Проектирование Microgrid на возобновляемых источниках энергии

1.

Инженерный кейс
Проектирование Microgrid на
возобновляемых источниках энергии
*подробные расчеты приложены в текстовом файле
Команда:
Коробка
Linux

2.

Введение
На сегодняшний день во всем мире стоит огромная проблема с
выработкой электроэнергии. Текущие методы получения электроэнергии
сильно загрязняют окружающую среду. Также стоимость покупки
электроэнергию государственных компаний достаточно велика. Тут на
помощь приходят Microgrid сети с установками ВИЭ. За счет этих сетей
каждый сможет вырабатывать именно такое количество электроэнергии,
которое ему нужно, а также продавать излишки этой энергии
государственному поставщику. Таким образом государственные компании
смогут снизить количество электростанций, которые загрязняют
окружающую среду, а люди смогут полностью или частично снизить
расходы на электроэнергию, а также после полной отработки стоимости
установок ВИЭ, они смогут приносить прибыль

3.

Microgrid сеть – это локальная
энергосистема, которая предполагает на
определенной территории собственных
энергосетевых
структур
способных
работать, в том числе автономно.

4.

Описание задачи
В районе города N-ск расположен коттедж, хозяин которого имеет в
пользовании электромобиль марки Tesla и индивидуальную зарядную станцию
«медленного» типа;
Климатические условия позволяют использовать в данном географическом
районе для выработки электрической энергии установки возобновляемой
энергетики ВИЭ (ветростанцию и / или фотоэлектрическую панель);
Коттедж обеспечивается электрической энергией от централизованной сети
электроснабжения, а установки ВИЭ предполагается использовать для
замещения покупной электрической энергии за счет собственной выработки

5.

Исходные данные
Потребляемая коттеджем электрическая мощность без учета мощности при
зарядке электромобиля: минимальная (летняя ночь) – 1 кВт, максимальная
(зимнее утро / вечер) – 7 кВт
Мощность зарядной станции «медленного» типа для электромобиля – 3,5 кВт
Напряжение в сети коттеджа и во внешней по отношению к коттеджу сети – 0,4
кВ
В качестве электрического трансформатора выбран трансформатор компании
«СВЭЛ» (г. Екатеринбург, www.svel.ru)

6.

Задачи проекта
Разработать структурную схему электроснабжения коттеджа от установок ВИЭ
Выбрать дополнительное оборудование, необходимое для того, чтобы источник ВИЭ мог
выдать электрическую энергию в электросеть коттеджа и предусмотреть прибор учета
электрической энергии для выдачи ее во внешнюю (относительно коттеджа) сеть
Рассчитать сечение проводников от источника ВИЭ до электрического трансформатора
Для всех устройств, используемых в структурной схеме, указать их производителя и адрес в
Интернет, откуда получена информация (если оборудование не серийное, указать это),
указать параметры работы (например, электрическое напряжение, ток…)
Оценить стоимость реализации проекта и срок окупаемости при стоимости электроэнергии
во внешней сети, соответствующей стоимости в городе N-ск. Дать рекомендации по
снижению строка окупаемости

7.

Статистика
Исходя из полученных
данных можно сделать
вывод, что в большинстве
регионов России
использование Ветреных
электростанций не
выгодно

8.

Типовые виды электростанций
Для электростанции комбинированного вида
(из нескольких видов возобновляемых источников энергии)
1. Ветряк
2. Солнечные панели
3. Контроллер заряда аккумуляторов
4. Аккумулятор
5. Инвертор
6. Двунаправленный прибор учета
электроэнергии

9.

Для электростанции на солнечных батареях
1. Солнечная батарея
2. Контроллер заряда аккумуляторов
3. Инвертор
4. Аккумулятор
5. Двунаправленный прибор учета
электрической энергии

10.

Преимущества и недостатки
схем электрогенерации
Генерация электроэнергии на основе
Ветряных генераторов
ДОСТОИНСТВА:
1) Эффективность
НЕДОСТАТКИ:
1) Необходимость в ориентации согласно
направлению потоков воздуха
2) Высокий шум
3) Сильные вибрации
4) Высокая стоимость
5) Невысокий КПД
Солнечных батарей
ДОСТОИНСТВА:
1) Простота конструкции
2) Полностью беззвучные
3) Большой эксплуатационный срок
4) Простое обслуживание системы
НЕДОСТАТКИ:
1) Необходимость больших начальных
вложений
2) Зависимость от погодных условий
3) Низкий КПД

11.

Расчет элементной базы
Для расчетов возьмем город Самара
МОЩНОСТЬ
Pмах = Pзим+ Pзар+ Pрез = 7+3,5+1 = 11,5 кВт
С учетом потерь в 20 процентов:
11,5*1,2=13,8 кВт
АКУМУЛЯТОР
Напряжение батареи составляет 48 вольт
Емкость 204 Ач
Cобщ=13 800/48 = 287,5 Ач
Кол-во аккумуляторов=28,5/204=1,4 шт
Округляем в большую сторону, итого
требуется 2 аккумулятора
СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ
Производительность = Коэффициент инсоляции*Площадь
одной батареи*КПД
Среднесуточная производительность одной батареи:
Годовая: 3,94*2,17*0,22=1,881 кВт
Максимальная: 6,26*2,17*0,22=2,988 кВт
Минимальная: 1,58*2,17*0,22= 0,754 кВт
Необходимое количество солнечных панелей:
При максимальной производительности: 13,8/2,988=4,6 > 5
При минимальной производительности: 13,8/0,754=18,3 > 19

12.

