Расчетная и установленная мощность: как рассчитать формулой, их отличия

Содержание

как рассчитать формулой, их отличия

Количество потребляемой электрической энергии ежегодно возрастает. Основываясь на актуальной статистической информации, даже обычное кухонное оборудование стало потреблять в несколько раз больше энергии, по сравнению с предыдущими годами. Кроме того, в повседневной жизни люди используют компьютеры и многие другие приборы, работающие от сети. Сети электроснабжения часто не могут справиться с такими запросами. Здесь важно разбираться в рассматриваемых понятиях, какой максимальный уровень нагрузки способна выдержать сеть.

Что такое установленная мощность?

Многие модели электротехнического оборудования имеют специальную маркировку, которая указывает на количество тока, выдаваемое во время их нормальной работы в штатном режиме (номинальная величина).

Приборы энергопотребления

Чтобы выполнить расчет, суммируются номинальные значения этих показателей для всех устройств, работающих от электричества и размещенных на объекте. Под рассматриваемым понятием понимают ту мощность, которая генерируется или потребляется промышленным предприятием, территориальной единицей или обособленной отраслью. В качестве номинала может быть взят активный или полный показатель.

Действующая электроустановка

В энергетической промышленности под этим понятием подразумевают наибольшую активность электрической установки при работе в течении длительного промежутка времени без зафиксированных перегрузок, согласно технической инструкции.

Важно! Расчет рассматриваемой величины играет важную роль в процессе проектирования электрических установок. Полученные данные станут залогом бесперебойной работы оборудования на протяжении долгого времени.

Что такое расчетная мощность?

Под этим определением понимают установленный показатель, позволяющий подключить некое количество единиц техники одновременно. Если превысить их допустимое число, защитная автоматическая система может выйти из строя. Расчет установленной мощности выполняется путем суммирования этого показателя, которым характеризуется каждый подключенный прибор в системе.

Важно! Межэтажное пространство жилого дома снабжено электрощитом и вводным устройством, от которого проложены кабели до каждой квартиры. В случае, когда система располагается в жилом помещении, в него прокладывают кабель с необходимым сечением. Для защиты разводящих линий устанавливают автомат, счетное устройство и щит для равномерного распределения нагрузок на каждой линии.

Электрощит

Отличия расчетной мощности от установленной

Нередко возникает вопрос: «Чем отличается установленная мощность от расчетной?». Номинальное значение установленной величины указывается на упаковке оборудования самим изготовителем. Оно дает представление о том, как прибор будет работать в бесперебойном режиме на протяжении долгого времени. Расчетная же величина говорит о фактической величине, которая изменяется в процессе колебания нагрузок по наибольшему возможному воздействию на единицу электросистемы.

Несмотря на различия, оба понятия, все же связаны друг с другом. Такая связь учитывается при осуществлении проектных работ. Установленное значение вычисляется на основе расчетного, с учетом коэффициентов для единовременного включения всех нагрузок в системе.

Как повысить расчетную мощность

Для увеличения расчетных данных вводят дополнительный кабель с нужным сечением, величину которого определяют специалисты. Это дает гарантию, что пиковые нагрузки не выведут из строя электрическую систему. Процесс считается затруднительным из-за обязательного согласования работ с муниципальными структурами и дополнительными затратами.

Средние нагрузки

Вычисление нагрузок выполняется по двум причинам:

  • Зная выделенную мощность для конкретного дома, его жильцы могут обратиться в компанию энергосбыта для того, чтобы получить именно те значения, которые им необходимы;
  • Основываясь на средних нагрузках, выбираются номинальные токи защитных аппаратов и проводники с оптимальным сечением.

Важно! Для определения средних нагрузок необходимо вычислить установленную величину и знать расчетные коэффициенты, которые принимаются во внимание в вычислениях. Один из них – коэффициент спроса. Средние нагрузки нужно знать для вычисления количества потерянной электрической энергии за годовой период.

Для расчетов средней нагрузки (  используют также отношение общего количества потребляемой за смену энергии с максимальной загруженностью ( ) и длительностью смены, измеряемой в часах ( ):

Формулы вычисления мощностей

Для расчета установленной мощности электроустановки можно взять наглядный пример осветительной установки.

Осветительная установка

Установленная мощность ( ) вычисляется во время выбора ламп и по итогам технических расчетов. Для этого складываются мощности всех ламп накаливания в системе, и формула выглядит следующим образом:

, где  – номинальные мощности ламп накаливания,  – та же базовая величина для люминесцентных ламп с низким давлением,  – мощность дуговых ламп (ртутных, низкого давления).

По разным причинам, часть осветительных элементов может не работать. В этом случае расчетная мощность ( ) – это произведение установленного значения ( ) и коэффициента спроса, который рассчитывается по формуле:

=, где  – активная мощность за 30 минут работы системы.

Тогда = .

Важно! Определение установленной и расчетной мощностей имеет важное значение для многих отраслей промышленности и энергетического комплекса. Расчеты этих величин используют при проектировании осветительных установок, организации электроснабжения в жилых домах, городского освещения и в других областях, которые нуждаются в обеспечении электричеством.

Электротехническое оборудование

Знание установленных и расчетных значений мощностей позволяет вычислить допустимые нагрузки, которым будет подвергаться эксплуатируемое электротехническое оборудование, что позволит использовать его с максимальной эффективностью.

Расчетная мощность и установленная мощность

В современных условиях наблюдается постоянный рост потребляемой электроэнергии. Полученные данные показывают, что мощность только кухонного оборудования увеличилась в два раза. Кроме этого, появилось большое количество кондиционеров, компьютеров и другой техники. Большинство электрических сетей уже не справляются с возрастающими нагрузками. Поэтому каждый хозяин квартиры или частного дома должен иметь представление о том, что такое расчетная и установленная мощность. Эта проблема в полной мере касается и промышленных предприятий с современным энергоемким оборудованием.

Что такое расчетная мощность

Не только в новых, но и в старых домах владельцы жилья подключают новые виды бытовой техники и оборудования. Увеличение нагрузки может вызвать сбои в работе электрической сети, поэтому вопрос мощности подведенного кабеля нужно выяснить заранее. Эту информацию можно найти в акте разграничения балансовой ответственности или в справке о разрешенных мощностях, где указывается конкретная расчетная и установленная мощность.

Определение расчетной мощности известно также как мощность одновременного включения. Данный параметр указывает на возможное подключение установленного количества потребителей, имеющихся в квартире. В случае включения излишнего оборудования, автоматические защитные устройства просто выйдут из строя. Сумма мощностей всех приборов будет соответствовать установленной мощности. Однако в случае одновременного включения, в сети возникнут значительные перегрузки, что приведет к срабатыванию защитных устройств. Именно средства защиты позволяют установить определенный предел нагрузки, разрешенный для конкретного жилья.

Во многом значение расчетной мощности зависит от ввода. Каждая лестничная площадка оборудуется электрощитком с вводным автоматом, через который осуществляется ввод в квартиру кабеля с необходимым сечением. После этого внутри помещения размещаются все остальные элементы системы электроснабжения, в том числе и щит с устройствами распределения нагрузки по отдельным линиям.

В большинстве домов старой постройки подключено однофазное питание с напряжением 220 В. Именно такое подключение препятствует чрезмерной нагрузке на линию и не дает возможности подключения всех современных приборов. Эта проблема решается с помощью трехфазного ввода на 380 вольт. Он состоит из трех линий, перераспределяющих на себя общую нагрузку. В случае интенсивного энергопотребления происходит равномерное распределение нагрузки на каждую фазу.

Поэтому прежде чем планировать приобретение бытовой техники и оборудования, необходимо заранее выяснить, какой ток подведен в квартиру. Если подведены три фазы, то никаких проблем не будет, поскольку на один ввод приходится от 14 до 20 кВт, что позволяет свободно подключать все необходимые приборы. Однако в старых постройках с однофазным вводом и алюминиевым кабелем, максимальная мощность нагрузки составляет всего 4 кВт. В этом случае об использовании каких-либо устройств, кроме освещения не может быть и речи. Потребуется выделение дополнительной мощности, и по данному вопросу необходимо обращаться в соответствующие службы.

Что такое установленная мощность

Для того чтобы заранее спланировать установку в доме или квартире бытовой техники и оборудования, необходимо произвести оценку максимальной мощности, потребление которой будет осуществляться из электрической сети. Простое арифметическое сложение мощностей всех имеющихся потребителей не дает точных результатов, из-за своей неэффективности и неэкономичности.

Как правило, при такой оценке используются определенные факторы, учитывающие коэффициент использования и разновременность работы подключенных устройств. Кроме того, учитываются не только действующие, но и предполагаемые нагрузки. В результате, получается установленная мощность, измеряемая в кВт или кВА.

Значение установленной мощности будет равно сумме номинальных мощностей каждого прибора и устройства. Однако это значение не будет фактически потребляемой мощностью, которая практически всегда выше номинала. Данный параметр необходимо знать для того, чтобы правильно выбрать номинальную мощность того или иного устройства.

В промышленном производстве существует понятие полной установленной мощности. Этот показатель представляет собой арифметическую сумму полных мощностей каждого отдельно взятого потребителя. Он не совпадает с максимальной расчетной полной мощностью, поскольку при его расчетах используются различные коэффициенты и поправки.

Как повысить расчетную мощность

Если технические условия позволяют выделить дополнительную мощность, в этом случае на руки выдается соответствующее разрешение на выполнение электромонтажных работ. В итоге будет произведен ввод дополнительного кабеля необходимого сечения, определяемого специалистами. Это позволит выдерживать все предполагаемые нагрузки.

Однако на практике решение этой проблемы сопряжено с большими трудностями, прежде всего это связанными с согласованиями в различных структурах и инстанциях. Кроме того, дополнительные мощности отсутствуют и взять их просто негде. Существующие сети и так уже работают с полной нагрузкой. Иногда дополнительные мощности находятся в другом районе, что потребует прокладки к дому новой кабельной линии. Внутри дома также выполняется прокладка нового магистрального силового кабеля. Все изменения оформляются документально и фиксируются в техническом паспорте жилища.

Особые сложности возникают в домах старой постройки с однофазными линиями и отсутствующим заземлением. Здесь не поможет замена старой электропроводки на более новую, пропускная способность все равно останется старой и не позволит включать дополнительные приборы. В этом случае потребуется полная замена проводки на трехфазную линию с установкой всех необходимых защитных и распределительных устройств.

Определение расчетной мощности по установленной мощности и коэффициенту спроса - Электрические нагрузки и графики потребления электрической энергии

Определение расчетной мощности по установленной мощности и коэффициенту спроса является приближенным методом в частности потому, что Кс меняется с изменением числа однородных приемников в одном узле, а в справочниках дается постоянной величиной и рекомендуется лишь как предварительный.

Пример 1. Определить расчетную нагрузку группы приемников бетоносмесительного цеха ДСК. Исходные данные (выделены полужирным шрифтом) и результаты расчета сведены в таблице ниже.

Исходные данные и результаты расчета

Группа приемниковЧисло приемников n, шт.Суммарная установленная мощность, Ру кВтКоэффициент спроса КсCOS φtg φРасчетные нагрузки
активная Рр, кВтреактивная Qp, кварполная S, кВ А
Конвейер16191,40,80,750,882153,1135
Вибратор23158,50,60,750,8829583,8
Вентилятор, насос8180,80,850,6214,48,9
Дозатор290,350,51,7323,25,4
Итого49376,90,60,6971,03225,7232,2324,2

Величины Кр, Кс и cos φ приняты по справочным материалам. Кр принят равным 1. Значения Кс для всех групп вычислены по суммарным установленным и расчетным мощностям:

Метод упорядоченных диаграмм

Наиболее универсальным и рекомендуемым является метод упорядоченных диаграмм, который положен в основу «Временных руководящих указаний».

Расчетная нагрузка группы приемников Pр, соответствующая известному получасовому максимуму нагрузки Рр (30), определяется по формуле

Pр = Кмакс Pсм,

где Кмакс — коэффициент максимума активной мощности — выбирается из таблицы, ключом к которой является коэффициент использования Ки, выбираемый по справочникам для каждой группы приемников:

где в числителе стоит квадрат суммы номинальных активных мощностей всех n-приемников данной группы, а в знаменателе — сумма квадратов номинальных активных мощностей отдельных приемников группы. Если все приемники группы имеют одинаковую номинальную мощность, то

nэ=(nРN)2/ nР2N=n.

Если приемники группы имеют различные номинальные мощности, то nэ<n, br=””>
РсмиРу

При nэ <4 расчетная мощность может быть определена как сумма номинальных мощностей:</n,>

Расчетная активная мощность узла электроснабжения, включающего n групп приемников, определяется по формуле

где Рсм — средняя мощность группы за наиболее загруженную смену.

Кмакс выбирается из справочных таблиц по общему эффективному количеству приемников для всего узла и по среднему значению коэффициента использования Ки, который определяется по формуле

Qp определяется по аналогичным формулам:

Qp Кмакс Qсм;
Qcm = Рсмtgφ;

Полная мощность вычисляется так:

Sp= √P2p + Q2p.

Расчет осветительных нагрузок может быть проведен методом удельной нагрузки на единицу площади по формуле

Pр. о= Pуд S,

где Pуд — выбирается по справочным данным; S — площадь помещения, м2.

«Электроснабжение строительно-монтажных работ», Г.Н. Глушков

Расчет мощности бытовой электрической сети

В данной статье приведен порядок расчета нагрузки бытовой электрической сети по установленной мощности и коэффициенту спроса (так называемый метод коэффициента спроса).

Рассчитанная по данной методике электрическая бытовая мощность может применяться для выбора аппаратов защиты и сечения кабелей электропроводки.

  1. Методика расчета бытовой мощности

Расчет мощности бытовой электросети по методу коэффициента спроса производится в следующем порядке:

Справочно: Так как в соответствии с действующими правилами силовые и осветительные сети принято разделять, расчет необходимо производить раздельно для силовой сети (розеточных групп) и сети освещения.

1) Определяется установленная (суммарная) электрическая мощность (Pуст) отдельно для силовой сети (розеточной группы) — Pуст-с и сети освещения Pуст-о:

Pуст-с=P1+P2+…+Pn

где: P1,P2,Pn — мощности отдельно взятых электроприемников (электрических приборов) в доме. При отсутствии фактических значений мощностей их можно принять нашей таблице мощностей бытовых электроприборов.

