Комплексне математичне моделювання теплонасосного енергопостачання на основі мережевої вітро-сонячної електричної системи

Автор(и)

  • Eugene Chaikovskaya Одеський національний політехнічний університет пр. Шевченка, 1, м. Одеса, Україна, 65044, Україна https://orcid.org/0000-0002-5663-2707

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2020.220269

Ключові слова:

вітро-сонячна електрична система, фотоелектричні сонячні панелі, гібридні сонячні колектори, тепловий насос, мережевий інвертор

Анотація

Об’єктом дослідження є підтримка функціонування теплонасосного енергопостачання на основі мережевої вітро-сонячної електричної системи з використанням гібридних сонячних колекторів.

Одним з найбільших проблемних місць є узгодження виробництва та споживання енергії в умовах розподіленої генерації енергії з використанням відновлюваних джерел. Приєднання до Smart Grid технологій дозволить запобігти піковим навантаженням енергетичної системи в умовах регулювання напруги при підключенні теплонасосного енергопостачання.

Розроблено інтегровану систему підтримки функціонування теплонасосного енергопостачання на основі прогнозування зміни температури місцевої води при вимірюванні напруги від гібридних сонячних колекторів на вході в мережевий інвертор, напруги на виході із перетворювача частоти та частоти напруги. Прийняття випереджуючих рішень на підтримку температури місцевої води щодо зміни потужності електродвигуна компресора теплового насоса базується на встановленні співвідношення напруги на вході в мережевий інвертор та напруги на виході із перетворювача частоти, що вимірюються. Зміна витрати холодагенту щодо частотного управління електродвигуном компресора теплового насоса відбувається в узгодженні зі зміною теплової потужності низькопотенційного джерела енергії – нижньої секції двосекційного бака-накопичувача, підключеного до гібридних сонячних колекторів. Запропоновано архітектуру, математичне обґрунтування архітектури технологічної системи, математичне обґрунтування підтримки функціонування теплонасосного енергопостачання. Основою технологічної системи є динамічна підсистема, що включає наступні складові: вітроенергетичну установку, фотоелектричні сонячні панелі, гібридні сонячні колектори, мережевий інвертор, двосекційний бак-накопичувач, тепловий насос, перетворювач частоти. Визначено режимні параметри теплонасосної системи, параметри теплообміну в конденсаторі теплового насосу, постійні часу та коефіцієнти математичної моделі динаміки температури місцевої води для встановлених рівнів функціонування щодо узгодження виробництва та споживання енергії.

Біографія автора

Eugene Chaikovskaya, Одеський національний політехнічний університет пр. Шевченка, 1, м. Одеса, Україна, 65044

Кандидат технічних наук, доцент, старший науковий співробітник

Кафедра теоретичної, загальної та нетрадиційної енергетики

Посилання

  1. Bondarchuk, A. (2019). Study into predicted efficiency of the application of hybrid solar collectors to supply energy to multi-apartment buildings. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (100)), 69–77. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174502
  2. Shahriari, M., Blumsack, S. (2018). The capacity value of optimal wind and solar portfolios. Energy, 148, 992–1005. doi: http://doi.org/10.1016/j.energy.2017.12.121
  3. Li, Y., Yang, W., He, P., Chen, C., Wang, X. (2019). Design and management of a distributed hybrid energy system through smart contract and blockchain. Applied Energy, 248, 390–405. doi: http://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.04.132
  4. Saad, A. A., Faddel, S., Mohammed, O. (2019). A secured distributed control system for future interconnected smart grids. Applied Energy, 243, 57–70. doi: http://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.03.185
  5. Perera, A. T. D., Nik, V. M., Wickramasinghe, P. U., Scartezzini, J.-L. (2019). Redefining energy system flexibility for distributed energy system design. Applied Energy, 253, 113572. doi: http://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113572
  6. Mak, D., Choeum, D., Choi, D.-H. (2020). Sensitivity analysis of volt-VAR optimization to data changes in distribution networks with distributed energy resources. Applied Energy, 261, 114331. doi: http://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.114331
  7. Xiqiao, L., Yukun, L., Xianhong, B. (2019). Smart grid service evaluation system. Procedia CIRP, 83, 440–444. doi: http://doi.org/10.1016/j.procir.2019.04.138
  8. Chaikovskaya, E. (2017). Development of energy-saving technology to support functioning of the lead-acid batteries. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (88)), 56–64. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.108578
  9. Chaikovskaya, E. (2019). Development of energy-saving technology to maintain the functioning of a wind-solar electrical system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (100)), 57–68. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174099
  10. Dincer, I., Rosen, M. A., Ahmadi, P. (2017). Modeling and Optimization of Heat Pump Systems. Optimization of Energy Systems, 183–198. doi: http://doi.org/10.1002/9781118894484.ch6
  11. Underwood, C. P. (2016). Heat pump modelling. Advances in Ground-Source Heat Pump Systems, 387–421. doi: http://doi.org/10.1016/b978-0-08-100311-4.00014-5
  12. Li, Y., Yu, J. (2016). Theoretical analysis on optimal configurations of heat exchanger and compressor in a two-stage compression air source heat pump system. Applied Thermal Engineering, 96, 682–689. doi: http://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.11.132
  13. Matuska, T., Sourek, B., Sedlar, J. (2016). Heat Pump System Performance with PV System Adapted Control. Proceedings of EuroSun2016. doi: http://doi.org/10.18086/eurosun.2016.08.06
  14. Yan, G., Bai, T., Yu, J. (2016). Energy and exergy efficiency analysis of solar driven ejector–compressor heat pump cycle. Solar Energy, 125, 243–255. doi: http://doi.org/10.1016/j.solener.2015.12.021
  15. Van Leeuwen, R. P., Gebhardt, I., de Wit, J. B., Smit, G. J. M. (2016). A Predictive Model for Smart Control of a Domestic Heat Pump and Thermal Storage. Proceedings of the 5th International Conference on Smart Cities and Green ICT Systems. doi: http://doi.org/10.5220/0005762201360145
  16. Chaikovskaya, E. (2020). Development of Smart Grid technology for maintaining the functioning of a biogas cogeneration system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (8 (105)), 56–68. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205123
  17. Jiang, S. (2017). Air-Source Heat Pump Systems. Handbook of Energy Systems in Green Buildings, 1–44. doi: http://doi.org/10.1007/978-3-662-49088-4_2-1
  18. Rees, S. J. (2016). An introduction to ground-source heat pump technology. Advances in Ground-Source Heat Pump Systems, 1–25. doi: http://doi.org/10.1016/b978-0-08-100311-4.00001-7
  19. Suzuki, M., Yoneyama, K., Amemiya, S., Oe, M. (2016). Development of a Spiral Type Heat Exchanger for Ground Source Heat Pump System. Energy Procedia, 96, 503–510. doi: http://doi.org/10.1016/j.egypro.2016.09.091
  20. Chaikovskaya, E. (2018). Development of energy-saving technology for maintaining the functioning of heat pump power supply. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (94)), 13–24. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139473

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-30

Як цитувати

Chaikovskaya, E. (2020). Комплексне математичне моделювання теплонасосного енергопостачання на основі мережевої вітро-сонячної електричної системи. Technology Audit and Production Reserves, 6(1(56), 28–33. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2020.220269

Номер

Том 6 № 1(56) (2020): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Альтернативні та відновлювальні джерела енергії: Оригінальне дослідження

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Eugene Chaikovskaya

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.