Велико британии и Германии, не предполагающие каких-либо серьезных изменений в сложившейся инфраструктуре энергопотребления, дают не менее 20 %.

Ветер дует почти всегда неравномерно. Значит, и генератор будет ра ботать неравномерно, отдавая то большую, то меньшую мощность;

ток будет вырабатываться переменной частотой, а то и полностью прекратится и при том, возможно, как раз тогда, когда потребность в нем будет наибольшей.

В итоге любой ветроагрегат работает на максимальной мощности лишь ма лую часть времени, а в остальное время он либо работает на пониженной мощности, либо просто стоит. Для выравнивания отдачи тока применяют ак кумуляторы, но это, как уже отмечалось, и дорого, и малоэффективно.

Таблица 2. Район Средняя Возможные типы ВЭС скорость ветра, м/с Побережье Ледовитого океана, 6 Крупные ВЭС по 3–4 МВт отдельные места у берегов Кас пийского моря Европейская часть СНГ, Запад- 3,5–6 ВЭС средней мощности ная Сибирь, Казахстан, Дальний Восток, Камчатка Юг Средней Азии, Восточная 3,5 Мелкие ВЭС для решения Сибирь локальных задач Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -121 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии Интенсивности ветров сильно зависят и от географии. ВЭС выгодно использовать в таких местах, где среднегодовая скорость ветра выше 3,5–4 м/с для небольших станций и выше 6 м/с для станций большой мощно сти. В нашей стране зоны со скоростью ветра 6 м/с расположены, в основ ном, на Крайнем Севере, вдоль берегов Ледовитого океана (табл. 2.17). Сле дует отметить, что эксплуатировать ветроагрегаты и линии электропередач в условиях Крайнего Севера сложно. Все ЛЭП будут находиться в тяжелых ус ловиях ветрогололедных нагрузок. Строительство электрических сетей для северных районов повлечет большие затраты, и себестоимость электроэнер гии вырастет в десятки раз.

Как следует из приведенной выше таблицы, мощность одной ветроус тановки не превышает в исключительных случаях 4 МВт, а в серийных уста новках – 200–250 кВт. Но и при столь малых мощностях ветроагрегаты – до вольно громоздкие сооружения. Даже сравнительно небольшой ветроагрегат «Сокол» мощностью 4 кВт состоит из мачты высотой 10 м (с трехэтажный дом) и имеет диаметр трехлопастного ротора 12 м (который принято назы вать «колесом», хотя это вовсе и не колесо). ВЭС на большие мощности и размеры имеют соответствующие. Так, установка на 100 кВт имеет ротор диаметром 37 м с массой 907 кг, а ротор установки «Гровиан» обладает раз махом лопастей 100 м при высоте башни тоже 100 м, т. е. выше 30-этажного дома! И при этом такая башня должна быть достаточно массивной и проч ной, чтобы выдержать и массу громадного ротора, и вибрации, возникающие при его работе. Развивает вся эта махина сравнительно небольшую мощность – всего 3–4 МВт, а с учетом простоев из-за штилей и работы на пониженной мощности при слабом ветре средняя мощность оказывается и того ниже – порядка 1 МВт (такое соотношение между номинальной и средней мощностями ВЭС подтверждает следующий факт: в Нидерландах на долю ВЭС приходится 0, % всех установленных мощностей, но вырабатывают они только 0,02 % элек троэнергии). Таким образом, для замены только одной АЭС мощностью 4 млн кВт потребовалось бы соорудить около четырех тысяч (!) таких монст ров с соответствующим расходом стали и других материалов (табл. 2.18). Ес ли бы мы не захотели связываться с такими уникальными гигантами и реши ли развивать ветроэнергетику на серийных ветроагрегатах мощностью 4 кВт (средняя мощность 1 кВт), то их бы потребовалось для такой замены около 4 млн штук.


Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -122 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии Таблица 2. Номинальная мощность агрегата Параметры 4 кВт 4 МВт Средняя 1 кВт 1МВт мощность агрегата Необходимое 4 млн 4 тыс.