Расчет элементной базы
Для расчетов возьмем город Самара
КОНТРОЛЕР
В один контроллер можно объединить 5280/450=11,7 округляем в меньшую
сторону 11 батарей.
Таким образом необходимо 2 контроллера.
ТРАНСФОРМАТОР
Предлагается использовать в виде разделительного трансформатора для
отделения цепей электротехнических устройств от напряжений, поставляемых
электрической цепью, изготавливается по спецификациям потребителя
ПРОВОДНИК ОТ ВИЭ ДО ТРАНСФОРМАТОРА
Согласно правил эксплуатации электроустановок 7 в жилых зданиях следует
примять кабели и провода с медными жилами
необходимое сечение кабеля при токе в 16 ампер и открытой проводке не менее
1мм2 , для скрытой проводки не менее 2мм2

13.

Структурная схема

14.

Краткие технические
характеристики
Солнечные батареи
Модель: SIM480-24-9BB-PERC
Мощность: 480 Вт
Рабочий вольтаж: 41В
Рабочий ток: 10А
Срок службы: не менее 30 лет
Аккумулятор
Модель: LiFePO4-48-200
Напряжение: 48В
Ёмкость: 204А*ч (9,4Вт*ч)
Максимальный ток заряда/
разряда: 100А
Контроллер заряда
Модель: SRNE SR-MC48100H 100A
Напряжение сети: 12/24/36/48 В
Ток заряда: 100А
Мощность солн. батарей: 5280 Вт
Инвертор
Модель: SILA PRO 15000MH
Количество фаз: 3
Мощность: 15000 Вт
Выходное DC напряжение: 48В
Счетчик
Модель: 302АРТ
Класс точности: 1
Количество тарифов: 8
Количество фаз: 3
Направление:
Двунаправленный

15.

Бюджет проекта
Затраты на создание системы
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
Наименование
Солнечная батарея
SilaSolar 450Вт PERC
(Twin Power)
Контроллер заряда SRNE
SR-MC48100H 100А
Гибридный трехфазный
солнечный инвертор
SILA PRO 15000MH
Аккумулятор
SunStonePower LiFePO4
48-200
Электросчетчик
МАЯК 302АРТ
ИТОГО
*без учета стоимости оплаты установки,
заказа трансформатора, проводников для
соединениясистем т.к. цены индивидуальны.
Стоимость
за 1 ед
Кол-во
СУММА
16 064 ₽
19
305 216 ₽
42 496 ₽
2
48 992 ₽
324 480 ₽
1
324 480 ₽
354 688 ₽
2
709 376 ₽
5 498 ₽
1
5 498 ₽
1 393 562 ₽

16.

Расчет доходов от продажи электроэнергии
Месяц
Выработка в
месяц
кВт
январь
февраль
март
апрель
май
июнь
июль
август
сентябрь
октябрь
ноябрь
декабрь
ГОД
494,891936
706,055504
1166,93269
1371,47472
1673,07217
1703,45868
1718,062346
1442,497518
1061,2602
747,961676
503,4183
444,277988
13033,36373
кВт для
Общее
Среднесуточное
зарядки
потребление в
потребление
автомобиля
месяц
в месяц
7
94,08
311,08
7
94,08
290,08
4
94,08
218,08
4
94,08
214,08
4
94,08
218,08
4
94,08
214,08
4
94,08
218,08
4
94,08
218,08
5
94,08
244,08
7
94,08
311,08
7
94,08
304,08
7
94,08
311,08
5,333
1128,96
3071,96
Срок окупаемости системы
При однотарифном счетчике 28 лет
При двухтарифном счетчике 30,5 лет
Избыток
выработки
Тариф на
продажу
Доход
183,811936
415,975504
948,85269
1157,39472
1454,99217
1489,37868
1499,98235
1224,41752
817,1802
436,881676
199,3383
133,197988
9961,40373
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
643,34 ₽
1 455,91 ₽
3 320,98 ₽
4 050,88 ₽
5 092,47 ₽
5 212,83 ₽
5 249,94 ₽
4 285,46 ₽
2 860,13 ₽
1 529,09 ₽
697,68 ₽
466,19 ₽
34 864,91 ₽

17.

Оценка ожидаемых
результатов
От данного проекта ожидается качественная и
стабильная работа, в течение длительного времени с
минимальным количеством обслуживания, что, конечно же,
сказывается на стоимости и сроках окупаемости. При этом
данный проект обеспечит независимость коттеджа от общей
сети электропитания, но при этом будет сохранена возможность
в случае нештатных ситуаций принимать электроэнергию из
общей сети.

18.

Перспективы развития
В качестве развития проекта предлагается подключение системы
«умный дом», которая сможет не только улучшить качество жизни, но и
значительно уменьшить расход электричества в коттедже, что увеличит
продажи электроэнергии во внешнюю сеть, а значит, принесет больший доход,
что быстрее окупит систему.
Также при наращивании мощности батарей без изменения
других параметров мы можем дополнительно сократить сроки окупаемости
так если увеличить количество батарей до 22 единиц то стоимость проекта
возрастет до 1 477 754 ₽, что больше первоначальной на 85 192 ₽, то сроки
окупаемости сократятся до 26, и 28 лет соответственно.

19.

Заключение
В данном проекте мы разработали Micro-grid сеть, которая обеспечит коттедж
электроэнергией из экологически чистых, возобновляемых источников энергии,
также рассмотрели вопросы рентабельности производителей. Рассмотрели
вопросы окупаемости и возможности развития таких сетей.
В будущем в случае создания хорошей законодательной базы и улучшения
условий для Micro-grid сетей, данные сети могут на достаточно серьезном уровне
вытеснить централизованных поставщиков электроэнергии, так как они более
независимы и экологичны.

20.

Инженерный кейс
Проектирование Microgrid на
возобновляемых источниках энергии
Команда:
Коробка
Linux