Возобновляемые источники энергии в отличие от невозобновляемых неисчерпаемы и экологически чисты. К ним относятся: ветер, солнечная радиация, приливы, морские волны, геотермальная энергия и т. д. Непрерывное развитие технологий использования возобновляемых источников энергии является движущей силой развития интеллектуального управления электрическими сетями.
Smart Grids — это интеллектуальные электрические сети, которые обеспечивают связь между производителями и потребителями энергии, а также хранение энергии. Они являются необходимым условием перехода от традиционной энергетики, основанной на традиционных источниках, к возобновляемым источникам энергии.
Smart Grid позволяет передавать и обрабатывать важную информацию для энергосистемы, такую как потребление энергии потребителями и производство энергии из традиционных и возобновляемых источников. Это обеспечивает высокий уровень гибкости энергосистемы, что позволяет быстро и оптимально формировать спрос и предложение на энергию.
Современные и интеллектуальные коммуникационные технологии соединяют различные части энергосистемы в интеллектуальную сеть и координируют ее работу. В результате возобновляемая энергия может быть оптимально интегрирована в электрическую сеть.
Погрузиться в изучение интеллектуальной энергетики, энергоэффективности и особенностей управления возобновляемыми источниками энергии, ознакомиться с передовыми технологиями и получить опыт работы на современном немецком оборудовании можно в «Ресурсном центре «ЭкоТехноПарк – Волма» – филиале Республиканского института профессионального образования. Это уникальное учебное заведение было создано и оснащено при поддержке Европейского союза.
Все фотографии из этой статьи сделаны в этом учебном заведении.
Более подробно об «Ресурсном центре «ЭкоТехноПарк – Волма» можно узнать на их официальном сайте .
Ресурсный центр «ЭкоТехноПарк – Волма»
Немецкий лабораторный стенд по изучению работы солнечной электростанции
Современное учебное лабораторное оборудование в Волме
Какую роль играют возобновляемые источники энергии?
Вплоть до середины 1800-х годов древесина обеспечивала почти все потребности в энергии для людей . Затем все больше потребителей стали использовать уголь, нефть, и природный газ. Сегодня использование возобновляемых источников энергии значительно увеличилось , особенно биотоплива, солнечной энергии и ветра.
Возобновляемые источники энергии не приносят такого ущерба, как традиционные. Они играют важную роль в сокращении выбросов парниковых газов. Когда они используются спрос на ископаемое топливо снижается. Возобновляемые источники энергии в мире — растущий рынок.
Производство электроэнергии в Европе все больше склоняется к возобновляемым источникам энергии. Получение энергии с использованием воды, ветра, солнечного света или биомассы уже составляет значительную часть структуры энергопотребления многих стран, включая даже те, экономика которых все еще в значительной степени основана на традиционных источниках.
Преимущества новых зеленых технологий отмечаются не только национальными правительствами, но и домашними хозяйствами и сельскохозяйственными предпринимателями, которые видят в этом не только пользу для окружающей среды, но и значительное сокращение счетов за электроэнергию.
Учебный велотренажер — генератор электрической энергии
Лабораторные стенды по изучению работы тепловых насосов
Земляной тепловой насос Viessmann
Почему мы не используем еще больше возобновляемой энергии?
В целом возобновляемые источники энергии значительно дороже в производстве и использовании, чем энергия ископаемого топлива. Подходящие возобновляемые ресурсы часто находятся в отдаленных районах.
К тому же возобновляемые источники не всегда доступны. Облака снижают выработку электроэнергии от солнечных электростанций. Дни с малым ветром снижают выработку электроэнергии ветряными электростанциями. Засуха сокращает количество воды, доступной для гидроэнергетики.
Использование ветряной энергии
Ветер вызван неравномерным нагревом поверхности Земли солнцем. Подсчитано, что от 1 до 2% солнечной энергии, достигающей Земли, преобразуется в кинетическую энергию ветра. Поскольку поверхность Земли состоит из разных типов земли и воды, она поглощает солнечное тепло с разной скоростью.
Одним из примеров такого неравномерного нагрева является суточный ветровой цикл. Днем воздух над землей нагревается быстрее, чем воздух над водой, теплый воздух над землей расширяется и поднимается, и более тяжелый более прохладный воздух устремляется на его место, создавая ветер. Ночью ветер меняет направление, потому что воздух быстрее охлаждается над сушей, чем над водой.
Ветровые ресурсы планеты очень значительны. К сожалению, не всю эту энергию можно использовать из-за текущего технологического развития. В настоящее время ветровая энергия используется от бытовой генерации до крупных электростанций в ветреных районах на поверхности земли или на воде. Основными потребителями энергии ветра в мире являются США, Германия, Испания, Китай и Индия.
Ветрогенераторная установка в лаборатории «Возобновляемые источники энергии»
Вертикальный ветрогенератор с ротором Дарье на территории ресурсного центра
С точки зрения возможности использования ветра в энергетических целях он характеризуется тремя параметрами: скоростью, направлением и повторяемостью. Скорость ветра увеличивается с высотой, а самая низкая — у земли.
