Расчет рентабельности системы автономного электроснабжения на основе ветроэнергетической установки с ротором Дарье

Размещено на http://www.allbest.ru/

Омский государственный технический университет

РАСЧЕТ РЕНТАБЕЛЬНОСТИ СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С РОТОРОМ ДАРЬЕ

А.А. Бубенчиков, Р.А. Дайчман,

А.А. Артамонова, Т.В. Бубенчикова

Аннотация

В статье рассмотрен пример расчета стоимости и рентабельности ветроэнергетической установки с ротором Дарье для конкретного потребителя расположенного в районе с малой ветровой нагрузкой.

Ключевые слова: ротор Дарье, рентабельность, малая ветровая нагрузка, ветроэнергетическая установка

Основная часть

Применимость ветроэнергетических установок в регионах с малой ветровой нагрузкой до сих пор остается под вопросом. Выбор ВЭУ для конкретного потребителя является сложной задачей определения параметров ветроколеса, редуктора, инвертора, мощности и конструкции генератора.

Для расчета параметров системы при непосредственном питании от источника альтернативной энергии, в частности от ветроэнергетической установки с ротором Дарье, необходимо определить пиковую мощность подлеченных одновременно электроприборов.

Построение графика нагрузки, а, следовательно, обнаружения пика мощности частного потребителя энергии несёт в себе некоторую неопределенность поскольку, досконально не известен точный график включения и отключения электроприборов, а также мощность каждого из них в различном режиме нагрузки. В связи с этим задача решается с некоторой долей вероятности, поскольку усредняются мощности и время работы электроприбора.

Для понимания целостности картины энергопотребления частного домохозяйство рекомендуется составить таблицу 1. Где необходимо в соответствии техническим паспортом каждого прибора определить установленную мощность. Определить время работы конкретного электроприбора в течение суток.

ветроэнергетический установка ротор дарье

Таблица 1

Мощность электроприборов и мгновенная потребляемая мощность

Рис. 1 Мощность электроприборов и мгновенная потребляемая мощность

Как видно из рисунка 1 максимальная пиковая мощность для данного составляет P = 6000 Вт.

Вычислим потребляемую энергию всех периодов энергопотребления в течение суток, таблица 2.

Таблица 2

Энергопотребление приборов

Количество энергии, потребляемой объектом в сутки, составит

P_СУТ = 9398 Вт·ч.

Следовательно, номинальная мощность ветроустановки (ВЭУ), необходимая для энергоснабжения данного объекта.

где, P_номВЭУ - номинальная мгновенная требуемая мощность, Вт.

Основной энерго-характеристической особенностью для ветроустановки является площадь ометания.

В частности, для ротора Дарье площадь попечённого сечения или ометаемая площадь рассчитываться по формуле [1]:

где, Нрот - высота ротора плотность воздуха, м;

Dрот - диаметр ротора, м.

Номинальная мощность ветроэнергетической установки для автономного энергоснабжения объекта зависит от средней скорости ветра в предполагаемом регионе размещения. [2]. Согласно атласу ветров средняя скорость для центральной части России составляет: v = 5 м/с. Мгновенную мощность ВЭУ можно рассчитать по формуле [3]:

где, - коэффициент использования энергии ветра, =0,40 [4];

p - плотность воздуха, p=1,1839, кг/м³;

S - площадь поперечного сечения потока, м²;

V - скорость ветрового потока, м/с [5].

Для возможности надежного электроснабжения следует рассчитать мгновенную мощность, производимую ВЭУ, причем должно соблюдаться следующее ограничение:

,

Данное неравенство не соблюдается, поэтому рекомендуется применять несколько ВЭУ (n) для электроснабжения объекта, это обуславливается тем, что чем меньше габариты ветроустановки то тем лучше она стартует при меньших скоростях ветра.

,584

Суточное производство электроэнергии каждой из установок составит:

Суточное производство электроэнергии всех установок составит:

Это удовлетворяет условиям обеспечения электроэнергией поскольку:

В результате произведённых расчетов определяется, что 2 установки ВЭУ с избытком автономно обеспечивают электроэнергией выбранного потребителя.

Уменьшение количество ВЭУ можно достигнуть тремя путями: увеличить габариты каждой из установок что повысит ее энергоотдачу, но затруднит самозапуск, а также потребует увеличение территории для ее установки. Второй путь снижения количества ВЭУ заключается в размещении данных ветроустановок только в регионе со скоростями ветра более 5м/с. Третий путь, основывается на применении так называемых концентраторов ветровой энергии для регионов с малой ветровой нагрузкой [6].

Экономический расчет о целесообразности применения данной ветроустановки основывается на выбранных компонентах ВЭУ которые соответствуют требуемой нагрузке, и выбранной ВЭУ. Стоимость соответствующих комплектующих представлена в таблице 3 [7-11].

