Валерий Михаилович Завьялов / Valeriy Zavyalov - PDF

Description
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Please download to get full document.

View again

of 48
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Information
Category:

Presentations & Public Speaking

Publish on:

Views: 14 | Pages: 48

Extension: PDF | Download: 0

Share
Transcript
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» / NATIONAL RESEARCH TOMSK POLYTECHNIC UNIVERSITY Институт Энергетический / Institute Power Supply Направление подготовки Электроэнергетика / Direction Electric Power Магистерская программа Оптимизация развивающихся систем электроснабжения / MA Course Optimization of developing power supply systems Кафедра Электроснабжения промышленных предприятий / Department Industrial Electric Power Supply МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ / MASTER'S THESIS Тема работы / Theme «Оптимизация режимов работы автономной фотоэлектрической станции» «Operating mode optimization of stand- alone PV- station» УДК Студент / Student Группа /Group (Class) ФИО / Surname Name Подпись / Signature 5АМ5И Фалтыс Зденек / Faltys Zdenek Дата / Date Руководитель / Supervisor Должность / Position Доцент ФИО / Surname Name Сурков Михаил Александрович / Surkov Mikhail Ученая степень, звание / Degree, title к.т.н., доцент / /Ph.D., Docent Подпись / Signature Дата / Date КОНСУЛЬТАНТЫ / CONSULTANTS: По разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» / Chapter «Financial management, resource efficiency and resource saving» Должность / Position ФИО / Surname Name Ученая степень, звание / Degree, title Старший преподаватель Потехина Нина Васильевна / Potekhina Nina Подпись / Signature Дата / Date По разделу «Социальная ответственность» / Chapter «Social Responsibility» Должность / Position Доцент ФИО / Surname Name Сурков Михаил Александрович / Surkov Mikhail Ученая степень, звание / Degree, title к.т.н., доцент / /Ph.D., Docent Подпись / Signature Дата / Date Зав. кафедрой / Head of the Department ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ / ADMIT FOR THE DEFENSE: ФИО / Surname Name Валерий Михаилович Завьялов / Valeriy Zavyalov Ученая степень, звание / Degree, title д.т.н., доцент / D.Sc., Docent Подпись / Signature Дата / Date Declaration I hereby declare that the presented thesis is my own work and that I have cited all sources of information in accordance with the Guideline for adhering to ethical principles when elaborating an academic final thesis. I acknowledge that my thesis is subject to the rights and obligations stipulated by the Act No. 121/2000 Coll., the Copyright Act, as amended. In accordance with Article 46(6) of the Act, I hereby grant a nonexclusive authorization (license) to utilize this thesis, including any and all computer programs incorporated therein or attached thereto and all corresponding documentation (hereinafter collectively referred to as the Work ), to any and all persons that wish to utilize the Work. Such persons are entitled to use the Work for non-profit purposes only, in any way that does not detract from its value. This authorization is not limited in terms of time, location and quantity. In Tomsk on 2016 Tomsk Polytechnic University Institute of Power Engineering Czech Technical University in Prague Faculty of Electrical Engineering 2016 Zdenek Faltys All rights reserved. This thesis is school work as defined by Copyright Act of the Czech Republic and the Russian Federation. It has been submitted at Czech Technical University in Prague, Faculty of Electrical Engineering and at Tomsk Polytechnic University, Institute of Power Engineering. The thesis is protected by the Copyright Act and its usage without author s permission is prohibited (with exceptions defined by the Copyright Act). Citation of this thesis: Zdenek Faltys. Operating mode optimization of stand- alone PV- station. Master s thesis. Tomsk Polytechnic University, Institute of Power Engineering Реферат Выпускная квалификационная работа 94 c. 18 рис., 41 граф., 22 табл., 41 источников, 3 приложения. Ключевые слова: возобновляемые источники, аккумуляторные батареи, солнечная электростанция, экономия солнечной электростанции Объектом исследования является солнечная электростанция, находящаяся в Республике Алтай. Цель работы разработка новой модели фотоэлектрической солнечной станции. Методы исследования аналитический, проектный и изучение литературы. Поиск новых возобновляемых источников энергии актуальная задача для нашего времени, так как невозобновляемые источники с каждым днём все более исчерпывают себя и через некоторое время прекратят своё функционирование. Другой не менее важной причиной является децентрализация источников. Для бесперебойной работы сети энергоснабжения необходимо наличие нескольких небольших электростанций с меньшей энергией, вырабатываемой возобновляемыми источниками. Однако, с другой стороны, солнечная энергия и энергия ветра имеют существенный недостаток нестабильный поток энергии, который вызывает нестабильную работу всей сети электроснабжения. Данную проблему можно решить путем использования батарей или других путей сохранения энергии. Однако