КОМБИНИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

Быстрое сокращение запасов нефти, газа, каменного угля привело к необходимости повышения эффективности их использования и активной разработке гибридных схем с участием возобновляемых источников энергии. При таком подходе удаётся создать техническую базу для оптимизации расходования ресурсов с генерацией электроэнергии ветряными турбинами, фотоэлектрическими панелями, солнечными коллекторами.

Альтернативные источники электроэнергии на сегодня являются приоритетным направлением в решении вопросов энергобезопасности. При этом важно учитывать, что выработка энергии солнечными батареями, ветрогенераторами, нагревательными коллекторами во многом зависит от погоды и времени года, что может стать причиной потери стабильности в обеспечении объекта. Именно поэтому гибридные системы, в которых появляется возможность использования преимуществ каждого из источников с генерацией от 1 до нескольких сотен киловатт [1].

Они особенно актуальны для использования на удалённых объектах, которые нуждаются в автономном электроснабжении. Это может быть удалённый сельскохозяйственный объект, село, гидрометеорологическая станция, станция сотовой связи и др. В зависимости от объёмов и характера энергопотребления такая система энергоснабжения может при необходимости подпитываться от дизельной электростанции или выполнять функцию резервной на случай отключения централизованной сети. Использование систем, основанных исключительно на возобновляемых источниках, - вынужденная мера, которая из-за своей низкой стабильности практически не применяется. Но, в свою очередь, опыт использования возобновляемых источников в рамках гибридных энергосистем позволяет утверждать, что основными их составляющими являются:

• солнечные батареи,
• ветроустановки,
• мини-ГЭС,
• биогазовые установки,
• тепловые солнечные коллекторы,
• дизель-генераторы.

При этом возможно создание сети переменного, постоянного рода тока или формирование смешанной системы.

Рисунок 1. Гибридная схема постоянного тока

На рис. 1 гибридной схемы работы альтернативных источников электроэнергии все они связаны линиями постоянного тока, по которым передаётся энергия для заряда аккумуляторных батарей. При этом обязательно в линии работает контроллер заряда, который позволяет защитить АКБ от полного или избыточного разряда. Для того чтобы преобразовать электроэнергию переменного тока, вырабатываемую дизельным генератором, используется конвертор. Все подключенные нагрузки постоянного тока питаются от АКБ, для нагрузок переменного тока предусматривается питание через инвертор [2].

В гибридных схемах переменного тока предусматривается подключение основных источников напрямую с линиями. Также может быть использован дополнительный конвертор, который позволит добиться требуемых характеристик. Особенно актуален подобный подход при использовании гибридной схемы в комбинации с централизованной сетью. В системах переменного и постоянного тока используются двунаправленные инверторы, которые дают возможность эффективно контролировать зарядку аккумуляторов и подачу электроэнергии потребителям [3].

Так же есть стандартная последовательная схема, она в свою очередь строится следующим образом: аккумулятор заряжается от солнечного фотоэлектрического модуля, энергия поступает на АКБ через инвертор. При отсутствии солнечного излучения достаточной интенсивности питание осуществляется от дизельной генераторной установки. Нагрузка переменного тока в данном случае питается через инвертор от аккумулятора.

Предусмотрена возможность работы в автоматическом или ручном режиме (в первом случае будет достаточно установить датчики для контроля зарядки батарей и контроллер для включения генератора). К преимуществам последовательной структуры системы стоит отнести её простоту и высокую надёжность. Существенный недостаток – выход инвертора из строя приводит к полному отключению потребителей.

Одним из вариантов использования гибридной системы электропитания автономных объектов является система, состоящая из теплового двигателя (например, дизеля), оборудованного системой автоматической стабилизации частоты вращения, вал которого через разобщительную муфту и маховик соединён с приводным валом синхронного генератора. Второй конец вала генератора через обгонную муфту и вариатор частоты вращения  соединён с валом ветротурбины, снабжённой ограничителем мощности ветротурбины при возрастании скорости ветра выше установленной величины [4].  Данная гибридная ветроэнергетическая установка обеспечивает максимальное использование энергии ветра при меньшей величине установленной мощности силового электрооборудования. Она способна осуществлять надёжное электроснабжение потребителей при колебаниях нагрузки и скорости ветра, что особенно важно в районах с относительно малыми и неустойчивыми скоростями ветра, которые наблюдаются на большей территории РФ.

Список литературы:

1. Батыршин, И.З. Нечеткие гибридные системы. Теория и практика [Текст] / И.З. Батыршин, А.О. Недосекин. – М.: ФИЗМАТЛИТ. – 2007. – 208 с.
2. Голицин, М.В. Альтернативные энергоносители [Текст] / М.В. Голицин, А.М. Голицин, Н.М. Пронина. – М.: Издательство Наука. - 2004. – 159 с.
3. 3. Колесов, Ю.Б. Динамические и гибридные системы. Моделирование систем [Текст] / Ю.Б. Колесов,   Ю.Б. Сениченков. – СПб.: Издательство БХВ. – 2006. – 224 с.
4. Пат. 2430268 Российская Федерация, МПК: F03D 9/00. Гибридная ветроэнергетическая установка [Текст] / В.Г. Петько, Н.А. Маловский, Е.Н. Патлахов, А.М. Старожуков, А.Б. Колесников, А.С. Петров, В.В. Пугачёв.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Оренбургский ГАУ. - №2010101578/06; заявл. 19.01.2010; опубл. 27.09.2011, бюл. №27. – 7 с.: ил.