Складання прогнозу щодо обсягів генерування електроенергії СЕС
Даний матеріал дозволено використовувати в освітніх цілях
Цілями техніко-економічних розрахунків при проектуванні електропостачання є:
1. Обґрунтування інвестицій (довгострокових капіталовкладень) в нові або реконструйовані СЕС і наступних експлуатаційних витрат шляхом порівняння варіантів по прийнятим критеріям ефективності.
2. Доказ технічних функціональних здібностей СЕС, відповідних обгрунтованим вимогам споживачів електроенергії (необхідна пропускна здатність елементів, забезпечення надійності електропостачання, якості електроенергії та т.д.). При цьому проводиться вибір і обгрунтування електрообладнання для виконання необхідних функцій і вимог, а також оцінка стану СЕС в нормальних і післяаварійних режимах.
3. Оцінка якісних показників і народногосподарського значення прийнятого рішення. Вибір техніко-економічно обґрунтованої схеми електропостачання підприємства базується на розгляді і порівнянні декількох можливих варіантів з технічних, експлуатаційних і економічних показників.
До технічних показників СЕС можна віднести число і рівні ступенів напруги, відхилення і втрати напруги, функціональність і стійкість елементів СЕС в перехідних режимах, стабільність роботи електроприводів, ступінь автоматизації та ін. До експлуатаційних показників відносяться тривалість відновлення електропостачання після локалізації або ліквідації пошкодження, тривалість поточних і капітальних ремонтів, допустимі перевантаження елементів СЕС, величини втрат потужності та електроенергії, зручність експлуатації, кількість і кваліфікація обслуговуючого персоналу. Найважливішими економічними показниками при порівнянні варіантів СЕС є наведені річні витрати і термін окупності капіталовкладень. Для більш детальної економічної оцінки варіантів використовуються додаткові показники: капіталовкладення в СЕС, вартість втрат потужності та електроенергії, збиток від раптових перерв електропостачання і т.п.
При виконанні техніко-економічних розрахунків виникають об’єктивні труднощі, обумовлені тим, що перебір всіх можливих варіантів пов’язаний зі значними трудовитратами проектувальників навіть при автоматизованій обробці даних. Крім того, багато порівнювані показники важко піддаються кількісній оцінці (наприклад, зручність експлуатації, гнучкість, надійність і ін.). У зв’язку з цим правильний підбір для порівняння декількох варіантів залежить від ерудиції, досвіду і кваліфікації проектувальників.
ВИБІР ЕКОНОМІЧНО ДОЦІЛЬНОЇ ПЛОЩІ ПЕРЕРІЗУ ПРОВІДНИКІВ
Площа перерізу провідників є важливим параметром надземних і підземних ліній. Зі збільшенням площі перерізу провідників зростають витрати на спорудження ліній електропередачі, але при цьому знижуються втрати електроенергії. Зменшення площі перетину до технічно допустимого рівня скорочує капіталовкладення, проте викликає збільшення втрат в лінії. У зв’язку з цим правильний вибір площі перерізу провідників з урахуванням конкретних умов є важливим і відповідальним завданням проектування СЕС.
При проектуванні ліній електропередачі напругою до 220 кВ вибір площі перерізу провідників проводиться не порівняльним техніко-економічним розрахунком в кожному конкретному випадку, а по нормованим узагальнюючим показниками. В якості таких показників використовуються значення економічної щільності струму для повітряних і кабельних ліній. Економічна щільність струму встановлює оптимальне співвідношення між відрахуваннями від капіталовкладень і вартістю втрат електроенергії в лінії. Економічно доцільна площа перерізу провідників F вибирається зі співвідношення f, = x, де / – розрахунковий струм лінії в нормальному режимі, A; j – нормоване значення економічної щільності струму, А / мм2.
В процесі передачі, розподілу та споживання електричної енергії сумарні втрати в генераторах, трансформаторах, лініях електропередачі різних напруг, електродвигунах, перетворювачах і технологічних установках досягають 25-30% усієї виробленої на електростанціях електроенергії. З них значна частка, приблизно до 10-15%, припадає на системи електропостачання. У зв’язку з цим визначення втрат потужності та електроенергії є важливим питанням проектування СЕС промислових підприємств, що мають істотне значення при техніко-економічній оцінці варіантів схем, виборі раціональних номінальних напруг, що компенсують і регулюючих пристроїв і т.п.
Втрати активної потужності і електроенергії в елементах СЕС складаються з втрат холостого ходу і навантажувальних втрат. Втрати холостого ходу не залежать від навантаження елементів СЕС і виникають через перемагнічування сердечників (втрати на гістерезис і вихрові струми), іонізації повітря біля проводів повітряних ліній 220 кВ і вище (втрати на корону), струмів витоку через недосконалість ізоляції і т . Д. Ці втрати для різних елементів вказуються у вигляді абсолютних або питомих величин в паспортних даних або в довідниках. Навантажувальні втрати є тепловими втратами, які змінюються прямо пропорційно квадрату струму, що протікає через активний опір елемента СЕС.
