Проектирование энергетических установок на основе АИЭ для автономного электроснабжения базовых станций сотовой связи включает следующие задачи:
– выбор АИЭ для построения энергетической установки;
– выбор места размещения энергетических установок;
– анализ известных технических решений;
– формулирование технических рекомендаций по разработке структурной схемы энергетической установки и алгоритмов её функционирования.
Решение первой задачи – выбор АИЭ для построения энергетической установки – целесообразно выполнять с учётом конкретного географического региона России. Для примера выберем в качестве такого региона Ростовскую область, поскольку анализ ряда источников позволяет сделать вывод о том, что она имеет достаточный для использования потенциал ресурсов ветровой и солнечной энергии [2.5–2.10]. Для территории Ростовской области характерен умеренно-континентальный климат умеренного пояса. Средняя температура воздуха в январе –7 °С, в июле – +23 °С. Зима обычно пасмурная, ветреная. Лето ветреное, сухое и жаркое. Континентальные черты в климате Ростовской области усиливаются в направлении с северо-запада территории на юго-восток. Возрастают засушливость, жара. Усиливаются ветреность, холода зимой. Так карта распределения скорости ветра на высоте 10 м, показанная на рис. 2.3, свидетельствует о том, что средняя скорость ветра в Ростовской области составляет от 3,5 до 5 м/с [2.7]. Практический интерес представляют сильные ветры (более 15 м/с). Их средняя повторяемость для области составляет 28 дней за год, максимальная – 54 дня [2.8]. Это позволяют считать Ростовскую область зоной эффективного применения ветроэнергетических установок [2.5–2.9]. В данном регионе прослеживается следующая закономерность: усиление ветра наблюдается с середины октября по конец апреля, т. е в осенне-зимний период [2.9]. Для зимы характерна повышенная средняя месячная скорость ветра 5,3 м/с, летом она снижается до 3,6 м/с, увеличиваясь весной и осенью соответственно до 4,6 и 4,4 м/с [2.9].
Характерной особенностью климата области является обилие солнечного света и тепла. Продолжительность солнечного сияния равна 2050–2150 часам в год. С июня по сентябрь среднемесячные показатели продолжительности солнечного сияния в Ростове-на-Дону и Сочи мало отличаются друг от друга [2.9, 2.10]. Зависимость среднедневного поступления солнечной энергии в Ростовской области приведена на рис. 2.4 [2.10]. Из анализа данного рисунка, а также данных табл. 2.1, в которой приводится распределение дневной суммы солнечной радиации по месяцам, можно сделать вывод о том, что среднедневное поступление солнечной энергии в Ростовской области составляет от 3,5 до 4,5 кВт·ч/м2 в день, а количество солнечной радиации возрастает с апреля по сентябрь.
Рис. 2.3. Карта распределения скорости ветра на высоте 10 м
Рис. 2.4. Распределение годовых среднедневных поступлений солнечной энергии на оптимально ориентированную поверхность
Выполненные анализ изменения потоков солнечной и ветровой энергии в течение года в Ростовской области показывает, что применение только солнечной энергией не позволит обеспечить надёжное энергоснабжение базовой станции сотовой связи, так как поступление энергии будет снижаться в ночное время и в зимние месяцы. В то же время в осенне-зимний период наблюдается максимум ветровой энергии, что позволит компенсировать отсутствие солнечной энергии.
Таблица 2.1
Дневная сумма солнечной радиации, кВт·ч/м2, (горизонтальная площадка) в г. Ростов-на-Дону
Месяц |
Сумма радиации |
Месяц |
Сумма радиации |
январь |
1,27 |
июль |
5,86 |
февраль |
2,09 |
август |
5,17 |
март |
2,98 |
сентябрь |
3,85 |
апрель |
4,09 |
октябрь |
2,38 |
май |
5,53 |
ноябрь |
1,31 |
июнь |
5,76 |
декабрь |
1 |
Средняя за год |
3,45 |
Таким образом, учитывая нестабильность источников энергии ветра и солнца в Ростовской области, можно сделать вывод о целесообразности использования комбинированных солнечно-ветровых энергетических установок (КСВЭУ) для надёжного энергоснабжения базовых станций сотовой связи.