в данной работе не рассматриваются сети электроснабжения, в связи с чем работать необходимо в автономном режиме. Таким образом, жилой дом находится в полной зависимости от нефти, и целью данной работы является максимальное снижение этой зависимости. Я оптимизировал каждый компонент фотоэлектрической солнечной станции для одного жилого дома, находящегося в Республике Алтай рядом с селом Балыктуюль. Целью данной работы является исследование выбранного места в Республике Алтай и разработка всех компонентов оптимизации использования солнечной энергии. В первой главе представлена теоретическая часть, рассмотрены виды возобновляемых источников энергии, описаны все компоненты фотоэлектрической солнечной станции. Вторая глава практическая часть, в которой описаны автономные системы, рассчитано излучение солнца в течение всех месяцев и выбран оптимальный угол наклона солнечных панелей. Затем рассмотрено потребление энергии выбранным домом. Вследствие проведенных расчетов определена оптимальная площадь панелей, батарей и других компонентов. В итоге произведен расчет конечной цены. Третья глава представляет собой экономическую часть. В ней рассмотрена экономическая оценка инвестиций и основные показатели, такие как чистый дисконтированный доход, внутренняя ставка доходности, период окупаемости и дисконтированный период окупаемости. В следующий главе описан анализ чувствительности, который помогает лучше понять зависимость стоимости проекта от входящих переменных. Анализ чувствительности показывает реагирование стоимости проекта на изменение входящих переменных. Последняя часть - социальная ответственность, в которой описывается, как возобновляемые источники энергии влияют на природу и жизнь людей. Затем идет заключение, в котором описаны основные результаты данной работы. Abstract The thesis reflect suggest optimal stand- alone PV-station which would be situated in the Altai Republic. PV- station would produce energy for one family house. It is necessary to design PV- station for lesser depend on diesel. Batteries are used for better use energy from PV- station. Program PVGIS was used for calculation optimal angle and average irradiance in chosen area. The thesis also suggest optimal operating mode of equipment and describe which equipment can work together. The next aim of the thesis is the creation of an economical model and investment evaluation. This chapter determines which variant is better. Key words: renewable energy, PV- station, batteries, investment evaluation. Abbreviations PV- photovoltaic DC- direct current AC- alternating current TFSC- thin-film solar cells DoD- depth of discharge LiFePO4- the lithium iron phosphate RUB- ruble EUR- euro CF- cash flow CCF- cumulative cash flow DCF- discount cash flow CDCF- cumulative discount cash flow PP- payback period DPP- discount payback period NPV- net present value IRR- internal rate of return CTU- Czech Technical University in Prague TPU- Tomsk Polytechnic University Content Declaration... 2 Реферат... 4 Abstract... 5 Abbreviations... 6 List of figures... 9 List of pictures List of equations List of tables Introduction Theoretical part Renewable energy sources Wind s energy Hydropower Sun s energy Analysist of system Solar panel technologies Battery charging Inverter Diesel generator Conditions in Altai republic and Balyktuyul Practical part Stand- alone PV System Description of the house Calculation of Insolation in Balyktuyul PVGIS Types of days during year Calculation intensity in Balyktuyul Daily and seasonal load Diagrams Rated active power Seasonal different Optimization of consumption Design of system... Ошибка! Закладка не определена. 3.6.1 Design of solar panels Design of inverter Design of battery Design of diesel- generator Electrical schemas Total price of our design Algorithm Economy Economic evaluation of investment efficiency Cash flow Discount Rate Discounted cash flow Payback period Net Present Value (NPV) Internal Rate of Return (IRR) Evaluation of project Variant without PV- station Compare variant without PV- station and with PV- station (34m 2 ) Compare variant without PV- station and with PV- station (27m 2 ) Sensitivity analysis Social responsibility Renewable energy in Russia Influence life Water energy Wind energy Solar energy How does my variant influence life Conclusion Sources Appendix... 90 List of figures Figure 1- Typical current/ voltage characteristic curves for different insolation Figure 2- Effects of temperature on silicon solar cells [9] Figure 3- Efficiency dependence of photoconversion on solar radiation [10] Figure 4- Bypass diodes connection circuit Figure 5- Nominal number of battery cycles vs depth of discharge [18] Figure 6- Depth of discharge of lithium- sulphur battery [19] Figure 7- Depth of discharge nickel/ iron battery [20] Figure 8- Depth of discharge of LiFePo4 [22] Figure 9- Average monthly number of sunshine hours Figure 10- Day s temperature in Balyktuyul [26] Figure 11- Optimal panel inclination angle... Ошибка! Закладка не определена. Figure 12- Height of sun on 21. December, 21. June and horizon outline... Ошибка! Закладка не определена. Figure 13- Irradiation per one day if we