Pуст-о=P1*n1+P2*n2+…+Pn*nn

где: P1,P2,Pn — мощность одной отдельно взятой лампы каждого типа в доме;

n1, n2, nn, — количество ламп каждого типа.

Примечание: при отсутствии данных о мощности и количестве ламп для расчета установленной мощности сети освещения можно воспользоваться нашим онлайн-калькулятором расчета освещения помещения по площади помещения.

2) Исходя из установленной определяем расчетную мощность:

При определении мощности бытовой электросети необходимо учитывать, что все имеющиеся в доме электроприборы, как правило, одновременно в сеть не включаются поэтому для определения расчетной мощности применяется специальный поправочный коэффициент называемый коэффициентом спроса, значение которого принимается исходя из установленной мощности (суммарной мощности бытовых электроприборов):

Примечание: При значении установленной мощности силовой сети до 5 кВт включительно коэффициент спроса рекомендуется принимать равным 1.

Расчетную мощность так же определяем раздельно:

  • Для силовой сети:

Pрс=Pуст-ссс

где: Pуст-с — установленная мощность силовой сети;

Ксс — коэффициент спроса для силовой сети.

  • Для сети освещения:

Pро=Pуст-осо

где: Pуст-о — установленная мощность сети освещения;

Ксо — коэффициент спроса для сети освещения.

  • Общую расчетную мощность бытовой сети можно получить получить сложив расчетные мощности силовой сети и сети освещения:

Pобщ.=Pрс+Pро

Полученные значения расчетных мощностей можно применять для определения расчетного тока сети и выбора аппаратов защиты (автоматических выключателей, УЗО и т.д.), а так же расчета сечения электропроводки. Подробнее об этом читайте в статье: Расчет электрической сети и выбор аппаратов защиты.

Так же для данных расчетов можно воспользоваться следующими нашими онлайн калькуляторами:

ВАЖНО! В случае применения для расчета аппаратов защиты (автомата, дифавтомата, УЗО) вышеуказанных онлайн калькуляторов с использованием значения расчетной мощности определенного по методике приведенной в данной статье в калькуляторах при выборе типа указанной мощности следует поставить галочку в пункте: «Мной указана максамальная разрешенная к использованию мощность (проектная/расчетная мощность, либо мощность указанная в договоре электроснабжения)», т.к. в противном случае калькулятор использует при расчете коэффициент спроса который вами уже учтен, что приведет к некорректному расчету.

  1. Пример расчета мощности бытовой сети

Для примера расчета бытовой мощности возьмем частный дом в котором имеются следующие электроприемники:

В силовой сети:

  • стиральная машина — 2000 Вт
  • микроволновая печь — 1800 Вт
  • мультиварка — 1200 Вт
  • кухонная вытяжка — 120 Вт
  • пылесос — 550 Вт
  • телевизор — 130 Вт
  • персональный компьютер — 350 Вт
  • принтер — 60 Вт

В сети освещения: 

  • Лампочки накаливания — 6 шт по 75 Вт
  • Энергосберегающие лампочки — 8 шт по 22 Вт

Производим расчет мощности силовой сети:

  • Установленная мощность (сумма мощностей всех электроприборов): 

Pуст-с=2000+1800+1200+120+550+130+350+60=6210 Вт

теперь переведем данную мощность в киловатты для чего необходимо разделить полученное значение на 1000: 

Pуст-с=6210/1000=6,21 кВт

  • Определяем расчетную мощность силовой сети, для чего умножаем полученную установленную мощность на коэффициент спроса значение которого определяем по таблице выше (Ксс принимаем равным 0,8):

Pрс=Pуст-ссс=6,21*0,8=4,968 кВт 

По аналогии определяем мощность сети освещения:

  • Установленная мощность сети освещения: 

Pуст-о=6*75+8*22=450+176=626 Вт (или 0,626 кВт)

  • Определяем расчетную мощность силовой сети (учитывая малую мощность сети освещения и тот факт, что в такой небольшой сети все лампочки могут одновременно работать длительный период времени коэффициент спроса для сети освещения (Ксо)принимаем равным 1):

Pро=Pуст-ссо=0,626*1=0,626кВт 

  • Общая мощность бытовой сети составит:

Pобщ. =Pрс+Pро=4,968+0,626=5,594 кВт

Применим рассчитанные значения для определения номинального тока автоматического выключателя и сечения кабеля с помощью соответствующих онлайн калькуляторов (на примере силовой сети):

Автоматический выключатель для силовой сети определяем с помощью Онлайн-калькулятора расчета автомата по мощности:

Сечение кабеля для силовой сети определяем с помощью Онлайн-калькулятора расчета сечения кабеля по мощности:


Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросыПишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

↑ Наверх

Расчет электрических нагрузок | Electric-Blogger.ru

2018-03-08 Статьи  

Сегодня речь пойдет о том, как правильно выполнить расчет потребляемой мощности электроэнергии для частного дома, что такое установленная и расчетная мощность нагрузки и для чего вообще нужны все эти расчеты.

Расчет электрических нагрузок производится по двум основным причинам.

Во первых имея представление, какая выделенная мощность нужна для вашего дома, вы можете обратиться в свою энергосбытовую компанию с целью получения именно той мощности, которая вам необходима. Правда надо учитывать наши реалии, далеко не всегда вам пойдут на встречу. В сельской местности зачастую электросети находятся в весьма плачевном состоянии и действует жесткий лимит на выделяемую электроэнергию, поэтому в лучшем случае вам выделят не более 15 кВт, а порой даже этого не добиться.

Во вторых расчетная мощность всех потребителей является основным показателем при выборе номинальных токов защитных и коммутационных аппаратов, а также при выборе необходимого сечения проводников.

Итак, выполнив расчет электрических нагрузок всех наших потребителей, мы узнаем суммарную расчетную мощность (расчетный ток). Под этим понятием подразумевается мощность, равная ожидаемой максимальной нагрузке сети за 30 минут.

Для того, чтобы правильно выполнить расчет нам необходимо знать установленную мощность всех электроприемников и расчетные коэффициенты.

Установленная мощность — это сумма номинальных мощностей всех устройств-потребителей электроэнергии в доме. Значение номинальной мощности берется из паспортных данных на электрооборудование и не является фактической мощностью потребления.

Расчетные коэффициенты, которые необходимо учитывать при расчетах — коэффициент спроса Кс, коэффициент использования Ки и коэффициент мощности cos φ.

Коэффициент спроса — это отношение совмещенного получасового максимума нагрузки электроприемников к их суммарной установленной мощности. То есть он вводится с учетом того, что в любой момент времени не все электроприборы будут потреблять свою полную мощность.

Кс = Рр/Ру ,

где Рр – расчетная электрическая нагрузка, кВт;
Ру – установленная мощность электроприемников, кВт.

Коэффициент использования — это отношение фактически потребляемой мощности к установленный мощности за определенный период времени.

Ки = Р/Ру

Коэффициент мощности cosφ — это отношение активной мощности, потребляемой нагрузкой к ее полной мощности.

cosφ = Р/S 

где P – активная мощность, кВт;
Ру – полная мощность, кВА.

Все коэффициенты принимаются из таблиц соответствующих нормативных документов. Также ниже в таблице указана паспортная (номинальная) мощность отдельных электропотребителей.

Наименование Номинальная мощность кВт Расчетные коэффициенты
спроса Кс использования Ки
Стиральная машина 2 1,0 0,6
Посудомоечная машина 2 0,8 0,8
Проточный водонагреватель 3,5 0,4 1,0
Кондиционер 2,5 0,7 0,8
Электрокамин 2 0,4 1,0
Бойлер 6 0.6 0,9
Электрообогреватель 2 0,8 1,0
Тепловентилятор 1,5 0,9 0,9
Теплый пол 60 Вт/м2 0,5 1,0
Кухонные комбайны, кофеварки, электрочайники(суммарно) 4-5 кВт 0,3 1,0
Сауна 4-12 кВт 0,8 0,8
Душевая кабина 3,0 0,6 0,8
Газонокосилка 1,5 0,4 0,8
Погружной насос 0,75 – 1,5 кВт 0,8 0,9
Компьютеры 0,5 0,6 1,0
Бытовая розеточная сеть (телевизор, холодильник, утюг, пылесос и т.д) 100 Вт/розетку 0,7 — 1,0
Освещение кухни 25-30 Вт/м2 1,0 0,8
Освещение коридора 20-25 Вт/м2 0,8 0,8
Освещение гостиной 35-40 Вт/м2 0,8 0,8
Освещение спальни 25-30 Вт/м2 1,0 0,8

Для примера предположим, что у нас есть дачный домик с двумя комнатами, кухней и прихожей. Питание дома однофазное. Для дальнейших расчетов составим таблицу со всеми имеющимися в доме электропотребителями.

Помещение Потребители Номинальная мощность кВт
Кухня Освещение
2 Розетки
Стиральная машина
Холодильник
0,1
0,2
2,2
0,7
Комната Освещение
3 Розетки
Электрообогреватель
Компьютер
0,2
0,3
2
0,5
Комната Освещение
2 Розетки
Вентилятор
0,1
0,2
0,3
Прихожая Освещение
2 Розетки
0,1
0,3

Далее переходим уже непосредственно к расчету мощности с учетом всех коэффициентов. Все однотипные электроприемники, такие как розеточная сеть, освещение, объединим в группы и сложим их номинальную мощность. Остальные приемники посчитаем отдельно.

Потребители Номинальная мощность кВт Расчетные коэффициенты Расчетная мощность Расчетный ток
Спроса Использования Мощности Активная кВт Полная кВА
Освещение 0,5 0,7 0,8 1 0,28 0,28 1,3
Розетки 1 0,3 0,8 0,8 0,24 0,3 1,4
Стиральная машина 2,2 1 0,6 0,75 1,32 1,76 8
Холодильник 0,7 0,8 0,65 0,56 0,9 4
Электрообогреватель 2 0,8 1 1 1,6 1,6 7,3
Компьютер 0,5 0,6 1 0,65 0,3 0,5 2,3
Вентилятор 0,3 1 0,75 0,3 0,4 1,9
7,2 4,6 5,74 26,2

Для определения расчетной активной мощности необходимо номинальную (установленную) мощность умножить на коэффициенты спроса и использования — Pр = Pу * Кс * Ки.

Полную мощность находим, разделив расчетную активную мощность на коэффициент мощности — S = Pp/cos φ.

Расчетный ток для однофазной сети определяется по формуле Ip = Pp/U*cos φ или Ip = S/U. Для трехфазной сети формула будет иметь такой вид Ip = Pp/1,73*U*cos φ или Ip = S/1,73*U.

Для того, чтобы примерно прикинуть какая мощность нужна для дома, можно и не делать таких подробных расчетов. Достаточно сложить установленную мощность потребителей, которые будут использоваться и умножить это значение на коэффициент спроса.

Номинальная мощность кВт до 14 20 30 40 50 60 70 и более
Коэффициент спроса 0,8 0,65 0,6 0,55 0,5 0,48 0,45

Правда надо учитывать, что это значение будет очень приблизительное и в дальнейшем его придется корректировать.

определение расчетной нагрузки

табл.1. Показатели электрических нагрузок электроприемников

Электроприемники

Ки

Кс

cosφ

tgφ

Металлорежущие станки мелкосерийного производства: мелкие токарные, строгальные, долбежные, фрезерные, сверлильные,
карусельные, точильные и т.п.

0,12

0,14

0,4

2,35

То же, но крупносерийного производства

0,16

0,2

0,5

1,73

Штамповочные прессы, автоматы, револьверные, обдирочные, зубофрезерные, а также крупные токарные, строгальные фрезерные,
карусельные и расточные станки

0,17

0,25

0,65

1,15

Приводы молотов, ковочных машин, волочильных станов, бегунов, очистных барабанов

0,2

0,35

0,65

1,15

Многоподшипниковые автоматы для изготовления деталей из прутков

0,2

0,23

0,5

1,73

Автоматические поточные линии обработки металлов

0,5..0,6

0,5..0,6

0,7

1,0

Переносной электроинструмент

0,06

0,1

0,5

1,73

Насосы, компрессоры, двигатель-генераторы

0,7

0,75

0,8

0,73

Эксгаустеры, вентиляторы

0,65

0,7

0,8

0,73

Элеваторы, транспортеры, шнеки, конвейеры несблокированные

0,4

0,5

0,75

0,86

То же, сблокированные

0,55

0,65

0,75

0,86

Краны, тельферы при ПВ = 25%

0,05

0,1

0,5

1,73

То же при ПВ = 40%

0,1

0,2

0,5

1,73

Сварочные трансформаторы дуговой сварки

0,3

0,35

0,35

2,58

Сварочные машины шовные

0,25

0,35

0,7

1,0

То же стыковые и точечные

0,35

0,6

0,6

1,32

Сварочные автоматы

0,35

0,5

0,5

1,73

Однопостовые сварочные двигатель-генераторы

0,3

0,35

0,6

1,32

Многопостовые сварочные двигатель-генераторы

0,5

0,7

0,7

1,0

Печи сопротивления с непрерывной автоматической загрузкой изделий, сушильные шкафы

0,7

0,8

0,95

0,33

То же, с периодической загрузкой

0,5

0,6

0,85

0,62

Мелкие нагревательные приборы

0,6

0,7

1,0

1,0

Индукционные печи низкой частоты

0,7

0,8

0,35

2,58

Двигатель-генераторы индукционных печей высокой частоты

0,7

0,8

0,8

0,75

Ламповые генераторы индукционных печей

0,7

0,8

0,65

1,15

какую расчетную мощность указывать в ТУ?

 

Проектирование электросети офиса, нового производства, любого жилого и нежилого объекта подразумевает подачу заявки в электроснабжающую организацию. Заказчику полезно заранее знать, сколько средств закладывать на электричество и чем грозит ошибка в расчетах. Мы подготовили памятку о том, как работает калькулятор ТУ на электроснабжение.

Зачем нужны технические условия?

Есть некий объект, есть потребность подключить его к электросети. Источники электроэнергии могут быть как централизованными, так и децентрализованными. В любом случае подсоединение к ресурсам должно отвечать стандартизированным параметрам. Их совокупность определяет технические условия (ТУ), необходимые для организации энергоснабжения.

