Размещено на

7. Технико-экономическая эффективность ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВОЗОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ для электроснабжения ПГБ

Возобновляемые источники энергии для электроснабжения для ПГБ.

Опыт применения автономных систем электроснабжения ПГБ заводом-производителем ПКФ «Экс-Форма» расположенным в г.Саратов.
В настоящее время, в связи с вводом в действие новой нормативно-технической документации, в частности ГОСТа Р54960- 2000 «Системы газопотребительные. Пункты газорегуляторные блочные. Пункты редуцирования газа шкафные. Общие технические требования». ГОСТ Р 54961-2000 «Системы газораспределительные. Сети газораспределения природного газа. Общие требо-вания к эксплуатации. Эксплуатационная документация» повышаются требования к составу комплекса средств автоматизации, к возможности включения в систему АСУ ТП газораспределительных объектов, к обеспечению при оснащении объектов пожарной сигнализацией, электроснабжением по I категории надежности. Зачастую выполнение всех этих требований затруднено отсутстви- ем электропитания на объектах. Прокладка же отдельных линий электропередач либо невозможна, либо практически всегда экономически не целесообразна. Проблему в этих случаях можно решать с помощью, автономных систем электроснабжения (АСЭ) на базе альтернативных источников питания: солнечных энергетических, ветроэнергетических и гибридных (ветер + солнце) систем. Данные системы неоднократно применялись ООО ПКФ «Экс-Форма» в пунктах газорегуляторных блочных и шкафных установках. Нужно отметить, что подбор систем, как правило, индивидуален и производится в соответсвии с техническим заданием заказчика. Разработка, комплектация и подбор системы производится с учётом многих факторов: суточной потребляемой мощности (электроснабжение системы освещения, передачи данных, телеметрии и др.), требуемого напряжения, силы тока, расположения объекта на местности, широты местности, времени года, возможности размещения оборудования, особенности отраслевых территориальных требований. В стандартную комплектацию системы автономного электроснабжения, применяемых на заводе «Экс-Форма» входят:
1. Фотоэлектрические модули (солнечные панели) моно- и поли- кристаллические. Гарантийный срок — 10 лет, срок службы — 25 лет;
2. Контроллеры заряда, в зависимости от требований используются изготовленные по технологии PWM или MPPT. Гарантийный срок 1–2 года, срок службы — 5–8 лет;
3. Блок аккумуляторов (применяются АКБ глубокого разряда по технологии AGM, GEL, никель-кадмиевые, литиевые. Гарантийный срок — 1–3 года, срок службы 5–15 лет );
4. Инвертор-преобразователь (в случае, если потребуется преобразование постоянного тока в переменный). Возможна комплектация инверторами как с «чистым синусом» на выходе, так и несинусоидальными. Гарантийный срок 1–2 года, срок службы — 5–8 лет ;
5. Ветрогенератор (включается в систему в зависимости от комплектации). Гарантийный срок 1-2 года, срок службы — до 20 лет.
Комплектация предлагаемых систем согласовывается с заказчиком по характеристикам, моделям, функциональным особенностям, производителям. Все компоненты, которые применяются в системах, как российского, так и импортного производства, поставляются в зависимости от требований заказчика. Возможно применение нестандартных решений и многофункционального оборудования собственной разработки (например: в низковольтных системах контроллер-преобразователь на различные выходные напряжения для систем телеметрии). Таким образом, (АСЭ) выполняют следующие функции:
• преобразование солнечного света или кинетической энергии ветра в электроэнергию;
• управление процессом заряда аккумуляторных батарей;
• накопление электроэнергии;
• питание оборудования электроэнергией от блока АКБ;
• при необходимости преобразование постоянного тока в переменный.
Как показал многолетний опыт компании «Экс-Форма» по установке систем автономного электроснабжения в ПГБ, наиболее эффективной и надежной является комплексная установка ветрогенератора и солнечной батареи (гибридная система) для электроснабжения ПГБ. Помимо внутреннего освещения отсеков ПГБ, вырабатываемой энергии достаточно для того чтобы питать оборудование, отвечающее за сбор и обработку контролируемых параметров. Системы автономного электроснабжения, используемые на ПГБ марки «Экс-Форма» отвечают всем требованиям надежности, имеют высокое быстродействие и способны осуществлять непрерывный контроль за различными параметрами системы в круглосуточном режиме
Проблемы использования фотоэлектрических преобразователей для автономного электроснабжения
В настоящее время, когда истощение запасов природных не возобновляемых источников энергии (нефть, газ, уголь и уран) и экологическая опасность от эксплуатации атомных и теплоэлектростанций достигают глобальных масштабов, актуальной задачей является использование возобновляемых источников энергии.
Во многих зарубежных странах использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии занимает заметную долю в электроснабжениии обеспечении теплом потребителей. Но широкое внедрение нетрадиционной энергетики в Украине сдерживается дороговизной и большой материалоемкостью оборудования. Существующее законодательство не создает стимулов для производителей и пользователей возобновляемых источников энергии. В то время, как в Европе, в частности, в Германии действует правительственная программа, предоставляющая налоговые льготы производителям солнечных батарей, монтируемых на крышах домов. Анализируя все виды потенциальных источников энергии, можно сделать выводы, что солнечное излучение – один из наиболее перспективных источников энергии будущего. Произведем анализ стоимости фотоэлектрических преобразователей и сроки их окупаемости. Расчет экономической эффективности автономного источника электропитания отдельного объекта или здания включает стоимость всей фотоэлектрической системы. Для расчета стоимости фотоэлектрической системы электроснабжения необходимо учесть стоимость солнечных моду- лей, аккумуляторных батарей, инвертора, регулятора заряда аккумуляторов, соединений, стоимости установки и монтаж панелей, креплений солнечных батарей, оборудования или строительства помещения для инвертора и аккумуляторных батарей. При необходимости использования стабилизатора напряжения и резервного генератора энергии их стоимости также должны быть учтены.
Стоимость всей системы может быть выражена следующим образом:

SSмод*NмодSбат*NбатSинвSконтрSгенSпровSдостSустSоп

где Sмод– стоимость одного фотоэлектрического модуля;

Nмод – количество фотоэлектрических модулей;
Sбат–стоимость одной аккумуляторной батареи;
Nбат – количество аккумуляторных батарей;
Sинв – стоимость инвертора;
S контр– стоимостьконтроллеразаряда;
Sген– стоимость резервного генератора;
Sпров-стоимость соединительных проводов;
Sдост– стоимость доставки оборудования;
S уст– стоимость работ по строительству, оборудованию и адаптации необходимых помещений, установки компонентов системы;
Sдоп–стоимость дополнительных элементов (предохранителей, датчиков, ит.п.)
Для определения срока окупаемости конкретной фотоэлектрической системы необходимо стоимость всей системы S разделить на стоимость электроэнергии потребляемой электрическими нагрузками здания за год:

Где T-срок окупаемости фотоэлектрической системы

S-стоимость всей системы
S´-стоимость электроэнергии потребляемой электрическими нагрузками здания за год, можно определить из следующего выражения:

Где: W–суммарная потребляемая энергия потребителями переменного и постоянного токов в неделю (Вт*час)

С-установленная стоимость за 1 кВт*час
52 – количество недель в году
Ввиду того, что в настоящее время стоимость фотоэлектрических модулей велика, сроки окупаемости данных фотоэлектрических систем превышают нормативные(7,6 года). В связи с этим, их использование еще не нашло широкого применения, и более рациональным использованием фотоэлектрических систем, в данный момент, являются места, где экономически нецелесообразно устанавливать линии электропередач, в силу их дороговизны и больших потерь при транспортировке электроэнергии на большие расстояния, либо в регионах, где отсутствуют илислаборазвито централизованноеэлектроснабжениеинеэффективноподведениесетейэлектроснабжения.
Основным фактором, способствующим уменьшить срок окупаемости автономной системы, является выработка электроэнергии с помощью дополнительных фотоэлектрических модулей с целью генерации вырабатываемой электроэнергии в единую энергосистему. При генерации электрической энергии в сеть возникает необходимость в стабилизации постоянного напряжения по- средством стабилизаторов напряжения, но отпадает необходимость использования аккумуляторных батарей, что может привести к значительному уменьшению стоимости всей автономной системы. Так как стоимость аккумуляторных батарей довольно значительна и сыграет немаловажную роль в общей стоимости системы при определенной выработанной электроэнергии.
Зависимость вырабатываемой электроэнергии, генерируемая в сеть от срока окупаемости, представлена на графике (рисунок 1).



Рисунок 1 – зависимость вырабатываемой электроэнергии от срока окупаемости

График зависимости вырабатываемой электроэнергии, генерируемая в сеть от срока окупаемости фотоэлектрической системы. График зависимости (рис.1) показывает, что срок, за который система сможет себя оправдать, целесообразней определять на участке а-б, при соответствующих значениях вырабатываемой электроэнергии, генерируемой в сеть.

Так как на участке б-в, при незначительном уменьшении срока окупаемости резко возрастает значение количества электроэнергии, генерируемой в сеть, что приведет к многократному увеличению площади фотоэлектрических модулей, а, следовательно, и к значительным материальным затратам.
Анализ эффективности использования фотоэлектрических преобразователей показывает, что срок окупаемости фотоэлектрической системы, в первую очередь зависит от общей стоимости (капиталовложений) данной системы, поэтому если стоимость системы недопустимо велико, можно рассматривать следующие варианты уменьшения стоимости системы автономного электроснабжения:
1)уменьшение потребляемой энергии за счет замены существующей нагрузки на энергоэффективные приборы, а также исключение тепловой и необязательной нагрузки.
2)Замену нагрузки переменного тока на нагрузку постоянного тока. В этом случае можно выиграть на отсутствии потерь в инверторе(от 10 до 40%). Однако, нужно учитывать особенности построения низковольтных систем постоянного тока.
Но уменьшение стоимости фотоэлектрических систем выше перечисленными вариантами не сможет достичь их широкого применения в настоящее время. Для успешного продвижения солнечных фотоэлектрических преобразователей на русский рынок необходима разработка технических решений и применение новых материалов, обеспечивающих при высоком качестве и долговечности снижение стоимости солнечных фотоэлектрических преобразователей, по крайней мере, до 50долларов за каждый фотоэлектрический модуль. Удешевление модулей может быть достигнуто за счет повышения КПД солнечных элементов(СЭ). В Stanford University созданы специальные кремниевые СЭ с точечными контактами и, по сообщениям разработчиков, достигнут рекордный КПД=28,3%.
Вместе с тем в связи с тенденцией неуклонного роста цен на топливо и электроэнергиюинтересксолнечнымфотоэлектрическимпреобразователямрастет.И в этой ситуации, можно надеяться, что вне далеком будущем, фотоэлектрические преобразователи энергии займут заметное место в мировом энергетическом балансе, обеспечивая замещение истощающихся запасов органического топлива и экологическое оздоровление окружающей среды.