Таблица 3

Расчет себестоимости и рыночной цены ВЭУ

Расчет срока окупаемости ВЭУ составит:

где, М_вэу - стоимость комплекта для энергоснабжения объекта, руб.;

М_элсет - стоимости электроэнергии М_элсет=3,32 руб./кВт [12].

Произведем оценку рентабельности применения ВЭУ, для данного объекта при текущем составе и графике нагрузок электроприборов, а также при текущих скоростях ветра и данных геометрических и аэродинамических параметрах ротора Дарье. Стоимость затрат на систему автономного энергоснабжении от ВЭУ составит:

где, E_{потр.год} - потребляемая электроэнергия за год, кВт•год.

Стоимость затрат энергоснабжении от сети:

где, М_подкл - стоимость подключения к сети, М_подкл=204 480,400 на основании [13].

Оценка рентабельности:

Условие не выполняется, применение ВЭУ не рентабельно [14].

Ветроустановка будет рентабельной при отсутствии подключения к внёсшей электросети, а также в удаленных регионах, где стоимость технического подключения электроснабжения высока.

Произведенный расчет указывает на то что применение классических роторов Дарье не окупается, при малых скоростях ветра, и присутствии альтернативных путей электроснабжения в виде электросети.

Авторы считают перспективным направлением ветроэнергетики использование для регионов с малыми скоростями ветра концентраторов ветровой энергии, позволяющих при меньших массогабаритных показателях получать более высокие энергохарактеристики по сравнению с роторами Дарье и Савониуса, а, следовательно, выдавать потребителю более высокую мощность.

Библиографический список

1. Горелов, Д. Н. Перспективы развития ветроэнергетических установок с ортогональным ротором / Д. Н. Горелов, В. П. Кривоспицкий // Теплофизика и аэромеханика, 2008. Т. 15, № 1. С. 163-167.

2. Атлас ветров России = Russian Wind Atlas / А. Н. Старков [и др.] / М-во топлива и энергетики России, Нац. лаб. Рисо (Дания), Рос.-Дат. ин-т энергоэффективности. М.: Можайск-Терра, 2000. 551 с.

3. Безруких, П. П. Ветроэнергетика. М.: - ИД «ЭНЕРГИЯ», 2010. 320 с.

4. Бабина, Л. В. Анализ ветроустановок для электростанций малой мощности / Л. В. Бабина // Научный журнал КубГАУ. 2012. № 78. С. 424-433.

5. Проблемы применения ветроэнергетических установок в регионах с малой ветровой нагрузкой / Р. А. Дайчман [и др.] // Международный научно-исследовательский журнал. 2015.№ 5(36). С. 39-43.

6. Применение ветроэергетических установок с концентраторами ветровой энергии в регионах с малой ветровой нагрузкой / Р. А. Дайчман [и др.] // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 5(36). С. 31-35.

7. Мельников электроветер: прайс-лист ООО «Ветрострой» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.electroveter.ru/prise.html (дата обращения 06.10.2015).

8. Инвертор 6кВт, 12, 24, 48В - 220В, чистый синус [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://solar-dom.com/product/invertor-6-kvt (дата обращения 06.10.2015).

9. Компания "МикроАРТ" [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://invertor.ru/zzz/item/ch_lcd_6 (дата обращения 06.10.2015).

10. Компания "МикроАРТ" [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://invertor.ru/zzz/item/akb_gfm_200 (дата обращения 06.10.2015).

11. Ваш Солнечный Дом. DATAKOM DKG-207 контроллер автозапуска генератора [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://shop.solarhome.ru/datakom-dkg-207-kontroller-avtozapuska-generatora.html (дата обращения 06.10.2015).

12. Омская область. Региональная энергетическая комиссия. Приказы. Об утверждении нормативов потребления коммунальных услуг по электроснабжению на территории города Омска и Омской области при наличии технической возможности установки коллективных (общедомовых), индивидуальных или общих (квартирных) приборов учета [Электронный ресурс]: приказ от 17 декабря 2014 года № 537/74. Режим доступа: http://www.admomsk.ru/web/guest/progress/rates/people/info-2015 (Дата обращения: 21.05.2015).

13. Омская область. Региональная энергетическая комиссия. Приказы. Об установлении ставок платы за технологическое присоединение к электрическим сетям Открытого акционерного общества «Межрегиональная распределительная сетевая компания Сибири» (филиала ОАО «МРСК Сибири» - «Омскэнерго») [Электронный ресурс]: приказ от 26.12.2014 года № 656/78. Доступ из справочно-правовой системы Гарант.

14. Кирпичникова, И. М. Ветроэнергетические установки. Расчет параметров компонентов: учеб. пособие / И. М. Кирпичникова, Е. В. Соломин. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2013. 83 с.

Размещено на Allbest.ru