автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Разработка автономной системы энергоснабжения с использованием возобновляемых источников энергии для сельской местности Лаоса

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАЛ! ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИИ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИЭСХ)

Р Г Б ОД

На правах рукописи

/1\ г.л ть

НАНТХАВОНГ КХАМПХОН

РАЗРАБОТКА АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕШХЖА5ЕЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ДЛЯ СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ ЛАОСА

Специальность 05.14.08 Преобразование возобновляемых видов энергии и установки на их основа

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена на кафедре Теоретических основ теплотехники Московского энергетического института.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Казандаан Б.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Тарннжевский Б.В. -•кандидат технических наук, с.н.с. Ыуругов В.П.

Ведущая организация - Кубанский государственный технологический университет

Защита диссертации состоится « - ? 1934 Г. В

аудитории_в час (Г(Р мин, на заседании специа-

лизированного Совета Д 020.15.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ВИЗСХ) но адрессу 109456, г. Ыосква, 1-й Вешняковскйй Ефоезд, дом 2, Совет по защита диссертации ВГОСХ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеках ВИЭСХ и Московского энергетического института.

Ученый секретарь специализированного Совета Д 020.15.01

Л.И. Некрасов

- 3 -

ОИЦЛЯ ИРЛЭТЕРИСГККА РАБОТЫ

Актуальность те>.-л. На современном этапа развития энергетики в развивающихся странах ъсе большее внимание уделяется нетрадиционным ЕОЗОбНОВЛЯЭМЦМ источникам рноргии (ВИЭ), прежде всего пределам освоения солнечной энергия, С;тамассы к гидроэнергии ма.мх рок к ручьев для энергоснзбяэния отдаленной сельской маст-ностк.

Важным условием успешного развития энергетики на основе ВИЭ является наличие полной шОормзц'яи о сущвстзущих технологиях преобразования Впотенциале отделмшх видов источников энергии а сацналъна-зконоьотгеских условиях потребителей..

Следует отметить, что в настоящее Еремя в Лаосе отсутствует информация об энергетическом потенциале BIS и возможности их использовании.

Целэсоообрэзность развитая энергетики на основа В'ЛЭ в Лаоса, как и в других развивэщихся странах, обусловливается быстрорастузсй потребностью в,анергии, необходимость*» разрэиения экономических, социальных и Биологических проблем в стрзне, особенно в сельской местности.

Из-за сгсщфгческих особенностей ВИЭ ди - повышения эффективности энергоснабжения, как показывает имевшийся спыт, целесообразно создавать комбинированна автономные энергетические сис-1 темы.

В связи со отмеченными, для сельской местности важную значимость преобретеют исследовЕшия, связанные-с анализом различных стратегий развития сельской энергетики и созданием децентрализованных энергосистем, основанных на источизхи энергии различной природы.

Цель работа. Целью работы является разработка маломогаой автономной системы энергоснабжения с использованием различных видов ВИЭ для применэния в условиях сельской местности Лаоса.

В диссертационной работе в соответствии с поставленной целы» решались следующие задачи:

- обзорный анализ суцоствущих технологий преобразования

ВИЭ; .

- оценка энергетического потенциала некоторых видов возобновляемых источников энергии в Лаосе;

- разработка методического подхода к создании технико -

экономической модели автономной энергосистемы (АВЗС) для условий сельской местности Лаоса на основе источников энергии различной природа;

- анализ рабочего тела паротурбинной установки (1ГГУ) с низкотемпературным циклом Решшна;

- разработка математической модели маломощной паротурбинной установки с органическим рабочим телом;

- исследование работа солнечной паротурбинной установки с плоскими коллекторами и определение ее оптимальных характеристик;

- анализ работа рассматриваемой- солнечной энергетической установки в автономном геиокомплексэ применительно к сельскому поселку на территории Лаоса.

Метод исследований. При решении поставленных задач испоьзо-вались принципы системного анализа в энергетике; декомпозицион-' ный метод решения комплексной задачи; подхода обоснования технико-экономической эффективности создания автономных энергосистем и установок. Теоретические исследования сопрововдались разработкой математических моделей, алгоритмов и программ.

