Хусаенов И.А., Денисова А.Р., Мухамадуллин И.М.

Казанский государственный энергетический университет, Россия

Альтернативные источники энергии для питания удаленных от энергосистемы нефтедобывающих станков-качалок

Энергия была и остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. На Земле находятся достаточно большие залежи источников энергии. Человек добывает их, но запасы эти не безграничны. Запасы природного газа, угля и сырой нефти постепенно истощаются и современный мир испытывает все большую потребность в неисчерпаемых энергетических источниках, которые помогают экономить запасы природного сырья.

В настоящее время в нефтегазовой отрасли имеется проблема с обеспечением электропитания потребителей небольшой мощности, удаленных от энергосистемы, примером этому может служить нефтедобывающие станки-качалки. Для питания этих установок требуется прокладка новых протяженных линий электропередач на высоком напряжении и установки собственной трансформаторной подстанции. Такие линии обычно имеют большие потери электроэнергии, а трансформаторы низкий коэффициент загрузки, что экономически не выгодно.

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. Потенциальные возможности энергетики, основанной на применении непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики. 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.

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

Наиболее распространённым, в качестве полупроводникового слоя выступают следующие элементы:

- солнечные панели из поликристаллических элементов;

- солнечные панели из монокристаллических фотоэлектрических элементов;

- солнечные батареи из аморфного кремния;

На сегодняшний день наиболее эффективными и распространенными для широкого потребления являются монокристаллические кремниевые элементы, материалом для которых служит крайне чистый кремний. Эффективность такого элемента составляет от 16 до 19% в стандартных условиях тестирования. Срок службы таких панелей у хороших производителей составляет обычно 40-50 лет.

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, для накопления электроэнергии; контроллера заряда аккумулятора, для защиты от перезаряда и инвертора, для преобразования постоянного тока в переменный.

Так как мы будем питать электроустановки средней мощности, а это свыше 1 кВт, то потребуется значительное число солнечных панелей, а вместе с ними и значительное число аккумуляторов, что подразумевает возведение отдельно стоящего помещения, в котором будет поддерживаться оптимальная температура для нормальной работы дополнительного оборудования.

В результате проведенных технико-экономических расчетов, получение энергии с использованием гибридной ветросолнечной электростанции имеет окупаемость менее 4 лет. Такая установка позволяет получить дешевую электроэнергию для питания удаленных от энергосистем потребителей без вреда окружающей среде.