Втрати активної потужності в лінії електропередачі (ЛРЛ), що йдуть на нагрівання провідників, розраховуються за виразом АРЛ = 3 • Р- R, (3.4) де / – струм лінії; R – активний опір проводу або жили кабелю, яке визначається як R = r 0 l, (3.5) де т “0 – питомий (погонное) активний опір провідника, Ом / км; / – довжина лінії, км.
Розрахунок потужності сонячних батарей
Щоб розрахувати необхідну потужність сонячних батарей потрібно знати, скільки енергії ви споживаєте. Наприклад, якщо ваше споживання енергії становить 100 кВт * год на місяць (показання можна подивитися по лічильнику електроенергії), то відповідно вам потрібно щоб сонячні панелі виробляють таку кількість енергії.
Самі сонячні батареї виробляють сонячну енергію тільки в світлий час доби. І видають свою паспортну потужність тільки при наявності чистого неба і падінні сонячних променів під прямим кутом. При падінні сонця під кутами потужність і вироблення електроенергії помітно падає, і чим гостріше кут падіння сонячних променів, тим падіння потужності більше. у похмуру погоду потужність сонячних батарей падає в 15-20 разів, навіть при легких хмарках і серпанку потужність сонячних батарей падає в 2-3 рази, і це все треба враховувати.
При розрахунку краще брати робочий час, при якому сонячні батареї працюють майже на всю потужність, протягом 7 годин, це з 9 ранку до 4 години вечора. Панелі, звичайно, влітку працюватимуть від світанку до заходу сонця, але вранці і ввечері вироблення буде зовсім невелика, за обсягом всього 20-30% від загальної денної вироблення, а 70% енергії буде вироблятися в інтервалі з 9 до 16 годин.
Таким чином, масив панелей потужністю 1кВт (1000Вт) за літній сонячний день видасть за період з 9-ти до 16-ти годин 7 кВт * год електроенергії, і 210 кВт * год на місяць. Плюс ще 3 кВт (30%) за ранок і вечір, але нехай це буде запасом, так як можлива мінлива хмарність. І панелі у нас встановлені стаціонарно, і кут падіння сонячних променів зміниться, від цього природно панелі не будуть видавати свою потужність на 100%. Зрозуміло, що якщо масив панелей буде на 2 кВт, то вироблення енергії буде 420 кВт * год на місяць. А якщо буде одна панелька на 100 вт, то в день вона буде давати всього 700 вт * год енергії, а в місяць 21 кВт.
Непогано мати 210 кВт * год на місяць з масиву потужністю всього 1 кВт, але тут не все так просто:
По-перше, не буває такого, що всі 30 днів у місяці сонячні, тому треба подивитися архів погоди по регіону і дізнатися, скільки приблизно похмурих днів по місяцях. У підсумку напевно 5-6 днів точно будуть похмурі, коли сонячні панелі і половини електроенергії не будуть виробляти. Значить можна сміливо викреслити 4 дня, і вийде вже не 210 кВт * год, а 186 кВт * год.
Також потрібно розуміти, що навесні і восени світловий день коротше і хмарних днів значно більше, тому якщо ви хочете користуватися сонячною енергією з березня по жовтень, то потрібно збільшити масив сонячних батарей на 30-50% в залежності від конкретного регіону.
Але це ще не все, також є серйозні втрати в акумуляторах, і в перетворювачі (інвертор), які теж треба враховувати, про це далі.
Про зиму поки говорити не будемо, так як цей час зовсім плачевний по виробленню електроенергії, і тут коли тижнями немає сонця, вже ніякої масив сонячних батарей не допоможе, і потрібно буде або харчуватися від мережі в такі періоди, або ставити бензогенератор. Добре допомагає також установка вітрогенератора, взимку він стає основним джерелом вироблення електроенергії, але якщо звичайно в вашому регіоні вітряні зими, і вітрогенератор достатньої потужності.
Розрахунок ємності акумуляторної батареї для сонячних панелей
Самий мінімальний запас ємності акумуляторів, який просто необхідний, повинен бути такий, щоб пережити темну пору доби. Наприклад, якщо у вас з вечора і до ранку споживається 3 кВт * год енергії, то в акумуляторах повинен бути такий запас енергії.
Якщо акумулятор 12 вольт 200 Ач, то енергії в ньому поміститися 12 * 200 = 2400 вт (2,4 кВт). Але акумулятори можна розряджати на 100%. Спеціалізовані АКБ можна розряджати максимум до 70%, якщо більше – то вони швидко деградують. Якщо ви встановлюєте звичайні автомобільні АКБ, то їх можна розряджати максимум на 50%. Тому, потрібно ставити акумуляторів в два рази більше ніж потрібно, інакше їх доведеться міняти щороку або навіть раніше.