Технические условия (ТУ) на электроснабжение – это специальный документ, который устанавливает технические требования к объекту электроснабжения и выдается соответствующими государственными органами по запросу собственника.

В теории ничего сложного в составлении документа нет. Для начала знакомимся с ГОСТом. Кроме общих характеристик (требования безопасности, методы контроля, указания по эксплуатации), ТУ на электроснабжение содержит ряд специальных требований:

  1. Технические условия необходимы, когда требуется изменить (как правило, увеличить) заявленную мощность объекта, и при подключении этого объекта к электросети.
  2. Для разных типов объектов (гараж, магазин, склад, офис в жилом и нежилом помещении) требования отличаются. Несколько иными они также будут для реконструкции инженерных сетей.
  3. Перед подачей заявки в энергоснабжающую компанию необходимо четко представлять, сколько электричества требуется. Ошибка в меньшую сторону грозит регулярными сбоями. За все лишние киловатты придется платить.

Карта ночной земли

Как рассчитывается мощность электропотребления

В самой заявке необходимо будет указать следующие сведения:

  • целевое назначение объекта
  • фактическое местонахождение и юридический адрес
  • время ввода объекта в эксплуатацию
  • расчет прогнозируемой мощности

На последнем пункте остановимся подробнее, именно здесь появляются сложности. Речь идет о наиболее активной электрической мощности, позволяющей всему производственному и бытовому оборудованию работать в штатном режиме без перегрузок. В этом пункте прописывается одна из трех категорий надежности электроснабжения. Важно рассчитать этот показатель как можно точнее.

На начальном этапе важной задачей является выведение величины расчетной мощности. То есть ожидаемой мощности на соответствующем уровне электроснабжения. Исходя из него, подбирается электрооборудование.

При определении расчетной мощности учитывается несколько факторов. Например, сезонность нагрузки на электросеть и целесообразность поддержания максимального уровня мощности.

Расчетная (максимальная) мощность выводится как установленная мощность, умноженная на коэффициент спроса. Исходный показатель складывается из мощностей всех приборов и оборудования, которые будут эксплуатироваться на объекте. Учитывается все, начиная от количества лампочек, компьютеров, принтеров, кондиционеров до производственных установок, нужна ли в офисе или цехе тепловая завеса и так далее.

Прикинуть общую сумму не составляет труда. В открытых источниках есть данные о потреблении электричества типовым оборудованием.

Что такое коэффициент использования (коэффициент спроса)? Его значение определяет степень потребности объекта в полной мощности. Проще говоря, оборудование не будет круглые сутки работать с полной отдачей. Диапазон коэффициентов представлен в специальных таблицах (или в DDECAD), разработанных на основании статистических данных. Например, коэффициент спроса на рабочее освещение конференц-зала или спортзала составляет 1, тогда как у кинотеатра он может быть 0,5, для стандартного офиса – 0,7-0,75.

Помноженный на установленную мощность, коэффициент спроса дает искомое значение величины расчетной мощности.

Как избежать лишних затрат

По большей части, расчет мощности для технических условий – арифметическая задача. Помимо этого, необходимо обратить внимание на тип источников электроэнергии, точки присоединения, проверить показатели кабелей, трансформаторов, выключателей, предохранителей, счетчиков и так далее, уточнить требования поставщика электроэнергии. Но это уже задачи проектировщиков.

Услуги по определению величины расчетной мощности, составлению ТУ оказывает множество специализированных организаций. Проводятся замеры, готовится документация, оформляется заявка. Собственнику важно уметь расшифровать то, что прописано в бумагах. За все просчеты, ошибки придется платить из своего кармана.

Полезно предварительно определить максимальную мощность самостоятельно. Корректный расчет позволит избежать риска перегрузки сети, вплоть до выхода из строя оборудования. Поставщику электроэнергии собственник будет должен по факту указанной в ТУ потребности. Брать мощность с запасом имеет смысл, если в перспективе вероятно подключение дополнительного оборудования. За все излишки придется платить и закладывать эти деньги в бюджет.

Другой принципиальный момент: точность расчета важна, если, к примеру, офис планируется разместить в жилом здании, где выделяемая поставщиком мощность изначально ограничена.

Для того, чтобы минимизировать риски и избежать излишних денежных трат, нужно тщательно подходить к расчету электрических нагрузок. Для этого есть ряд инструментов, облегчающих жизнь неспециалистам.

Во-первых, помощь владельцу бизнеса могут оказать информационные ресурсы, где на конкретных примерах, с указанием формул и приведением статистических таблиц, демонстрируются варианты и способы расчета электрических нагрузок для разных объектов.

Во-вторых, рассчитать мощности в каждом конкретном случае поможет специализированный софт, программные модули, широко представленные на рынке современных IT-услуг.

Материал оказался полезным? Поделитесь с друзьями:

 

SMARD | Установленная генерирующая мощность

Это значение обычно выше, чем фактически произведенное электричество, потому что ветряные турбины, солнечные электростанции и традиционные электростанции не всегда работают на полную мощность. Некоторая генерирующая мощность всегда остается неиспользованной, будь то из-за технического обслуживания, изменения погодных условий, ветра или солнца, или просто потому, что электростанции регулируют выработку электроэнергии для удовлетворения фактического спроса в определенное время.

Важное различие между традиционным и возобновляемым производством электроэнергии состоит в том, что многие установки возобновляемой энергии получают электроэнергию в зависимости от наличия: ветряные турбины производят электроэнергию, когда ветрено, а солнечные электростанции производят электроэнергию в солнечную погоду.Таким образом, количество электричества, подаваемого ветровыми и солнечными установками, колеблется в течение дня и в зависимости от сезона, в зависимости от количества ветра и солнечного света.

Рынок электроэнергии все более гибко реагирует на колебания выработки электроэнергии из возобновляемых источников энергии. Например, более крупные потребители становятся все более активными на рынке электроэнергии всякий раз, когда они могут укрепить свое экономическое положение (управление спросом). Мы переходим от электроэнергетической системы, в которой гибкие электростанции генерируют в соответствии со спросом, к полностью эффективной системе, в которой гибкие производители, гибкие потребители и хранилища будут все в большей степени реагировать на колебания предложения энергии ветра и солнца.

Поскольку общая установленная генерирующая мощность Германии значительно превышает максимальное потребление, подача электроэнергии гарантируется в любое время. Кроме того, электроэнергия может транспортироваться через границы в объединенной европейской сети, обеспечивая дополнительный уровень безопасности поставок.

Электростанциям тоже нужна электроэнергия - валовая и чистая генерирующая мощность


Когда на веб-сайте SMARD упоминается «установленная генерирующая мощность», это означает чистую генерирующую мощность.Чистая генерирующая мощность показывает максимальное количество электроэнергии, которое электростанция может поставить после вычета необходимой ей энергии (самообеспечение). Электростанциям для работы требуется электричество, например, для угольных мельниц, водяных насосов, освещения или кондиционирования воздуха. Они удовлетворяют эти потребности за счет собственной генерации, поэтому в статистике проводится различие между валовой и чистой выработкой электроэнергии. В отличие от чистого показателя, общий показатель показывает общую электрическую мощность электростанции.

Установленная генерирующая мощность показана для каждого источника энергии и различных рыночных сегментов с течением времени в разделе «наглядные изображения рыночных данных».Пользователи также могут получить доступ к этой информации в течение выбранного времени с помощью карты рыночной зоны в разделе «Немецкий рынок электроэнергии». Кроме того, подробные сведения о электростанциях можно найти в списке электростанций и на карте электростанции. Там же указывается генерирующая мощность каждой электростанции.

Понимание мощности и коэффициента мощности

Тема производства электроэнергии может быть сложной.

Все мы пользуемся электричеством, но мало кто задумывается о том, как его вырабатывают и как добираться до нужного места.

Темой, которую часто неправильно понимают и упускают из виду большинство, не относящиеся к отрасли, в отношении производства электроэнергии, являются концепции мощности производства электроэнергии и коэффициента мощности. Их часто вводят в заблуждение в основных средствах массовой информации, но понимание их имеет решающее значение для понимания некоторых сильных и слабых сторон электроэнергии, вырабатываемой из таких источников, как ядерная энергия, уголь, природный газ, ветер и солнце.

Во-первых, давайте начнем с того, что означает термин «мощность», когда речь идет о производстве электроэнергии.

Мощность - это максимальная электрическая мощность, которую генератор может производить в определенных условиях. Каждая электростанция или генерирующий объект имеет «паспортную мощность», которая указывает максимальную мощность, которую может произвести генератор. Например, если электростанция XYZ имеет паспортную мощность 500 мегаватт, это означает, что электростанция способна производить 500 мегаватт, работая на постоянной полной мощности.

Коэффициент мощности - это соотношение между тем, что генерирующее устройство способно производить с максимальной производительностью, и фактической производительностью этого агрегата в течение определенного периода времени.Эти две переменные могут значительно отличаться.

Многие генераторы не всегда работают на полную мощность. Мощность генератора может варьироваться в зависимости от проблем технического обслуживания, погодных условий, таких как наличие ветра и солнца, затрат на топливо и / или в соответствии с инструкциями оператора электросети.

Коэффициент мощности для возобновляемых ресурсов, таких как ветровая или солнечная установка, значительно меньше, чем у ядерной, угольной или газовой электростанции базовой нагрузки, из-за изменчивости ветра и солнца.Электростанции базовой нагрузки, обычно использующие такие источники топлива, как ядерная энергия, уголь, природный газ или гидроэлектростанции, могут работать непрерывно, в отличие от переменных ресурсов, таких как ветровые и солнечные установки.

Например, когда проект XYZ Wind будет запущен, его паспортная мощность может составить 500 мегаватт, но это не следует путать с фактической мощностью, производимой проектом. Помните, что ветер очень изменчив, поэтому коэффициент мощности ветряной электростанции значительно меньше ее номинальной мощности.По данным Управления энергетической информации США (EIA), средний коэффициент использования мощности для ветроэнергетических проектов в 2015 году составил 32,5 процента. Используя пример проекта XYZ Wind, это означает, что только треть его полной мощности вырабатывается в течение года из-за изменчивости ветра.

Для сравнения: согласно данным EIA, в 2015 году средний коэффициент использования мощности АЭС с базовой нагрузкой составлял более 92%. Таким образом, вы можете видеть, что ветряная электростанция мощностью 500 мегаватт не эквивалентна 500 мегаваттной атомной электростанции из-за значительных различий в их коэффициентах мощности.

Понимание разницы между генерирующей мощностью и коэффициентом мощности - или, проще говоря, - максимальный энергетический потенциал и фактическая произведенная энергия - ключевое различие при рассмотрении различных типов источников электроэнергии - базовой и переменной - и помогает лучше понять сильные стороны и ограничения каждого ресурса выработки электроэнергии.

* * *

Energy Education 101 - это продолжающаяся серия NMPP Energy, посвященная темам, связанным с энергетикой, с целью предоставления простой, свободной от повестки дня информации, которая может помочь лучше понять энергию, которая питает наше современное общество.

Общественная солнечная энергия | Государственные, местные и племенные органы власти

Общественная солнечная энергия , также известная как общая солнечная энергия или солнечные сады, - это модель развертывания распределенной солнечной энергии, которая позволяет клиентам покупать или сдавать в аренду часть более крупной внешней солнечной фотоэлектрической системы.

Коммунальные солнечные системы позволяют клиентам пользоваться преимуществами солнечной энергии без необходимость установки собственной солнечной энергетической системы.Общественные солнечные проекты обеспечивают альтернатива солнечным фотоэлектрическим системам для клиентов, которые:

  • Недостаточно солнечных ресурсов или условий на крыше для поддержки фотоэлектрической системы на крыше (из-за затенения, размера крыши или других факторов)
  • Не владеют своим домом или строением
  • Не могут или не хотят устанавливать солнечную фотоэлектрическую систему на месте для финансовых или других целей. причины.

Общинные абоненты солнечной энергии обычно получают ежемесячный кредит на оплату электроэнергии генерируется их долей солнечной фотоэлектрической системы, как если бы система была расположена на свои помещения.

Статус рынка

По состоянию на декабрь 2020 года:

  • Общественные солнечные проекты расположены в 39 штатах, а также в Вашингтоне, округ Колумбия.С.
  • В 22 штатах, а также в Вашингтоне, округ Колумбия, есть политика, поддерживающая общественную солнечную энергию.
  • Общественные солнечные проекты представляют 3005 мегаватт переменного тока (МВт-переменного тока) общая установленная мощность.
  • Около 74% всего рынка сосредоточено в четырех ведущих штатах: Миннесота (663 MW-AC), Флорида (593 MW-AC), Массачусетс (555 MW-AC) и Нью-Йорк (410 MW-AC).

NREL's Sharing the Sun: Understanding Community Solar Deployment and Subscriptions представляет данные и анализ начального раунда сбора данных за трехлетний период. проект, изучающий рынок солнечной энергии в США.

Список общественных солнечных проектов

NREL содержит подробную информацию о размерах и местонахождении проектов.

A 2015 NREL и U.S. Анализ Министерства энергетики показал, что 50% крыш жилых и коммерческих зданий пригодны для использования на месте. распределенные фотоэлектрические системы. Общественная солнечная энергия - одна из моделей решения проблемы отсутствия солнечной энергии. Доступ к фотоэлектрическим элементам, с которым сталкиваются многие клиенты в США.

Проблемы реализации

Другие политики в области экологически чистой энергии взаимодействуют с общественными солнечными батареями и дизайн, некоторые проекты могут соответствовать U.S. Комиссия по ценным бумагам и биржам нормативно-правовые акты.

Чистое измерение - это широко используемый механизм, который кредитует владельцев распределенной генерации за электроэнергию. что их системы вносят свой вклад в энергосистему. Участники сообщества солнечных батарей могут быть зачислены через чистые измерения или альтернативные механизмы, такие как стоимость солнечных тарифов; групповой биллинг; или совместное владение. Право на участие зависит от полезности и уровня штата требования.

Виртуальный сетевой счетчик , также называемый «удаленным» чистым счетчиком, позволяет клиентам получать кредиты по счетам для выработки из сторонней солнечной энергосистемы. Некоторая форма виртуального чистого измерения должны существовать для того, чтобы солнечная энергия в сообществе работала должным образом, чтобы несколько клиентов могли компенсировать их электроэнергия загружается из системы, расположенной в другом месте.