Энергия ветра преобразуется в электричество с помощью ветряных турбин, она также используется в качестве механической энергии в ветряных мельницах.
Ветрогенераторы оснащены лопастными роторами. Плавный ветер приводит в движение ротор. Затем вращающийся ротор передает механическую энергию генератору. Генератор преобразует ее в электрическую энергию.
В зависимости от положения оси ротора ветряки делятся на: турбины с вертикальной и горизонтальной осью вращения. В последнее время вырос интерес к вертикальным ветрогенераторам с ротором Дарье .
Эффективность использования энергии ветра ветряными электростанциями составляет около 30% (аналогичная эффективность достигается на угольных электростанциях).
Лабораторный стенд «Ветрогенераторные установки»
Генератор на стенде
Использование солнечной энергии
Солнце вырабатывало энергию миллиарды лет. Солнечная энергия солнца может быть использована для отопления и производства электроэнергии. В первом случае это делается с помощью систем, которые механически передают тепло через рабочие жидкости: масло, воду или воздух.
Люди использовали солнечные лучи, солнечное излучение в течение тысяч лет для тепла и сушки мяса, фруктов и зерна. Со временем люди придумали устройства для сбора солнечной энергии в виде тепловой энергии.
Фотовольтаика для проведения экспериментов по off-grid и on-grid технологиям
Стенд из лаборатории «Возобновляемые источники энергии»
Примером раннего использования солнечной энергии является солнечная печь, ящик для сбора и поглощения солнечного света. В 1830-х годах британский астроном Джон Гершель, использовал солнечную печь для приготовления еды во время экспедиции в Африку.
Сейчас люди используют множество различных технологий для сбора и конвертации солнечно го излучени я в полезную тепловую энергию для различных целей. Солнечные тепловые системы используются для нагрева воды, с помощью солнечной энергии можно обогревать теплицы и другие постройки, можно нагрева ть жидкости до высоких температур на промышленных солнечных тепловых электростанциях.
Эффективность преобразования солнечной энергии в полезное тепло, которое можно использовать для отопления помещений (центральное отопление) или производства горячей воды (ГВС), достигает 80%. Для этого используются солнечные коллекторы . По своей конструкции эти устройства бывают двух типов: плоские и вакуумные.
Вакуумный солнечный коллектор Viessmann
В вакуумных коллекторах п оглотитель расположен внутри соединенных между собой стеклянных трубок, внутри которых имеется вакуум. Коллекторы этого типа характеризуются несколько более высокой эффективностью, особенно в весенний и осенне-зимний периоды, что связано с их способностью поглощать рассеянную солнечную энергию.
Исследование параметров работы солнечной фотоэлектрической панели
Установки фотоэлектрической солнечной энергии работают за счет использования солнечных (фотоэлектрических) элементов, изготовленых из кристаллических полупроводниковых материалов, которые за счет фотоэлектрического эффекта создают электрический ток при воздействии на них солнечного излучения. Кремний — самый широко используемый в мире материал для производства солнечных батарей.
Солнечные фотоэлектрические системы преобразуют солнечный свет в электричество (фотовольтаика). Солнечные фотоэлектрические устройства (солнечные элементы), преобраз уют солнечный свет непосредственно в электрическую энергию. Маленькие фотоэлементы могут питать калькуляторы, часы и другие небольшие электронные устройства.
Типичный фотоэлектрический элемент представляет собой полупроводниковую пластину из кристаллического или поликристаллического кремния. Поглощая солнечное излучение, на выводах элемента создается напряжение. Электрический ток течет при подключении нагрузки.
КПД такого типа установки относительно невысок и составляет максимум 30%. Однако это очень многообещающая технология, поэтому фотоэлектрическая энергия в настоящее время является одной из самых быстрорастущих отраслей энергетики.
Оборудование для проведения экспериментов по фотовольтаике
Системы солнечной энергии в зданиях оказывают минимальное воздействие на окружающую среду. Основные ограничения солнечной энергии: количество солнечного света, попадающего на поверхность земли, непостоянно. Количество солнечного света зависит от местоположения, время суток, время года и погодные условия.
Количество солнечного света, достигающего квадратного метра поверхности земли, относительно мала, поэтому необходимо использовать больш ую площадь поверхности для поглощения полезного количества энергии.
Биомасса
Биомасса — это все органические вещества, присутствующие на Земле, то есть все виды биоразлагаемых веществ растительного и животного происхождения.
Традиционно под биомассой понимаются отходы и остатки домашних хозяйств и промышленности. Однако все чаще выращиваются так называемые энергетические растения, для которых характерны высокий годовой прирост, высокая теплотворная способность, высокая устойчивость к болезням и вредителям, а также относительно низкая потребность в почве.