количество агрегатов Высота агрегата 10м 150 м Расстояние 30 м 500 м между агрегатами 3600 км2 900 км Площадь занимаемой территории Казалось бы, раз ветер дует бесплатно, значит, и электроэнергия от не го должна быть дешевой. Но это далеко не так. Дело в том, что строительство большого числа ветроагрегатов требует значительных капитальных затрат, которые входят составной частью в цену производимой энергии. При срав нении различных источников удобно сопоставлять удельные капиталовложе ния, т. е. затраты на получение 1 кВт установленной мощности. Для АЭС эти затраты равны примерно 1000 руб./кВт. В то же время наша ветроустановка АВЭ-100/250, способная при скорости ветра 6 м/с развивать мощность 100 кВт, стоит 600 тыс. руб. (в ценах 1989 г.), т. е. для нее капзатраты состав ляют 6000 руб./кВт. А если учесть, что ветер не всегда дует с такой скоро стью и поэтому средняя мощность оказывается в 3–4 раза меньше макси мальной, то реальные капитальные затраты составят порядка 20 тыс.

руб./кВт, что в 20 раз выше, чем для АЭС.

Совершенно ясно, что даже к одному работающему ветряку близко подходить нежелательно, и притом с любой стороны, так как при изменениях направления ветра направление оси ротора тоже изменяется. Для размещения же сотен, тысяч, и тем более миллионов ветряков потребовались бы обшир ные площади в сотни тысяч гектаров. Дело в том, что ветроагрегаты близко друг к другу ставить нельзя, так как они могут создавать взаимные помехи в работе, «отнимая ветер» один от другого. Минимальное расстояние между ветряками должно быть не менее их утроенной высоты. Вот и считайте сами, какую площадь придется отвести для ВЭС мощностью 4 млн кВт.

При этом необходимо иметь в виду, что уже ничего другого на этой площади делать будет нельзя. Работающие ветродвигатели создают значи тельный шум и, что особенно плохо, генерируют не слышимые ухом, но вредно действующие на людей инфразвуковые колебания с частотами ниже 16 Гц. Кроме этого ветряки распугивают птиц и зверей, нарушая их естест венный образ жизни, а при большом их скоплении на одной площадке могут существенно исказить естественное движение воздушных потоков с непред Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -123 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии сказуемыми последствиями. Неудивительно, что во многих странах, в том числе в Ирландии, Англии и других, жители неоднократно выражали протесты против размещения ВЭС вблизи населенных пунктов и сельскохозяйствен ных угодий, а в условиях густонаселенной Европы это означает – везде. По этому было выдвинуто предложение о размещении систем ветряков в откры том море. Так, в Швеции разработан проект, согласно которому предполага ется в Балтийском море недалеко от берега установить 300 ветряков. На их башнях высотой 90 м будут вращаться двухлопастные пропеллеры с разма хом лопастей 80 м. Для строительства только первой сотни таких гигантов потребуется более 1 млрд долл., а вся система, на строительство которой уй дет минимум 20 лет, обеспечит производство всего 2 % электроэнергии от уровня потребления в Швеции в настоящее время. Но это пока только проект.

А тем временем в той же Швеции начато строительство одной ВЭС мощно стью 200 кВт на расстоянии 250 м от берега, которая будет передавать энер гию на землю по подводному кабелю. Аналогичные проекты были и у нас:

предлагали устанавливать ветряки и на акватории Финского залива, и на Арабатской стрелке в Крыму. Помимо сложности и дороговизны подобных проектов их реализация создала бы серьезные помехи судоходству, рыболов ству, а также оказало бы все те же вредные экологические воздействия, о ко торых говорилось ранее. Поэтому и эти планы вызывают протест. Например, шведские рыбаки потребовали пересмотра проекта строящейся в море ВЭС, так как, по их мнению, подводный кабель, да и сама станция будут плохо влиять на рыб, в частности на угрей, мигрирующих в тех местах вдоль бере га.

Из всего сказанного следует один очевидный вывод. Ветрогенераторы могут быть полезными в районах Крайнего Севера, например на льдинах у зимовщиков, или в некоторых других районах, куда затруднена подача энер гии в других формах и где потребности в энергии относительно невелики. Но делать на них ставку при развитии большой энергетики совершенно нереаль но ни сейчас, ни в ближайшем будущем.

2.4.3. Геотермальная энергия В ядре нашей планеты максимальная температура достигает 4000 °С.

Выход тепла через твердые породы суши и океанского дна происходит глав ным образом за счет теплопроводности (геотермальное тепло) и реже – в ви де конвективных потоков расплавленной магмы или горячей воды [30].