Налоговые льготы , как и федеральный инвестиционный налоговый кредит для солнечных фотоэлектрических систем, могут применяться по-другому. участникам сообщества солнечной энергии в зависимости от структуры сообщества солнечной энергии. программа.Переменные включают в себя, владеет ли участник панелями или производительностью (в киловатт-часах). и если участник требует индивидуального или коммерческого налогового кредита. Все еще неопределенность относительно точных обстоятельств, при которых участник сообщества солнечной энергии может потребовать инвестиционный налоговый кредит.

Преимущества

Основываясь на деталях проекта, общественные солнечные проекты могут принести пользу клиентам, коммунальным предприятиям, и сторонними организациями, предоставляя:

  • Повышение стабильности тарифов на электроэнергию и потенциальная экономия на счетах для участников программы
  • Более широкая доступность солнечной энергии для различных классов потребителей электроэнергии, особенно если часть проектов предназначена для малообеспеченных клиентов
  • Grid выигрывает за счет размещения проектов в определенных местах
  • Соответствие стандартам портфеля возобновляемых источников энергии за счет увеличения производства возобновляемой энергии от общественных солнечных проектов (для этого коммунальные предприятия должны сохранить право собственности на возобновляемые источники энергии) энергетические кредиты, которые представляют собой компоненты окружающей среды при производстве энергии)
  • Возможность для коммунальных предприятий возместить большую часть затрат по программе за счет участия клиентов, а не неучаствующих плательщиков, по сравнению с другими программами поощрения.Это возмещение будет зависеть от применяемой структуры ценообразования.

Лучшие практики проектирования

Общественные солнечные проекты могут принадлежать коммунальным предприятиям или сторонним разработчикам и могут располагаться на общественных зданиях, частных землях, заброшенных территориях и других подходящих территориях. Существует множество проектов программ, которые различаются в зависимости от типа кредита (обычно киловатт-часов или долларов), срок действия контракта, стоимость участия и варианты финансирования, право на участие, количество разрешенных участников и предлагаемые продукты (например,г., панели или поколения).

Договоренности о долевом владении включают:

  • Модель, спонсируемая коммунальным предприятием: коммунальное предприятие владеет или эксплуатирует коммунальную солнечную батарею, и потребители коммунальных услуг могут добровольно принимать участие.
  • Модель организации специального назначения: человек объединяются, чтобы создать коммерческое предприятие для развития общественной солнечной энергетики. проект, который позволяет бизнес-субъекту воспользоваться государственными и федеральными налогами. стимулы.
  • Некоммерческая модель: некоммерческая организация управляет общественным солнечным проектом в интересах членов или доноров.

Как правило, участники программы, которые перемещаются в пределах одной территории коммунальных услуг или округ может сохранить свою долю солнечной энергии в сообществе, или варианты продажи или пожертвования могут быть доступны подписки на программы.Общественные солнечные проекты и программы могут также должны быть спроектированы с учетом резервов для клиентов с низким доходом, чтобы расширить солнечную Доступность фотоэлектрических модулей.

Публикации

государства с обновлениями политики сообщества в области солнечной энергии и потенциалом роста мощности, презентация NREL (2020)

Совместное использование солнца, презентация NREL (2020)

Совместное использование солнца, запись вебинара NREL (2020)

Community Solar 101, презентация NREL (2020)

Готовность к вызову: сообщества развертывают солнечную энергию на недостаточно обслуживаемых рынках , Технический отчет NREL (2019)

Разработка и реализация общественных программ использования солнечной энергии для людей с низким и средним доходом Клиенты , Технический отчет NREL (2018)

Моделирование стоимости участия сообщества LMI в солнечной энергии: предварительные результаты , Технический отчет NREL (2018)

Общественная солнечная энергия для малообеспеченных: соображения возврата коммунальных услуг для электрических кооперативов , Технический отчет NREL (2018)

Состояние и тенденции в U.S. Добровольный рынок зеленой энергии (данные за 2017 г.) , Технический отчет NREL (2018 г.)

В фокусе солнца: соображения государства при разработке политики сообщества в области солнечной энергии , Технический отчет NREL (2018)

Краткое изложение проекта: Воздействие на заинтересованных сторон сообщества солнечной энергии в округе Кук, Иллинойс , Технический отчет NREL (2017)

Проект солнечных путей в Вирджинии.Экономическое исследование программ солнечной энергии, управляемых коммунальными предприятиями: Мягкие затраты, общественная солнечная энергия и соображения нормализации налогообложения , Технический отчет NREL (2016)

Shared Solar: Текущая ситуация, рыночный потенциал и влияние федеральных ценных бумаг Положение , Технический отчет NREL (2015)

Совместное использование солнечной энергии в сообществе: соображения политики и регулирования , Технический отчет NREL (2015)

Дополнительные ресурсы

Могут быть полезны следующие инструменты и ресурсы о коммунальной солнечной энергии.

Community Solar Business Case Tool

A Guide to Community Shared Solar Solar: Utility, Private, and Nonprofit Project Development, отчет, опубликованный инициативой Sunshot Министерства энергетики США

Типовые правила для совместных программ использования возобновляемых источников энергии, веб-сайт, опубликованный Межгосударственным советом по возобновляемым источникам энергии (IREC)

Общий каталог программ солнечной энергии, онлайн-инструмент IREC

Community Solar Scenario Tool, записанный веб-семинар, представленный группой технической поддержки NREL по солнечной энергии

Community and Shared Solar, веб-сайт, опубликованный U.S. Управление энергоэффективности Министерства энергетики & Возобновляемая энергия

Справочник по солнечной энергии для коммунальных предприятий, опубликованный Ассоциацией солнечной энергетики

Community Solar: стенограмма заседания рабочей группы NREL по общественным солнечным садам, 5 марта 2015 г.

Community Solar: стенограмма заседания рабочей группы NREL для лиц, принимающих решения, февраль.17, 2015

Штаб-квартира совместно используемых возобновляемых источников энергии: Энергия сообщества по штатам

Система производства электроэнергии

- обзор

5.1 Введение

Системы выработки электроэнергии обычно рассматриваются как тепловые двигатели для преобразования подводимого тепла в работу и, следовательно, для производства электроэнергии с постоянной скоростью. Подвод тепла осуществляется за счет сжигания ископаемого топлива (угля, нефти и природного) и биомассы, обработки ядерного топлива или сбора тепловой энергии из возобновляемых источников энергии.Например, на обычной угольной электростанции (также используется термин «электростанция») энергия угля в конечном итоге преобразуется в электроэнергию. Как правило, обычные электростанции состоят из нескольких генерирующих блоков, которые рассчитаны на работу при номинальной нагрузке, когда они работают оптимально.

Существует ряд хорошо известных энергогенерирующих систем, обозначенных как обычные, а именно: двигатель с искровым зажиганием, двигатель с воспламенением от сжатия, паровая электростанция Ренкина или органическая электростанция Ренкина, электростанция с турбиной внутреннего сгорания, электростанция с комбинированным циклом, атомная электростанция, и гидроэлектростанция.Все эти традиционные энергогенерирующие системы (CPGS) в основном производят механическую работу, которая передается последующим системам в виде вращения вала. В транспортных средствах мощность на валу, развиваемая двигателями, передается в тяговую систему для обеспечения движения. В стационарных электростанциях или генераторах мощность на валу, развиваемая первичным двигателем, используется для вращения электрического генератора, который преобразует механическую мощность вращения в электрическую.

Ключевым компонентом CPGS является первичный двигатель или орган, вырабатывающий мощность на валу.В CPGS используются два типа первичных двигателей: объемные машины (например, поршневые двигатели) и турбомашины. Поршневые машины обычно состоят из поршневых и цилиндрических узлов, в которых сила давления расширяющегося газа преобразуется в возвратно-поступательное движение, которое впоследствии преобразуется во вращение вала. Турбомашины (турбины) преобразуют кинетическую энергию жидкости непосредственно во вращение вала.

Малогабаритные КПГС используются в обычных поршневых тягачах; это двигатель с искровым зажиганием и двигатель с воспламенением от сжатия.Крупномасштабные CPGS используют турбины в качестве первичных двигателей. Единственная ГЭС, в которой тепло не используется в качестве источника энергии, - это гидроэлектростанция, на вход которой подается гидравлическая энергия. Все остальные КПГС представляют собой термомеханические преобразователи и работают по определенному термодинамическому циклу. Паровой цикл Ренкина используется на угольных, газовых и нефтяных электростанциях, а также на обычных атомных электростанциях. Цикл Брайтона используется на газотурбинных электростанциях. Дизельный цикл характерен для двигателей с воспламенением от сжатия, тогда как двигатель с искровым зажиганием работает на основе цикла Отто.

Любая CPGS имеет свой особый тип оборудования. Как уже упоминалось, наиболее важным оборудованием является первичный двигатель: паровые электростанции вырабатывают мощность с помощью паровых турбин, газотурбинные электростанции вырабатывают энергию, используя конкретную турбомашину в качестве первичного двигателя (это газовая турбина), гидроэлектростанции используют различные Типы гидротурбин и двигателей внутреннего сгорания используют системы поршневой поршень-цилиндр для их впуска, сгорания, сжатия и расширения, что обеспечивает чистую производительность.

На паровых электростанциях вторым по значимости оборудованием после паровой турбины является парогенератор. Обычные парогенераторы работают на угле, масле или природном газе. На атомной электростанции парогенератор является более специализированным, поскольку он нагревается с использованием различных типов систем, направленных на передачу тепла от ядерного реактора к кипящей воде контролируемым и безопасным образом. Конкретные ядерные энергогенерирующие системы и их энергетические циклы, обычные и усовершенствованные, представлены в главе 6 этой книги.

В этой главе CPGS представлены в следующем порядке: электростанции с паровым циклом, электростанции с газотурбинным циклом, газовые двигатели и гидроэлектростанции. Для паровых электростанций сначала представлен термодинамический цикл парового типа Ренкина с различными схемами. Затем вводятся угольные электростанции со своими парогенераторами. Системы с органическим циклом Ренкина (ORC) обсуждаются как вариант циклов Ренкина с использованием органической рабочей жидкости вместо пара.Затем фокус смещается на электростанции с газотурбинным циклом с анализом стандартного для воздуха цикла Брайтона. Раздел, посвященный системам выработки энергии внутреннего сгорания, содержит информацию о циклах Дизеля, Отто, Стирлинга и Эриксона. В последнем разделе перед заключением главы обсуждаются гидроэлектростанции. Что еще более важно, CPGS и их компоненты анализируются термодинамически путем написания всех уравнений баланса для массы, энергии, энтропии и эксергии, а оценки производительности этих систем и компонентов выполняются по эффективности энергии и эксергии, а также другим энергетическим и эксергетическим характеристикам критерии оценки.

Дизайн рынка - Энергетический профиль Украины - Анализ

Государственные предприятия доминируют в поставках нефти, газа и электроэнергии в Украине. Энергетический рынок был разработан для сохранения господства государства и субсидирования энергопотребления домашних хозяйств и государственного сектора. Задача состоит в том, чтобы разработать и внедрить эффективную нормативно-правовую базу, которая увеличивает конкуренцию, повышает эффективность рынков и является привлекательной для инвесторов. Доступ третьих сторон, большая прозрачность рынка и строгий и справедливый надзор со стороны регулирующих органов являются ключевыми в этом отношении.

До июля 2019 года рынок электроэнергии был организован по модели единственного покупателя. Производителям гидро-, атомной энергетики, когенерации и возобновляемых источников энергии выплачивались фиксированные цены, установленные Национальной комиссией по регулированию энергетики и коммунальных услуг, в то время как тепловые станции конкурировали за оставшийся спрос на рынке только энергии. Регулирующий орган установил предел для предельной тепловой цены, и предложения производителей были выше этого предела в течение нескольких часов; Затем регулирующий орган рассчитал средневзвешенную цену и добавленные транспортные и другие расходы (включая перекрестное субсидирование), чтобы получить окончательную цену, уплачиваемую небытовыми потребителями.Цены, уплачиваемые производителям, также могут включать «инвестиционную составляющую» для инвестиционных проектов, утвержденных НКРЭКП. Тендерные предложения производителей были оценены оператором рынка Энергорынок на предмет их соответствия его оценкам переменных затрат.

Механизм формирования оптовых цен был основан на средневзвешенной цене генерации, рассчитанной на основе конкурентной предельной цены тепловых станций, субсидированных цен для населения и зеленых тарифов на другие технологии.

В апреле 2017 года парламент принял новый Закон о рынке электроэнергии, чтобы соответствовать требованиям Третьего энергетического пакета ЕС и присоединиться к ENTSO-E.Закон предусматривает замену модели рыночных операций с одним покупателем двусторонними контрактами. Соответственно, рынок электроэнергии был разделен на рынок двусторонних контрактов, рынок на сутки вперед, рынок внутри дня, балансирующий рынок и рынок дополнительных услуг. Новая рыночная модель была запущена в июле 2019 года в соответствии с законом. Энергорынок был реструктурирован в три компании: гарантированный покупатель (государственный трейдер, который покупает электроэнергию у производителей по зеленым тарифам и продает эту электроэнергию на организованных рынках на сутки вперед и внутри дня), оператор рынка (отвечает за организацию торговли на рынки на сутки вперед и внутри суток) и Энергорынок (отвечает за работу с просроченной задолженностью).На ОПС «Укрэнерго» были возложены роли администратора коммерческого учета и администратора расчетов.

Механизм оптового ценообразования на рынке на сутки вперед - это предельная цена, уравновешивающая спрос и предложение; все производители должны предоставлять услуги по балансировке в объемах доступной мощности. Вспомогательный рынок находится на стадии развития, и услуги не были закуплены, потому что нет квалифицированных поставщиков вспомогательных услуг, зарегистрированных в TSO.

Закон о рынке природного газа, заменяющий Третий энергопакет, был принят парламентом в марте 2015 года.Это важный шаг в реформировании газового рынка Украины и Нафтогаза, а также в принятии положений Третьего энергопакета.

Единственная цена на газ, регулируемая законодательством Украины, - это цена на газ, который используется в качестве товара, поставляемого домашним хозяйствам, и используется компаниями централизованного теплоснабжения для производства тепла; все другие коммерческие и государственные потребители могут покупать природный газ напрямую у любого трейдера. Размер регулируемого рынка с точки зрения потребления природного газа составил 53% от потребления в 2017 году.

