Оценка эффективности внедрения трекерных установок в солнечные электростанции в условиях Севера
Ключевые слова:
трекерная установка, солнечная электростанция, дизельное топливо, выработка электроэнергии
Аннотация
Оценена эффективность применения трекерных установок в солнечных электростанциях, размещенных на изолированных и отдаленных территориях Севера. Электроснабжение территории Севера осуществялется с помощью дизельных электростанций, потребляющих значительное количество дорогостоящего топлива. Уменьшение объемов потребления топлива на данных объектах путем применения способов увеличения эффективности работы солнечных электростанций — актуально и востребовано.
Использованы методы определения эффективности применения трекерных установок в объектах гелиоэнергетики, обработки данных работы объектов автономной генерации.
Получены контрольные параметры изменения генерирующей мощности и выработки электроэнергии от солнечной электростанции с трекерными установками. Вычислены объемы уменьшения потребления дизельного топлива в объекте автономной генерации вследствие работы солнечной электростанции. Сформированы рекомендации по устойчивой эксплуатации солнечной электростанции с трекерными установками в условиях Севера. Функционирование солнечной электростанции с трекерными установками на период с декабря по январь невозможно в условиях негативного влияния экстремально низких температур окружающей среды. Полученные результаты исследований по оценке применения трекерных установок могут быть использованы при актуализации программ прикладных мероприятий, направленных на повышение эффективности объектов автономной генерации в условиях Севера.
Сформированы рекомендации по устойчивому функционированию и эксплуатации солнечной электростанции с трекерными установками. Зафиксировано увеличение выработки электроэнергии от фотоэлектрических панелей с трекерными установками на 48,9% при сравнении с наземно-стационарным размещением панелей. Доля уменьшения объемов потребления дизельного топлива вследствие функционирования блока с трекерными установками и фотоэлектрическими панелями составила 42,6% от среднегодовой суммарной экономии топлива по объекту. Улучшены показатели эксплуатационной надежности объекта автономной генерации после внедрения трекерных установок в солнечную электростанцию. Однако срок окупаемости трекерных установок составляет 9 — 12 лет, что не соответствует требованиям экономической эффективности.
Литература
1. Местников Н.П., Бурянина Н.С., Королюк Ю.Ф., Васильев П.Ф. Исследование эксплуатации комбинированной системы электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии на Дальнем Востоке России // Вопросы электротехнологии. 2021. № 2(31). С. 68—81.
2. Мирошниченко А.А. и др. Анализ стратегий управления гибридным энергокомплексом на базе возобновляемых источников энергии // Вестник МЭИ. 2020. № 5. С. 67—78.
3. Лукутин Б.В., Киушкина В.Р. Характеристики энергетической безопасности децентрализованного района и автономного объекта электрификации // Вестник Иркутского гос. техн. ун-та. 2021. Т. 25. № 1(156). С. 66—79.
4. Лукутин Б.В., Киушкина В.Р., Иванов И.С. Критерии вовлечения ВИЭ в повышение энергетической безопасности изолированных труднодоступных территорий Севера и Арктической зоны РФ // Журнал Сибирского федерального ун-та. Серия «Техника и технологии». 2021. Т. 14. № 5. С. 507—519.
5. Захаров В.Е., Прохоров Д.В., Петрова Т.Н. Энергетическая безопасность потребителей в зоне обслуживания Центрального района электроэнергетической системы Республики Саха (Якутия) // Энергосбережение и водоподготовка. 2022. № 6(140). С. 29—33.
6. Элякова И.Д. Концептуальный подход обеспечения энергетической безопасности регионов севера // Экономика и предпринимательство. 2019. № 11(112). С. 300—305.
7. Обухов С.Г., Плотников И.А. Математическая модель прихода солнечной радиации на произвольно-ориентированную поверхность для любого региона России // Альтернативная энергетика и экология. 2017. № 16—18(228—230). С. 43—56.
8. Местников Н.П. и др. Исследование функционирования фотоэлектрической установки в условиях облачной погоды на территории Севера // iPolytech J. 2022. № 26(1). С. 81—91.