Средний поток геотермального тепла через земную поверхность составляет примерно 0,06 Вт/м2. Этот непрерывный поток тепла обычно сравнивают с аналогичными величинами, связанными с другими возобновляемыми источ никами и в среднем в сумме составляющими 500 Вт/м. Однако имеются районы с по вышенными градиентами температуры, где потоки составляют примерно Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -124 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии 10–20 Вт/м2, что позволяет реализовать геотермальные станции (ГеоТЭС) те пловой мощностью 100 МВт/км2 и продолжительностью срока эксплуатации не менее 20 лет.

Качество геотермальной энергии обычно невысокое, и лучше его ис пользовать непосредственно для отопления зданий и других сооружений или же для предварительного подогрева рабочих тел обычных высокотемпера турных установок. Подобные отопительные системы уже эксплуатируются во многих частях света, значительное число проектов находится в стадиях разработки. Если тепло из недр удается получить при температуре около °С, то имеет смысл говорить о преобразовании его в электроэнергию. Не сколько достаточно мощных ГеоТЭС уже запущены в Италии, Новой Зелан дии, США. Наиболее просто использовать тепло пород с помощью тепловых насосов.

Принято выделять три класса геотермальных районов.

1. Гипертермальный. Температурный градиент – более 80 °С/км. Эти районы расположены в тектонической зоне, вблизи границ континентальных плит. Почти все из существующих ГеоТЭС размещены именно в таких районах.

2. Полутермальный. Температурный градиент – примерно от 40 до 80 °С/км. Подобные районы связаны главным образом с аномалиями, лежа щими в стороне от границ платформ. Извлечение тепла производится из ес тественных водоносных пластов или из раздробленных сухих пород.

3. Нормальный. Температурный градиент – менее 40 °С/км. Такие рай оны наиболее распространены, именно здесь тепловые потоки составляют примерно 0,06 Вт/м2. Маловероятно, чтобы в таких районах даже в будущем стало экономически выгодно извлекать тепло из недр.

В каждом из перечисленных классов, в принципе, можно получить те пло за счет:

естественной гидротермальной циркуляции, при которой вода прони кает в глубоко залегающие породы, где превращается в сухой пар, пароводя ную смесь или просто нагревается до достаточно высокой температуры. Со ответствующие выходы наблюдаются в природных условиях (гейзеры);

искусственного перегрева, связанного с охлаждением полурасплавлен ной магмы, застывшей в виде лавы;

охлаждения сухих скальных пород, обладающих достаточно низкой теплопроводностью. Создание искусственных разрывов в породах позволяет прокачивать через них воду, отбирая тепло.

На практике ГеоТЭС в гипертермальных районах работают на естест венной гидротермальной циркуляции;

в полутермальных районах использу ются как естественная гидротермальная циркуляция, так и искусственный перегрев за счет извлечения тепла из сухих горных пород. Нормальные же районы обладают слишком малыми температурными градиентами, чтобы представлять коммерческий интерес.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -125 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии 2.4.4. Энергия волн Огромные количества энергии можно получить от морских волн. Воз можность преобразования энергии волн в электроэнергию доказана уже дав но. Существует множество технических решений, позволяющих реализовать эту возможность. В последние годы интерес к волновой энергетике резко усилился, в результате чего эксперименты переросли в стадию реализации проектов. Современные разработки таких установок ориентированы на еди ничные модули умеренной мощности (около 1 МВт) размером порядка 50 м вдоль фронта волны. Подобные устройства могут принести экономическую выгоду в случае замены дизельных генераторов, снабжающих энергией уда ленные поселки, особенно на островах.

Развитие волновой энергетики сопряжено со значительными трудно стями.

1. Волны нерегулярны по амплитуде, фазе и направлению движения.

2. Всегда есть вероятность возникновения штормов и ураганов, во вре мя которых образуются волны очень большой интенсивности. Во время штормов конструкции должны выдерживать нагрузки, примерно в 100 раз большие, чем при нормальной работе.

3. Обычно период волн 5–10 с (частота порядка 0,1 Гц). Достаточно трудно приспособить это нерегулярное медленное движение к генерирова нию электроэнергии промышленной частоты, которая в 500 раз выше.

Преимущества волновой энергии состоят в том, что она достаточно сильно сконцентрирована, доступна для преобразования и на любой момент времени может прогнозироваться в зависимости от погодных условий. Соз даваясь под действием ветра, волны хорошо сохраняют свой энергетический потенциал, распространяясь на значительные расстояния.