Научная новизна. Новизна проведенных исследований состоит в следующем:

- впервые проведана научно-обоснованная оценка эффективности существутарх технологий преобразования ВИЗ для применения в условиях Лаоса;

- впервые проведена оценка потенциала отдельных видов ВИЗ в Лаосе;

- вторые предяоявн методический подход к созданию маломощной энергосистемы для сельской местности Лаоса не основании использования ВИЗ;

- разработана математическая ¡.гадель маломощной энергетической установки с низкотемшж лурным циклом Рейгана для применения в условиях сельской местности Лаоса;

- в работе предложена компоновка конденсатора без циркуляционного насоса охлаждающей вода, вследствие чего существенно повышается аффективный к.п.д. установки вцелом из-за снижения энергозатрат на собственные нужда;

- впервые составлен типовой график электрической нагрузки сельского веселенного пункте Лаоса.

Практическая ценность.Результаты исследований предназначены

для создания авгомномного демонстрационного энергокомплекса в сельской местности Лаоса на основании использования местных ВИЗ.

Апробация. Некоторые положения работы обсуждались на кафедре электроэнергетических систем (МЭИ) в 1990-91 гг.

Публикация. По результатам исследований опубликована одна печатная работа.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на 124 страницах машинописного текста, иллюстрируется 66 рисунками, 14 таблицам!, состоит из 3-х глав, введэ-ния, заключения и списка использованной литературы из 102 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность проблемы использования возобновляемых источигков энергии.

Во первой главе приведен обзорный анализ сущестзувдих технологий преобразования ВИЗ; оценка эффективности их применения в условиях Лаоса и энергетического потенциала некоторых видов ВИЗ в Лаосе.

Рассмотрены основные направления использования В',О в развивающихся странах.

Энергетика развивающихся ст^чн характеризуется крайне низ- • ким подушевым энергопотреблением, особенно в сельских местах. Доминирующую долю в энергопотреблении сельских жителей составляют так называемые некоммерческие источники энергии и большинство потребляемого топлива расходуется на Ситовые нувды.

Большинство разЕивашдхся1 стран, находясь в зоне тропического климата, располагают достаточно большими ресурсами ЕИЭ, особенно солнечной энергии и биомассы, однако широкомасштабное их использование ограничивается рядом трудностей (экономическая отсталость, отсутствие квалифицированных кадров и др.).

Дорогостоящие технологии выработки энергии, применяемые в развитых странах недоступны развивающимся странам как по техническим, так и по финансовым соображениям. Для этих стран, в тем числе Лаоса, более приемлемым является использование ВМЭ.

В последние годы при техническом содействии и финансовой помощи со стороны развитых стран и международных организаций во многих развивающихся странах разрабатываются различные сценарии

энергоснабжения сельских мест, основаншэ на комбинированном использован;™ шстных ВИЗ. Практические результаты показали надежность и конкурентноспособность автономных анэргосистем для условий отдаленных потребителей.

Лаос- одна из самых отсталых развиващихся стран Иго-восточной Азии. По,душевое энергопотреблвнгга в Лаосе является одним из самых низких в мира. Как и в других разЕиващихся странах, среди коммерческих видов, "таыива в энергетике Лаоса преобладает импортные нефтепродукты. Экономическая отсталость и отсутствие фикансоЕнх средств препядствувт широкомасштабное освоение гидроресурсов крупных и средних рек несмотря на их значительные запасы в стране.

Лаос имэет благоприятные природные условия для успешного развития сельской энергетики, основанной на использовании ВИЗ. Однако до настоящего времени ВИЗ в стране не получили должного' развития.

В настоящей работе впервые проведена оценка энергетического потенцкала некоторых видов ВИЗ в Лаосе с использованием весьма ограниченных данных, имеющихся для втой страны.

Одним из основных видов ВИЗ Лаоса является солнечная энергия. По полученным результатам отмечен сезонный характер прихода солнечной радиации. Годовой приход суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность на территории Лаоса составляет от 1700 до 1850 кВт.ч/(мг.год).

Виомасса является важным, и во многих случаях единственным источником енэргии для сельских кителей и немалой части городского населения. В условиях Лаоса могут быть успешно применены те биотехнологическиэ способы переработки отходов животноводства и сельского хозяйства, к .горне используются в других развивающихся странах. При этом решаются разу три острые для. Лаоса проблемы: энергоснабжения, по. чения высококачественного органического удобрения и охраны окружающей среда.

По проведанной оценке в Лаосе переработка отходов домшних животных путем анаэробной метангенерации макет давать до 35 » Ют м3 биогаза ежегодно.