9. Васильев, П.Ф., Местников Н.П. Исследование функционирования фотоэлектрической солнечной установки в условиях лесных пожаров на территории Северной части Дальнего Востока России // Международный технико-экономический журнал. 2021. № 4. С. 25—34.
10. Местников Н.П. и др. Исследование влияния температуры окружающей среды на функционирование фотоэлектрической установки // iPolytech Journal. 2023. № 27(1). С. 134—146.
11. Кирпичникова И.М., Махсумов И.Б., Шестакова В.В. Снижение генерации электрической энергии солнечными модулями в условиях запыленности местности // iPolytech Journal. 2023. № 27(1). С. 83—93.
12. Местников Н.П., Васильев П.Ф., Куркина И.И. Разработка способа защиты поверхности солнечной панели от снежного покрова в условиях Cевера // Международный технико-экономический журнал. 2022. № 1. С. 46—55.
13. Шакиров В.А., Иванова И.Ю. Оценка солнечной радиации на Северо-Востоке России с использованием регрессионных моделей // EURASTRENCOLD-2022: Сб. трудов X Евразийского симпозиума по проблемам прочности и ресурса в условиях климатически низких температур, посвященный 100-летию образования ЯАССР и 300-летию Российской Академии наук. Якутск, 2022. С. 467—471.
14. Ya'u M.J. A Review on Solar Tracking Systems and Their Classifications // J. Energy, Environmental & Chem. Eng. 2017. V. 2(3). Pp. 46—50.
15. Манусов В.З. и др. Оценка энергетического потенциала солнечной радиации региона с применением солнечного трекера // Научный вестник Новосибирского гос. техн. ун-та. 2020. № 1(78). С. 189—203.
16. Masih A. Modelling the Atmospheric Concentration of Carbon Monoxide by Using Ensemble Learning Algorithms // Proc. V Intern. Young Sci. Conf. Information Technol., Telecommunications and Control Systems. Yekaterinburg, 2018. V. 2298. Pp. 1—7.
17. Обухов С.Г., Плотников И.А. Выбор параметров и анализ эффективности применения систем слежения за солнцем // Известия Томского политехн. ун-та. Серия «Инжиниринг георесурсов». 2018. Т. 329. № 10. С. 95—106.
18. Nsengiyumva W., Chen S.G., Hu L., Chen X. Recent Advancements and Challenges in Solar Tracking Systems (STS): a Review // Renewable and Sustainable Energy Rev. 2018. V. 81. Pp. 250—279.
19. Хабаров В.И. Логические аспекты планирования и анализа экспериментов // Вычислительные технологии. 2020. Т. 25. № 3. С. 142—151.
20. Горленко О.А., Борбаць Н.М., Можаева Т.П. Планирование и дисперсионный анализ факторных экспериментов. Брянск: Изд-во Брянского гос. техн. ун-та, 2017.
---
Для цитирования: Местников Н.П., Корякин А.К., Васильев П.Ф., Альзаккар А.М-Н. Оценка эффективности внедрения трекерных установок в солнечные электростанции в условиях Севера // Вестник МЭИ. 2023. № 6. С. 67—76. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-6-67-76
#
1. Mestnikov N.P., Buryanina N.S., Korolyuk Yu.F., Vasil'ev P.F. Issledovanie Ekspluatatsii Kombinirovannoy Sistemy Elektrosnabzheniya na Osnove Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii na Dal'nem Vostoke Rossii. Voprosy Elektrotekhnologii. 2021;2(31):68—81. (in Russian).
2. Miroshnichenko A.A. i dr. Analiz Strategiy Upravleniya Gibridnym Energokompleksom na Baze Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii. Vestnik MEI. 2020;5:67—78. (in Russian).
3. Lukutin B.V., Kiushkina V.R. Kharakteristiki Energeticheskoy Bezopasnosti Detsentralizovannogo Rayona i Avtonomnogo Ob'ekta Elektrifikatsii. Vestnik Irkutskogo Gos. Tekhn. Un-ta. 2021;25;1(156):66—79. (in Russian).
4. Lukutin B.V., Kiushkina V.R., Ivanov I.S. Kriterii Vovlecheniya VIE v Povyshenie Energeticheskoy Bezopasnosti Izolirovannykh Trudnodostupnykh Territoriy Severa i Arkticheskoy Zony RF. Zhurnal Sibirskogo Federal'nogo Un-ta. Seriya «Tekhnika i Tekhnologii». 2021;14;5:507—519. (in Russian).
