Введение к работе
Актуальность темы. "Новая энергетическая политика России" на ближайшие 10-15 лет предполагает:"...дальнейшее развитие электрификации за счет экономически и экологически обоснованного использования ТЭС, АЭС, ГЭС и нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ); ...интенсификацию освоения местных энергоресурсов (гидроэнергии, торфа, мелких месторождений углеводородов) и кратное увеличение использования нетрадиционных, в первую очередь возобновляемых ресурсов (солнечной, ветровой, геотермальной энергии, биогаза и т.д.)." Среди перечисленных источников энергии солнечная, ветровая и гидравлическая имеют одну природу возникновения, близкие свойства, достоинства и недостатки. И если в отношении гидравлической энергии с помощью технических средств удалось достоинствами перевесить недостатки, то широкому внедрению других возобновляемых источников энергии препятствуют присущие им недостатки и прежде всего их нестационарность и низкая плотность. Вместе с тем стратегически альтернативы ВИЭ нет, поэтому в России сценарий производства первичных энергоресурсов предполагает в качестве необходимого шага увеличение доли НВИЭ (без учета гидроэнергии) в энергетическом балансе с 1,0 млн. тут в 1993 году до 4,0 млн.тут в 2000 году и 10 млн.тут в 2010 году. Важным фактором развития этих источников энергии является учет региональных аспектов, стимулирование интереса потребителей к их использованию, так как ВИЭ позволяют энергетически зависимым регионам развивать свою энергетическую базу и улучшать экологическую ситуацию. Развитие энергетики на базе ВИЭ сопряжено с решением ряда проблем, среди которых основными являются: 1) утилизация источника энергии низкой плотности и концентрации и, как следствие, высокой удельной материалоемкостью и стоимостью; 2) постоянное согласование процесса производства и потребления энергии возобновляемых источников, необходимость высокой степени дублирования из-за случайного характера поступления энергии; 3) несовершенство методов технико-экономического обоснования объектов нетрадиционной энергетики, не учитывающих специфику их создания и функционирования.
Таким образом, актуальность темы диссертационной работы определяется современным состоянием развития энергетики, необходимостью разработки новых энергетических технологий, обеспечивающих высокий социальный эффект и минимальное воздействие на окружающую среду.
Цель и задачи диссертационной работы многоплановы, но первостепенным вопросом является разработка теории и методов комплексного использования возобновляемых источников энергии с приоритетным
участием гидроэнергетических установок, обеспечивающих перераспределение и гидравлическое аккумулирование производимой энергии. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
обобщены, классифицированы и оценены технические ресурсы нетрадиционных и возобновляемых источников энергии для использования в электроэнергетике;
-
используя методы и системы гидравлического аккумулирования водной энергии, разработаны теоретические основы гидроаккумулирования энергии возобновляемых источников для повышения гарантированной отдачи энергии установок на их основе, прежде всего солнечной и ветровой;
-
созданы алгоритмы и модели оптимизации параметров и режимов работы энергокомплексов с гидроаккумулированием ВИЗ для работы преимущественно в изолированных энергосистемах;
4) исследованы энергогидравлические характеристики отдельных
элементов гидроэнергетического оборудования для расширения ре
жимных функций в процессе реконструкции, модернизации и использо
вания в комплексах с ветровыми и солнечными энергоустановками;
5) разработано прикладное программное обеспечение для определе
ния технических и энергетических параметров и характеристик устано
вок на ВИЗ в условиях неполноты исходной метеорологической, гид
рологической и топографической информации;
6) обоснованы критерии технико-экономической и экологической
эффективности внедрения энергокомплексов на ВИЗ и разработана
методика эколого-экономического обоснования автономных систем
энергоснабжения с гидроаккумулированием ВИЗ в условиях рыночной
экономики и региональных аспектов.
Новые результаты заключаются в следующем: - в теоретическом плане классифицированы и описаны системы гидравлического аккумулирования энергии возобновляемых источников по типам энергии, по видам нагрузки, по типам гидроак-кумулирующих установок;
на основе выполненного анализа потерь энергии разработана методика совместной оптимизации параметров гидроэнергетических, солнечных и ветровых установок в комплексных системах энергоснабжения по критерию максимума выработки энергии установками, имеющими незначительную гарантированную составляющую отдачи.
разработаны математические модели исследования краткосрочных режимов работы энергокомплексов на основе ВИЗ с гидроаккумулированием для различного состава и мощности установок.
Личный вклад автора определился разработкой теоретических основ гидравлического аккумулирования энергии возобновляемых источников, методик лабораторного и математического моделирова-
ния процессов в установках на основе ВИЭ, широким обобщением и іслассификациеи систем аккумулирования гидравлической, ветровой и солнечной энергии, разработкой алгоритмов и методик оптимизации параметров и эколого-экономического обоснования объектов нетрадиционной энергетики.