Закон о рынке природного газа предписывал полную либерализацию рынка газа, в том числе для населения, к 1 апреля 2017 года, но этот этап был отложен до 1 мая 2020.В период с 2014 года по май 2016 года правительство повысило тарифы на природный газ для бытового потребления в 8,4 раза, а на центральное отопление - в 4,6 раза в номинальном выражении (в реальном выражении рост примерно вдвое меньше). Субсидирование цен на газ для населения также было прекращено в мае 2016 года после того, как правительство привело регулируемые цены в соответствие с паритетом импорта; однако цены на газ для жилищного сектора в июле 2018 года снова были существенно ниже паритета импорта (примерно на 49%) из-за роста цен на газ на европейском рынке и дальнейшей девальвации национальной валюты Украины.В 2019 году Украина выиграла от падения цен на европейском рынке, и к середине 2019 года регулируемые цены вернулись к полной стоимости поставки.

Реального рынка энергетического угля нет. Одна компания, ДТЭК, владеет большей частью мощностей по добыче угля и угольных электростанций; поэтому большая часть угля не продается на рынке, а цены на энергетический уголь регулируются НКРЕКП. Рынок коксующегося угля отличается тем, что в Украине наблюдается дефицит высококачественного коксующегося угля, поэтому украинские сталелитейные заводы должны импортировать его и смешивать с отечественным коксующимся углем.Цена определяется рынком, а не регулируется.

Несмотря на обязательство парламента и правительства в коалиционном соглашении от ноября 2014 года о поэтапной отмене всех угольных субсидий и закрытии неэффективных шахт, субсидии для производителей существенно увеличились после того, как НКРЕКП принял новую методологию расчета цен на энергетический уголь Роттердам + в 2016 году. цена энергетического угля для угольных электростанций была привязана к индексу угля API2 в Роттердаме, а затем были добавлены расходы на транспортировку и фрахт из Роттердама в порты Украины; Эта методика привела к существенному удорожанию украинского угля.Поскольку это цена, которая будет преобладать на свободном конкурентном рынке, ее следует рассматривать как эквивалент субсидии для производителей угля (http://documents.worldbank.org/curated/en/9616614679

  • 330/pdf/WPS7220.pdf). По данным регулятора, справочная цена на энергетический уголь в декабре 2017 года была рассчитана по среднему API2 за 12 месяцев (83,08 долларов США за тонну) + фрахтовые расходы (12,21 долларов США за тонну) + затраты на перевалку в порту (7,02 долларов США за тонну) (http : //www.nerc.gov.ua/data/filearch/Materialy_zasidan/2017/gruden/28.12.2017 / p30_28-12-17.pdf). Поскольку затраты на транспортировку в порты Черного моря и северо-западной Европы различаются всего на 3-5 долларов США / тонну, транспортная составляющая тарифа представляет собой дополнительную арендную плату (около 14-16 долларов США / тонну) для украинских производителей, в основном для вертикальных производителей. интегрированная компания ДТЭК, которая производит большую часть энергетического угля в Украине и владеет большей частью угольных электростанций.

    Кроме того, хотя НКРЭКП исправляет более низкую теплотворную способность украинского угля по сравнению с принятой для расчетов индекса API2, в нем очень высокое содержание серы (2‑2.5%) и зольность (признаки более низкого качества, делающие украинский уголь неликвидным на европейском рынке) не учитываются в формуле. Применение типичных скидок на избыток золы и серы сверх эталонного стандарта API2 дает дополнительную скидку в размере 8,5 долларов США за тонну на цену украинского энергетического угля. Таким образом, общая субсидия производителя на тонну энергетического угля в 6 000 ккал / кг оценивается в 22,5-24,5 долл. США / т, а годовая арендная плата для поставщиков угля оценивается в 490-533 млн долл. США.

    В результате завышения цен на энергетический уголь цена на электроэнергию, поставляемую угольными станциями на оптовый рынок, увеличилась 62.3%, с 978 грн за мегаватт-час (/ МВтч) в декабре 2015 года до 1 587 грн / МВтч в апреле 2018 года (http://www.nerc.gov.ua/data/filearch/Materialy_zasidan/2017/gruden/28.12. 2017 / p30_28-12-17.pdf). Однако государственные шахты, находящиеся в ведении Министерства энергетики и угольной промышленности, остаются убыточными даже при новых ценах и по-прежнему нуждаются в поддержке государственного бюджета.

    Применение формулы Роттердам + и последующее повышение цен на оптовом рынке затруднило устранение перекрестного субсидирования бытовых потребителей коммерческими.Несмотря на повышение тарифов для населения в среднем в 3,5 раза за три года (с февраля 2014 г. по март 2017 г.), жилищные субсидии даже увеличились с 38,1 млрд грн в 2014 году до 45,3 млрд грн в 2018 году постановлением НКРЭКП. Применение формулы Роттердам + регулирующим органом полностью прекратилось только в июле 2019 года с введением новой, более конкурентной структуры рынка электроэнергии.

    SAEE выполняет двойную роль по продвижению энергоэффективности и использованию возобновляемых источников энергии, а ответственность за энергоэффективность была передана от кабинета министров Министерству экономики и торговли.Подчинение агентств было затем передано Минрегиону и вновь передано в МЭП. MEEP утверждает законопроект, разработанный SAEE. В 2017 году парламент одобрил важные законодательные акты, разработанные SAEE и Минрегионом, в частности Закон об энергоэффективности в зданиях, Закон о коммерческом учете коммунальных услуг и Закон о Фонде энергоэффективности.

    Основным препятствием для эффективной разработки, оценки и реализации политики являются ограниченные и несоответствующие данные об использовании энергии и экономической деятельности в различных секторах и подсекторах.Точный и всесторонний анализ данных может предоставить важную информацию для принятия решений, в том числе для будущих сценариев, исходных условий и индикаторов, необходимых для отслеживания прогресса и мониторинга, оценки и корректировки инициатив в области энергоэффективности.

    Украинское законодательство предусматривает очень привлекательные гарантированные зеленые тарифы, известные как зеленые тарифы на электроэнергию, произведенную из ВИЭ. Регулирующий орган утверждает ставки зеленых тарифов на индивидуальной основе после завершения строительства электростанции, а утвержденные генераторы, работающие на возобновляемых источниках энергии, защищены от колебаний обменного курса евро к гривне, поскольку фиксированные минимальные ставки зеленых тарифов конвертируются в евро. по фиксированному обменному курсу 10.86 (по курсу на 1 января 2009 года). Регулирующий орган может применять обменный курс, действующий при установлении зеленого тарифа, только в том случае, если он выше 10,86. В 2014 году домохозяйствам также стало разрешено продавать солнечную фотоэлектрическую (PV) электроэнергию напрямую поставщикам энергии по зеленым тарифам, если их установленная мощность ниже 10 киловатт (кВт) (этот порог был увеличен до 30 кВт).

    (PDF) Разработка портфелей производства электроэнергии с использованием метода среднего отклонения

    наименьшее стандартное отклонение с учетом приведенной стоимости

    , нормированной на установленную мощность.Решения с более низким риском

    характеризуются сочетанием ветровой, гидроэнергетической и, в меньшей степени, фотоэлектрической технологии

    , что приводит к увеличению ожидаемой стоимости на

    , но также использует преимущества диверсификации портфеля

    . Как и в первой модели оптимизации

    , и сочетание 2012 года, и сценарий 2023 года [25, 29]

    близки к границе эффективности. Сценарий

    2023 года демонстрирует тенденцию к снижению риска по сравнению с комбинацией

    2012 года, однако это достигается за счет увеличения приведенной стоимости портфеля на

    .

    Хотя полезность подхода MVA для сценариев планирования производства электроэнергии

    была продемонстрирована

    , полученные результаты также подчеркивают необходимость дополнения этого подхода

    дополнительными техническими, правовыми и экономическими ограничениями

    при перемещении

    из анализ портфелей финансовых активов

    анализ портфелей реальных проектов. Фактически,

    имеет некоторые ограничения подхода MVA, с которыми следует иметь дело

    .Например, Allan et al. [12] подчеркнули

    двух проблем. С одной стороны, неспособность учесть транзакционные издержки

    , связанные с изменениями в смеси поколений

    и

    . Во-вторых, тот факт, что, как правило, проведенные исследования

    не принимают во внимание осуществимость эффективных портфелей

    , полученных с помощью подхода MVA в

    , в контексте существующей энергетической инфраструктуры. Более того,

    Awerbuch & Berger [14] указали, что характеристики технологий производства электроэнергии

    не всегда сопоставимы с характеристиками финансовых активов

    , для которых изначально был разработан подход MVA

    .Во-первых, рынки активов (например, турбин, угольных

    электростанций), связанных с производством электроэнергии, обычно

    несовершенные, в отличие от рынков капитала, которые также

    делают их менее ликвидными. Во-вторых, финансовые активы

    почти бесконечно делимы и взаимозаменяемы, чего не происходит с

    реальных активов, генерирующих электроэнергию. Наконец,

    инвестиций в технологии производства электроэнергии, как правило,

    неуклонно, особенно в технологии возобновляемых источников.

    Однако Авербух и Бергер [14] утверждают, что «для больших

    обслуживаемых территорий или для анализа национальных

    генерирующих портфелей, неупорядоченность отдельных

    добавленных мощностей становится относительно менее значительной».

    5. Заключение

    Устойчивое развитие в некоторой степени зависит от

    изменения парадигмы производства электроэнергии. В этом отношении

    ВИЭ играют важную роль в разработке стратегий

    для устойчивого будущего.Эти стратегии

    поддерживаются несколькими международными природоохранными соглашениями

    , такими как Киотский протокол и Директива RES

    , которые имеют преимущество для таких стран, как

    Португалия, в том, что они способствуют использованию эндогенных ресурсов,

    сокращают внешняя энергетическая зависимость и диверсификация

    энергоснабжения.

    Однако тенденция к росту ВИЭ создает

    серьезных проблем для лиц, принимающих решения, из-за неопределенности производства

    , которая сильно зависит от наличия основных ресурсов.

    Таким образом, эта статья была попыткой применить альтернативный инструмент

    для планирования электроэнергии - подход MVA

    - по отношению к традиционной методологии

    с наименьшими затратами. Это позволило учитывать как ожидаемую доходность

    , так и риск портфеля ВИЭ, учитывая как стандартное отклонение каждого выхода технологии

    , так и коэффициент корреляции

    между выходами технологии.

    Основные выводы исследования заключались в том, что: (a) менее

    рискованных решений характеризуются сочетанием технологий RES

    для обеих выполненных моделей оптимизации;

    и (b) как производственная структура на 2012 год, так и прогнозируемый сценарий

    на 2023 год находятся на эффективной границе

    для обеих моделей оптимизации или близки к ней.Обе модели

    позволяют определять эффективные границы, но до

    лица, принимающие решения, по-прежнему должны определять свою предпочтительную сделку -

    разницы между риском и доходностью. Например, на Рисунке 6 стоимость

    может быть уменьшена, но это увеличит риск. По факту

    полученные эффективные портфели представляют собой оптимальные сценарии по Парето

    с учетом переменных риска и доходности

    , и нельзя сделать вывод о влиянии этих сценариев на социальный интерес

    .

    Первая модель представляет собой технический анализ системы

    , в котором учитывается только выходная мощность каждой технологии RES

    . С этой точки зрения

    можно считать, что REN 2012 и 2023 представляют собой

    сценариев, достигающих компромисса между мощностью

    выходной мощности и изменчивостью этих выходов.

    Однако вторая модель показывает другую перспективу

    , где сценарий REN 2023 представляет собой решение

    с низким риском затрат, но более дорогое

    с учетом предполагаемых затрат для каждой технологии

    .Очевидно, что наименее затратными являются решения

    , требующие только энергии ветра, поскольку они представляют собой самые низкие затраты на

    . Менее рискованные решения основаны на сочетании технологий

    , в том числе более дорогих. Тем не менее, должно быть подчеркнуто, что результаты обеих моделей

    не сравниваются напрямую: первая модель предлагает оптимальные

    портфелей ВИЭ, состоящих из ветряных, фотоэлектрических и

    28 International Journal of Sustainable Energy Planning and Management Vol.04 2014

    Проектирование портфелей выработки электроэнергии с использованием подхода средней дисперсии

    Метод оптимального проектирования гибридной электростанции CSP-PV на основе генетического алгоритма с учетом стратегии эксплуатации

    Солнечная энергия является наиболее распространенной возобновляемой энергией и имеет большой потенциал для разработки. Есть два способа преобразования солнечной энергии в электричество: производство фотоэлектрической энергии (PV) и концентрированная солнечная энергия (CSP). Гибридная система CSP-PV может быть полностью интегрирована с преимуществами двух систем для достижения низкой стоимости, стабильной производительности и управляемости для выработки электроэнергии.В этой статье стратегия работы системы CSP-PV предлагается для системы CSP с параболическим желобом и системы PV, которые в настоящее время используются в коммерческих целях. Генетический алгоритм используется для оптимизации конструкции системы и расчета установленной фотоэлектрической мощности, емкости аккумулятора и емкости системы CSP, что позволяет системе достичь самых низких затрат на производство электроэнергии. Результаты показывают, что внедрение системы CSP позволяет обеспечить стабильность выходной мощности гибридной системы при небольшой емкости батареи, что значительно улучшает годовое время использования фотоэлектрических модулей и сокращает отказ от солнечной энергии.Когда система оптимизирована рабочими характеристиками Spring Equinox, самый низкий LCOE составляет 0,0627 $ / кВтч, номинальная мощность фотоэлектрической системы и системы CSP составляет 222,462 МВт и 30 МВт, соответственно, а емкость аккумулятора тепла и батареи составляет 356,562 МВтч и 14,687 МВтч. Когда система оптимизирована с учетом эксплуатационных характеристик в течение всего года, самый низкий LCOE составляет 0,0555 $ / кВтч, номинальная мощность фотоэлектрической системы и системы CSP составляет 242,954 МВт и 30 МВт соответственно, а емкость аккумуляторов тепла и батареи составляет 136 .059 МВтч и 8,977 МВтч. Сравнение показывает, что кривые выработки электроэнергии гибридной системы схожи в двух методах, основанных на оптимизации - на основе весеннего равноденствия и на основе года, но LCOE ниже при оптимизации по годовой эксплуатационной характеристике, а годовой коэффициент использования системы составляет выше при оптимизации на основе Spring Equinox.