Оптимальний запас ємності АКБ це добовий запас енергії в акумуляторах. Наприклад, якщо у вас добове споживання 10кВт * год, то робоча ємність АКБ повинна бути саме такою. Тоді ви без проблем зможете переживати 1-2 похмурих дня, без перебоїв. При цьому в звичайні дні протягом доби акумулятори будуть розряджатися всього на 20-30%, і це продовжить їх недовге життя.
Ще одна важлива робити це ККД свинцево-кислотних акумуляторів, який дорівнює приблизно 80%. Тобто, акумулятор при повному заряді бере на 20% більше енергії, ніж потім зможе віддати. ККД залежить від струму заряду і розряду, і чим більше струми заряду і розряду, тим нижче ККД. Наприклад, якщо у вас акумулятор на 200Аг, і ви через інвертор підключаєте електричний чайник на 2 кВт, то напруга на АКБ різко впаде, так як струм розряду АКБ буде близько 250 Ампер, і ККД віддачі енергії впаде до 40-50%. Також якщо заряджати АКБ великим струмом, то ККД буде різко знижуватися.
Інвертор (перетворювач енергії 12/24/48 в 220 в) має ККД 70-80%.
З огляду на втрати отриманої від сонячних батарей енергії в акумуляторах, і на перетворенні постійної напруги в змінну 220В, загальні втрати складають близько 40%. Це означає, що запас ємності акумуляторів потрібно збільшувати на 40% і додатково збільшувати масив сонячних батарей на 40%, щоб компенсувати ці втрати.
Але і це ще не все втрати. Існує два типи контролерів заряду акумуляторів від сонячних батарей, і без них не обійтися. PWM (ШІМ) контролери більш прості і дешеві, вони не можуть трансформувати енергію, і тому сонячні панелі не можуть віддати АКБ всю свою потужність, максимум 80% від паспортної потужності. А ось MPPT контролери відстежують точку максимальної потужності і перетворюють енергію, знижуючи напругу і збільшуючи струм зарядки, в результаті збільшують віддачу сонячних батарей до 99%. Тому якщо ви ставите дешевший PWM контроллер, то збільшуйте масив сонячних батарей ще на 20%.
Розрахунок сонячних батарей для приватного будинку або дачі
Якщо ви не знаєте ваше споживання і тільки плануєте, скажімо, живити дачу від сонячних батарей, то споживання вважається досить просто. Наприклад, у вас на дачі буде працювати холодильник, який за паспортом споживає 370 кВт * год на рік, значить, в місяць він буде споживати всього 30.8кВт * год енергії, а в день – 1.02кВт * год.
Світло. Наприклад, лампочки у вас енергозберігаючі, скажімо, по 12 вт кожна, їх 5 штук і світять вони в середньому по 5 годин на добу. Це означає що в добу ваш світ буде споживати 12 * 5 * 5 = 300 вт * год енергії, а за місяць “нагорить” 9 кВт * год. Також можна порахувати споживання насоса, телевізора і всього іншого що у вас є, скласти все і вийде ваше добове споживання енергії, а там помножити на місяць і вийде якась приблизна цифра.
Наприклад, у вас вийшло в місяць 70 кВт * год енергії, додаємо 40% енергії, яка буде губитися в АКБ, инверторе тощо. Значить, нам потрібно щоб сонячні панелі виробляють приблизно 100 кВт * год. Це означає 100: 30: 7 = 0,476кВт. Виходить, потрібен масив батарей потужністю 0,5 кВт. Але такого масиву батарей вистачатиме тільки влітку, навіть навесні і восени при похмурих днях будуть перебої з електрикою, тому треба збільшувати масив батарей в два рази.
В результаті вищевикладеного в коротко розрахунок кількості сонячних батарей виглядає так:
- прийняти що сонячні батареї влітку працюють всього 7 годин з майже максимальною потужністю
- порахувати своє споживання електроенергії в добу
- розділити на 7 і вийде потрібна потужність масиву сонячних батарей
- додати 40% на втрати в АКБ і инверторе
- додати ще 20% якщо у вас буде PWM контролер, якщо MPPT то не потрібно
Приклад: Споживання приватного будинок 300 кВт * год на місяць, розділимо на 30 днів = 7кВт, розділимо 10 кВт на 7 годин, вийде 1,42 кВт. Додамо до цієї цифри 40% втрат на АКБ і в инвертор, 1,42 + 0,568 = 1988 вт. В результаті для харчування приватного будинку в літню пору потрібен масив в 2 кВт. Але щоб навіть навесні і восени отримувати достатньо енергії краще збільшити масив на 50%, тобто ще плюс 1 кВт. А взимку в тривалі похмурі періоди використовувати або бензогенератор, або встановити вітрогенератор потужністю не менше 2кВт. Більш конкретно можна розрахувати виходячи з даних архіву погоди по регіону.