5. Zakharov V.E., Prokhorov D.V., Petrova T.N. Energeticheskaya Bezopasnost' Potrebiteley v Zone Obsluzhivaniya Tsentral'nogo Rayona Elektroenergeticheskoy Sistemy Respubliki Sakha (Yakutiya). Energosberezhenie i Vodopodgotovka. 2022;6(140):29—33. (in Russian).
6. Elyakova I.D. Kontseptual'nyy Podkhod Obespecheniya Energeticheskoy Bezopasnosti Regionov Severa. Ekonomika i Predprinimatel'stvo. 2019;11(112):300—305. (in Russian).
7. Obukhov S.G., Plotnikov I.A. Matematicheskaya Model' Prikhoda Solnechnoy Radiatsii na Proizvol'no-orientirovannuyu Poverkhnost' dlya Lyubogo Regiona Rossii. Al'ternativnaya Energetika i Ekologiya. 2017;16—18(228—230):43—56. (in Russian).
8. Mestnikov N.P. i dr. Issledovanie Funktsionirovaniya Fotoelektricheskoy Ustanovki v Usloviyakh Oblachnoy Pogody na Territorii Severa. iPolytech J. 2022;26(1):81—91. (in Russian).
9. Vasil'ev, P.F., Mestnikov N.P. Issledovanie Funktsionirovaniya Fotoelektricheskoy Solnechnoy Ustanovki v Usloviyakh Lesnykh Pozharov na Territorii Severnoy Chasti Dal'nego Vostoka Rossii. Mezhdunarodnyy Tekhniko-ekonomicheskiy Zhurnal. 2021;4:25—34. (in Russian).
10. Mestnikov N.P. i dr. Issledovanie Vliyaniya Temperatury Okruzhayushchey Sredy na Funktsionirovanie Fotoelektricheskoy Ustanovki. iPolytech Journal. 2023;27(1):134—146. (in Russian).
11. Kirpichnikova I.M., Makhsumov I.B., Shestakova V.V. Snizhenie Generatsii Elektricheskoy Energii Solnechnymi Modulyami v Usloviyakh Zapylennosti Mestnosti. iPolytech Journal. 2023;27(1):83—93. (in Russian).
12. Mestnikov N.P., Vasil'ev P.F., Kurkina I.I. Razrabotka Sposoba Zashchity Poverkhnosti Solnechnoy Paneli ot Snezhnogo Pokrova v Usloviyakh Cevera. Mezhdunarodnyy Tekhniko-ekonomicheskiy Zhurnal. 2022;1:46—55. (in Russian).
13. Shakirov V.A., Ivanova I.Yu. Otsenka Solnechnoy Radiatsii na Severo-Vostoke Rossii s Ispol'zovaniem Regressionnykh Modeley. EURASTRENCOLD-2022: Sb. Trudov X Evraziyskogo Simpoziuma po Problemam Prochnosti i Resursa v Usloviyakh Klimaticheski Nizkikh Temperatur, Posvyashchennyy 100-letiyu Obrazovaniya YAASSR i 300-letiyu Rossiyskoy Akademii Nauk. Yakutsk, 2022:467—471. (in Russian).
14. Ya'u M.J. A Review on Solar Tracking Systems and Their Classifications. J. Energy, Environmental & Chem. Eng. 2017;2(3):46—50.
15. Manusov V.Z. i dr. Otsenka Energeticheskogo Potentsiala Solnechnoy Radiatsii Regiona s Primeneniem Solnechnogo Trekera. Nauchnyy Vestnik Novosibirskogo Gos. Tekhn. Un-ta. 2020;1(78):189—203. (in Russian).
16. Masih A. Modelling the Atmospheric Concentration of Carbon Monoxide by Using Ensemble Learning Algorithms. Proc. V Intern. Young Sci. Conf. Information Technol., Telecommunications and Control Systems. Yekaterinburg, 2018;2298:1—7.
