Научно-учебная лаборатория «Smartgrid – ДонНТУ»

 

В качестве прототипа для научно-учебного центра «SmartGrid – ДонНТУ» было взято видение по развитию научных исследований из публикаций фирмы Сименс.

Схема энергосистемы согласно концепции SmartGrid

1 – традиционные крупные тепловые и атомные электростанции; 2 – классические гидроэлектростанции; 3 – крупные промышленные потребители; 4 – малые ГТУ-ТЭЦ; 5 – промышленные потребители;6 – накопители энергии; 7 – биогазовые электростанции; 8 – солнечные электростанции; 9 – потребители социальной сферы; 10 – ветровые электростанции; 11 – малые гидроэлектростанции; 12 – бытовые потребители; 13 – когенерационные электростанции; 14 – железнодорожный транспорт; ВрЭС – виртуальная электростанция.

Схема энергосистемы согласно концепции SmartGrid

Отличительной особенностью такой системы является то, что наряду с традиционными источниками энергии она включает: мощные источники ветровой энергии морского базирования (ветропарки офшорного типа), солнечные электростанции в регионах с высокой солнечной активностью (африканский континент), а также другие энергосистемы с отличительными от европейской показателями качества (частота сети, напряжение сети).

При разработке проекта учебно-научной лаборатории «SmartGrid – ДонНТУ» была принята уже успешно опробованная методика создания моделей ветрогенераторной установки в лабораториях ДонНТУ.

Она построена по блочному типу. Работа паровой турбины реализуется на симуляторе режимов работы паровой турбины, который выдаёт сигнал управления на частично-регулируемый привод. Применяя тот или иной симулятор режимов работы паровой турбины можно исследовать динамические и статические режимы работы тепловой электростанции. Физическая модель генератора реализуется на реальном частотно-регулируемом приводе с устройствами защиты и управлением, которые через шину PROFIBUSсвязаны с системой управления всей SmartGrid. В качестве элементарной базы приняты аппаратные и программные продукты фирмы Siemens®.

Симулятор ветровой турбины и симулятор регулирования установки лопастей выдают задание на частотно-регулируемые электроприводы, обеспечивающие изменение скорости ветровой турбины и регулирование её мощности в динамических и статических режимах при различной ветровой ситуации.

В качестве модели солнечной электростанции принята серийно выпускаемая солнечная установка на базе блока SINVERTTM фирмы Siemens®. Система автоматического управления солнечной электростанцией через шину PROFIBUS соединена с общей системой управления SmartGrid. Так как солнечная электростанция реализована на серийно выпускаемых аппаратных и программных продуктах фирмы Siemens®, то данная установка может быть использована как базовая для диагностики работы других солнечных электростанций Донецкого региона.

На современном этапе развития нетрадиционной энергетики широкое развитие получили топливные элементы и на их основе водородные электростанции. Именно топливные элементы способны в 2-3 раза сократить потребность в органическом топливе для тепловых электростанций и существенно сократить выбросы С02 в атмосферу. При исследовании водородных электростанций всегда рассматривается проблема: водород – топливный элемент. Несмотря на то, что получаемый путём электролиза водород почти в два раза дороже, чем водород, получаемый из природного газа, в автономных системах энергообеспечения использование водорода, получаемого путём электролиза воды в период избытка вырабатываемой электрической энергии ветровыми и солнечными электростанциями, является наиболее перспективным направлением.

Структурная схема силовой частиучебно-научной лаборатории «SmartGrid – ДонНТУ»

Исходя из условий техники безопасности при производстве и хранении водорода, в качестве модели водородной электростанции была принята учебная водородная установка «Nexa® Lernsystem» мощностью 1,2 кВт. Данная установка оснащена системой измерения, системой оптимизации режимов работы, встроенной системой энергоменеджемента и легко интегрируется по шине PROFIBUSв общую систему управления SmartGrid.

Одним из важных моментов электросети с мощными ветровыми установками является компенсация реактивной мощности ветроустановок в пусковых режимах. При этом быстрый характер изменения реактивной мощности требует применения динамических компенсаторов реактивной мощности. За основу принят принцип поддержания в узле подключения постоянного значения реактивной мощности за счёт регулирования индуктивности компенсатора с последующей компенсацией этой мощности с помощью конденсаторных батарей. Данная система обеспечивает максимальное быстродействие компенсатора, что позволяет повысить его эффективность.

Учебно-исследовательская водородная электростанция «Nexa® Lernsystem»

Учебно-исследовательская водородная электростанция «Nexa® Lernsystem»

Дополнив данную систему модулями нагрузки, измерения, аккумулирования и управления возможно проведение комплекса научных исследований по проектированию SmartGrid.

 

pc10.png