Гидроэнергия малых рек и ручьев таете может сыграть важную роль,в энергоснабжении сельской местности Лаоса. Из-за отсутствия количественных информация оценка потенциала ве представляет возможной для данного объекта, чем более для всего

Лаоса. Однако по многолетнему опиту и качественным наблюдениям можно констатировать, что во время сезона дождей (с июня по октябрь) при помощи руквЕкых микро-электростанций (микро-ГЭС) малые реки и ручьи могут восполнить нехватки энергии, связанную со сшпюнием прихода кишечной радиации.

Названные вида ВИЗ по рваному проявляют себя в разное время. Высокая надежность сельского энергоснабжения достигается путем комбинированного использования источников анергии различной природа в рамках автономной энергосистемы.

Во второй главе разработан методический подход к создают технико- экономической модели автономий энергетической системы (АВЭО) и рассмотрят! методики ее оптимизации. .

Как льОея энергетическая система, АВЭС представляет собой совокупность действущих и взаимосвязажшх подсистем генерирования электроэнергии и тепла, аккумулирования энергии, управления параметрам» и потоками энергии, и потребления энергии. В зависимости от конкретных условий создания и эксплуатации количество подсистем АВЭС можыт быть различным.

В условиях Лаоса, например, АВЭС мохэт состоить из подсистем электро-, теплоснабжения и биотехнологической подсистемы, которые, в своп очередь, состоят из исполнительных и управляющих подсистем.

Для описания функциогафоваг~ч АВЗО и ее элементов исполь- ■ зуются технико-экономические модели. На начальном этапе исследований достаточно применять линейные математические модели, что позволит использовать более простой аппарат литейного программирования. Модели доланн быть простыми и экономичными.

Топология АВЭС задается узлами, к которым могут быть подключены элементы различной природы: источники анергии, потребители и накопители энергии и др.

Критерием качества АВЭС технической системы, является минимум приведенных затрат ив ее создание и эксплуатации.

Решение, подученное с помощью технико-экономических моделей должно удовлетворять слэдупдим техническим ограничениям:

- соблюдение баланса мощности в узлах;

- совладение вальса анергии в накопителях

- учет максимальных параметров оборудования.

Совокупность функций затрат я технических ограничений представляет собой основу задачи оптимизации параметров АВЭО, кото-

- В -

рая формируется следующим образом

3АВЗС " £ 31 -" и1а' <' >

при совладении технических ограничений, налагаемых на параметра системы. Здесь з± - приведенные затраты нз 1-й элемент системы.

При дэтальшх исследованиях необходимо учитывать нелинейность, дискретность и вероятностный характер многих парамэтров и оборудования АЕЭС. В таком случае может возникнуть необходимость применения аппарата нелинейногй'программирования.

В качестве основного источника питания рассматриваемой АВЭС мохет бить использована энергетическая установка с низкотемпературным циклом Ренкина.

Третья глава посвящена разработке солнечной энергетической установки (ОЗУ). Создана математическая модель СЭУ, модели ее элементов и рассмотрена метода их оптимизации.

Важным кэментом при создании теплоэнергетических установок (ТЗУ) является выбор рабочего тела.

При наборе рабочего тола ТЭУ основное вниманий- уделяется его термодинамическим и теплотехническим свойствам, оказывающим определявшее влияние на эффективность установки вцалож.

В качестве рабочего тела ТЗУ мокет быть использовано три группы веществ: вода, жидкие металл и органические соединения.

Показкво, что для маломоадзых установок с низкотемпературным циклом Ренкина органические рабочие тела (ОРТ) обладают рядом преимуществ:

- при Еэрхнях температурах цикла давления наскщония не слишком высокие, а при нижних, температурах- не слишком низкие, что облегчает изготовление и сникает металлоемкость элементов установки;

- нешсокие располагаемые тег эперепзда на турбине позволяют прилезать малое количество турбинных ступеней;

- шшжательный наклон правой пограничной кривой большинства органических веществ исключает появление влаги в конце процесса расширения и позволяет осуществлять регенератов тепла посла расширения в турбина, что способствует повышении термического к.п.д. (т)4) цикла.

Ключевым фактором при выборе рабочего тела для турбина малой мощности является возможность осуществления турбины с высоким внутренним относительным к.п.д. (т1о1). который определяется.

глзеяым образом, параметрами турбинной рвиегки.

Для исследования зависимости к.п.д. т1о1 от параметров ее проточной части предложена следующая зависимость

,1/г

I Г/^Й )

(2)

гл' Г?т - могцность турбины; 1>2 - удвлшый объем пара на еыходэ из турбинной стутаяи; Но - васцолэгаокка теплсперепад на ступени.

Комплекс (п„.иг/Н^/г)1/г получен из уравнения неразу мности и пропорционален линейному размеру проходного сечения турбинной решетки.

Как видно из рис. 1, вещество с бзлоэ енсокйм значением укв!" энного комплекса обоспечивает Полое высокий к.п.д т]о1- Турбины с перфгортолуолом и толуолом имея? наиболее высокий т)о1, однако, при использовании толуола, за счет более высокого термического к.п.д получается самый высокий эффективный к.п.д. цикла. Это обстоятельство определило выбор толуола в качестве

рабочего вещества рассматриваемой установки,

-----------------__

<гя|

О.Ч

Р. с

I

Той уем « 1 П яррветоь

. к*« !

«лггь

«131 5 УЗ

14 1Ь

п»нтаи

ооо оУ/^ии Зоос Вт Тн^ г 1Ю -с Тн.-л Г 3? 'С

о- а}

(«г

Рис. 1 Зависимость к.п.д. турбины от линейного размера ев проточной части.

Толуол термически устойчив, го вызывает коррозионное воздействие в отношении конструктивных материалов и широко применяется в различных отраслях народного хозяйства.

При исследования функционирования ПТУ использована ее математические модели.

Основой математической модели ПТУ и моделей ее элементов

является система уравнений расходного, энергетического и гидравлического балансов в элементах установки, а также уравнений изменения полной энергии теплоносителей.

К числу переданных системы балансовых уравнений относятся конструктивные параметры элементов (совокупность ); термодинамические и расходные параметры теплоносителей ва входе ж выходе из каждого элемента (совокупность Z).

На переменные балансовых ^уравнений налагаются ограничения, обусловленные физически возможными и технически реализуемыми состояниями теплоносителей и конструкций с учетом изменения характеристик материалов и теплоносителей в процессе эксплуатации установки.

Критерием качества ПТУ является минимум приведенных затрат 5 на ее создание и эксплуатацию при совладении ограничений, налагающих на ее параметры.

Конструктивные параметры оказывают влияние на значение § через соответствующие характеристики элементов: к.п.д. турбины в циркуляционных насосов, площади теплопередачи теплбобменного оборудования и др. Это.обстоятельство дает возможность рассмотреть математическую модель ПТУ в виде • взаимосвязанной системы моделей отдельных элементов и установки вцвлом.

В основу алгоритма оптимизации ПТУ ва базе такой системы можот быть положено соотношение

min S = min J Z, ext K,^,) . Т01....

Ol

... ertBjx^k ,Yob]s. (3)

где ext K1(icl)Eol, г - критерий качества 1-го оптимизируемого еле мента, локальный по отношению к ; 1с - число элементов ПТУ; Z - термодинамические я расхолше параметра; Eq - совокупность ннвкних факторов; Хо1, Ус± - независимые и зависимые параметры 1-го элемента.

Конкретная постановка задачи оптимизации заданной ПТУ производится с учетом присущих ей специфических особенностей.

Критериями энергетической эффективности турбины к циркуляционных насосав являются их максимумы аффективного к.п.д., а для теплообменников - минимумы площадей теплопередачи щш допустимости потерь дядляиий по соответствующим трактам.

- 11 -

При использовании (3) реализуется двухуровневая схока оптимизации (рис. 2). На первом уровне располагается модель ПТУ вцо-

ш1г.

1 -3 = 0X1 кДх01]в .

те"

С.Т0.1

М К),

ш1п Гто.1(хо.то.1 ), ' * О.ТО.1

0.-0.1

У

О.Т

Рис. 2 Схема оптимизации паротурбинной установки

лом и оптимизируются только парадетри совокупности 1. Но втором уровне - модели отдельных элементов,' служапдаа для оптимизации конструктивных параметров

Имеющийся опыт по создании внергвтичеишх установок малой модности показывает, что из всех элементов установки в рамках (3) целвсообрезно оптимизировать линь турбину я теплообменники, а влияние параметров циркуляционных насосов на эффективность установки вцэлом может быть учтено посредством ввздения в уравнения модели первого уровня их эффективного к.п.д. т^.

В качестве итогового показателя эффективности рассматриваемой солнечной паротурбинной установки (СИГУ) такта применяются приведенные затраты 3.

В ряде практически важных случаев энергетических установок ппвциДическиа условия создания в эксплуатации определяют целесообразность оптимизации установки вцелом и ее. элементов по частным ш отношению к общим приведенным затратам 3 критериям. При таком подхода следует детально рассмотреть лишь те элементы, которые оказывают определяющее влияние на значение 3.

Из обод^ затрат на СШЗГ большая доля приходится на солнечные коллектора (по имеющимся данным, до 60-70 X). Поэтому проблема внбора типов солнечных коллекторов (СК) имеет важноэ значение при создании СПГЗГ.

Для нагрева рабочего тала в СИГУ могут бит использованы

со.та-упи:-.' коллекторы различных тгсюв. Для достихр. :кя более высоки. те>рмячоского к.п.д цикла желательно использование коллекторов, оОеспечивагакх нагрев рабочего тела до возможно более высоких температур. Этого мокко достичь с помову>ю концентрируют* кглл.-кторов. Однако, при кпеользокании таких коллекторов подходами дорогостоящие слоите в эксплуатации системы слежения за солнцем, что с учетом стоиыпзти зеркал для малых автономных систем долавт установку вкоиокичаски неприемлемой.

Значительно дешевле использовать'для нагрева рабочего тела жестко зафиксированные обычзша плоские коллекторы с селективным покрытием. Однако, приемлемый термический к.п.д таких коллекторов достигается при сравнительно низких температурах, что обус-лонлисает низкий термический к.п.д цикла.

Разновидностью плоского со.чэчпого коллектора с более высоким термическим к.п.д являются вакуууаые коллекторы, позволящие нагревать рабочее тело до температур, приемлемых для использования в термодинамическом цикла, однако, их стоимости существенно вшие, чем у обычных плоских коллекторов.

В последние годы Сольпое внимание, в частности в рамках совместного проекта МЭИ (Россия) и института солнечных энергетических систем (ФРГ), уделяется разработке солнечных коллекторов с так называемой прозрачной тепловой изоляцией (1ГГИ). Коллекторы с такай изоляцией при повышенных темдарэтурзх имеет термический к.п.д. такой га как у вакуумных коллекторов, а их стоимость не намного превышает стойкость обычных плоских коллекторов. Этот фактор дает основание выбрать коллекторы с ПГИ для нагрева рабочего т"ла. использующегося в ОЗУ с термодинамическим циклом.

В настоящей работе рассмотрена двухконтурная схема СИГУ (рис. 3).

Из-за временного непостоянства поступления солнечной радиа-.ции на поверхность коллекторов, в схеме предусмотрена установка дубл5фуп№ГО источника теплоты, работающего на биогазе для полного или частичного покрытия тепловой нагрузки системы.

Схема СПГУ в общем случае состоит и- контура солнечных коллекторов (СК) я контура паротурбинного преобразователя (ИГЛ).

В состан контура ПШ входит турбогенератор (Т в ЭГ), тепло-обменное оборудование (конденсатор /КД/, парогенератор /ПГ/, регенератор /НУ), циркуляционный насос (Н) и дублирустдай источник теплоты (Д).

я

а К

Д

Рис. 3 Термодинамический цикл (а) и принципиальная схема СПТУ (б)

Продлохонз конструктивное ресэниа конденсатора, состоящего из плоских панелей, погружаемых в р»ху к омывае.шх речной водой естестюли течением. Отсутствие циркуляционного насоса охлаждайся воды существенно снхгает ьнергозатраты на собственные нузды, вслэдстваэ чего значительно увеличивается аффективный к.п.л. установки вне лом.

Ь качество теплоносителя в гелкоконтурв применяется тетрак-рвзклоксксилана - (СН3С6КД)^Si, характвркзуааийся низким давлэ-ниэ.м изсвдэния, низкой температурой застывания, малой вязкостьи и относительно высокой термической стойкостью. Пределы его применения в качестве теплоносителя от -100 ° до + 350 °С.

Otíasrtt эффективный к.п.д СТГГУ определяется как отношение полезной: влектркчэской мощности установки (N ) к суммарному количеству энергии, падахдей на поверхность коллекторов солнечной энергии и энергии, получаемой при сжигании биогаза (в случае работы дублере):

N..

Т, . ---- , (4)

H'fCK + <кт*7бт

где Н' .- плотность потока суммарной солнечной радиации на поверхность СН; ?ск - общая площадь солнечных коллекторов; q^,-удельная тешютворнвя способность бвогаза, кДи/м3; Твг - объем сжигаемого биогаза, м3.

В обидам случае приведенные затрата 5 СИГУ можно выразить формулой

5 -Еа-<Кск + W + ■' ' №>

где Ед - нормативный ко&Ф1ициент эффективности капиталовложений; Ксж' кпти ~ капитальннэ вложения в систему солнечных коллекторов и 1ГШ соответственно- И - эксплуатационные издержки и прочна 8а-. траты. / ■ -

Капитальные вложения К^ могут Сыть представлены в виде суммы двух составляюсда:

К * 1с + , > (6)

ск <ас гас сх. *

где к^ - удельная стоимость солнечных коллекторов. Величина К®с" включает в себя затраты на вспомогательное оборудование к щзочиа расходы, которые не зависят от площади СК ж, как правило, не превышают 8-10 К от К^.

- 15 -

Затрата Кпгп могут бить представлены в виде

«птл-^о.Ло.^СГ' <7>

где 1 - удельная стоимость 1-го теплообменника; Рто 1- площадь поверхности теплопередачи 1 -го теплообменника.

Составляющая представляет собой сушу капиталь: шх

затрат на элементы паротурбинного преобразователя, независящие от изменения площади теплопередачи теплообмэкного оборудования и незначительно изменявдиеся при различных вариантах установки.

Приведенные затраты 3 с учетом урашекий (6) и (?) после некоторого преобразования примут вид

5 = н,, Кск г + и' г (8)

где

1

- 16 -

И + Е« (к1скСТ + в-. <1°>

В (9) 1= кто 1/1сск - отношение удельной стоимости 1-го теплообменника к удельной стоимости солнечных коллекторов..

ПроЕвдены оптимизационные расчета с целью определения минимума приведенных затрат 3. Независимыми переменными являются давление конденсации (р2) и давление пара на входе в турбину (р1). При каждом значении р1 оптимизируется реташс-геометрическиэ параметры элементов установки и определяется такое значение р2, при котором приведенные затраты достигают минимального значения

В случае маломощных установок при заданных условиях их создания и эксплуатации величины И, К^ст, изменяются незначительно при различных сравниваемых вариантах, поэтому их можно считать неизменными.

Следовательно задача оптимизации по минимуму приведенных • затрат Ь при таком подходе фактически сводится к определению минимального значения параметра Ъ, который представляет собой сумму площадей солнечных коллекторов и теплообменного оборудования 1ГО1, и является частном критерием оптимальности по отношению к приведенным затратам 5.

При заданном давлении р1 параметр % достигает минимума при

некотором давлении конденсации р2 ( рис. 4). Роат 'ь в области, лежащей слевэ от минимума обусловлен резким увеличением площади теплопередачи конденсатора вследствие снижения температурного напора. Увеличение 1 в правой от минимума области обусловлено сокращением площади СК из-за повышайся термического к.п.д. цикла.

Парзмэтр I имеет плавный кинимум в области давления р.,« 1.4. - 1.5 бар (рис. 5). С увеличением р) повышается средняя температура подвода теплота в цикле, вследствие чего увеличивается и снижается площадь солнечных коллекторов Рск-

Резкий рост Ъ в правой от минимума области обусловлен значительным увеличением площади теплопередачи парогенератора Р^ из-за ухудшения процесса теплообмена при приближении температуры насиненного рабочего тела к температуре греющего теплоносителя.

Плавный рост Ъ в левой от микгдума области обусловлен увеличением Гок и площади конденсатора Ркд.

Полученные результаты показывают, что определяющими факта рами "в изменении параметра.г при варьировании давлений р? и рг являются площади солнечных коллекторов, конденсатора и парогенератора .

Рассмотрен вариант СИТУ с перегретым паром на входе в турбину (рис. 6). Перегревателем служит дублирупций источник (Д).

