Online Electric

     Значительная экономия затрат на электроэнергию (ЭЭ) городского электрического транспорта (ГЭТ) может быть достигнута спрямлением суточных графиков нагрузки путем приме-нения инновационных технических решений с использованием преиму-ществ многоставочных тарифов.
     Как показывает мировой опыт, для потребителей, характеризующихся жесткой связью потребляемой мощности с суточным графиком работы, к которым относится ГЭТ, для спрямления графиков нагрузки наиболее целесообразным является повышение автоном-ности системы электроснабжения (СЭС). Помимо традиционных автоном-ных источников интерес представляют технологии накопителей энергии (НЭ) и возобновляемых источников (ВИЭ). [1, 2]
     На сегодня сформировались две наибо-лее перспективные технологии НЭ – литиевые аккумуляторы и высокоемкие конденсаторы, при этом разработчики стремятся синтезировать достоинства каждой в едином устройстве. Появились такие системы, как гибридные и псев-доконденсаторы, а также новейшая разработка – литий-ионные конденсаторы. [3]
     Среди ВИЭ одной из наиболее быстро-растущих отраслей в мировой экономике является солнечная энергетика. Тех-нологии фотоэлектрической генерации достигли значительного прогресса, при этом имеется нереализованный резерв по дальнейшему повышению КПД. Это означает снижение стоимости генерируемой ЭЭ – по мнению отраслевых ана-литиков и участников рынка, для систем на основе моно-, мультикристалличе-ских и тонкопленочных ФЭМ, сетевой паритет может быть достигнут в бли-жайшие 3-5 лет в Германии, Италии, Японии, Испании, нескольких регионах США и других регионах, а в дальнейшей перспективе можно ожидать появле-ния технологий, рентабельных даже без программ господдержки. [4]
     Прогресс в указанных направлениях означает совершенно новый уровень эффективности энергосистем и указыва-ет путь развития электроэнергетики будущего – рациональное использование традиционных сырьевых ресурсов с постепенным их замещением альтерна-тивными. При этом именно сегодня является важным создание технических решений для конкретных применений. Так для ГЭТ, с учетом тенденций его развития, требуется разработка СЭС на основе используемых мощностей, с их замещением рациональной долей мощностей фотоэлектрического источника энергии (ФЭИЭ). Предложенное концептуальное схемное решение тяговой СЭС ГЭТ для заряда бортовых НЭ автономных электроподвижных составов приведено на рисунке 1.



Рис 1 – Концептуальное решение системы тягового электроснабжения ГЭТ

     Из-за неравномерности генерируемой фотоэлектрическим преобразователем (ФЭП) энергии предусмотрен буферный НЭ, при этом питание нагрузки обеспечивается параллельной и раздельной ра-ботой источников. Интеграция ФЭП с НЭ реализуется на уровне единичных энергоблоков с использованием узлов силовой и микропроцессорной электро-ники. Для выравнивания степени заряженности единичных НЭ наиболее про-стым и надежным с точки зрения схемотехнического исполнения является па-раллельный заряд (каждый НЭ заряжается от индивидуального зарядного уст-ройства). Принципиальным отличием такого решения от традиционного мо-дульного построения является то, что единичные ФЭП не соединены между собой в единую электрическую цепь и работают независимо, что упрощает экс-плуатацию. Вместе с тем, такая концепция предусматривает возможность нара-щивание энергоемкости НЭ и мощности ФЭИЭ. Таким образом, на основе от-носительно маломощных первичных источников энергии можно создавать мощные энергоемкие СЭС.
     Возможны два варианта управляемого распределения мощности между тяговой подстанцией (ТП) и ФЭИЭ: регули-рование напряжения ФЭИЭ и совместное регулирование напряжения ФЭИЭ и ТП. Основной недостаток первого варианта заключается в нестабилизирован-ном уровне итогового напряжения. Недостатки второго сводятся к дополни-тельным потерям на элементах импульсного преобразователя ЭК2 (2…8 %). Приемлемым можно считать только регулирование напряжения обоих источ-ников.
     При функционировании буферного НЭ в составе такой СЭС его заряд должен производиться в ночное время, при отсутствии потребления ЭЭ (самая низкая цена ЭЭ), а также при избы-точности энергии ФЭИЭ, а разряд при превышении нагрузкой уставки мощности. Наложив графики поступления энергии от ФЭИЭ и заряда НЭ в ночное время на характерный график мощности ТП ГЭТ, получена диа-грамма функционирования системы в целом, которая приведена на рисун-ке 2.



