• Главная →
• Зеленое строительство →
• Библиотека online →
• Технологии для «зеленой» промышленности

Технологии для «зеленой» промышленности

Современные автономные системы энергоснабжения малой и средней мощности на базе возобновляемых источников энергии: опыт проектирования и производства.

Один из элементов новой концепции ЮНИДО «Зеленая» промышленность состоит в обеспечении разумного уровня производства продукции и услуг при минимизации расходования материалов и энергии, например, за счет принятия «тройной стратегии», направленной на достижение следующих целей:

• снижение потребления сырья в производственных процессах;
• переход на выпуск продукции из меньшего количества материалов и со сниженным потреблением энергии и прочих ресурсов в процессе применения;
• переход на использование возобновляемых источников энергии и материалов.

Получение энергии из возобновляемых источников является одной из ключевых задач устранения энергетического дефицита, особенно в труднодоступных и удаленных от инженерной инфраструктуры районах, в том числе в горной местности, на островных территориях. Виды вовлекаемых в оборот возобновляемых источников энергии постоянно расширяются. Так, кроме ветровой, солнечной и малой гидроэнергетики, не связанной с перекрытием рек, сегодня используются: термальная энергия планеты (с помощью тепловых насосов), энергия приливов, биотопливо и многие другие виды ресурсов.

В этой связи естественными выглядят попытки применения первичных возобновляемых источников энергии, разработка и производство на их базе современных комплексов энергоснабжения. Применение таких источников энергии не связано с существенным причинением ущерба природной среде. Модификаций, конструкций устройств получения электрической и тепловой энергии сегодня великое множество. В значительной степени выбор правильного варианта определяется особенностями применения в каждом конкретном географическом регионе (сила ветра, изменчивость ветровых потоков, особенности солнечной радиации и т. д.).

Большинство разработчиков и производителей нередко рекламируют свою продукцию (ветроустановки, солнечные батареи и т. д.) как средство для решения любых проблем, связанных с энергообеспечением.

Однако когда необходимо организовать обеспечение энергией конкретных удаленных потребителей, как правило, возникает потребность в комбинированных решениях, объединяющих несколько возобновляемых источников энергии. Зачастую они резервируются традиционными источниками генерации энергии, устройствами накопления и распределения энергии, удаленного контроля и управления. Обычно это связано с необходимостью обеспечить функционирование объекта энергообеспечения с высокой степенью надежности. И, проще говоря, при всех или практически при всех возможных ситуациях: ночью и днем, в штиль и ураган, летом и зимой.

Таким образом, возникает понятие автономной и лишь периодически обслуживаемой системы энергоснабжения (АСЭ) на основе источников возобновляемой энергетики. С первого взгляда может показаться, что это простая комбинация отдельных устройств. Однако в реальности все гораздо сложнее.

Во-первых, такой автономный энергокомплекс должен быть построен на основе алгоритма, учитывающего не только особенности функционирования и характеристики отдельных устройств генерации, но и особенности географического местоположения. Именно оно определяет основные исходные энергетические функционалы (розу ветров, солнечные потоки, характеристики гидропотоков и т. д.).

Во-вторых, получаемые от различных устройств генерации энергетические потоки должны быть соответствующим образом преобразованы, суммированы, и при этом должно обеспечиваться накопление и хранение необходимого резервного объема энергии.

В-третьих, при необходимости должны быть решены вопросы удаленного контроля и управления всем комплексом.

В-четвертых, при серийном производстве должны быть решены вопросы унификации и обеспечена возможность применения подобных энергокомплексов в различных условиях и режимах эксплуатации.

Имеется еще ряд дополнительных требований, менее значимых, которые, однако, также определяют сложную, дифференцированную структуру автономного энергокомплекса и его результирующие характеристики.

В качестве образца энергетического комплекса на базе возобновляемой энергетики можно рассмотреть разработанную и выпускаемую техническим холдингом «Электросистемы» линейку автономных полностью автоматизированных энергокомплексов мощностью от нескольких сот ватт до нескольких десятков киловатт.

Конструктивное исполнение — вандалозащищенный, всепогодный контейнер или контейнеры, обеспечивающие функционирование установленного в нем оборудования управления, преобразования, стабилизации, мониторинга и хранения энергии практически в любых погодных условиях: от –60 до +60 градусов Цельсия. Контейнерное исполнение позволяет доставлять АСЭ любым видом транспорта, включая и вертолеты, благодаря чему ее можно установить в самых труднодоступных точках планеты.

Алгоритм функционирования АСЭ реализован на базе трехуровневой системы управления (допускающей возможность управления с удаленного терминала), а также встроенной системы диспетчеризации (мониторинга) и диагностики неисправностей и алгоритма построения, обеспечивающего сохранение выходных характеристик в режиме пониженной надежности в случае любого единичного отказа компонентов АСЭ.