have angle 42 degrees... Ошибка! Закладка не определена. Figure 14- Types of days during year in Balyktuyul [30]... Ошибка! Закладка не определена. Figure 15- Average intensity [W/m^2] during year... Ошибка! Закладка не определена. Figure 16- Daily load diagram... Ошибка! Закладка не определена. Figure 17- Block diagram photovoltaic power plan... Ошибка! Закладка не определена. Figure 18- Efficiency in addiction on irradiance [35]... Ошибка! Закладка не определена. Figure 19- Dependence of efficiency on temperature... Ошибка! Закладка не определена. Figure 20- Energy from PV-station... Ошибка! Закладка не определена. Figure 21- Consumption and power from PV- station in January Ошибка! Закладка не определена. Figure 22- Comparison required energy and produced energyошибка! Закладка не определена. Figure 23- Electrical schema block of panels... Ошибка! Закладка не определена. Figure 24- Schema of batteries... Ошибка! Закладка не определена. Figure 25- Electrical schema of PV-station... Ошибка! Закладка не определена. Figure 26- Portion of price with batteries... Ошибка! Закладка не определена. Figure 27- Portion of price with batteries... Ошибка! Закладка не определена. Figure 28- Cash flow in variant without PV-station Figure 29- How much energy I need from diesel generator Figure 30- CFt and DCFt Figure 31- Cumulated CFt and cumulated DCFt Figure 32- Energy from PV-station Figure 33- Comparison required energy and produced energy Figure 34- How much energy I need from diesel generator Figure 35- CFt and DCFt Figure 36- Cumulated CFt and cumulated DCFt Figure 37- Results of discount rate analysis Figure 38- Fuel price analysis results Figure 39- Inflation analysis Figure 40- Comparison required energy and produced energyошибка! Закладка не определена. Figure 41- Cumulated discount cash flow of both variants... Ошибка! Закладка не определена. List of pictures Picture 1- Global potential for wind- generated electricity [1] Picture 2- World potential and current hydropower production [3] Picture 3- Atmospheric reduction of sunlight [5] Picture 4- Stand- alone PV system [6] Picture 5- Solar Cell [7] Picture 6- Terminology regarding solar panels [8] Picture 7- Monocrystalline silicon solar cells Picture 8- Polycrystalline silicon solar cells Picture 9- Thin-film solar cells Picture 10- Map of Russia [24] Picture 11- Map of the Altai Republic [25] Picture 12- Stand- alone PV system [27]... Ошибка! Закладка не определена. Picture 13- Renewable energy potential in Russia [65]... Ошибка! Закладка не определена. Picture 14- How loud is a wind turbine [67]... Ошибка! Закладка не определена. List of equations Equation 1- Total radiation falling on inclined area... Ошибка! Закладка не определена. Equation 2- Direct radiation falling on inclined area... Ошибка! Закладка не определена. Equation 3- Direct radiation falling on perpendicular area... Ошибка! Закладка не определена. Equation 4- Sin angle... Ошибка! Закладка не определена. Equation 5- Angle of direct radiation cosθ... Ошибка! Закладка не определена. Equation 6- Declination of the sun... Ошибка! Закладка не определена. Equation 7- Diffused radiation falling on inclined ares... Ошибка! Закладка не определена. Equation 8- Diffused radiation on horizontal area... Ошибка! Закладка не определена. Equation 9- Utilization factor... Ошибка! Закладка не определена. Equation 10- Rated active power... Ошибка! Закладка не определена. Equation 11- Rated reactive power... Ошибка! Закладка не определена. Equation 12- Rated apparent power... Ошибка! Закладка не определена. Equation 13- Autumn electricity consumption. Ошибка! Закладка не определена. Equation 14- Annual electricity consumption.. Ошибка! Закладка не определена. Equation 16- Real power from solar panel... Ошибка! Закладка не определена. Equation 17- Area of solar panels... Ошибка! Закладка не определена. Equation 18- Real area of solar panel with respect efficiency of system... Ошибка! Закладка не определена. Equation 19- Total price of all panels... Ошибка! Закладка не определена. Equation 20- Calculation batteries capacity... Ошибка! Закладка не определена. Equation 21- Calculation batteries capacity with respect efficiency and DoD... Ошибка! Закладка не определена. Equation 22- Cash flow CFi Equation 23- Cumulative cash flow CCFi Equation 24- Discounted cash flow DCFi Equation 25- Cumulative discounted cashflow Equation 26- Payback period Equation 27- Net present value Equation 28- Internal rate of return [%] List of tables Table 1- Average daily number of sunshine hours Table 2- Average monthly number of sunshine hours Table 3- Irradiation on optimally inclined plane, optimal inclination, irradiation with changing angle... Ошибка! Закладка не определена. Table 4- types of days during year in Balyktuyul... Ошибка! Закладка не определена. Table 5- Average intensity [W/m^2] during year... Ошибка! Закладка не определена. Table 6- Rated active power and other data... Ошибка! Закладка не определена. Table 7- percentage of rated active power... Ошибка! Закладка не определена. Table 8- Daily load profiles... Ошибка! Закла
Related Search
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks