ПРИМЕНЕНИЕ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ВЫРАВНИВАНИЯ ЗАГРУЗКИ ГЕНЕРИРУЮЩИХ АГРЕГАТОВ

ANALYSIS OF THE DYNAMICS OF PATENTING OF ELECTRIC ENERGY STORAGE DEVICES

Idel Alsynbayev

student, Department of Electrical Engineering and Electrical Equipment of Enterprises, Ufa State Petroleum Technical University,

Russian, Ufa,

АННОТАЦИЯ

Популярность децентрализованного производства энергии растет, поскольку оно обеспечивает более высокую эффективность и, следовательно, более экологично, чем нынешние централизованные решения. Способ справиться с этим дисбалансом между спросом и предложением в тепловых электростанциях – это использование накопителей энергии, и поэтому в данной статье исследуются преимущества объединения систем хранения энергии с системой ТЭЦ, чтобы определить потенциальное повышение эффективности от такого сочетания. Полная модель этой системы, состоящая из нескольких подмоделей для работы с различными элементами генерации и хранения энергии, была разработана в Matlab/Simulink и использовалась для моделирования с использованием некоторых реальных данных о потреблении. Результаты показывают, что благодаря добавлению к системе ТЭЦ электрических аккумуляторов правильного размера система ТЭЦ может работать непрерывно с оптимальной эффективностью.

ABSTRACT

Decentralised energy generation is increasing in popularity because it provides for higher efficiencies and is consequently more environment friendly than the current centralized solutions. The only way to deal with this imbalance between supply and demand in a CHP is through the use of energy storage, and therefore this paper investigates the benefits of combining energy storage systems with a CHP system to determine the potential efficiency improvements from such a combination. A full model of this system, which consisted of several sub-models to deal with the various elements of energy generation and storage was developed in Matlab/Simulink and used for simulation using some real-life demand data. The results show that through the addition of correctly sized thermal and electrical storage to a CHP system, the CHP system is able to run continuously at optimal efficiency.

Ключевые слова: генератор с паровой турбиной; электрические накопители; выравнивание нагрузки; генерирующие агрегаты; вставка постоянного тока.

Keywords: generator with steam turbine; electric storage; load balancing; generating units; DC insertion.

Любая электрическая энергия, которая не приносит пользы самой фактической нагрузке, будет автоматически сохраняться в электрическом накопителе, а любой дефицит электроэнергии будет восполняться за счет накопления. В этой модели в качестве технологии хранения электроэнергии была выбрана аккумуляторная батарея из-за ее высокой энергии и плотности мощности. Однако для больших потребностей в хранении энергии батареи не обязательно могут быть лучшим решением. Для этого моделирования использовалась модель свинцово-кислотной батареи, которая включает характеристики состояния заряда и, следовательно, позволяет проводить точное моделирование в течение более длительных периодов времени. В модели используются данные, предоставленные производителями аккумуляторов, что делает ее реалистичной. Учитывая, что батареи обычно работают от постоянного тока, а генератор и нагрузка — от переменного, для выполнения необходимых преобразований вводятся выпрямитель и инвертор. Схемы батареи и преобразователя мощности представляют собой большие схемы, которые необходимо реализовать, что увеличивает сложность всей системы, но в Matlab есть блок под названием Universal Bridge, который можно использовать в качестве выпрямителя и инвертора. Чтобы адаптировать универсальный мост для данного конкретного применения, необходимо было выбрать соответствующий вариант силовой электроники. Компоненты преобразователя мощности добавляются к подмодели хранения электроэнергии. Затем эта электрическая подмодель была объединена с моделью ICE, чтобы проверить эффективность накопления электроэнергии. Эта комбинированная модель показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Разработанная модель ТЭC с накопителем электроэнергии

После разработки различных подмоделей они были объединены прямо или косвенно посредством ввода/вывода данных. Для завершения системы еще необходимо указать размер отдельных компонентов системы. Этого можно достичь, рассматривая разницу между спросом и предложением за фиксированный период времени. Очевидно, что чем дольше этот период, тем лучше будет проект, но необходимо также обеспечить некоторую дополнительную мощность, поскольку профили спроса могут меняться, например, в зависимости от погодных условий, привычек пользователей и т. д. Диаграмма энергетического баланса, показывающая потребности в хранении электроэнергии на почасовой основе, показана на рисунке 4. На рисунке показано, что максимальная разница между предложением и спросом в любой момент времени составляет20кВтЗатем необходимо дополнительно принять во внимание время, в течение которого избыток и недостаток поставок компенсируют друг друга, чтобы определить общую необходимую емкость хранения в кВтч. При настройке более крупной системы также необходимо принять во внимание такие факторы, как производство ТЭЦ, готовность продавать электроэнергию в сеть и так далее. Как вы понимаете, это становится довольно сложным вопросом проектирования, который не был основной целью данного исследования.

Рисунок 2. Почасовой баланс электроэнергии для модели ТЭЦ + накопитель

Благодаря использованию аккумулятора, универсального моста, который используется как выпрямленный и введен инверторный. Результаты показаны на рисунке 5, где первая кривая показывает выходное напряжение постоянного тока выпрямителя, используемого для зарядки аккумулятора. Выходной сигнал был увеличен, чтобы уловить пульсации постоянного тока, максимальное значение которого составляет 20 В, а среднее значение — 430 В. Чтобы уменьшить эту пульсацию, значения фильтра можно дополнительно увеличить. Вторая кривая показывает, как напряжение постоянного тока от батареи инвертируется в напряжение переменного тока, которое используется нагрузкой.

Рисунок 2. Почасовой баланс электроэнергии для модели ТЭЦ + накопитель

В этой работе модель системы ТЭЦ с электрическим и тепловым аккумулятором была разработана с использованием Matlab/Simulink. Сначала была разработана модель, а затем был проведен ее анализ для определения влияния хранилища на общую эффективность системы. Благодаря добавлению батареи мощностью 20 кВт и бака для хранения горячей воды мощностью 12 кВт эффективность системы ТЭЦ может постоянно поддерживаться на максимальном уровне, что контрастирует с обычными случаями, когда предложение и спрос различаются. Это нехватка энергии или ее растрата. Можно даже принять решение о буферизации, например, электроэнергии, чтобы продавать ее, когда норма прибыли будет самой высокой, и, следовательно, получать прибыль от энергии, которая в противном случае была бы потрачена впустую.

Список литературы:

1. Курир Валерий Иосипович О моделировании гидрогенератора с турбиной в Matlab/Simulink // Вестник ЧГУ. 2019. №3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/o-modelirovanii-gidrogeneratora-s-turbinoy-v-matlab-simulink (дата обращения: 09.06.2024).