Биомасса состоит из углеводов, крахмала и лигнина. Углеводы вместе с крахмалом являются пищей для животных и человека, они также являются сырьем для производства этанола, который можно использовать в энергетических целях. Остальные компоненты биомассы питательными свойствами не обладают. Лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза — очень хороший источник энергии.
Биомасса в настоящее время является одним из самых дешевых источников возобновляемой энергии, и ее производство может быть автоматическим.
Установка для биотехнического производства этанола
Smart Grid
Увеличение производства энергии из возобновляемых источников затруднило балансирование спроса и предложения на электроэнергию.
Поскольку возобновляемая энергия вырабатываемая ветрогенераторами или солнечными фотоэлектрическими устройствами, зависит от меняющихся погодных условий, ее подача непостоянна и непредсказуема, в отличие от традиционных электростанций, работающих на нефти или угле. Однако быстрая и интеллектуальная обработка данных может улучшить управление сетями возобновляемых источников энергии.
Интеллектуальное управление электросетью основано на использовании данных от многих датчиков для мониторинга погодных условий, производимой электроэнергии и ее передачи на подстанции и домохозяйства. Умные счетчики измеряют потребление энергии в домах, в том числе количество энергии, потребляемой отдельными приборами.
Данные с датчиков и счетчиков загружаются в компьютер, на котором работает программное обеспечение с алгоритмами на основе искусственного интеллекта для оптимизации поставок и потребления.
Лабораторный стенд по Smart Grid
Smart Grid (Интеллектуальная сеть):
Smart Grid: Контрольный центр;
Smart Grid: Управление энергией;
Производители энергии в интеллектуальных сетях;
Аккумуляторы энергии в интеллектуальных сетях;
Режим автономной работы в интеллектуальных сетях.
Европейский Союз активно поддерживает и развивает концепцию «умных сетей» (Smart Grid), основным компонентом которой являются здания, функционирующие как электростанции. Smart Grid представляет собой переход от централизованной электрической сети к менее централизованной и более управляемой потребителями.
Распределённая генерация энергии понимается как производство энергии на уровне распределительной сети или на стороне потребителя, включённого в сеть. Понятие распределённой генерации энергии распространяется как на электроэнергетические системы, так и на системы теплоснабжения. В общем случае “распределённая” генерация – выработка электроэнергии тепла по месту её потребления. Отсутствие сети исключает потери (и затраты) на передачу электроэнергии и тепла. При этом подразумевается наличие множества потребителей, которые производят тепловую и электрическую энергию для собственных нужд, направляя излишки в общую сеть.
По данным Европейской ассоциации ветроэнергетики, интеграция ветряной и солнечная энергии в электрическую систему в масштабе, превышающем 20%, потребует передовые методы и подходы к управлению энергопотреблением на уровне энергосистемы. Умная сеть способна динамически управлять всеми источниками энергии в сети означает, что в нее можно интегрировать более распределенную генерацию.
Учебный стенд по изучению современной системы компенсации реактивной мощности
Учебный стенд по исследованию параметров качества электрической энергии
В умных сетях осуществляется постоянный обмен данными между производителем, оператором сети, потребителем и накопителем энергии. Это позволяет более эффективно использовать электросеть и лучше контролировать децентрализованные возобновляемые источники энергии. Таким образом можно уменьшить колебания мощности при пиках сетевой нагрузки и улучшить параметры качества электроэнергии.
Современные информационные и коммуникационные технологии позволяют обмениваться данными в сети между различными компонентами системы Smart Grid. Таким образом, данные о производительности энергосистемы передаются через интеллектуальную сеть, которая информирует производителя энергии о текущем потреблении энергии и текущей производительности децентрализованных источников.
Интеллектуальное управление нагрузкой направлено на снижение или предотвращение риска нестабильных условий сети и повышение общей эффективности инфраструктуры.
Комплексные потребители, измерение потребления энергии и контроль пиковой нагрузки
Учебный стенд из лаборатории «Умный дом»
Такие устройства, как ветрогенераторы и солнечные панели не являются частью интеллектуальной сети. Такая сеть включает в себя технологию, которая позволяет нам интегрировать, взаимодействовать с этими и другими инновационными устройствами и разумно управлять ими.
Исследования показывают, что потребители готовы использовать интеллектуальную сеть, при условии, что интерфейс такой сети прост, доступен и не мешает их привычной жизни. На бытовом уровне интеллектуальная сеть должна быть простой в установке и эксплуатации, позволяя потребителям легко управлять генерирующими и потребляющими энергию установками в доме.
Кстати, на данный момент, Германия является мировым лидером в разработке и внедрении установок фотоэлектрической солнечной энергии и технологии Smart Grid. Поэтому в ресурном центре «Волма» используются немецкие учебные лабораторные стенды компаний Lucas-Nuelle , Christiani , а также оборудование компаний Schneider Electric и Viessmann .
Информация, опубликованная на данном веб-сайте, представлена исключительно в ознакомительных целях, за применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
