Технические науки. Энергетика.

магистр Хусаенов И. А., к.т.н., доц. Денисова А. Р.

Казанский государственный энергетический университет, Россия

Ветро-солнечная установка в нефтяной промышленности

В настоящее время в традиционной энергетике имеется ряд проблем, важнейшими из которых являются истощение запасов ископаемого топлива, рост цен и неблагоприятное воздействие на экологию. Возникновение этих проблем вынудило искать пути их устранения. Для решения проблем было предложено несколько направлений их преодоления, таких как внедрение энергосберегающих технологий, изыскание и применение новых видов топлива, использование альтернативных источников энергии.

Развитие нефтяной промышленности России в последние годы происходит на фоне заметного ухудшения структуры запасов нефти, что в основном связано со значительной выработкой многих уникальных и крупных высокопродуктивных месторождений и их высоким обводнением, а также открытием и вводом в разработку месторождений с трудноизвлекаемыми запасами. Растет доля месторождений, расположенных на труднодоступных территориях, что требует увеличения капитальных вложений на их освоение, а также применения новых технологий и технических средств и как следствие прокладки новых протяженных линий электропередач на высоком напряжении для питания потребителей небольшой мощности, в частности нефтедобывающих станков-качалок и установки собственной трансформаторной подстанции. Такие линии обычно имеют большие потери электроэнергии, а трансформаторы низкий коэффициент загрузки, что экономически не выгодно [1].

В качестве альтернативных источников энергии могут быть использованы: попутный газ (мини ТЭС), ветряная энергия, солнечная энергия.

Солнечная энергетика – направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика характеризуется максимальной простотой использования, наибольшими ресурсами, экологической чистотой и повсеместным распространением. Эти обстоятельства определяют солнечную энергетику как одно из наиболее перспективных направлений развития возобновляемой энергетики. К настоящему времени достигнут большой прогресс в преобразовании солнечной энергии различными методами. Наиболее эффективным путем использования солнечной энергии является непосредственное преобразование ее в электрическую в фотоэлементах [2].

Преобразование энергии основано на фотовольтаическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения.

Ветряная энергия, наряду с солнечной, принадлежит к числу постоянно возобновляемых и, в этом смысле, вечных источников энергии, обязанных своим происхождением деятельности Солнца. К достоинствам ветровой энергии, прежде всего, следует отнести доступность, повсеместное распространение и практически неисчерпаемость ресурсов. Источник энергии не нужно добывать и транспортировать к месту потребления: ветер сам поступает к установленному на его пути ветродвигателю. Эта особенность ветра чрезвычайно важна для труднодоступных районов, удалённых от источников централизованного энергоснабжения, и для относительно мелких (мощностью до 100 кВт) потребителей энергии, рассредоточенных на обширных пространствах. Основное препятствие к использованию ветра как энергетического источника — непостоянство его скорости, а следовательно, и энергии во времени. Ветер обладает не только многолетней и сезонной изменчивостью, но также изменяет свою активность в течение суток и за очень короткие промежутки времени.

На сегодня энергоустановки, использующие нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ), требуют доработки и имеют недостатки (непостоянство работы из-за переменчивости погоды, конструктивное несовершенство). Компенсировать этот недостаток можно путем применения комбинированных установок. Гибридная энергоустановка позволит обеспечить электроэнергией удаленных потребителей.

Сочетание использования энергии солнца и ветра позволит в течение календарного года обеспечивать потребителей электроэнергией. Климат региона таков, что с апреля по сентябрь преобладает солнечная энергия, а в оставшийся период интенсивно возрастает действие ветров.

Так как основным требованием электроснабжения станка качалки является надежность, то для обеспечения бесперебойного электроснабжения, уменьшения необходимой мощности солнечной батареи, ёмкости аккумуляторной батареи а также улучшения режимов работы станции, целесообразно использование гибридной ветросолнечной электростанции. При этом, в зимнее время, основная выработка электроэнергии приходится на ветроэлектрическую установку, а летом — на солнечные фотоэлектрические модули.

Как известно, для питания электродвигателя привода станка-качалки, недостаточно лишь ветрогенератора и самих солнечных панелей, а требуется дополнительное оборудование, совместно с которым эта установка будет вырабатывать электроэнергию. В качестве дополнительного оборудования служат: аккумулятор (накопление электроэнергии), контроллер заряда аккумулятора (защита от перезаряда) и инвертор (преобразование постоянного тока в переменный) [1].

Поставленная задача предполагает в качестве потребителя установки средней мощности свыше 1 кВт. На обеспечение электроэнергией таких потребителей потребуется значительное число солнечных панелей и аккумуляторных батарей, что подразумевает возведение отдельно стоящего помещения, в котором будет поддерживаться оптимальная температура для нормальной работы дополнительного оборудования. Однако, в результате проведенных технико-экономических расчетов, получение энергии с использованием солнечных батарей имеет короткие сроки окупаемости. А при удалении нефтедобывающей установки от энергосистемы более чем на 4 км., затраты на строительство ЛЭП и возведения собственной трансформаторной подстанции соизмеримы по стоимости гибридной ветро-солнечной установки. А затраты на электроэнергию будут отсутствовать, что доказывает экономическую выгоду. Таким образом, использование гибридной ветро-солнечной установки для питания станков-качалок решает энергетические и экологические проблемы в этой области, и является экономически выгодной.

Литература

1 Хусаенов И.А., Денисова А.Р. Возобновляемые источники энергии для питания нефтедобывающих станков-качалок. Материалы докладов IX Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» / Под общ. ред. ректора КГЭУ Э.Ю. Абдуллазянова. В 4 т.; Т. 1. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2014. – 512 с.

2. Охорзина А.В., Китаева М.В., Юрченко А.В., Скороходов А.В. Системы слежения за солнцем с применением ФЭД. Вестник науки Сибири. 2012, № 3(4) Томский политехнический университет, 2012 Объем (стр): 306

3. Денисова А. Р., Роженцова Н. В. Энергосбережение в промышленных и коммунальных предприятиях. Учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности 140610 – «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений». – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2009. – 239 с.