2.4.5. Энергия приливов Приливные колебания уровня в огромных океанах планеты вполне предсказуемы. Основные периоды этих колебаний – суточные, продолжи тельностью около 24 ч, и полусуточные – около 12 ч 25 мин. Разность уров ней между последовательными самым высоким и самым низким уровнем во ды колеблется в диапазоне 0,5–10 м. Первая цифра наиболее характерна, вто рая достигается лишь в некоторых местах вблизи континентов. Во время приливов и отливов перемещение водных масс образует приливные течения, скорость которых в прибрежных проливах и между островами достигает примерно 5 м/с.

Высота, ход и периодичность приливов в большинстве прибрежных районов хорошо описаны и проанализированы благодаря потребностям нави гации и океанографии. Поведение приливов может быть предсказано доста точно точно, с погрешностью менее 4 %. Таким образом, приливная энергия оказывается весьма надежной формой возобновляемой энергии.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -126 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии При ее преобразовании возникают и определенные неудобства.

1. Несовпадение основных периодов возникновения приливов (12 ч 25 мин и 24 ч 50 мин), связанных с движением Луны, с привычным для человека периодом солнечных суток (24 ч), в связи с чем оптимум приливной генерации находится не в фазе с потребностями в энергии.

2. Изменение высоты прилива и мощности приливного течения с пе риодом в две недели, что приводит к колебаниям выработки энергии.

3. Необходимость создания потоков воды с большим расходом при сравнительно малом перепаде высот, что заставляет использовать большое число турбин, работающих параллельно.

4. Очень высокие капитальные затраты на сооружение большинства предполагаемых ПЭС.

5. Потенциальные экологические нарушения и изменения режимов морских районов.

Для оптимизации выработки электроэнергии турбины ПЭС должны использоваться в нескольких режимах, выбор которых зависит от необходи мой в данный момент мощности, от потребностей и возможностей других производителей электроэнергии. Существует много вариантов режимов, но используются главным образом следующие.

1. Если ПЭС построена для обеспечения местных потребностей в энер гии, то необходимы страхующие энергоустановки, подключаемые в период угасания приливов.

2. Если ПЭС включена в крупную энергосеть и является сравнительно небольшим источником в масштабах сети, то заранее определенные вариации приливной энергии могут быть приспособлены к потребностям энергосети.

3. Если требования в приливной энергии не связаны жестко с солнеч ным периодом, то приливную энергию можно использовать в естественном режиме.

Затраты на вырабатываемую приливными станциями электроэнергию могут быть снижены:

1) если станция будет решать несколько комплексных задач;

2) если вырабатываемая электроэнергия используется для снижения потребления дорогого дизельного топлива.

При сочетании таких экономических показателей наилучшими оказы ваются крупномасштабные ПЭС (мощностью порядка 1000 МВт). Но и менее крупные станции, предназначенные для снабжения удаленных районов, так же могут оказаться экономически выгодными.

2.4.6. Малая гидроэнергетика Экономический потенциал гидравлической энергии в мире оценивается в 8100 ТВт ч. Установленная мощность всех гидростанций составляет 669 ГВт, а вырабатываемая электроэнергия – 2691 ТВт ч. Таким образом, экономический потенциал используется на 33 %. В России экономический Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -127 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии потенциал гидроэнергии составляет 600 ТВт ч и используется на 26 % (157,5 ТВт ч). Установленная мощность ГЭС России оценивается 43 940 МВт.

Доля малых и микроГЭС в экономическом потенциале составляет примерно 10 %. Его используют только на 0,5 %. Это обусловлено сокращением числа малых ГЭС с 5000 в 50-х до 300 в 90-х гг. XX в. Сейчас начинается процесс восстановления разрушенных и строительство новых малых и микроГЭС.

Мировым лидером в малой гидроэнергетике является Китай, где с 1950 по 1996 г. общая мощность малых ГЭС выросла с 5,9 до 19 200 МВт. В ближай шем десятилетии в Китае планируется строительство более 40 000 малых ГЭС с ежегодным вводом до 1000 МВт. В Индии на конец 1998 г. установ ленная мощность малых ГЭС (единичной мощностью до 3 МВт) составляла 173 МВт и в стадии строительства находятся ГЭС общей мощностью в МВт. Определены места строительства еще около 4000 станций с общей про ектной мощностью 8370 МВт. Эффективно работают малые ГЭС в ряде ев ропейских стран, в том числе в Австрии, Финляндии, Норвегии, Швеции и др.

