Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 

 

  • Неисправности светодиодных лент и методы их ремонта
  • Управление освещением с двух, трёх и более мест
  • Что такое расцепители максимального и минимального напряжения и как используются?
  • Характеристики солнечных батарей
  • Что такое твердотельное реле и как его правильно использовать
  • 10 лучших технологий аккумуляторов, зарядки и хранения энергии будущего
  • Как делают кабели и провода
  • Электрик  

    Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Автономное электроснабжение » Возобновляемые источники энергии и умные сети на практике
    20 июня 2021
    Количество просмотров: 2200
    Комментарии к статье: 5


    Возобновляемые источники энергии и умные сети на практике

    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.

    ЭкоТехноПарк – Волма

    Ресурсный центр «ЭкоТехноПарк – Волма»

    Немецкий лабораторный стенд по изучению работы солнечной электростанции

    Немецкий лабораторный стенд по изучению работы солнечной электростанции

    Современное учебное лабораторное оборудование в Волме

    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.

    Велотренажер - генератор электрической энергии

    Учебный велотренажер - генератор электрической энергии 

    Тепловой насос
    Лабораторные стенды по изучению работы тепловых насосов

    Лабораторные стенды по изучению работы тепловых насосов

    Земляной тепловой насос Viessmann

    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

    Ветрогенераторная установка в лаборатории "Возобновляемые источники энергии"

    Вертикальный ветрогенератор с ротором Дарье

    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).

    Стенд по изучению работы ветрогенератора
    Ветрогенераторные установки

    Лабораторный стенд "Ветрогенераторные установки"

    Генератор на стенде

    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

    Фотовольтаика для проведения экспериментов по off-grid и on-grid технологиям

    Солнечные панели

    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 солнечного излучения 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 нагревать 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
    Трубки солнечного коллектора

    Вакуумный солнечный коллектор Viessmann

    В вакуумных коллекторах поглотитель 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

    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), преобразуют 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

    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 большую 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.

    Биотехническое производство этанола

    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

    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 изучению современной системы компенсации реактивной мощности

    Учебный стенд по исследованию параметров качества электрической энергии

    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.

    Распределение энергии

    Комплексные потребители, измерение потребления энергии и контроль пиковой нагрузки

    Умный дом

    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-NuelleChristiani, а также оборудование компаний Schneider Electric и Viessmann

    Андрей Повный





    Поделитесь этой статьей с друзьями:


    Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • В чем преимущество солнечных коллекторов по сравнению с традиционными котел ...
  • Альтернативные источники энергии
  • Способы преобразования солнечной энергии и их КПД
  • Интеллектуальные микросети и возобновляемые источники энергии в интеллектуа ...
  • Siemens хочет построить один из самых мощных аккумуляторных заводов в Европ ...
  • Стеклянные строительные блоки - генераторы электроэнергии
  • Разработки, которые позволят отказаться от традиционной энергетики в пользу ...
  • 5 необычных способов получения электрической энергии
  • Интеллектуальные распределительные трансформаторные подстанции
  • Сетевые grid-tie инверторы для солнечных батарей
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Автономное электроснабжение

    Инновации, Ветроэнергетика, Ветряные электростанции, Солнечная энергия, Солнечные панели, Фотоэлемент

      Комментарии:

    #1 написал: Алексей | [цитировать]

    Особенно эффективным использование возобновляемых источников энергии будет в районах, не обеспеченных централизованным электро- и теплоснабжением, не имеющих возможности использовать природный газ и вынужденных завозить дорогостоящие жидкое топливо и уголь для обеспечения своих энергетических нужд. Такие районы охватывают на юге России территории в тысячи квадратных километров с населением несколько миллионов человек. Обеспечение этой категории населения собственными энергоресурсами за счет возобновляемых источников позволит значительно улучшить условия проживания. 