С1ГГУ с перегретым паром имеет ряд преимуществ по сравнении с вариантом на насыщенном паре: существенно увеличивается эффективный к.п.д установки; значительно сокращается площадь солнечных коллекторов и спивается параметр I ( табл; 1). Расход Сиогаза для перегрева пара составляет 3.92 м3/час .

Таблица 1

Оптимальные параметры паротурбинной установки

N Параметры насыщ. пар перег. пар

1. 2. 3. 4. 5 6 7 8 Термический к.п.д (т^) Внутр. относительный к.п.д.(т?о1) Эффективный к.п.д. • ■Вф - Площадь конденсатора (Р^д). » Площадь регенератора. (?рг), м2 Площадь парогенератора, (Р^), м2 Площадь солн. коллекторов (1'01С). м2 Параметр. Ъ 0.223 0.730 П.052 .1.58 1.71 12.43 140.54 153.50 0.273 0.71 0.067 8.91 2.79 10.41 93.14 104.94

Рис. ^Зависимости параметров ОПТУ от давления конденсации

Рис. 6 Термодинамический цикл с перегревом пара.

и, в.

1,000.

4 ооо

10 00.

33

иЯГЬПСК __________» ЪГЛВСТК*

- ^Л/ .-уу*

Й

0

р

ш

т

I* " 1*—ч ■* 1--1-Г"

4 Л 11 Х& 20 2«

• т. НС.

т

Рис. 7 Типовой график электрической нагрузки сельского населенного пункта Лаоса

- 19 -

В рассматриваемом варианте СПТУ работает в режиме с перег тым паром только во время пиковой нагрузки. В остальное время тановка работает на насыщенном паре, а Сиогаз зккумул1фувтся и пользуется в дальнейшем для покрытия тепловой нагрузки СПТУ, гда приход солнечной радиации ниже нормы, или для хозяйстевн-х нузд.

В настоящей работе впервые составлен типовой график элект-ческой нагрузки сельского населенного пункта Лаоса (рис. 7).

Для автономного энергоснабжения поселка в сельских услоеиях оса выбраны следующие источники энергии

- система плоских солнечных коллекторов с ПТИ в гаде капил-рной структуры;

- биоэнергетическая установка (ВЭУ);

- источником электроэнергии служит рассматриваемая СИГУ ксимальной мощностью 5 900 Вт.

- в качестве дублирующих источников электроэнергии исполь-отся электрические аккумуляторные батареи (ЭАБ) или дизель-нератор, модифицированный для работа на биогазе.

Во время работы СПТУ избыток энергии используется для под-рядки ЭАБ, предназначенных для покрытия нагрузки потребителя в риод. когда СПТУ отключена.

В сезон довдей появляющиеся малые реки и ручьи при помоют больших микро-ГЭС могут быть с успехом восполнить недостаток ступления в этот период солнечной энергии. В сухой сезон эти лые реки и ручьи быстро пересыхают и основная нагрузка лежится солнечную энергетическую установку.

Вывода.

1.- Проведен анализ существующих технологий преобразования зобновляемых источников энергии и оценка их эффективности при-нения для условий Лаоса.

2. Проведен анализ природных и социально-экономическсих едпосылок развития энергетики на основе ВИЗ в сельских мест-стях Лаоса. Впервые проведена оценка потенциала отдельных вив возобновляемых источников'энергии в Лаосе.

3. Впервые для условий сельских местностей Лаоса разрзбо-н методический подход к созданию автономной системы энерго-:абкения, содержащей источники энергии различной природы и

- го -

накопители анергии.

4. Проведен анализ рабочих тел паротурбинной установки низкотемпературным циклом Ренкина и на его основе выбрано веще ство с оптимальными для рассматриваемой задачи свойствами.

5. Разработана математическая модель маломочной паротурбин ной установки с низкотемпературным циклом Ренкина и рассмотрен методы ее оптимизации.

6. С использованием разработанной математической модел проЕедеш исследования солнечной паротурбинной установки плоская солг'очшаы коллекторами и определены ее оптимальны характеристики.

7. Выполнен анализ работы рассматриваемой энергетическо; установки в автономном гелиокомплэксе применительно к условия сельского поселка на территории Лаоса.

Публикация,

1. Перспектива использования толуола в-качестве рабочего тел солнечных паротурбинных установок /Докукин И.Я., Кззацдган В.И. Кхампхон Н., Савенков В.И. //Труда ЫЭИ, вып. 644, 1991 г.