Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ СРЕДСТВАМИ МЕСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Джазовский Н.Б. 1 Васильев П.В. 1
1 ПРЦВШ, филиал Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства, Пенза, Россия
В статье описывается проблема комплексного энергоснабжения предприятий от местных источников возобновляемой энергии. Предложена методика распределения ресурсов и оптимизации системы по выбранным критериям с целью достижения максимальной экономической эффективности и лучших экологических показателей. Описан алгоритм оптимизации системы, а также условия его реализации. Авторами даны рекомендации по размещению объектов альтернативной энергетики на территории Пензенской области, разработанные в ходе исследований.
возобновляемый источник энергии
алгоритм оптимизации
оптимальное распределение энергии
1. Агафонов Р.А., Агафонов А.И., Горячев В.Я. и др. О перспективе использования возобновляемых источников энергии на территории Пензенской области: Сб. статей 2 Международной научно-практической конференции. - Пенза, 2011. - С. 24-108.
2. Ахтямов Ф.Г. Энергосберегающие технологии у профессионалов деревопереработки // Теплоэнергоэффективные технологии. - 2007. - №3. - С. 57-60.
3. Безруких П.И. О роли ВИЭ в энергобалансах мира и России в 21 веке // Академия энергетики. - 2008. - №4. - С. 22-27.
4. Генеральная схема противоэрозионных мероприятий на Пензенскую область. (Том 1) Пояснительная записка / Республиканский проектный институт по землеустройству «РОСГИПРОЗЕМ», Пензенское отделение. - Пенза, 1974. - С. 11-31.
5. Демченко Ю.Г., Сидоренко Г.И. Обоснование методики оценки потенциала древесного топлива // Академия Энергетики. - 2009. - №4. - С. 44-46.
6. Есаулов П.А. Животноводство // Сельское хозяйство СССР. - М., 1967. - С. 246-259.
Многие регионы Российской Федерации являются дефицитными в отношении выработки электроэнергии. Местное энергетическое оборудование в значительной степени изношено и по своим мощностям не отвечает перспективам экономического развития субъекта. Например, Пензенская область обеспечена собственными энергоресурсами примерно на 60 %. Приблизительно такая же ситуация наблюдается в ряде других регионов, географически расположенных на среднерусской возвышенности, приволжской возвышенности и ряде других мест. Дефицит энергии пополняется от мощных гидростанций волжского каскада и государственных районных тепловых электростанций. Вместе с тем, представляется перспективным использование многочисленных, хотя и маломощных, источников энергии, расположенных на территории регионов [3].

В рамках контракта П110 от 12 апреля 2010 г. федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы по направлению "Новые и возобновляемые источники энергии" проводятся научно-исследовательские работы по анализу эффективности использования возобновляемых источников энергии регионов средней полосы России с целью разработки рекомендаций по расширению их применения.

Для достижения оптимального соотношения экономической выгоды и экологических показателей системы альтернативной энергетики региона необходимо описать методику расчета проектных мощностей комплекса установок ВИЭ и мест их возведения. Также требуется учесть виды ресурсов и их возможные соотношения на входе установки и объемы получаемой энергии на выходе. Для автоматизации поиска оптимума следует описать алгоритм данной процедуры

Исходными данными для поиска оптимального распределения источников энергии являются следующие. Во-первых, размерность пространства. Для региона средней полосы она состоит из:

  1. малая гидроэнергетика;
  2. тепловая энергетика на местных растительных и биоресурсах;
  3. ветроэнергетика;
  4. гелиоэнергетика (солнечная энергия).

Каждый вид энергетики характеризуется определёнными затратами, которые можно описать функцией затрат в зависимости от мощности используемой части ресурса, соответственно F1(S) ... F4(S), где S - используемая мощность источника.

Мощности ресурсов ограничены, вводим ограничения в виде функций по допустимому влиянию на экологию каждого вида источника: A1(S) ... A4(S) и по энергетически возможностям: L1(S) ... L4(S).

Ограничения по целесообразности использования из местных хозяйственных и других соображений учтём функцией M1(S) ... M4(S).

По каждой координатной оси установим шаг дискретизации, соответственно dF, dA, dL, dM.

Определение вклада каждого источника в общую энергетику региона определим при помощи экспертных оценок: vF, vA, vL, vM.

Номер шага по координатной оси, соответственно k, l, m, n.

Максимальное значение номера шага: K, L, M, N.

Примем критерий оптимальности: максимальное получение энергии от местных источников, обозначим как Smax. Задача сводится к поиску полного экстремума четырёхмерной функции:

Smax = vF*Fm+vA*Am+vL*Lm+vM*Mm,

где Fm ... Mm - значения функций, соответствующие координатам полного максимума. Алгоритм оптимизации приведён на рисунке 1.

Блоки 1 - 4 определяют ввод исходных функций в виде массивов данных и перечисленных выше констант. Блок 5 содержит подпрограмму вычисления аппроксимирующих функций, соответствующих введённым массивам данных по каждой координате. Блоки 6 - 10 представляют циклы вычисления значений получаемой энергии при движении по координатным осям, результаты заносятся в выходной четырёхмерный массив. Блоки 11 -14 представляют подпрограмму поиска координат полного экстремума многомерной функции и определения её максимального значения. Блок 15 - вывод информации о положении искомого максимума и соответствующих ему оптимальных значениях мощности каждого источника энергии.

С использованием данного алгоритма в настоящий момент создается пробная версия автоматизированной информационной системы управления региональным энергобалансом. Система будет осуществлять сбор, анализ и последующую обработку актуальных данных о состоянии возобновляемых ресурсов в регионе, а также поддержку управленческих решений в части выработки рекомендаций по установке объектов альтернативной энергетики.

Рисунок 1. Алгоритм поиска оптимального распределения альтернативной энергии в регионе

Предлагаемая методика имеет конкретное прикладное значение и представляет ценность при условии наличия хорошо изученной и описанной предметной области. Для предварительной оценки экономической эффективности системы установок ВИЭ были исследованы потенциальные возможности альтернативных источников энергии пензенского региона. По результатам составлены рекомендации по размещению объектов малой энергетики в регионе.

1. Малые гидростанции. Анализ рельефа местности позволяет рекомендовать для строительства гидростанции деривационного типа вблизи села Архангельское Кузнецкого района, выполнить следующие мероприятия. В 5 км от впадения р. Труёв в Суру построить водозабор из р.Труёв и вывести напорный водовод в направлении на запад до пересечения с руслом р.Суры. Перепад высот составит 35 м, протяжённость водовода около 20 км [1]. Давление в водоводе составит 3,5Атм, что является достаточным для работы капсульного гидрогенератора.

На р.Сура выше г.Пензы в конце 19 века работали малые заводские электростанции. Этот участок течения реки был перегорожен плотинами, длина участка около 190 км. В настоящее время эксплуатируются две плотины: в г. Сурске и плотина пензенского гидроузла. Возможно строительство небольших водохранилищ на реках Уза и Кадада перед их впадением в Суру.

Река Мокша пролегает на протяжении 90 км по территории Пензенской области и выходит в Мордовию. Вблизи районных центров Нижний Ломов и Наровчат Мокша представляет полноводную реку с весьма быстрым течением. Расстояние между районными центрами 40 км, перепад высот 30 м. Возможно строительство двух гидростанций вблизи названных районных центров [4]. Довод против: нежелательно затопление заливных лугов. Следует восстановить плотину и использовать энергию притока Мокши - реки Ломовки в г.Нижнем Ломове.

2. Ветроэлектростанции целесообразно разместить на возвышенных местах. Это окрестности г. Кузнецка (высота более 300 м над уровнем моря и более 100 м над средней высотой области), окрестности села Городище (высота 314 м), окрестности Пензы (село Васильевка, высота 282 м), окрестности г.Сердобска (село Секретарка, высота 278 м).

3. Переработка отходов лесного хозяйства и получение биогаза. Эти предприятия целесообразно разместить в непосредственной близости к местам получения отходов. Для этого пригодны многие производства: крупные и мелкие животноводческие комплексы, птицефабрики, лесопилки, деревообрабатывающие комбинаты, а также лесничества и производители любого растительного сырья [2,5,6]. В данном контексте перспективны сёла Лопатинского и Камешкирского районов, юго-восточный край Пензенской области, где разворачивается строительство «продовольственной долины». Кроме того, работы по переходу на частичное самообеспечение тепловой и электрической энергией целесообразно вести во всех государственных и частных производствах региона, даже с небольшим, но регулярным выходом любого биотоплива. В большинстве случаев их работу удастся окупить в кратчайшие сроки.

Исследования показали, что в настоящее время ни один из возобновляемых источников энергии не может полностью покрыть дефицит энергии в пензенском регионе. Однако комплексное использование всех возможных ресурсов позволит существенно улучшить энергетический баланс. К этому следует добавить экологическое значение проводимых разработок: использование считающихся до сих пор непригодными для хозяйственных нужд веществ, материалов и отходов других производств, которые просто загрязняли окружающую природу. Таким образом, дальнейшее проведение комплексных исследований по получению энергии от местных и нетрадиционных источников имеет большое государственное хозяйственное значение.

Рецензенты:

  • Чураков П.П., д.т.н., профессор, декан ФПИТС, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет, г. Пенза.
  • Вершинин Н.Н., д.т.н., зав. кафедрой «Экологии и безопасности жизнедеятельности», ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», г. Пенза.

Работа получена 26.10.2011.

Статья подготовлена в рамках государственного контракта П110 от 12 апреля 2010 г. ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.


Библиографическая ссылка

Джазовский Н.Б., Васильев П.В. ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ СРЕДСТВАМИ МЕСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=4881 (дата обращения: 11.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074