17. Obukhov S.G., Plotnikov I.A. Vybor Parametrov i Analiz Effektivnosti Primeneniya Sistem Slezheniya za Solntsem. Izvestiya Tomskogo Politekhn. Un-ta. Seriya «Inzhiniring Georesursov». 2018;329;10:95—106. (in Russian).
18. Nsengiyumva W., Chen S.G., Hu L., Chen X. Recent Advancements and Challenges in Solar Tracking Systems (STS): a Review. Renewable and Sustainable Energy Rev. 2018;81:250—279.
19. Khabarov V.I. Logicheskie Aspekty Planirovaniya i Analiza Eksperimentov. Vychislitel'nye Tekhnologii. 2020;25;3:142—151. (in Russian).
20. Gorlenko O.A., Borbats' N.M., Mozhaeva T.P. Planirovanie i Dispersionnyy Analiz Faktornykh Eksperimentov. Bryansk: Izd-vo Bryanskogo Gos. Tekhn. Un-ta, 2017. (in Russian)
---
For citation: Mestnikov N.P., Koryakin A. K., Vasiliev P.F., Alzaccar A.M-N. Evaluating the Effectiveness of Using Tracker Installations at Solar Power Plants in the Northern Regions. Bulletin of MPEI. 2023;6:67—76. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-6-67-76
2. Мирошниченко А.А. и др. Анализ стратегий управления гибридным энергокомплексом на базе возобновляемых источников энергии // Вестник МЭИ. 2020. № 5. С. 67—78.
3. Лукутин Б.В., Киушкина В.Р. Характеристики энергетической безопасности децентрализованного района и автономного объекта электрификации // Вестник Иркутского гос. техн. ун-та. 2021. Т. 25. № 1(156). С. 66—79.
4. Лукутин Б.В., Киушкина В.Р., Иванов И.С. Критерии вовлечения ВИЭ в повышение энергетической безопасности изолированных труднодоступных территорий Севера и Арктической зоны РФ // Журнал Сибирского федерального ун-та. Серия «Техника и технологии». 2021. Т. 14. № 5. С. 507—519.
5. Захаров В.Е., Прохоров Д.В., Петрова Т.Н. Энергетическая безопасность потребителей в зоне обслуживания Центрального района электроэнергетической системы Республики Саха (Якутия) // Энергосбережение и водоподготовка. 2022. № 6(140). С. 29—33.
6. Элякова И.Д. Концептуальный подход обеспечения энергетической безопасности регионов севера // Экономика и предпринимательство. 2019. № 11(112). С. 300—305.
7. Обухов С.Г., Плотников И.А. Математическая модель прихода солнечной радиации на произвольно-ориентированную поверхность для любого региона России // Альтернативная энергетика и экология. 2017. № 16—18(228—230). С. 43—56.
8. Местников Н.П. и др. Исследование функционирования фотоэлектрической установки в условиях облачной погоды на территории Севера // iPolytech J. 2022. № 26(1). С. 81—91.
9. Васильев, П.Ф., Местников Н.П. Исследование функционирования фотоэлектрической солнечной установки в условиях лесных пожаров на территории Северной части Дальнего Востока России // Международный технико-экономический журнал. 2021. № 4. С. 25—34.
10. Местников Н.П. и др. Исследование влияния температуры окружающей среды на функционирование фотоэлектрической установки // iPolytech Journal. 2023. № 27(1). С. 134—146.
11. Кирпичникова И.М., Махсумов И.Б., Шестакова В.В. Снижение генерации электрической энергии солнечными модулями в условиях запыленности местности // iPolytech Journal. 2023. № 27(1). С. 83—93.
12. Местников Н.П., Васильев П.Ф., Куркина И.И. Разработка способа защиты поверхности солнечной панели от снежного покрова в условиях Cевера // Международный технико-экономический журнал. 2022. № 1. С. 46—55.
13. Шакиров В.А., Иванова И.Ю. Оценка солнечной радиации на Северо-Востоке России с использованием регрессионных моделей // EURASTRENCOLD-2022: Сб. трудов X Евразийского симпозиума по проблемам прочности и ресурса в условиях климатически низких температур, посвященный 100-летию образования ЯАССР и 300-летию Российской Академии наук. Якутск, 2022. С. 467—471.
14. Ya'u M.J. A Review on Solar Tracking Systems and Their Classifications // J. Energy, Environmental & Chem. Eng. 2017. V. 2(3). Pp. 46—50.