      Комментарии:

    #2 написал: Антон | [цитировать]

    В Дании около 52% электроэнергии производится децентрализованным способом (страна имеет самый высокий в мире удельный вес ветроэнергетики и активно развивает технологии когенерации). Там ядерная энергетика никогда не рассматривалась как вариант развития энергетического сектора в долгосрочной перспективе из-за определённых рисков и возможного воздействия на окружающую среду. Вместо этого, начиная с 1970 г., правительство Дании реализует масштабную программу содействия развитию когенерации, энергоэффективности и возобновляемых источников энергии. Реализация этой программы была основана на принципах широкого вовлечения малого предпринимательства, муниципалитетов и кооперативов, работающих в тесном сотрудничестве. 

      Комментарии:

    #3 написал: Андрей Науменко | [цитировать]

    Технологическую основу для распределённой энергетики составляют несколько десятков технологий получения энергии, существенно различающихся по показателям эффективности, стоимости, условиям применения. Наиболее быстрыми темпами развиваются технологии топливных элементов и фотоэлектрических преобразователей (солнечных батарей). 

      Комментарии:

    #4 написал: Марк Фридман | [цитировать]

    В настоящее время Европейский Союз значительно изменился в сторону энергетической системы с меньшей зависимостью от невозобновляемых ресурсов, с введением политики сокращения выбросов, которая оказывает значительное влияние на рынки электроэнергии. Наличие распределенной генерации ставит новые задачи в управлении и эксплуатации электрических сетей. Возобновляемые источники энергии, например ветер, тепло, смешанная энергия и т. д. Он уже составляет 20% или более от общая выработка в некоторых электроэнергетических компаниях, и эта цифра постоянно увеличивается. Возобновляемые источники энергии обеспечивает автономность и гибкость для конечных пользователей и в то же время позволяет сократить краткосрочные инвестиции, требуемые в обычную электрическую систему. Энергия ветра и фотоэлектрическая энергия могут привести к очевидному парадоксу отрицательных цен на электроэнергию в периоды низкого спроса на энергию. Важно учитывать реакцию систем на спрос, а также накопление произведенной энергии. Внедрение распределенных энергоресурсов увеличивается во всем мире, так как это устойчивая энергетическая система с меньшим количеством экологических проблем и большей энергоэффективностью, чем невозобновляемые источники энергии. Smart Grid - это интеллектуальное объединение распределенных ресурсов, накопителей энергии и управляемых нагрузок. Примерами генераторов являются фотоэлектрические панели, ветряные турбины, небольшие гидроэлектрические системы, топливные элементы или ТЭЦ (комбинированные теплоэлектростанции). Накопление энергии включает электрохимический накопитель (например, батареи), механический накопитель (например, резервуары со сжатым воздухом или гидроаккумулирующую энергию) и накопитель тепла. Наряду с увеличением потребления энергии в мире, новые технологии будут влиять на то, как мы производим, распределяем и потребляем энергию.

      Комментарии:

    #5 написал: Вильфрид Эльменрайх | [цитировать]

    Переход от централизованных к распределенным энергоресурсам ставит новые задачи для измерения, ценообразования, связи и распределения. Мы стремимся оптимизировать сочетание электрических сетей и сетей связи (так называемые интеллектуальные микросети) с помощью самоорганизующихся алгоритмов и механизмов. Примером может служить интеллектуальная интеграция поведения всех пользователей (производителей и потребителей) электросети для оптимизации работы системы, например, путем балансировки потребления энергии на основе доступности. Эта цель может быть достигнута только в том случае, если будет установлено соответствующее ноу-хау и появится большое количество хорошо подготовленных инженеров, имеющих опыт работы в области интеллектуальных электрических сетей. Цель нашего проекта - внести свой вклад в создание такого ноу-хау и предоставить экспериментальную среду, в которой мотивированные студенты могут учиться и приобретать практический опыт в области интеллектуальных микросетей в Lakeside Labs - lakeside-labs.com

    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:

    Популярные статьи:

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Яндекс Дзен

     


    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки

    Copyright © 2009-2021 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.

    Источник иллюстраций: авторские рисунки и фотографии, электрика на стоковых фото