Практическая значимость диссертации состоит в разработке прикладных программ по определению технических ресурсов возобновляемых источников энергии, энергетических и технических параметров и состава установок для преобразования ВИЭ, а также в разработке практических рекомендаций по оптимальному размещению таких систем энергоснабжения и доведение результатов исследований до практического использования.
Использование рекомендаций автора на стадии предпроектных и проектных проработок позволяет повысить конкурентноспособность и экономическую эффективность систем энергоснабжения на основе ВИЭ, что крайне важно для улучшения экологической и социальной обстановки, особенно в энергодефицитных регионах.
Основные результаты научных исследований были использованы : при разработках технико-экономических докладов по оценке ресурсов и возможной доле участия нетрадиционных возобновляемых источников энергии в регионах Дальнего Востока и Забайкалья.а также в Вологодской, Псковской, Новгородской, Ленинградской областях, выполненных по заказу Управления энергоресурсосбережения и нетрадиционных видов энергии Минтопэнерго Российской Федерации и АО Ленгидропроект. Программные комплексы и методики использованы в проектах АО "УПЦ Энергия" и МП "Экоэнергетика": 1) системы энергоснабжения тепличного хозяйства автотранспортного предприятия г.Улан-Уде; 2) системы энергоснабжения объектов историко-национального значения острова Валаам; 3) систем энергообеспечения ряда фермерских хозяйств в Ленинградской, Вологодской, Тюменской областях. Ряд предложений автора нашел отражении в разработанной по заказу СПб общества энергетиков и электротехников опытно-конструкторской документации и созданном опытном образце ветроагрегата мощностью 2 кВт. Результаты лабораторных исследований использованы в конструкторских разработках обратимых колес для низконапорных ГЭС-ГАЭС в ПО "Турбоатом" и в проектах реконструкции Киевской и Каневской ГЭС в институте Укргидропро-ект.
Большинство результатов теоретических и экспериментальных ис
следований используются в учебном процессе кафедры возобновляю
щихся источников энергии и гидроэнергетики (ВИЭГ) Санкт-
Петербургского государственного технического университета при
подготовке инженеров по специальности 100300
Тидроэлектроэнергетика" в виде учебных лабораторных стендов по
исследованию низконапорных агрегатов ГЭС, ГАЭС, НС и обратимых агрегатов, методик исследований, программных комплексов, методических рекомендаций для курсового и дипломного проектирования, а также в учебных планах и программах по впервые открываемой на кафедре ВИЭГ специальности 100900 "Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии".
Апробация работы выполнена в виде докладов на Всесоюзных, республиканских и Международных конференциях: Международный симпозиум "Топливно-энергетические ресурсы России и других стран СНГ"( СПб, 1995), Международная конференция "Нетрадиционная энергетика и технология" (Владивосток, 1995), Научно-практическая конференция на Международной выставке "Энергетика-95" (СПб,1995), Российско-датский семинар по ветровому атласу России" (Истра, 1995), Международная конференция "Экология и безопасность жизнедеятельности. Энергетика и технология" (Владивосток, 1994), Международная научно-техническая конференция "Современные проблемы нетрадиционной энергетики" (СПб, 1994), Международная конференция "Автономная энергетика сегодня и зав-тра"(СПб,1993г), Международный симпозиум "Проблемы геотермальной энергии" (СПб,1993г), Международный семинар "Перспективы использования возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе Карелии" (Петрозаводск, 1993г), 3-я Международная конференция по энергетике океана (Владивосток, 1990г), Всесоюзная конференция "Прикладные и теоретические вопросы нетрадиционной энергетики" (Л.,1990г), Всесоюзное научно-техническое совещание "Опыт эксплуатации и реконструкции гидротурбинного оборудования" (Усть-Нарва, 1989г), Всесоюзное совещание "Перспективы развития и создания единой научно-технической, производственной и эксплуатационной базы Краснодарского края по использованию возобновляемых источников энергии и проблемы их использования в народном хозяйстве страны" (Геленджик, 1988г), Всесоюзное научно-техническое совещание "Состояние и перспективы развития гидроэнергетики" (Л.,1988г), на научных семинарах кафедры ВИЭГ СП6ГТУ, а также на семинаре на Гидротехническом факультете Университета Цинь Хуа (г. Пекин, КНР, март 1996г.).
По теме диссертации автором опубликовано 60 статей, получено 4 авторских свидетельства на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения , приложений и списка использованной литературы, включающего 189 наименований. Работа содержит 236 стр. машинописного текста, а также 43 рисунка, 16 таблиц и8приложений.