    1. Введение

    Изменение климата и нехватка природных ресурсов заставляют мир искать более чистый и эффективный способ использования энергии для удовлетворения растущих потребностей в энергии.В настоящее время возобновляемые источники энергии имеют большой потенциал и быстро развиваются, и они будут занимать важную долю в структуре энергетики будущего [1]. Однако основные недостатки возобновляемых источников энергии заключаются в том, что их непостоянство и непостоянство могут вызывать частые дисбалансы и серьезные проблемы с сетью. Исследователи предположили, что для повышения безопасности и качества энергоснабжения можно использовать различные стратегии, такие как использование более гибких тепловых электростанций [2], внедрение соответствующего оборудования для хранения энергии и использование мультикомплементарной стратегии [3]. ].

    Солнечная энергия - один из самых богатых возобновляемых ресурсов; солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, в 1800 раз превышает мировое потребление первичной энергии [4]. Есть два способа преобразовать солнечную энергию в электричество: солнечная фотоэлектрическая энергия и концентрированная солнечная энергия [5]. Развитие солнечной фотоэлектрической энергетики происходит быстро, и доля установленных солнечных фотоэлектрических установок достигнет 16% от мирового потребления энергии [6]. Затраты на производство электроэнергии фотоэлектрических систем относительно ниже из-за низкой цены фотоэлектрических модулей, и это также может быть достигнуто с помощью сетевого паритета при отсутствии каких-либо рыночных стимулов [6].Однако высокая цена фотоэлектрических систем хранения энергии препятствует дальнейшему широкомасштабному применению фотоэлектрических систем. Многие ученые в последние годы сосредоточились на концентрированной солнечной энергии; благодаря этому, солнечная тепловая система может быть объединена с системой аккумулирования тепла, так что солнечная электростанция может удовлетворить требования к работе сети и пиковую нагрузку после солнца [7]. Но из-за медленного развития технологий стоимость солнечной тепловой системы ниже, чем солнечной фотоэлектрической системы [8].В этом контексте фотоэлектрическая система и система CSP изначально рассматривались как конкуренты, но на самом деле они дополняют друг друга. Комбинация двух технологий вызывает все большую озабоченность. Гибридная система PV-CSP - это жизнеспособный способ производства электроэнергии, который может удовлетворить местный спрос на электроэнергию и стоить меньше, чем одна концентрированная солнечная энергия [9]. Комбинация солнечной фотоэлектрической энергии и солнечной тепловой энергии может улучшить коэффициент мощности системы и может быть направлена ​​для удовлетворения потребности в нагрузке в пиковый период [10].Фотоэлектрическая энергия богатая и дешевая, чтобы соответствовать силовой нагрузке в течение дня; пиковую нагрузку в ночное время будет встречать солнечная тепловая энергосистема с накопителем. Тогда стабильность и возможность планирования системы могут быть обеспечены с низкими затратами.

    В настоящее время в Оттане, Италия, строится гибридная энергосистема CSP-PV, состоящая из линейной концентрированной солнечной энергии Френеля мощностью 600 кВт с накоплением тепла 15 МВтч и фотоэлектрической системы мощностью 400 кВт с батареей 430 кВтч. Cocco et al.сравнил два гибридных способа системы, которые являются частично интегрированными и полностью интегрированными, и обнаружил, что годовая выработка электроэнергии и годовые часы работы системы при полной интеграции были выше [11]. Cau et al. оптимизировала операционную стратегию системы с учетом метеорологических условий, чтобы максимизировать годовую выработку электроэнергии системой при соблюдении энергосбережения и минимального времени набора высоты [12].

    Гибридная система CSP-PV в пустыне Атакама в Чили объединила фотоэлектрическую солнечную систему мощностью 20 МВт и систему солнечной башни с накопителем на 300 МВтч; Стоимость выработки электроэнергии ниже, чем у энергосистемы с одним CSP, но выше, чем у фотоэлектрической энергосистемы.Нормированная стоимость электроэнергии (LCOE) в 2014 году составляет 14,69 цента США / кВтч и 13,88 цента / кВтч, соответственно, согласно Bluemap и Roadmap [9]. Коэффициент мощности типичной прерывистой энергии составляет около 20% -40%, эта система может достигать около 90% [12]. Green et al. предложил операцию с приоритетом на основе этой системы; приоритет выходной мощности - 50 МВт, 100 МВт и 130 МВт [13]. Hlusiak et al. установлено, что коллектор оказывает наибольшее влияние на общую стоимость, за ним следуют цены на уголь; влияние фотоэлектрической мощности и системы аккумулирования тепла на стоимость производства электроэнергии относительно невелико; Стоимость гибридной системы CSP-PV на 13% дешевле, чем автономная концентрированная солнечная энергетическая система с накоплением тепла на расплавленной соли [14].Bootello et al. разделил выработку электроэнергии на три категории: энергопотребление системы слежения, энергопотребление вспомогательного оборудования электростанции и выработка электроэнергии, подключенной к сети, и предложил режим работы гибридной электростанции [15]. Ларше обнаружил, что гибридная система CSP-PV с резервным блоком, работающим на угле, имеет самые низкие затраты на производство электроэнергии и капитальные затраты проекта. LCOE этой системы на 42% и 52% ниже, чем у PV-системы и гибридной PV-дизельной системы, соответственно.Гибридная система CSP-PV увеличила инвестиции, но снизила выбросы по сравнению с угольной энергосистемой [16]. Комбинация солнечной тепловой и фотоэлектрической энергии может обеспечить стабильную энергию и увеличить коэффициент мощности солнечной тепловой энергетической системы. Он не только может удовлетворить основные требования энергетической системы, но также может обеспечить вариант инвестиций с низким уровнем риска [17].

    Исследования гибридной системы CSP-PV в основном сосредоточены на стратегии эксплуатации и технико-экономическом анализе.Но исследований по оптимальной конфигурации гибридной системы CSP-PV с учетом стратегии работы немного. В этом исследовании стратегия работы системы CSP-PV предлагается для системы CSP с параболическим желобом и системы PV, которые в настоящее время эксплуатируются в коммерческих целях. Генетический алгоритм новаторски используется для оптимизации конструкции системы и расчета установленной емкости фотоэлектрических систем, емкости батареи и емкости накопителя системы CSP, что позволяет системе достичь самых низких затрат на производство электроэнергии. Стратегия эксплуатации, предложенная в этой статье, дает новую идею для проектирования и эксплуатации гибридной системы выработки электроэнергии CSP-PV.Метод оптимизации может быть использован при предварительном проектировании электростанции.

    2. Описание системы

    Гибридная энергосистема CSP-PV состоит из системы концентрированной солнечной энергии и фотоэлектрической системы, как показано на рисунке 1. Верхний прямоугольник с пунктирной линией представляет собой подсистему производства фотоэлектрической энергии, а нижний пунктирный прямоугольник - концентрированную подсистема солнечной энергии. Система производства фотоэлектрической энергии включает в себя фотоэлектрическую матрицу, подсистему инвертора и электронную систему хранения. Фотоэлектрическая матрица состоит из ряда подмассивов, каждая из которых состоит из 20 фотоэлектрических модулей с номинальной мощностью 250 Вт.Каждый фотоэлектрический субмассив подключается к инвертору, чтобы гарантировать, что постоянный ток будет преобразован в переменный. В то же время каждый инвертор оснащен устройством отслеживания точки максимальной мощности (MPPT), чтобы гарантировать, что фотоэлектрическая подрешетка может работать на максимальной точке мощности. Фотоэлектрические модули расположены на юге и имеют определенный угол наклона, что позволяет максимизировать годовую выработку фотоэлектрических систем выработки электроэнергии. Технология производства фотоэлектрической энергии является зрелой, а система проста, имеет гибкую компоновку и низкие эксплуатационные расходы.Однако ресурсы солнечной энергии непостоянны и непостоянны, что делает выходную мощность фотоэлектрической энергии нестабильной, и в определенной степени это будет иметь большое влияние на энергосистему. Для повышения стабильности выходной мощности фотоэлектрических батарей сконфигурированы батареи.


    Система CSP состоит из лотковой подсистемы коллектора, подсистемы аккумулирования тепла с двумя резервуарами и подсистемы силового блока. Масло-теплоноситель используется в качестве теплоносителя, а расплав солей используется в качестве теплоносителя.Температура на входе жидкого теплоносителя составляет 295 ° C, а температура на выходе - 395 ° C. Питательная вода нагревается масляным теплоносителем, превращаясь в перегретый пар и работающий в паровой турбине. Когда солнечной энергии достаточно, одна часть энергии коллекторной системы направляется в тепловой цикл выработки электроэнергии, другая - аккумулируется расплавленной солью для энергетического цикла, когда солнечная энергия недостаточна. Когда накопленная энергия израсходована, можно запустить резервный газ для обеспечения необходимой нагрузки.Концентрированная солнечная энергетическая система принимает форму преобразования энергии свет-тепло-электричество, в которой тепловая задержка системы и системы аккумулирования тепла делает выходную мощность концентрированной солнечной энергосистемы стабильной, снижает колебания солнечной энергии и улучшает управляемость возобновляемой энергии. Таким образом, ожидается, что будет создана недорогая управляемая система выработки солнечной энергии путем соединения недорогой фотоэлектрической системы выработки энергии с системой концентрированной солнечной энергии, которую можно использовать для пикового потребления.

    Основными параметрами, которые влияют на энергетические и экономические показатели системы, являются площадь поля коллектора, емкость накопителя, мощность цикла Ренкина, установленная мощность фотоэлектрических модулей и емкость батареи. В этой статье, на основе системы CSP 30 МВт, емкость хранения, установленная мощность PV и емкость батареи выбраны в качестве объектов оптимизации, чтобы сделать стоимость выработки электроэнергии системой минимальной.

    Основные параметры силового блока в расчетном состоянии приведены в таблице 1.

    пар 3 3 основной пар 1,4506 0,06

    Давление (МПа) Температура (° C) Массовый расход (кг / с)

    55,8
    Первая экстракция 4,00 257,59 6,8
    Вторая экстракция 1,70 204,32 4,4 9050 Третья экстракция60 250,55 1,9
    Четвертая экстракция 0,25 163,75 1,8
    Пятая экстракция 0,12 104,78 85,93 2,6
    Отработанный пар 0,008 41,51 36,9

    3.Создание модели

    Анализ производительности гибридной энергосистемы CSP-PV реализован в программном обеспечении Matlab [18]. Имитационная модель была упрощена. Площадь поля коллектора, емкость аккумулирования тепла, мощность цикла Ренкина, установленная мощность фотоэлектрических модулей и емкость батареи являются основными проектными параметрами, которые влияют на производительность системы. Конструкция системы оптимизирована для того, чтобы найти структуру системы с наименьшими затратами на производство электроэнергии при ограничениях энергетического баланса и накопления энергии.Модель гибридной системы CSP-PV включает модель фотоэлектрической подсистемы и модель солнечной тепловой подсистемы. Входными параметрами модели являются метеорологические данные определенного места.

    3.1. Ресурсы солнечной энергии

    В этом документе база данных типичного метеорологического года взята из программного обеспечения SAM [19], и выбрана Лхаса (91,13 ° E 29,67 ° N). В этой статье база данных типичного метеорологического года взята из NREL [20]. Метеорологические данные включают прямое нормальное облучение (DNI), глобальную горизонтальную освещенность (GHI), температуру окружающей среды и скорость ветра.

    Годовые DNI и GHI в Лхасе составляют 1777 кВтч / м 2 и 1818 кВтч / м 2 соответственно. В Лхасе годовое изменение GHI невелико, а интенсивность излучения велика, но DNI сильно меняется в зависимости от сезонных изменений, а интенсивность излучения осенью и зимой выше, чем летом. Изменение интенсивности солнечного излучения приводит к значительному изменению характеристик системы. Ежемесячный DNI Лхасы показан на Рисунке 2.


    3.2. Фотоэлектрическая подсистема Модель

    Модель фотоэлектрической системы состоит из фотоэлектрических панелей, выходная мощность которых составляет 250 Вт.Фотоэлектрические панели устанавливаются под фиксированным углом и обращены на юг. В соответствии с уравнением, предложенным Даффлом, учитывается влияние изменения температуры фотоэлектрического модуля на производительность системы по выработке электроэнергии.

    Основные параметры фотоэлектрических панелей показаны в таблице 2. Рабочая температура () фотоэлектрических панелей определяется номинальной рабочей температурой фотоэлектрических панелей (уравнение (1)). где - температура окружающей среды; температура окружающей среды для номинальной рабочей температуры ячейки () составляет 20 ° C; солнечное излучение () 800 Вт / м 2 ; и - фактический и расчетный коэффициент теплопередачи; - фактическая эффективность фотоэлектрической панели, которую можно рассчитать по уравнению (2).- коэффициент поглощения переноса [21]. Эффективность фотоэлектрических панелей где - номинальный КПД; - температурный фактор; - температура фотоэлектрического модуля при стандартных условиях испытаний (25 ° C).


    Фотоэлектрический модуль Другие допущения

    Фактор солнечного элемента 9066 9065 Поликристаллический Поликристаллический 8
    Номинальная мощность 250 Вт U L , NOCT 9,5
    Номинальный КПД 14.9% 906 906 ветер
    Номинальная рабочая температура ячейки T NOCT 46 ° C Коэффициент пропускания-поглощения. () 0,8
    Активная площадь панели A MOD 1.675 м 2 Номинальный КПД инвертора 97,8%
    Температурный коэфф. мощности −0,41% / K Номинальная общая освещенность 800 Вт / м 2

    Выходная мощность фотоэлектрических панелей может быть рассчитана с помощью уравнения (3). Где - номер подмассива PV; - активная площадь каждого фотоэлектрического модуля и - КПД инвертора. Наконец, считается, что коэффициент снижения номинальных характеристик учитывает загрязнение панелей, потери в проводке, затенение, снежный покров, старение и другие вторичные потери.

    Использование батарей может компенсировать разницу между производством фотоэлектрической энергии и потреблением энергии. Энергия, доступная для аккумулятора, может быть описана как состояние заряда «», которое представляет собой отношение накопленной энергии к номинальной накопительной емкости. Модель аккумулятора можно рассчитать по следующей формуле. Где и - КПД батареи во время процессов заряда и разряда соответственно. Эффективность батареи зависит от нескольких рабочих параметров, таких как ток, SOC, мощность заряда и разряда, а также срок службы батареи.Для упрощения модели предполагается, что постоянный КПД составляет 94%, как заявлено производителем, в то время как номинальная глубина разряда () составляет 80% (минимум 10% и максимум 90%).

