АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ПОД УПРАВЛЕНИЕМ MasterSCADA

Скачать

А.М. Подлесный (ООО “ИнСАТ”)

А.А. Зайко (ООО “Волжская электроремонтная компания”)

Постоянная модернизация производств, появление новых потребителей энергии и сокращение ископаемых природных ресурсов ставит перед обществом задачи развития и создания передовых средств альтернативной энергетики, использующих возобновляемые ресурсы. Внедрение таких источников энергии, как ветрогенераторы, солнечные, приливные и основанные на геотермальных источниках электростанции уже сейчас активно ведётся в различных странах мира. Однако в России данное направление не слишком сильно развито из-за отсутствия необходимой государственной поддержки. Исключение составляют гидроэлектростанции, но и их количество ничтожно мало по сравнению с имеющимся ресурсом рек. Между тем, использование возобновляемых источников энергии существенно сокращает выработку вредных веществ в окружающую среду, что является самым важным и неоспоримым преимуществом для общества. На территории России возможно создание электростанций, использующих практически все известные виды альтернативной энергетики, например, на юге страны возможно создание солнечных электростанций; на востоке – геотермальных и ветряных электростанций; на всем побережье возможно расположить приливные и волновые электростанции и, как уже упоминалось, мы имеем огромные ресурсы наших рек.

В 2012-2013 годах в Волжском филиале Московского энергетического института под руководством профессора В.С. Кузеванова был создан уникальный полигон для исследования эффективности функционирования нетрадиционных и возобновляемых источников электрической и тепловой энергии, который также называют зеленым исследовательским полигоном (ЗИП). Энергия, вырабатываемая комплексом альтернативных источников энергии (рис. 1), служит для производства горячей воды, отопления, кондиционирования воздуха и электроснабжения.

 

 

Рис. 1. Структурная схема полигона

Также в состав полигона входит метеостанция, которая интегрирована в автоматизиро- ванную систему сбора данных и управления.

При создании комплекса использовалось программное обеспечение российского производства – MasterSCADA (рис. 2), которое позволяет собирать и обрабатывать информацию от всех устройств с последующим отображением этих данных о технологическом процессе и состоянии оборудования на мнемосхемах оператора и их дальнейшей регистрацией и архивированием в базе данных.

 

 

Рис. 2. Схема расположения оборудования и рабочих мест персонала

Помимо указанного функционала, информация предоставляется оператору в виде трендов и таблиц, а также в виде отчётов и ведомостей по энергопотреблению. Благодаря этому система позволяет своевременно реагировать на любые внештатные ситуации за счёт средств индикации на мнемосхеме и сигнализации об аварийном состоянии оборудования. Всё имеющееся технологическое оборудование управляется дистанционно с рабочих мест операторов. Кроме того, предусмотрена возможность технологических блокировок, диагностики и формирования дополнительных критериев сигнализации, устанавливаемых в системе для контроля выхода параметров за допустимые пределы. Система производства горячей воды (рис. 3) состоит из: солнечных коллекторов с вакуумными температурными трубками TZ58/1800-30R1, теплового насоса Mammoth Mac-05 “воздух-вода” и двух трубчатых электронагревателей воды суммарной мощностью 4,4 кВТ.

 

 

Рис. 3. Мнемосхема системы получения энергии воздуха

Температурные трубки передают тепловую энергию воде в общий контур системы и далее в два цилиндрических бака- накопителя общим объёмом 1000 литров. В последующем эта вода подаётся циркуляционным насосом для обеспечения нужд филиала. Автоматика шкафа системы поддерживает заданную температуру воды на выходе теплового насоса, обеспечивает защиту коллекторов и баков-накопителей от замерзания/перегрева, регулирует температуру горячей воды в заданных пределах и предохраняет от разгерметизации внешний контур системы с предоставлением всех указанных характеристик на верхний уровень через сеть Ethernet.

Система геотермальных источников (рис. 4) предназначена для отопления и кондиционирования помещений филиала МЭИ в г. Волжском.

 

 

Рис. 4. Мнемосхема системы геотермальной энергии

Основой системы является геотермальный тепловой насос Mammoth J036WHEBLA/CS, который передаёт тепловую энергию земли в тепловые контуры. Нагретая вода подаётся в систему отопления через электрический нагреватель “ЭВАН-5,6”, и распределяется в системе с помощью трех циркуляционных насосов. Автоматика этой части общего комплекса альтернативной энергетики контролирует температуру и давление в скважине и контурах системы, а также позволяет вести учёт тепловой энергии и поддерживать заданную температуру теплоносителей. Электроснабжение первого этажа филиала обеспечивается комплексом ветрогенераторов “Exmork”, “Маглев” и “Фламинго АЭРО” и восемью фотоэлектрическими панелями (рис. 5).

 

 

Рис. 5. Мнемосхема системы получения энергии ветра

Энергия, получаемая комплексом, поступает в 12 свинцово-кислотных необслуживаемых аккумуляторов с гелиевым электролитом с контроллерами заряда. Данная часть системы позволяет оператору контролировать электрические параметры и управлять коммутацией нагрузок ветроустановок как локально, так и удалённо. Подсистема интегрирована с верхним уровнем, кроме того, налажен информационный обмен по RS-485 с метеостанцией Viasala.

В результате внедрения АСУ были созданы условия для проведения экспериментальных исследований на оборудовании полигона. Результаты исследований уже позволили разработать алгоритмы управления комплексом с прогнозированием состояния. Особенностью алгоритмов является учет текущих и прогнозируемых метеопараметров, влияющих на эффективность производства энергии, динамическая оптимизация режимов работы оборудования и анализ тепловых нужд потребителя [1]. Помимо этого, экспериментальным путём был определен коэффициент трансформации грунтового теплового насоса, используемого на полигоне. Введено понятие эффективного коэффициента трансформации, который учитывает в себе не только затраты электроэнергии на привод компрессора, но и затраты на перекачку рассола, а также на работу вспомогательного оборудования тепло-насосной установки и всей системы теплоснабжения на основе теплового насоса [2]. 

Дальнейшие исследования на базе полигона позволят выявить особенности работы и найти решения по наиболее эффективной комбинации различных нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в климатических условиях Волгоградской области. Также в результате экспериментов будут даны рекомендации как по обеспечению необходимой надежности и максимальной эффективности работы оборудования, так и по внедрению программно-технических комплексов геотермальных, солнечных и ветроэлектростанций для частной и промышленной эксплуатации.

Список литературы

1. Шестопалова Т.А., Смирнов А.А., Болдырев И.А. Система управления комплексом альтернативных источников энергии с прогнозированием состояния // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2015. № 17, 18. С. 176-180.

2. Ерохин Ф.А., Болдырев И.А. Эксплуатация и управление теплонасосной установкой типа “грунт-вода” филиала МЭИ в г. Волжском // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2015. № 17, 18. С. 54-58.