В последние годы рядом специализированных организаций России раз работаны схемы использования гидроресурсов и определены первоочеред ные объекты возможного строительства с учетом нужд потребителей и дефи цита энергопотребления, проведено обследование состояния существующих сооружений малых гидроэлектростанций (МГЭС) и определена возможность их восстановления или реконструкции.

НТА «Прогрессэлектро», отдел электроэнергетических проблем Рос сийской академии наук и АО «Гидропроект» (г. Санкт-Петербург) разработа ли программу строительства на реках Камчатки малых ГЭС.

Разработчики предложили до 2010 г. построить на Камчатском полу острове 20 малых ГЭС. В первую очередь намечено ввести в эксплуатацию шесть ГЭС общей установленной мощностью 50,2 МВт. Эти электростанции будут возводиться на реках, где не развито промысловое рыболовство, или же они будут строиться без плотин.

Вторая очередь строительства охватывает период до 2008 г. За это вре мя будут введены в строй еще 11 ГЭС общей мощностью 132,8 МВт. При проектировании также будут максимально отрабатываться вопросы экологии и сохранения рыбных запасов. С 2008 г. по 2010 г. завершится строительство еще трех ГЭС, суммарная мощность которых составит 300 МВт.

Эффективное использование вводимых энергетических мощностей воз можно только в комплексе развития сети линий электропередачи. Поэтому про грамма предусматривает строительство десяти ЛЭП напряжением 35–220 кВ, общей протяженностью 490 км. Как только малые ГЭС первой очереди нач нут входить в строй, жители Камчатки смогут более продуманно подходить к использованию близлежащих природных богатств. Очень скоро они почув ствуют немалые выгоды, которые принесет им ликвидация лимитов на элек троэнергию. Они свободно смогут разрабатывать небольшие, но имеющие коммерческий спрос залежи полезных ископаемых или же создавать в лес промхозах комплексы по переработке древесины, утилизовать отходы этой Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -128 2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.4. Нетрадиционные источники энергии переработки и т. д. Сооружение ГЭС будет сопровождаться развитием до полнительных объектов инфраструктуры: на полуострове появятся карьеры, жилье, производственные здания, мастерские, склады, линии связи и элек тропередачи, автодороги и пр. Все это может быть использовано в интересах жителей близлежащих районов.

По использованию располагаемых гидроресурсов МГЭС можно услов но разделить на следующие основные группы:

новое строительство русловых, приплотинных или деривационных МГЭС с водохранилищами суточного или сезонного регулирования;

восстановление или реконструкция ранее действовавших гидроузлов;

утилизация существующих перепадов уровней в водохозяйственных объектах (ирригация, водоснабжение, судоходные сооружения, плотины и запруды в зонах отдыха) или технологических процессах (сбросы бытовых и промышленных очищенных стоков, отепленных вод ТЭС, гидросооружения водоснабжения тепловых и атомных станций и промышленных предпри ятий);

использование скоростной энергии свободного течения больших и ма лых рек, в том числе в условиях ледостава.

В связи с сокращением объемов крупного гидроэнергетического строи тельства в России предприятия, традиционно производившие гидроэнергети ческое оборудование, частично переориентировали свое производство на ну жды малой гидроэнергетики.

Одновременно в ряде промышленных центров возникли малые пред приятия и акционерные компании, в том числе в рамках конверсии, произво дящие оборудование для МГЭС. Тем самым снята декларировавшаяся в те чение ряда лет проблема с приобретением оборудования для МГЭС за рубе жом.

В настоящее время в России может быть обеспечена потребность внут реннего рынка с полностью автоматизированными гидроагрегатами единич ной мощностью до 1000 кВт на напоры до 500 м, по индивидуальным разра боткам могут быть изготовлены агрегаты значительно большей мощности.

Номенклатура электрогенераторов также позволяет укомплектовать серий ными машинами гидроагрегаты мощностью до 1000 кВт.

Стоимость комплектных гидроагрегатов мощностью свыше 100 кВт в зависимости от располагаемого напора составляет 200–400 долл. за 1 кВт ус тановленной мощности.

В соответствии с разработанной в 1993 г. программой строительства малых ГЭС в России до 2010 г. может быть введено около 800 МВт установ ленных мощностей с выработкой электроэнергии свыше 3000 МВт · ч/год.

Распределение вводимых мощностей – техническое перевооружение, восста новление, модернизация списанных и законсервированных МГЭС – 250 МВт;

новое строительство в районах изолированного энергоснабжения – 200 МВт.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 14 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.