    Модель PV создана на основе литературы [22]. Номинальная выходная мощность 30000 кВт. Годовая выработка электроэнергии модели Matlab составляет 130690 МВтч. Тариф на электроэнергию станции определяется как количество электроэнергии, потребляемой самой электростанцией, деленное на валовое электричество, произведенное электростанцией.В соответствии со статистикой производства электроэнергии в Китае тариф на электроэнергию предполагается равным 2,43%, тогда фактическая выработка электроэнергии составляет 127514 МВтч. Годовая выработка электроэнергии SAM составляет 122179 МВтч, а отклонение годовой выработки электроэнергии составляет 4,18%. Причина более высокой выработки электроэнергии в Matlab заключается в том, что модель игнорирует небольшие потери фактического процесса выработки электроэнергии.

    3.3. Подсистема CSP Модель

    Моделирование системы генерации CSP основано на параметрах установки CSP SEGS VI мощностью 30 МВт.

    Солнечная энергия определяется уравнением (5): где - чистая площадь апертуры параболического желоба коллектора, - поправка на угол падения, - оптический коэффициент, - эффективность отражения, - коэффициент слежения, - это коэффициент, чтобы скорректировать эффекты торцевых потерь, - это фактор для поправки на фактическую чистоту зеркала - коэффициент для поправки на пылевой покров, - коэффициент пропускания, - коэффициент поглощения покрытия.

    Основные параметры станции CSP приведены в таблице 3 [22].Анализ часовых рабочих характеристик системы CSP основан на метеорологических условиях, особенно на солнечной радиации и местоположении солнца. Учитываются тепловые потери поля коллектора. День равноденствия в Лхасе, среднегодовая DNI и среднегодовая температура выбраны в качестве расчетной точки системы.

    9 LS коллектор , а междурядье - 15 м. На теплопотери коллектора влияют DNI, расход теплоносителя, температура окружающей среды и скорость ветра. Обычно влиянием скорости ветра на потери тепла можно не учитывать.

    Доступное тепловложение зависит от подводимого солнечного тепла, тепловых потерь приемников и полевых трубопроводов, как показано в уравнениях (6) и (7) [23], где и - температура на входе и выходе масло-теплоноситель. Тепловая трубка состоит из контура, и каждый контур соединен через трубу. Тепловые потери в трубе рассчитываются по эмпирической формуле (8) [23], где - разность температур между средней температурой поля коллектора и температурой окружающей среды.

    Теплоаккумулятор системы CSP представляет собой бинарный расплав соли, который состоит из 60% NaNO 3 и 40% KNO 3 , а физические свойства показаны в Таблице 4 [24]. Доступная энергия накопителя тепла получается за счет баланса энергии поля коллектора, силового блока и тепловых потерь. В этой статье предполагается, что тепловые потери в тепловом аккумуляторе составляют 2%. Термомасло VP-1 используется в качестве теплоносителя, оптимальный диапазон применения которого составляет от 12 ° до 400 ° C.

    КПД93 м Фокусное расстояние 9050 9050 Фокусное расстояние 9050

    Расчетные условия Оптический коэффициент 0,98
    DNI 800 Вт / м 906ance22 2

    Температура окружающей среды 3 ° C Коэффициент чистоты 0,95
    Коллектор желоба Фактор слежения 0,99
    0,98
    Ширина 5 м Конечный коэффициент тени 0,97
    Длина блока 8 м Коэффициент пропускания 0.96
    Температура масла на входе / выходе. 285/390 ° C Коэффициент поглощения покрытия 0,95
    Другой коэффициент 0,96

    9050 9050 Температурная теплопроводность

    Точка плавления 220 ° C Вязкость 1,776 сП

    / (м⋅K)
    Поверхностное натяжение 109,2 мН / м Тепловая нагрузка 1495 Дж / (кг⋅K)
    Плотность 1837 кг / м 3 Тепло плавления 161 кДж / кг

    Солнечная тепловая энергия, поглощаемая коллекторами, сохраняется в системе хранения тепла в виде тепловой энергии.Когда требуется мощность подсистемы CSP, расплавленная соль выделяет тепло, а вода нагревается и превращается в пар, заставляя турбину работать. КПД турбины варьируется и зависит от массового расхода пара в нерасчетных условиях. В модели силового блока учтено изменение КПД турбины в нерасчетных условиях. Скорость снижения КПД турбины можно рассчитать с помощью уравнения (9) [25], затем КПД турбины можно рассчитать с помощью уравнения (10). КПД генератора можно рассчитать с помощью уравнения (11) [26].

    Модель CSP создана на основе литературы [19] и сравнивается с результатами моделирования программного обеспечения SAM. Годовая выработка электроэнергии модели составляет 66584,75 МВтч, тариф на электроэнергию станции принят равным 5%; тогда фактическая выработка электроэнергии составляет 63255,5 МВтч. Годовая выработка электроэнергии SAM составляет 61167,6 МВтч, а отклонение годовой выработки электроэнергии составляет 3,3%. Основная причина в том, что эта модель упрощена, что некоторые ошибки игнорируются, что делает модель годовой выработки электроэнергии выше.

    4. Методология
    4.1. Стратегия работы

    Стратегии работы системы можно разделить на два режима: установить приоритет PV (режим 1) и минимизировать остановку турбины (режим 2). При использовании режима 1 PV и батарея имеют приоритет над CSP. То есть, если фотоэлектрическая мощность достаточно велика, чтобы покрыть нагрузку, это происходит, и CSP отключается. То же самое можно сказать и о батарее: если разрядная емкость батареи достаточно велика, чтобы покрыть нагрузку, это происходит, и CSP отключается на время, пока батарея разряжается.Этот режим работы приведет к увеличению затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание системы и уменьшению срока службы. Однако CSP необходимо отключать только в том случае, если он остается в автономном режиме в течение достаточного времени. Горячий запуск турбины может длиться 1-2 часа. Следовательно, в режиме 2 установка CSP будет остановлена, если она будет остановлена ​​более чем на 2 часа.

    Стратегия работы была предложена путем объединения двух режимов и показана на рисунке 3. Где - минимальная мощность турбины, - номинальная мощность гибридной системы, и - реальная мощность системы CSP и фотоэлектрической системы, соответственно, и являются энергией, хранящейся в накопительном баке системы CSP и в батарее фотоэлектрической системы, соответственно.


    Существует три режима работы в соответствии со стратегией работы. (1) Энергия фотоэлектрических панелей может удовлетворить потребность в энергии, и фотоэлектрическая система работает самостоятельно. Избыточная энергия накапливается в батарее, а вся энергия, собранная системой CSP, хранится в накопительном баке (2) Энергия фотоэлектрических панелей не может удовлетворить потребность в энергии, и фотоэлектрические панели и батарея используются для выработки энергии. Вся энергия, собранная системой CSP, хранится в накопительном баке (3) Энергия фотоэлектрических панелей и батареи не может удовлетворить потребность в энергии, и фотоэлектрические панели, батарея, система CSP и накопительный бак используются для выработки энергии

    4.2. Метод оптимизации

    Метод оптимизации, принятый в данном исследовании, - это генетический алгоритм. Классический алгоритм оптимизации, такой как линейная программа и динамическое программирование, легко попасть в локальный оптимальный, и сложно решить глобальную оптимальную задачу. Генетический алгоритм - хороший способ преодолеть этот недостаток и представляет собой алгоритм глобальной оптимизации с хорошей сходимостью. Многие ученые используют генетические алгоритмы для оптимизации системы. Генетический алгоритм используется для оптимизации системы рекуперации тепла вращающейся печи, и выводится математическая взаимосвязь между проектными параметрами и температурой и скоростью теплопередачи переключателя рекуперации тепла.Общая площадь теплообмена и общая потребляемая мощность уменьшаются [27]. Gentils et al. оптимизирована опорная конструкция для морской ветроэнергетики по внешнему диаметру и толщине поперечного сечения опорной конструкции, выбранной в качестве проектной переменной. Оптимизация снижает качество опорной конструкции на 19,8% [28]. Ли и др. использовали водохранилище как переменную решения, чтобы минимизировать отклонения выходной мощности и максимизировать годовое производство электроэнергии, что является целью NSGA-II [29].

    Генетический алгоритм - это метод оптимизации, моделирующий биологическую эволюцию. Он основан на принципе биологической эволюции и стратегии групповой оптимизации посредством итеративного расчета отбора, репликации, кроссовера, мутации, вставки и миграции. Он подходит для решения сложных задач оптимизации [30]. Процесс генетического алгоритма показан на рисунке 4.


    Процесс генетического алгоритма выглядит следующим образом: (a) Произвести случайным образом начальную популяцию определенной длины (b) Рассчитать значение приспособленности популяционных итераций и создать следующее поколение групп посредством репликации, кроссовера и мутации (c) Лучшая особь в каждом поколении в результате реализация алгоритма (d) После данной генетической алгебры сравните все результаты реализации, чтобы получить оптимальное решение как оптимальный процесс.

    Функция пригодности, выбранная в этой статье, - это LCOE (приведенная стоимость энергии).LCOE рассчитывается по уравнению (12) [31]. Где и - начальные инвестиции в электростанцию ​​CSP и фотоэлектрическую станцию, соответственно, и - годовые затраты на электростанцию ​​CSP и фотоэлектрическую станцию, соответственно (включая стоимость эксплуатации и обслуживания), и - выходная мощность системы CSP и фотоэлектрической системы. в первый год и - годовая скорость спада выработки электроэнергии, - это процентная ставка и срок службы системы. где и можно разделить на две части: прямые затраты и косвенные затраты.Прямая составляющая - это инвестиции, связанные с блоком питания (), солнечной батареей (), трубопроводом (), системой хранения (), закупкой соли () и балансом завода (). Косвенный компонент покрывает все оставшиеся затраты на авансовые инвестиции, которые напрямую не связаны с оборудованием. Эти затраты включают покупку земли (), а также затраты на проектирование, закупку и строительство (рассчитываются как процент от прямых затрат). Таким образом, уравнения прямых и косвенных начальных затрат секции CSP выражаются следующим образом:

    Основные экономические данные приведены в таблице 5 [21].Площадь ЗУ электростанции и фотоэлектрической станции оценена по литературным данным [32]. Площадь пола фотоэлектрической станции, мощность которой превышает 20 МВт, а площадь пути по фиксированной оси составляет 7,5 акров / МВт, а площадь пола станции CSP составляет 10 акров / МВт.

    9 Модель 9047 904 установлен в Matlab и может моделировать рабочие характеристики гибридной системы CSP-PV. Выходная мощность электростанции CSP, выбранной в данном исследовании, составляет 30 МВт. Входными параметрами являются емкость теплоаккумулятора, номинальная мощность фотоэлектрической станции и емкость батареи, а выходными параметрами - выходная мощность гибридной системы и LCOE.Затем модель может имитировать ежедневную, ежемесячную и годовую производительность гибридной системы. Выходная мощность составляет 95% от суммы номинальной мощности CSP и фотоэлектрической станции. Неудовлетворенная потребность в нагрузке составляет 5% [21].

    Целевая функция оптимизации - это LCOE и переменная, а их диапазон показан в таблице 6.

    Стоимость резервуара ( C 90ES ) Стоимость C pv, BoP ) кВтч

    Прямая стоимость CSP Годовая стоимость CSP

    Стоимость солнечного поля ( C 50 9022) 2 коллекторной площади Годовые затраты на ЭиТО 1.5%
    Стоимость трубопровода ( C PIP ) 36 $ / м 2 коллекторной площади Годовая стоимость страховки 0,5%
    750 $ / м 3 объема хранилища Годовая стоимость PV
    Стоимость основного платежа ( C CSP, BoP ) 300 долларов США / кВт e O годовая стоимость 1.5%
    Прямые затраты на PV Годовые затраты на страхование 0,25%
    Стоимость панели ( C PV ) 1200 $ / кВт p CSP
    Стоимость инвертора ( C INV ) 240 $ / кВт Стоимость земли ( C LAND ) 12 $ / м 2
    240 $ / кВт Инженерные затраты ( C EPC ) 20%
    Стоимость аккумулятора ( C B 3 1200/ Другое допущение
    Скорость ухудшения фотоэлектрической энергии 0.6% Годовая процентная ставка 7%
    Срок службы 25 лет Степень деградации CSP 0,2%

    Мощность фотоэлектрической станции 509509509509

    Переменная Диапазон Блок

    0–100 МВт
    Мощность теплового аккумулятора 0–2000 МВтч
    Емкость аккумуляторной батареи 0–2000
    5.1. Оптимизация на основе типичного дня

    Оптимизация основана на рабочих характеристиках дня равноденствия. Согласно результатам генетического алгоритма, когда установленная мощность энергосистемы CSP составляет 30 МВт, LCOE гибридной системы CSP-PV достигает самого низкого значения, которое составляет 0,0660 $ / кВт · ч при условии, что номинальная мощность PV составляет 222,462 МВт, емкость батареи - 14,687 МВтч, тепловая емкость - 356,562 МВтч.

    На рисунках 5 и 6 показано сравнение мощности производства фотоэлектрической и концентрированной солнечной энергии (PV / CSP) и фактического производства электроэнергии (WPV / WCSP) в День равноденствия.«PV» представляет мощность, вырабатываемую фотоэлектрическими панелями, а «WPV» представляет мощность, выходящую из фотоэлектрической системы после отправки. «CSP» представляет собой концентрированную солнечную энергию, которая хранится в TES. «WCSP» - это фактическая выходная мощность солнечного теплового цикла Ренкина. Это добавлено в рукописи. После восхода солнца выходная мощность фотоэлектрической системы увеличивается по мере увеличения интенсивности излучения и достигает максимума в 11 часов. Благодаря использованию батареи выходная мощность фотоэлектрической электростанции не изменяется с изменениями солнечного излучения, а кривая выработки электроэнергии имеет тенденцию быть плавной, что снижает влияние фотоэлектрической системы на уменьшение энергосистемы и гарантирует, что система может поддерживать номинальную выходную мощность даже при уменьшении солнечного излучения.Система CSP генерирует мощность после 19 часов и поддерживает номинальную выходную мощность. Использование системы аккумулирования тепла позволяет системе CSP продолжать вырабатывать электроэнергию после захода солнца.



