Жаңартылмалы энергия көздерін қолданудағы техникалық мәселелер

Қоршаған орта мониторингі. Жаңартылмалы энергия көздерін қолдау жайлы шешімнің негізінде берілген аймақтағы қоршаған ортаның жағдайын бақылау(мониторинг) жатады. Бұл жағдайда нақты энергетикалық жүйені жоспарлауға қажетті параметрлердің бәрі енгізілгені дұрыс.

Сур. Жаңартылатын энергия көздерінің тұтынушылармен байланыс жүйесі.Энергия жұмсау тізбегіндегі жеке бөліктер кедергісі аз болған сайын,энергетикалық қондырғылар көлемі азая түседі.

Берілген метеостанциялар мақсаттық бақылаудың қорытындысымен салыстырмалы талдау жасауға негіз ретінде алынуы мүмкін. Мысалы, жақын метеостанцияның мәліметтерін қолдана отырып жел құрылғыларын орналастыратын жерді бірнеше ай бойы бақылау нәтижесінде жел жылдамдығының өзгеруін салыстыра отырып, жел жылдамдығын бақылаудың нәтижесін экстраполяциялауға болады.

Жаңартылмалы энергия көздерін бағалау қиындық туғызады, себебі оның негізіне қалыпты метеомәліметтер қолданылмайды. Бұл жағдайда өлшеудің арнайы әдісі мен сәйкес құралдар қажет және адам мен материалды ресурстар да көбірек керек болады. Қуанышқа орай, метеорологя мәліметтеріне, ауылшаруашылық ғылымына және теңіз жайлы ғылымға сүйене отырып қажетті ақпараттардың үлкен бөлігін алуға болады.

Энергияны тұтынушылар және олардың сипаттамасы. Энергияны өндіру үшін оған қажеттілікті барлық жақтан алдын ала зерттеп – білу қажет. Себебі энергияны өндіру арзанға түспейді және қоршаған ортаға жағымсыз әсері болуы мүмкін, сондықтан оны тиімді әрі үнемдеп жұмсау керек.

Электр торларында энергияны тұтынушылар жүк салмақ деп аталады және оның сипаттамасы көбінесе қолданылып жатқан энергия көздеріне тәуелді болады. Энергетиканың дамуына қаржы сала отырып, тұтынушылардың тиімділігі мен үнемділігін арттыру энергия өндірісін көбейтуден де пайдалы екенін естен шығармау керек.

Энергия көбінесе көлікке және жылу өндіруге жұмсалады. Бұл тұтынушыларда түрлі энергия қорлары бар(аккумулятор), сондықтан оларды энергетикалық жүйеге қосу энергия өндірісінің тиімділігін арттыруы мүмкін.

Энергия көздері мен тұтынушылардың келісімі. Тұтынушылар сипаты мен жаңартылмалы энергияның потенциалды көздерін талдап болған соң, оларды бір – бірімен келістіру керек. Ол келесідей шарттардан тұрады:

1. Энергоқұрылғы жаңартылмалы энергияны максималды тиімділікпен пайдалануы керек. Г, Д және Е-нің энергия ағымына қарсылығы минималды болғаны дұрыс(1.4, а -сурет). Бұл жағдайда энергетикалық құрылғы мен оның мөлшері минимум болады.

2. Тұтынушы мен энергия көзінің арасындағы теріс байланысты басқару жүйесін қолдану тиімсіз, себебі қоршаған ортаға түрөзгерткіш өндірген энергияның бір бөлігін тастауға тура келеді(1.4, б - сурет). Мұндай тұрақтану шектік қажеттілік кезінде немесе энергияның барлық тұтынушылары қанағаттанған кезде ақталуы мүмкін. Жаңартылмалы энергияны қолданатын энергетикалық құрылғыларда кері байланыспен тұрақтандыру ұстанымының тиімсіздік себебі сол – қоршаған ортада мұндай энергия ағымы үнемі болады. Ал сарқылмалы энергия көзі үшін кері байланыспен тұрақтандыру тиімді, себебі оның шығынын азайтады.

3. §1.3 айтылғандай, энергияға сұраныс ешқашан ауытқымайды, ол да жаңартылмалы энергияны энергоқұрылғылармен өндіру сияқты. Энергоқұрылғының қуатын арттырмай сұраныс пен ұсынысты сәйкестендіру энергожүйге энергияны қорландырғышты қосу арқылы жүзеге асады(1.4, в - сурет). Жақсы энергия қорландырғыштар қымбат тұрады, әсіресе оларды жұмыс істеп жатқан энергожүйге арнап жасайтын болса(1.6 бөлімді қараңыз).

4. Егер жаңартылмалы энергияның энергоқұрылғыларын тұтынушылармен сәйкестендіру өте қиын болса, онда бұл мәселені шешуден бас тартады(1.4,г- сурет). Бұл жағдайда құрамы бойынша анағұрлым ірі және әмбебап энергия көздерінің жүйесіне қосу қажет. Егер мұндай жүйелерде энергия қорландырғыштар болса(мысалы, гидравликалық немесе жылулық) олардың тиімділігі артады және жаңартылмалы энергия құрылғыларында олардың үлесін көбейту мүмкін болады.

5. Жаңартылмалы энергия көздерін тиімді қолдану сызбасы 1.4, д – суретте көрсетілген. Мұндай сызбада әрбір сәтте энергия көздеріне сонша тұтынушы қосылады, ол жағдайда сомалық салмақ жүк ағымдағы көздің қуатына сәйкес болады. Бұл жағдайда жеке тұтынушыларда энергия қорландырғыштар болуы мүмкін немесе қайнар көздің өзгермелі параметрлеріне бейімделеді. Мұндай сызбаларда тікелей байланыс арқылы реттеу қолданылады(§1.4).

Басқару әдістері. Энергия көздері мен тұтынушыны келістіру үшін түрлі басқару әдістері қолданылады.

Мысалы, 1.5,б – суретте көрсетілген су қоймасы гидростанцияларда 10МВт-тан кем емес қуатпен жабдықталады. Су шығынын механикалық тұрақтандыру 10МВт-тан көп қуатты бар станцияларда өте қымбат және шектен тыс рабайсыз болады. Су қоймаларының тағы бір кемшілігі – қоршаған ортаға тигізетін зиянының бары. Өзгерген энергияның қорланырғышы ретінде аккумуляторлы батареяларды, электролизді құрылғыларды қолдануға болады. Мұндай құрылғылар кішкентай энергоқұрылғыларда әсіресе тиімді. Жылу қорландырғыштар қазіргі уақытта ескірген болып саналады.

1.5-сур.Әртүрлі басқару әдістерін қолдану мысалдары.Артық суды шығару гидротурбина кірісіндегі қысымды тұрақты сақтап тұруға мүмкіндік береді (а). Су шағынсыз ГЭС-та электр энергия сақтағышын қолдану (б). Жүктемені басқару(тура байланысты басқару) (в).

1 - жүктеме; 2 - генератормен турбина; 3- аккумулятор; 4 – қысыммен су беру; 5 – басқару каналы; 6 – электр бағыттағыш қондырғы; 7 – әртүрлі тұтынушылар;

1. Артық энергияны шығару мүмкіндігі бар жүйе. Жаңартылатын энергия көздерінің энергия ағындары әрқашан болады,бірақ оларды қолданбаса,оларды қайтымсыз жоғалады.Сонда да,осы энергияның бөлігін шығаруға негізделген басқару әдісі ең қарапайым және арзан болып табылады. Осы әдісті,мысалға, ГЭС-тарда (1.5-сур. а),басқарылатын қалақшалы күн сәулесімен ғимараттарды жылыту жүйелерінде қолданылады.

2. Энергия сақтағышты(аккумулятор) жүйе. Сақтағыштар энергияны алғашқы,түрлендірілмеген, күйде де, түрленген күйде де сақтай алады.Бірінші жағдайда жаңартылатын энергия қорын басқару жаңартылмайтын энергия қорын басқаруға ұқсас. Осындай сақтағышты басқару әдісінің негізгі кемшілігі – олардың салыстырмалы жоғары бағасы,кішкене энергоқондырғыда қолдану қолдану ауырлығы және дистанциялық басқаруда ыңғайсыздығы.

3. Жүк салмақты реттейтін жүйе. Мұндай жүйелер энергияға сұраныс пен ұсыныс арасындағы қатынасты тұтынушылар санын қосып – алу арқылы реттейді. Тұрмыстық электр жабдықтауыштарға арналған кішкентай тұрақтандырғыштың сызбасы 1.5, в-суретте көрсетілген(§8.6). Мұндай тұрақтандыру кез келген жүйеде қолданылады, бірақ оны түрлі тектегі тұтынушылар саны көп болғанда қолданған тиімдірек. Жаңартылмалы энергия көздері бар энергожүйелерде қолданудағы оның артықшылығы мынада:

1) тұтынушыларды нақты қайнар көздегі қуатқа сәйкес қосу немесе алу жаңартылмалы энергияның шығынын азайтуға көмектеседі;

2) реттеудің көп каналды жүйесінде түрлі тұтынушылардың қажеттілігі мен ерекшелігі ескеріледі, мысалы бірінші алынатын төмен басымдылығы бар тұтынушылар төмен бағадағы энергиямен қамтамасыз етіледі немесе қыздырғыш құралдар көлемі бойынша тұрақсыз кернеумен қоректенеді;

3) белгі аккумуляторлық қасиеттері бар тұтынушылар өздерінің бұл ерекшелігін тиімді қолдана алады, яғни энергия қымбат болатын маусымдарда өшіріледі;

4) мұндай тұрақтандырғыш жүйелерде сенімді, нақты, төмен инерциалы және қымбат емес электронды және микропроцессорлық құрылғыларды қолдануға болады.

Тікелей байланысты салмақ жүк реттегіштері автономды жел энергетикалық құрылғыларда қолдануға ыңғайлы(9-бөлім, §9.10). Жел жылдамдығы тез ауытқуы мүмкін және жел құрылғысында максималды қуатты ұстап тұру үшін жел дөңгелектерінің айналу жиілігін тұрақтандыру керек. Тікелей байланысты салмақ жүгі бар электронды тұрақтанғыштардың механикалық тұрақтандырғыштардан айырмашылығы - бұл мәселені қарапайым және арзан шешуге мүмкіндік береді. Мұндай тұрақтандыру сызбасы 1.6 – суретте көрсетілген.

Сур. Фэйр(Шотландия) аралының жел энергетикалық жүйесінің сызбасы. Тұтынушыларды қосу және алу өндіріліп жатқан электр энергиясы жиілігінің өзгеруімен тұрақталады, осылай энергияны тұтыну мен оны өндіру келісіледі.