15. Манусов В.З. и др. Оценка энергетического потенциала солнечной радиации региона с применением солнечного трекера // Научный вестник Новосибирского гос. техн. ун-та. 2020. № 1(78). С. 189—203.
16. Masih A. Modelling the Atmospheric Concentration of Carbon Monoxide by Using Ensemble Learning Algorithms // Proc. V Intern. Young Sci. Conf. Information Technol., Telecommunications and Control Systems. Yekaterinburg, 2018. V. 2298. Pp. 1—7.
17. Обухов С.Г., Плотников И.А. Выбор параметров и анализ эффективности применения систем слежения за солнцем // Известия Томского политехн. ун-та. Серия «Инжиниринг георесурсов». 2018. Т. 329. № 10. С. 95—106.
18. Nsengiyumva W., Chen S.G., Hu L., Chen X. Recent Advancements and Challenges in Solar Tracking Systems (STS): a Review // Renewable and Sustainable Energy Rev. 2018. V. 81. Pp. 250—279.
19. Хабаров В.И. Логические аспекты планирования и анализа экспериментов // Вычислительные технологии. 2020. Т. 25. № 3. С. 142—151.
20. Горленко О.А., Борбаць Н.М., Можаева Т.П. Планирование и дисперсионный анализ факторных экспериментов. Брянск: Изд-во Брянского гос. техн. ун-та, 2017.
---
Для цитирования: Местников Н.П., Корякин А.К., Васильев П.Ф., Альзаккар А.М-Н. Оценка эффективности внедрения трекерных установок в солнечные электростанции в условиях Севера // Вестник МЭИ. 2023. № 6. С. 67—76. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-6-67-76
#
1. Mestnikov N.P., Buryanina N.S., Korolyuk Yu.F., Vasil'ev P.F. Issledovanie Ekspluatatsii Kombinirovannoy Sistemy Elektrosnabzheniya na Osnove Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii na Dal'nem Vostoke Rossii. Voprosy Elektrotekhnologii. 2021;2(31):68—81. (in Russian).
2. Miroshnichenko A.A. i dr. Analiz Strategiy Upravleniya Gibridnym Energokompleksom na Baze Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii. Vestnik MEI. 2020;5:67—78. (in Russian).
3. Lukutin B.V., Kiushkina V.R. Kharakteristiki Energeticheskoy Bezopasnosti Detsentralizovannogo Rayona i Avtonomnogo Ob'ekta Elektrifikatsii. Vestnik Irkutskogo Gos. Tekhn. Un-ta. 2021;25;1(156):66—79. (in Russian).
4. Lukutin B.V., Kiushkina V.R., Ivanov I.S. Kriterii Vovlecheniya VIE v Povyshenie Energeticheskoy Bezopasnosti Izolirovannykh Trudnodostupnykh Territoriy Severa i Arkticheskoy Zony RF. Zhurnal Sibirskogo Federal'nogo Un-ta. Seriya «Tekhnika i Tekhnologii». 2021;14;5:507—519. (in Russian).
5. Zakharov V.E., Prokhorov D.V., Petrova T.N. Energeticheskaya Bezopasnost' Potrebiteley v Zone Obsluzhivaniya Tsentral'nogo Rayona Elektroenergeticheskoy Sistemy Respubliki Sakha (Yakutiya). Energosberezhenie i Vodopodgotovka. 2022;6(140):29—33. (in Russian).
6. Elyakova I.D. Kontseptual'nyy Podkhod Obespecheniya Energeticheskoy Bezopasnosti Regionov Severa. Ekonomika i Predprinimatel'stvo. 2019;11(112):300—305. (in Russian).
7. Obukhov S.G., Plotnikov I.A. Matematicheskaya Model' Prikhoda Solnechnoy Radiatsii na Proizvol'no-orientirovannuyu Poverkhnost' dlya Lyubogo Regiona Rossii. Al'ternativnaya Energetika i Ekologiya. 2017;16—18(228—230):43—56. (in Russian).
8. Mestnikov N.P. i dr. Issledovanie Funktsionirovaniya Fotoelektricheskoy Ustanovki v Usloviyakh Oblachnoy Pogody na Territorii Severa. iPolytech J. 2022;26(1):81—91. (in Russian).