Выбранный протокол обмена информацией с удаленным терминалом и его аппаратная реализация позволяют использовать для передачи команд и приема телеметрии каналы радиосвязи, радиорелейной связи, мобильную связь, Интернет. При этом предусмотрена защита от постороннего вмешательства.

В состав эксплуатационной документации включена программа для установки на ПК эмуляционной модели АСЭ, которая может использоваться как для контроля работы системы в режиме реального времени, так и для обучения (в этом случае программа имитирует все возможные режимы работы АСЭ). На экране ПК отображаются мнемосхема комплекса, все переключения, режимы работы, текущие данные об интегральных параметрах выработки электроэнергии всеми энергогенерирующими компонентами АСЭ.

Интеллектуальная система управления предусматривает постоянный контроль более 400 параметров функционирования комплекса и их постоянное документирование. В их числе все энергетические характеристики, состояние всех коммутационных элементов, предаварийные и аварийные ситуации, данные о наработках и времени до технического обслуживания, запасе топлива, выработке электроэнергии всеми компонентами системы и многие другие, дающие полную информацию о состоянии АСЭ.

Модульный принцип схемотехнических решений и конструктивного исполнения обеспечивает возможность комплектования АСЭ в зависимости от потребностей и климатических факторов места размещения.

В качестве основного источника электроэнергии в АСЭ используются:

• ветроэнергетические установки лопастного или роторного типа, в том числе предусматривающие возможность монтажа по бескрановой технологии;
• современные микро- и мини-ГЭС;
• фотоэлектрические установки оптимальной мощности.

В качестве источников гарантированного (резервного) электроснабжения разработаны полностью автоматизированные энергетические модули на базе энергогенерирующих установок внутреннего и внешнего сгорания, работающие на традиционных видах топлива. Предусмотрена возможность подключения комплексов и к стационарным сетям электроснабжения.

Заданное качество электроснабжения обеспечивается за счет выбора оптимизированной по технико-экономическим показателям адаптивной системы аккумулирования энергии, а также системы преобразования электроэнергии. В АСЭ реализован оптимальный вариант формирования разрядно-зарядных циклов аккумуляторных батарей в зависимости от температуры, величины зарядных и разрядных токов, степени разряда АКБ, реализации снижения нагрузок и аварийного отключения батареи в случае глубокого разряда.

Показатель автономности (интервал технического обслуживания и завоза топлива для источников резервного электроснабжения) уточняется при выполнении проекта размещения АСЭ, исходя из природно-климатических факторов и комплектности поставки. При благоприятных внешних факторах (среднегодовая скорость ветра, уровень солнечной радиации, количество солнечных дней, грамотно выбранное соотношение установленной мощности возобновляемых источников энергии и мощности нагрузки) энергоснабжение может осуществляться практически только за счет возобновляемых источников энергии.

Возможности применения рассмотренных АСЭ, как зачастую единственно возможного варианта энергоснабжения, могут быть следующие:

• в опреснительных установках и системах обеззараживания воды для малонаселенных объектов проживания в труднодоступных, засушливых регионах. При этом сами такие установки могут также размещаться в контейнерах, аналогичных контейнерам АСЭ, либо непосредственно в них, обеспечивая соответствующую мобильность и простоту развертывания;
• в комплексах мобильной связи, ретрансляционных пунктах;
• в автономных пунктах охраны государственных границ;
• во всевозможных дистанционных автономных системах мониторинга, например, системах контроля трубопроводного транспорта, на метеостанциях, маяках и т. п.

Возможные регионы размещения АСЭ — это многие энергодефицитные районы Российской Федерации и государств СНГ, страны Африки, многие регионы Юго-Восточной Азии, страны Южной Америки, многочисленные островные территории в морях и океанах.

Следует также акцентировать внимание на том, что использование возобновляемых источников электроснабжения предусматривает обязательный детальный учет географического места размещения комплекса. Только предварительное обследование площадки специалистами, анализ и мониторинг условий эксплуатации (высоты объекта, удаленности от терминала управления, диапазоны температур окружающего воздуха, среднегодовой и среднемесячной скорости ветра, интенсивности поступления солнечной энергии и необходимых водных ресурсов для ГЭУ) позволяют сформулировать грамотное техническое задание на комплектацию АСЭ.

Авторы проекта АСЭ считают рассмотренный подход к реализации комплексов энергоснабжения на базе возобновляемых источников энергии наиболее перспективным, отвечающим современному уровню развития этого направления техники, обеспечивающим минимизацию использования углеводородных видов топлива и способствующим уменьшению негативной антропогенной нагрузки на природную среду.

При профессиональном подходе к реализации задачи построения энергетических комплексов на базе возобновляемых источников энергии становится возможным экономически эффективное развитие данного направления и, более того, практически полный отказ от использования углеводородного топлива при гарантированном и надежном обеспечении потребителей электроэнергией.

Статья предоставлена журналом «ЮНИДО в России»: Технологии для «зеленой» промышленности