Рис 2 – Энергетическая диаграмма заряда БНЭ автономных ЭПС. Аппроксимированные с дис-кретностью 1 час: a – график заряда НЭ; b – характерный график нагрузки ТП ГЭТ; c –аппроксимированный с дискретностью 1 час характерный график среднесуточного поступления энер-гии от ФЭИЭ. Режимы: 1 – заряд НЭ от ТП; 2 – разряд НЭ энергией ТП; 3 – питание нагрузки от ФЭ-ИЭ; 4 – заряд НЭ от ФЭИЭ; 5 – разряд НЭ энергией ФЭИЭ; 6 – избыток энергии ФЭ-ИЭ

     Результат в наглядном виде отобража-ет режимы работы энергосистемы. Вырабатываемая ФЭИЭ энергия использу-ется для срезания пиковых нагрузок, а при ее недостаточности используется энергия буфера, который заряжается в ночное время при низкой цене ЭЭ. Вместе с тем, в том же буфере аккумулируется избыточная энергия ФЭИЭ, использование которой более целесообразно в период пиковой нагрузки, а не в период ее генерации по причине преследуемой цели (спрямление графика нагрузки).
     Необходимая емкость буферного НЭ и мощность ФЭП определяется технико-экономическим обоснованием, учи-тывая, с одной стороны, стоимость комплекта НЭ и ФЭП, с другой стороны, обеспечиваемый положительный эффект. Последний сводится к ограниче-нию предельного значения потребляемой от ТП мощности, поскольку это влияет на:
     - снижение затрат на оплату ЭЭ за счет использования дифференцированных по времени суток тарифов;
     - снижение требуемой мощности агрегатов ТП и, соответственно, на повышение коэффициента использования установ-ленной мощности ТП.
     В результате, вся тяговая СЭС будет работать в более благоприятной мощностной области, что положительно скажется на ее надежности, безаварийности и безотказности.
     Предложенная концепция построения СЭС позволит решать задачи рационального использования энергоресур-сов с частичным их замещением гелиоэнергетическими при планировании новых и модернизации используемых систем ГЭТ, широко использовать преимущества высокотехнологичного автономного электротранспорта, а в итоге существенно улучшить показатели транспортной энергетики и пере-возочного процесса в целом. Решение также может быть распространено на другие типы энергосистем.

Литература
     1. Кобелев, А. В. Повышение эффек-тивности систем электроснабжения с использованием возобновляемых источ-ников энергии [Текст]: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.09.03 – Тамбов, 2004. – 145 .
     2. Rufer, A. A Supercapacitor-Based En-ergy-Storage Substation for Voltage-Compensation in Weak Transportation Net-works [Текст] / A. Rufer, D. Hotellier, P. Barrade; содержание доклада на конфе-ренции IEEE «Энергетические технологии», Италия, Болонья 2003.
     3. Знаменский А. Системы накопления энергии в большой энергетике [Электрон. ресурс]: содержание доклада на семинаре «Современные технологии и направления инновационного разви-тия в электроэнергетике». 02.09.2011. Режим доступа: http://inn-m.ru/uploads/energy%20storage_aaz.pdf – Загл. с экрана
     4. Macwilliams, K. Towards grid parity: ad-vances in c-Si PV manufacturing technology [Электрон. ресурс] / K. Macwilliams, J. Shu, A. Moretto [и др.]. Режим доступа:http://pennenergy.com/index/power/display/6451454559/articles/Photov oltaics-World/volume-20100/issue-2/features/towards-grid_parity.html – Загл. с экрана