9. Vasil'ev, P.F., Mestnikov N.P. Issledovanie Funktsionirovaniya Fotoelektricheskoy Solnechnoy Ustanovki v Usloviyakh Lesnykh Pozharov na Territorii Severnoy Chasti Dal'nego Vostoka Rossii. Mezhdunarodnyy Tekhniko-ekonomicheskiy Zhurnal. 2021;4:25—34. (in Russian).
10. Mestnikov N.P. i dr. Issledovanie Vliyaniya Temperatury Okruzhayushchey Sredy na Funktsionirovanie Fotoelektricheskoy Ustanovki. iPolytech Journal. 2023;27(1):134—146. (in Russian).
11. Kirpichnikova I.M., Makhsumov I.B., Shestakova V.V. Snizhenie Generatsii Elektricheskoy Energii Solnechnymi Modulyami v Usloviyakh Zapylennosti Mestnosti. iPolytech Journal. 2023;27(1):83—93. (in Russian).
12. Mestnikov N.P., Vasil'ev P.F., Kurkina I.I. Razrabotka Sposoba Zashchity Poverkhnosti Solnechnoy Paneli ot Snezhnogo Pokrova v Usloviyakh Cevera. Mezhdunarodnyy Tekhniko-ekonomicheskiy Zhurnal. 2022;1:46—55. (in Russian).
13. Shakirov V.A., Ivanova I.Yu. Otsenka Solnechnoy Radiatsii na Severo-Vostoke Rossii s Ispol'zovaniem Regressionnykh Modeley. EURASTRENCOLD-2022: Sb. Trudov X Evraziyskogo Simpoziuma po Problemam Prochnosti i Resursa v Usloviyakh Klimaticheski Nizkikh Temperatur, Posvyashchennyy 100-letiyu Obrazovaniya YAASSR i 300-letiyu Rossiyskoy Akademii Nauk. Yakutsk, 2022:467—471. (in Russian).
14. Ya'u M.J. A Review on Solar Tracking Systems and Their Classifications. J. Energy, Environmental & Chem. Eng. 2017;2(3):46—50.
15. Manusov V.Z. i dr. Otsenka Energeticheskogo Potentsiala Solnechnoy Radiatsii Regiona s Primeneniem Solnechnogo Trekera. Nauchnyy Vestnik Novosibirskogo Gos. Tekhn. Un-ta. 2020;1(78):189—203. (in Russian).
16. Masih A. Modelling the Atmospheric Concentration of Carbon Monoxide by Using Ensemble Learning Algorithms. Proc. V Intern. Young Sci. Conf. Information Technol., Telecommunications and Control Systems. Yekaterinburg, 2018;2298:1—7.
17. Obukhov S.G., Plotnikov I.A. Vybor Parametrov i Analiz Effektivnosti Primeneniya Sistem Slezheniya za Solntsem. Izvestiya Tomskogo Politekhn. Un-ta. Seriya «Inzhiniring Georesursov». 2018;329;10:95—106. (in Russian).
18. Nsengiyumva W., Chen S.G., Hu L., Chen X. Recent Advancements and Challenges in Solar Tracking Systems (STS): a Review. Renewable and Sustainable Energy Rev. 2018;81:250—279.
19. Khabarov V.I. Logicheskie Aspekty Planirovaniya i Analiza Eksperimentov. Vychislitel'nye Tekhnologii. 2020;25;3:142—151. (in Russian).
20. Gorlenko O.A., Borbats' N.M., Mozhaeva T.P. Planirovanie i Dispersionnyy Analiz Faktornykh Eksperimentov. Bryansk: Izd-vo Bryanskogo Gos. Tekhn. Un-ta, 2017. (in Russian)
---
For citation: Mestnikov N.P., Koryakin A. K., Vasiliev P.F., Alzaccar A.M-N. Evaluating the Effectiveness of Using Tracker Installations at Solar Power Plants in the Northern Regions. Bulletin of MPEI. 2023;6:67—76. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-6-67-76
Опубликован
2023-09-05
Выпуск
Раздел
Электроэнергетика (технические науки) (2.4.3)