    Выходная мощность системы в день равноденствия показана на рисунке 7. После восхода солнца выходная мощность фотоэлектрической системы увеличивается с увеличением солнечного излучения. Интенсивность солнечного излучения является наибольшей между 11:00 и 18:00, а рабочий режим системы - это мощность, вырабатываемая только фотоэлектрической системой; превышенная энергия фотоэлектрической системы накапливается в батарее, а вся энергия системы CSP хранится в резервуаре для хранения тепла.В 19 часов солнечного излучения недостаточно, режим работы системы меняется с фотоэлектрической системы на фотоэлектрическую систему, система батарей и система CSP вырабатывают энергию одновременно, а избыточное тепло сохраняется в системе аккумулирования тепла. . Когда в 20 часов солнце полностью садится без солнечного излучения, система PV и CSP не имеет источника энергии, тогда режим работы системы был изменен на аккумулирование тепла, которое генерирует только электроэнергию. В системе мощность CSP используется для выработки электроэнергии фотоэлектрической системы, а выходная мощность системы CSP изменяется в зависимости от выходной мощности фотоэлектрической системы.Более стабильная кривая выходной мощности PV улучшает реакцию системы CSP. Использование аккумуляторов тепла в системе CSP позволяет системе CSP продолжать вырабатывать электроэнергию после захода солнца и компенсировать отсутствие выработки электроэнергии в фотоэлектрической системе без солнечного излучения.


    По результатам расчетов, годовая выработка электроэнергии гибридной системы CSP-PV составляет 368722 МВтч. Если годовая выработка электроэнергии фотоэлектрической системой составляет 288291 МВтч, годовое количество часов использования составляет 3261 час, что больше, чем у одной фотоэлектрической системы.Годовая выработка электроэнергии системы CSP - 80431 МВтч; годовые часы использования составляют 2681 час, что ниже, чем у солнечной параболической тепловой системы мощностью 280 МВт в Солане; Причина в том, что срок хранения Соланы составляет 6 часов, а солнечное излучение лучше. Оптимизированная система CSP-PV сочетает в себе преимущества системы выработки электроэнергии PV и системы выработки электроэнергии CSP, что позволяет увеличить годовые часы работы фотоэлектрической системы и повысить стабильность работы фотоэлектрической системы, но LCOE системы составляет всего 0 .0660 $ / кВтч, что ниже, чем выработка электроэнергии CSP.

    5.2. Оптимизация на основе всего года

    GHI Лхасы медленно меняется в зависимости от времени года, а DNI летом и осенью выше. Оптимизировать годовые рабочие характеристики системы на основе предложенной выше стратегии эксплуатации. Согласно результатам генетического алгоритма, когда установленная мощность энергосистемы CSP составляет 30 МВт, LCOE гибридной системы CSP-PV достигает минимального значения, равного 0.0555 $ / кВтч при условии, что номинальная мощность фотоэлектрических панелей составляет 242,954 МВт, емкость батареи - 8,977 МВтч, а тепловая емкость - 136,059 МВтч. LCOE ниже по сравнению с генерацией энергии только CSP и ниже по сравнению с генерацией фотоэлектрической энергии с батареей, что обеспечивает стабильность выходной мощности системы.

    Из сравнительного анализа мощности по выработке электроэнергии и фактической выработки электроэнергии на рисунках 8 и 9 видно, что выходная мощность фотоэлектрических модулей увеличивается с увеличением солнечного излучения и достигает номинальной выходной мощности в 11 часов, когда выходная мощность системы больше не меняется с увеличением солнечной радиации.После 14 часов солнечное излучение падает, фотоэлектрическая система по-прежнему поддерживает номинальную выходную мощность, а применение батареи снижает колебания выходной мощности фотоэлектрической системы. Система CSP не участвует в выработке электроэнергии в дневное время и вырабатывает электроэнергию после 19:00. Резервуар для хранения тепла позволяет системе CSP обеспечивать стабильную выработку электроэнергии при заходе солнца или отсутствии солнечного излучения.



    Выходная мощность системы в день равноденствия показана на рисунке 10.После восхода солнца резервуар для хранения начинает накапливать энергию, а батарея накапливает избыточную энергию фотоэлектрической системы. Режим работы системы, в которой фотоэлектрическая система работает в одиночку с 11:00 до 18:00, а превышенная энергия сохраняется в батарее и резервуаре для хранения тепла. Когда в 19:00 энергии фотоэлектрической системы недостаточно для удовлетворения потребностей в энергии, рабочий режим системы преобразуется в фотоэлектрические системы, батареи и системы CSP, которые работают одновременно. После 20:00 солнце спустилось с горы, и аккумуляторная батарея и фотоэлектрическая система не могут обеспечивать энергию, тогда энергия вырабатывается из резервуара для хранения тепла.


    По результатам расчетов, годовая выработка электроэнергии гибридной системы CSP-PV составляет 375695 МВтч. Если годовая выработка электроэнергии фотоэлектрической системой составляет 309036 МВтч, годовое количество часов использования составляет 3201 час, что выше, чем у одной фотоэлектрической системы. Годовая выработка электроэнергии в системе CSP составляет 66659 МВтч; годовая продолжительность использования - 2222 часа. Можно обнаружить, что использование гибридной системы CSP-PV, которая должна компенсировать колебания выходной мощности фотоэлектрических систем, может быть объединено с преимуществами обеих систем для увеличения годового количества часов работы фотоэлектрических систем, чтобы уменьшить скорость отбраковки и снижение LCOE системы, но также может гарантировать стабильный выход.

    5.3. Обсуждение

    Результаты годовой и дневной оптимизации показаны в Таблице 7. Согласно сравнению, которое можно найти, годовая выработка электроэнергии системой, которая оптимизирована годовой эксплуатационной характеристикой, выше, а LCOE ниже. Годовые часы использования фотоэлектрических систем и систем CSP ниже из-за меньшей емкости батареи и резервуара для хранения тепла, что приводит к большему отказу от солнечной энергии.

    50 Годовые часы использования системы CSP (ч)

    Оптимизировано для дневного режима Оптимизировано для годового режима

    Годовая выходная мощность (MWhE)
    $ / кВтч) 0.0660 0,0555
    CSP
    Емкость аккумуляторов тепла (МВтч) 356,562 136,059
    Годовая выходная мощность системы CSP (МВтч3) 80450850
    2681 2222
    PV
    Установленная мощность фотоэлектрической системы (МВт) 222,462 МВт 242.954
    Емкость батареи (МВтч) 14,687 8,977
    Годовая выходная мощность фотоэлектрической системы (МВтч) 288291 309036
    Годовое использование системы 3261 3201

    Сравнительные результаты оптимизации дня и года, которые включают четыре типичных дня: весеннее равноденствие, летнее солнцестояние, осеннее равноденствие и зимнее солнцестояние, показаны на рисунке 11.Видно, что кривые выработки электроэнергии за четыре типичных дня в основном одинаковы. Однако выработка электроэнергии в День равноденствия хуже всего, потому что солнечная радиация плохая, а осенний день - лучший. Следовательно, система, оптимизированная для Дня равноденствия, требует больше системы хранения энергии и больше выработки электроэнергии, но тем временем LCOE также выше. Использование оптимизированной системы CSP-PV заключается в выработке электроэнергии при полной нагрузке в пиковое время. Эту систему можно использовать для периодического генерирования энергии по сравнению с кривой нагрузки, показанной на Рисунке 12.



    Расчетный коэффициент преобразования брутто в нетто, который означает отношение электроэнергии в сети к произведенной электроэнергии, сильно влияет на результаты. Расчетный коэффициент преобразования брутто в нетто составляет от 85% до 100%, и результаты показаны в таблице 8.

    $.0592 9050 МВтч) 9050 9050 9050 9050 мощность фотоэлектрической системы (МВт) Годовая мощность Годовая мощность Мощность 9050 318721

    , нетто

    до коэффициент преобразования увеличивается, годовая выходная мощность и LCOE системы улучшаются.Когда годовые рабочие характеристики оптимизированы, с увеличением выходной мощности LCOE системы снижается. Основная причина - уменьшение емкости аккумулятора. Емкость аккумулятора влияет на систему очень сильно. Уменьшение емкости батареи привело к сокращению количества часов использования фотоэлектрических модулей, но не имеет большого эффекта.

    5.4. Анализ чувствительности

    Проанализировано влияние стоимости фотоэлектрических панелей и стоимости аккумулирования тепла на основе весеннего равноденствия.Стоимость фотоэлектрических панелей варьируется от 800 $ / кВт до 1600 $ / кВт, а стоимость аккумулирования тепла варьируется от 550 $ / м 3 до 950 $ / м 3 . Результаты показаны на рисунках 13 и 14.

    6. Заключение

    В этой статье предлагается стратегия работы гибридной системы CSP-PV. На основе этой стратегии работы соотношение PV и CSP в системе оптимизируется с помощью генетического алгоритма, что сводит LCOE системы к минимуму. Посредством расчетов в этой статье было обнаружено, что увеличение фотоэлектрической мощности в системе CSP-PV может снизить стоимость выработки электроэнергии в системе; стоимость батареи высока, и когда использование батарей значительно повысит стоимость выработки электроэнергии в системе; внедрение системы CSP упрощает обеспечение стабильности выходной мощности системы в случае небольшой емкости батареи, что значительно улучшает годовое использование фотоэлектрических модулей и сокращает количество солнечных отходов, но в определенной степени , эффективность использования системы CSP снижается; Интеграция фотоэлектрической системы и системы CSP не только может снизить стоимость производства электроэнергии для системы CSP, но также может обеспечить стабильность выхода фотоэлектрической системы.

    Когда выходная мощность установлена ​​на 95% суммы номинальной выходной мощности PV и выходной мощности CSP, система оптимизируется рабочими характеристиками Spring Equinox, и результат будет следующим: самый низкий LCOE составляет 0,0660 $ / кВтч, мощность фотоэлектрической системы и системы CSP составляет 222,462 МВт и 30 МВт, соответственно, а емкость аккумулятора тепла и батареи составляет 356,562 МВт и 14,687 МВтч. Согласно результатам расчетов, годовая выработка электроэнергии гибридной системы CSP-PV составляет 368722 МВт.Если годовая выработка электроэнергии фотоэлектрической системой составляет 288291 МВт, годовые часы использования составляют 3261 час, а годовая выработка электроэнергии системой CSP составляет 80431 МВт, годовые часы использования составляют 2681 час.

    Когда система оптимизирована под рабочие характеристики в течение всего года, в результате самый низкий LCOE составляет 0,0555 долл. США / кВтч, мощность фотоэлектрической системы и системы CSP составляет 242,954 МВт и 30 МВт соответственно, а мощность тепловой аккумулятор и батарея составляют 136,059 МВтч и 8,977 МВтч. Согласно результатам расчетов, годовая выработка электроэнергии фотоэлектрической системой составляет 309036 МВт, годовые часы использования - 3201 час, годовая выработка электроэнергии системой CSP - 66659 МВт, годовые часы использования - 2222 часа.

    Сравнение показывает, что кривые выработки электроэнергии гибридной системы аналогичны в двух методах оптимизации, но LCOE ниже при оптимизации с помощью годовой эксплуатационной характеристики, а годовой коэффициент использования системы выше при оптимизации с помощью Spring Equinox.

    Использование оптимизированной гибридной системы CSP-PV, которая должна компенсировать колебания выходной мощности фотоэлектрических систем, может сочетаться с преимуществами обеих систем для увеличения годового количества часов работы фотоэлектрических систем для снижения скорости отбрасывает и снижает LCOE системы, но также может гарантировать стабильный выход.Стратегия эксплуатации, предложенная в этой статье, дает новую идею работы гибридной системы выработки электроэнергии CSP-PV. Метод оптимизации может быть использован при предварительном проектировании электростанции.

    Номенклатура

    85% 90% 95% 100%

    Годовая выходная мощность (МВтч) 328957 399050 375695 384810
    кВт 0,0561 0,0555 0,0530
    CSP
    Емкость аккумуляторов тепла (МВтч) 145.613 254.971 Мощность 136509
    136509
    69925 80329 66659 74099
    Годовые часы использования системы CSP (ч) 2331 2678 2222
    78.423 99,805 242,954 97,555
    Емкость аккумулятора (МВтч) 10,061 11,274 8,977 5,752 PVH
    309036 310711
    Годовые часы использования фотоэлектрической системы (ч) 3303 3193 3201 3185

    : 9050 Коэффициент трансфертного поглощения 905 02 : 9050 электростанции CSP 90 503:
    PV: Фотоэлектрическая
    CSP: Концентрированная солнечная энергия
    LCOE: Нормированная стоимость энергии Постоянный ток
    Переменный ток
    MPPT: Отслеживание точки максимальной мощности
    DNI: Прямое нормальное облучение
    GHI: Глобальная горизонтальная освещенность
    панели
    : Температура окружающей среды
    : Фактический коэффициент теплопередачи
    : Номинальный коэффициент теплопередачи
    : Фактический КПД панели PV3
    : Температурный фактор
    : Температура фотоэлектрического модуля при стандартных условиях испытаний
    : Количество фотоэлектрических подмассивов
    : Активная площадь каждого фотоэлектрического модуля
    КПД инвертора
    : Коэффициент снижения
    : КПД батареи во время процессов заряда
    : КПД батареи во время процессов разряда : Глубина слива
    : Температура масла на входе
    : Температура масла на выходе
    : Разница температур между средней температурой поля коллектора и окружающей среды температура
    : Минимальная мощность турбины
    : Номинальная мощность гибридной системы
    : Реальная мощность системы CSP
    : Реальная мощность системы PV
    : Аккумуляторная система хранения энергии
    : Первоначальные инвестиции в электростанцию ​​CSP
    : Первоначальные инвестиции в фотоэлектрическую электростанцию ​​
    : Годовая стоимость
    : Годовая стоимость фотоэлектрической электростанции
    : Выходная мощность системы CSP
    : Выходная мощность фотоэлектрической системы
    : Годовая скорость спада мощности CSP
    : Годовая скорость спада производства фотоэлектрической энергии
    Процентная ставка
    : Срок службы системы
    O&M: Эксплуатация и обслуживание.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *