Диплом. I анализ современного состояния ветровой, энергетики и энергетических комплексов на ee основе

• Название: I анализ современного состояния ветровой, энергетики и энергетических комплексов на ee основе
• Анкор: Диплом
• Дата: 28.01.2023
• Размер: 3.99 Mb.
• Имя файла: Диплом.docx
• Тип: Литература; #908804
• страница: 1 из 5

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

I АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВЕТРОВОЙ, ЭНЕРГЕТИКИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ НА EE ОСНОВЕ 7

1.1Современное состояние ветровой энергетики 8

1.2Ветродизельные энергетические комплексы 14

IIОПИСАНИЕ ИССЛЕДУЕМОЙ ЗАДАЧИ 20

2.1 Общая постановка задачи 21

III. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ АРТП СЕТЬ-НАВОЛОК 26

3.1 Информация об объекте исследования 27

3.2. Ветроэнергетические ресурсы в месте расположения объекта исследования 30

VIАЛГОРИТМ РАСЧЕТА РАБОТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА 32

4.1 Расчет эксплуатационных показателей ВДЭК 33

3.2 Определение затрат на создание и эксплуатацию ВДЭК 34

VРЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ВДЭК ДЛЯ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ АРТП СЕТЬ-НАВОЛОК 39

5.1Результаты расчета для АРТП 40

52

VIЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЭУ 52

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64

ЛИТЕРАТУРА 67

Принятые обозначения и сокращения:

ВИЭ – возобновляемые источники энергии;

НВИЭ – нетрадиционные и возобновляемые источники энергии;

ВЭУ – ветроэнергетическая установка;

ВЭС – ветроэнергетическая станция;

ДЭУ – дизельная энергетическая установка;

АБ – аккумуляторная батарея;

МИРЭК – Мировой энергетический комитет;

КПД – коэффициент полезного действия;

ЭК – энергетический комплекс;

ВДЭК – ветродизельный энергетический комплекс;

ВДУ – ветродизельная установка;

ВА – ветровой агрегат;

АГ – асинхронный генератор;

СШ – сборные шины;

РН – регулируемая нагрузка;

ДД – дизельный двигатель;

СГ – синхронный генератор;

АЭ – аккумулятор энергии;

ИА – инерционный аккумулятор;

В – выпрямитель;

ИН – инвертор;

ВВЕДЕНИЕ
На сегодняшний день ветровая энергетика одна из самых динамично развивающихся отраслей. К началу 2015 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 369 гигаватт[1], а количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт-часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии)[2]. Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2014 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 39 % всего электричества; на 2013 год — в Португалии — 23 %; на 2011 год — в Ирландии — 14 %[3], в Испании — 16 % и в Германии — 8 %. В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе[4].Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична.

Что касается России, то, в отличие от Европы она имеет достаточный запас энергоносителей, чтобы обеспечить свои энергетические потребности. Однако данный фактор не означает, что развитие возобновляемой в частности ветровой энергетики в нашей стране является второстепенной задачей. Как известно, только 1/3 территории России «подключена» к объединенной энергетической системе. Следовательно, более 20-25 млн. человек проживающих на остальной части вынуждены использовать автономные системы энергообеспечения. К этой категории потребителей можно отнести и тех, кто подключен на концетупиковой электрической сети. Как правило, для энергообеспечения таких потребителей используются бензиновые или дизельные генераторы, которые, в условиях российской действительности не всегда являются надежным и экономически приемлемым источником электрической энергии. Например, стоимость электроэнергии полученной дизельной электрической станцией (ДЭС) на о. Соловки составляет 27 руб/кВт*ч. В некоторых регионах стоимость одного кВт*ч полученного от ДЭС может доходить до 100 рублей и более (мыс Сеть-Наволок, Кольский полуостров). Такая высокая стоимость на электрическую и на тепловую энергию связана с необходимостью доставки органического топлива на значительное расстояние в труднодоступные районы. В таком контексте использование возобновляемой энергии в России имеет свои, весьма большие, перспективы. В связи с этим вышло распоряжением Правительства РФ от 8 января 2009 г. N 1-р «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 г»

Как правило, энергообеспечение автономного потребителя за счет ВИЭ стараются обеспечить путем комбинации разных видов первичной и вторичной энергии в так называемых энергокомплексах (ЭК). В их состав, обычно, входят как энергоустановки на базе ВИЭ, так и дизельные (бензиновые) энергоустановки (ДЭУ, БЭУ), а также разного вида системы аккумуляции энергии. Автономный энергетический комплекс должен обеспечить надежное электроснабжение потребителя.

I АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВЕТРОВОЙ, ЭНЕРГЕТИКИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ НА EE ОСНОВЕ
1.1Современное состояние ветровой энергетики

Во всем мире содержащаяся в ветре кинетическая энергия в 80 раз превышает совокупное энергопотребление населением Земли, хотя основная часть ветроэнергетических ресурсов приходится на мировой океан. Это говорит о том, что энергия ветра может стать потенциальной альтернативой в частичном замещении традиционных источников выработки электроэнергии. Согласно оценкам Всемирной ветроэнергетической ассоциации (WWEA), в 2010 году установленная мощность ветроэнергетических установок (ВЭУ) в мире составила порядка 160 ГВт. [5, 6]

Ветроэнергетика является одним из наиболее быстро растущих секторов не только в области возобновляемых источников, но и в энергетики в целом. Средние темпы роста мировой установленной мощности ВЭУ за последние 10 лет равнялись примерно 29% в год. [7, 8]

Странами-лидерами по установленной мощности ВЭУ являются Германия, Испания, США, Индия, Китай и Дания.

Рынок крупнейших производителей ВЭУ сосредоточен на базе мощностей десятка зарубежных компаний машиностроения, таких как Vestas, Siemens, Enercon, GeneralElectric и др. [9]

В2001 году ЕС принял директиву по содействию производства электроэнергии на базе ВИЭ с целью достижения доли электроэнергии от ВИЭ к 2020 году в 22,1% от валового внутреннего потребления электроэнергии. [10]

В январе 2008 года Европейская комиссия (ЕК) опубликовала данные по прогнозу изменения климата и энергетическому пакету. В декабре 2008 года Европейский Парламент и Совет достигли договоренности об энергопакете предложенном ЕКо достижении к 2020 году увеличения доли ВИЭ в среднем по ЕС до 20 % конечного потребления энергии, включая как минимум 10 % закупаемой «Зеленой энергии» в каждом государстве ЕС.[11]

В настоящее время ветроэнергетика обеспечивает 3,7% всего потребления электроэнергии в ЕС. Цель ЕК - увеличить эту долю до 12 % к 2020 году. По данным Европейской ветроэнергетической ассоциации (EWEА) в 2010 году установленная мощность ветроэнергетических станций (ВЭС) в ЕС составила 80000 МВт, включая 3500 МВт оффшорных ВЭС. К 2020 году поставлена задача получить на ВЭС в ЕС 180000 МВт, включая 35000 МВт на оффшорных ВЭС или от 11.4до 14.3% общего объема потребления энергии в ЕС в % в 2020 году в зависимости от сценариев развития спроса на электроэнергию. По оценкам Европейского совета по возобновляемым источникам энергии (EREC) к 2020 году выработка электроэнергии на ВЭС достигнет 477 тВт*ч/год. Гринпис и Всемирный совет по ветроэнергетике (GWEC) прогнозируют рост мощностей ВЭС от 41000МВт в 1990 г до 385000 МВт к 2020 году для самого оптимистичного сценария на основе учета роста рынка и технического прогресса в ЕС. [12]

Для надежных среднесрочных прогнозов развития ВЭС необходимы надежные оценки ветрового потенциала Европы. Особенно это актуально для тех стран, где развитие ВЭС пока незначительно и делать это надо в географически явной форме. Обычно в расчетах ресурса ветра EWEA используется три категории потенциала ветроэнергетики: валовой, технический, ограниченный и экологический конкурентно способный.

Понятие валового потенциала соответствует общемировым подходам.

При этом «технический потенциал» соответствует высокому уровню производства энергии на ВЭС при максимальной плотности размещения ВЭУ на базе использования современных технологий.

«Ограниченный потенциал» соответствует части технического потенциала, учитывающей такие проблемы, как защита биологической среды, нормативные ограничения и социальные ограничения, то есть это скорее «технико-социально-экологический» потенциал.

«Экологический конкурентно способный потенциал» соответствует той части технического потенциала, которая может быть реализована экологически эффективно с учетом прогноза средних затрат на электроэнергию в будущем.

Основной источник данных по скорости ветра в Европе -ECMWF – Европейский центр среднесрочных прогнозов. Используются данные по среднегодовой скорости ветра за период 2000-2005 гг.

ECMWF – международная организация поддерживаемая 18-ю странами ЕС и имеющая соглашения о сотрудничестве с другими странами ЕС, а также с WMO (WorldMeteorologicalOrganization). Она отвечает за подготовку оперативного глобального анализа данных и среднесрочных прогнозов данных для его членов и проводит комплексные программы научных исследований для обеспечения дальнейшего развития и совершенствования своей продукции.

Эти данные пересчитываются с учетом шероховатости поверхности Земли для разных ее типов с использованием специализированных баз данных по почвенно-растительному покрову. ECNWF дает скорости ветра на высоте 10 м. Данные скорости пересчитаны на уровень высоты башен ВЭУ.

В 1950-е годы в СССР выпуском ВЭУ занимались 44 предприятия. Максимальный уровень производства был достигнут в 1955 году и составил 9142 установки. Для обеспечения водоснабжения объектов сельского хозяйства в семи областях Советского Союза в 1958 году работали 2352 ВЭУ, которые окупали себя, в среднем, за один - два года работы. [13, 14]

Уделом ветроэнергетики на новом этапе развития страны стало обеспечение энергией объектов сельского хозяйства, не подключенных к электрическим сетям. Последним достижением в развитии крупномасштабной ветроэнергетики было строительство Ново-Ишимской многоагрегатной ВЭС-400 в 1960 году.

В период 1968-1975 годов были разработаны новые ветроэлектрические установки мощностью от 1 до 30 кВт. Но, в целом, начало 1970-х годов является тем этапом, когда ветроэнергетика потеряла свою актуальность для промышленной тепловой энергетики на фоне дешевого газа, угля и торфа. Именно тогда был прекращен серийный выпуск многих установок, а применявшиеся ранее ВЭУ были постепенно заброшены после проведения на большей части густонаселенных территорий СССР линий централизованного электроснабжения.[14]

В настоящий момент в России, в отличии от многих как развитых, так и развивающихся стран, использование ветроэнергетики носит весьма «умеренный» характер как по показателю установленной мощности (немногим более 17 МВт), так и по темпам развития сектора. Доля выработки электроэнергии с помощью ВЭУ в России составляет менее 0,01% от общей выработки (в Дании этот показатель более 24%).

Крупнейшей в России является Куликовская ВЭС в Калининградской области. Ее мощность составляет 5,1 МВт. Возведена она была в результате сотрудничества нашей страны с зарубежными производителями, в частности с датской фирмой Vestas. Затраты только на приобретение оборудования составили 924$/кВт. Общие капитальные вложения с учетом строительства - 2158$/кВт (для тепловой генерации капвложения составляют порядка 2000$/кВт установленной мощности). За период работы с 1 сентября 1999 года по 1 сентября 2002 года Куликовская ВЭС выработала 6058,8 тыс. кВт/ч электроэнергии. [15, 16]

В современной России рынок оборудования для ветроэнергетики развит слабо. Его отличительной чертой является то, что мощность производимого ветроэнергетического оборудования существенно ниже зарубежных аналогов. В связи с этим основанная масса российских ВЭС комплектуется оборудованием зарубежных производителей, таких как Vestas, Windworld, HAG и других. [15]

Потенциал генерации электроэнергии с использованием энергии ветра на территории России оценивается в 80000 млрд. кВт/ч в год. Технический потенциал сопоставим по величине с совокупным и составляет 6218 млрд. кВт/ч в год. [17].

Специфика использования энергии ветра в качестве источника электроэнергии заключается в том, что размещение относительно стабильно работающей ВЭУ можно осуществить фактически в любой точке земного шара, а вот экономически обоснованными местами ее размещения будут только зоны с высокими среднегодовыми скоростями ветра (зоны высокопотенциальных ветровых потоков). На территории России представляется экономически целесообразным освоение лишь менее 0,04 % валового потенциала энергии ветра. В номинальном эквиваленте экономический потенциал ветроэнергетики ниже потенциала всех существующих возобновляемых источников энергии, однако по темпам развития в мире с ветроэнергетикой может сравниться только энергетика на биомассе.

Средняя стоимость строительства ВЭУ в России оценена в 1700 $/кВт. Единственным способом снижения затрат является использование установок российского производства, а также выполнение строительно-монтажных работ с минимальным привлечением зарубежных компаний. Существует и такая проблема как неразвитый отечественный рынок производителей оборудования (ограниченная мощность российских ВЭУ варьируется от 1 до 30 кВт) и технологий производства. [18]

Основная часть пригодного для освоения ветроэнергетического потенциала приходится на те территории России, где плотность населения ниже 1 чел/ км².В этих условиях наибольшие перспективы имеют автономные маломощные (до 50 кВт) ВЭУ, а также гибридные ветро-дизельные системы для электро- и теплоснабжения в условиях севера. В России около 25 млн. человек живут в отдаленных районах, не связанных с центральной энергетической системой, или в местах, где центральное электроснабжение дорого и ненадежно. Некоторые из территорий, которые не обслуживаются централизованной энергосистемой, подключены к небольшим автономным системам. [19]

Около 10 млн. человек обслуживается отдельными генерирующими системами, работающими на дизельном топливе или на бензине. Большинство таких систем находится в районах Крайнего Севера России, на Дальнем Востоке и в Сибири. На территориях, не охваченных централизованной системой электроснабжения, около 10% людей живут в отдалении от коллективных поселений. Значительная часть проживает в селах и деревнях. В 2001 году около 10 тыс. дизельных генераторов мощностью до 1000 кВт и около 60 тыс. бензиновых генераторов мощностью 0,5 – 5 кВт обслуживали деревни, поселки и отдельных потребителей. Почти половина из этих установок простаивала от нескольких дней до нескольких месяцев в году из-за проблем с доставкой топлива и высоких цен на горюче-смазочные материалы. Во многих случаях дизельные и бензиновые двигатели функционируют лишь несколько часов в день в целях экономии топлива [20].

Развитие ветроэнергетики России позволит установить гарантированное устойчивое энергообеспечение населения и даже производственных предприятий в зонах децентрализованного энергоснабжения, в первую очередь, в районах крайнего Севера и приравненных к ним территорий. Объемы ежегодного завоза топлива в эти районы составляет около 7 млн. т нефтепродуктов и свыше 23 млн. т угля, при этом не редко возникают ситуации с перебоями в поставках топлива.[21]

Ситуация с применением крупной ветроэнергетики в России далеко не однозначна. В 1990-х годах Министерство топлива и энергетики России оценивало перспективный спрос на подключение к энергосистеме ВЭС с турбинами мощностью от 100 до 1000 кВт (промышленного и полупромышленного назначения) в размере 470 МВт. В отличие от малой ветроэнергетики, крупномасштабное применение ветровой энергии возможно только на территориях, где благоприятные природные условия соседствуют с существующей развитой инфраструктурой обычных электростанций и крупными промышленными потребителями.[15]

Такие территории включают в себя восточное побережье Сахалина, южную оконечность Камчатки, окрестности поселка Певек и Билибино на Чукотке, побережье Магаданской области, зону высоковольтной сети Магаданэнерго, южное побережье Дальнего Востока, степные районы рядом с высоковольтными линиями волжских электростанций, степи и горы Северного Кавказа.[22]

1.2Ветродизельные энергетические комплексы

Мировой опыт освоения ресурсов ВИЭ показывает, что использование только одного вида ВИЭ в системах энергоснабжения автономных потребителей не всегда позволяет обеспечить надежное и бесперебойное энергоснабжение из-за физических особенностей самих ВИЭ. В связи с этим энергоснабжение автономного потребителя стараются обеспечить путем комбинации ВИЭ и других видов энергий в едином ЭК.

На сегодняшний день наиболее изученными и надежными комплексами являются ветродизельные энергетические комплексы (ВДЭК). Подобные комплексы эксплуатируются во многих странах мира и являются надежным источником электрической энергии для тысяч автономных потребителей.

Исследования проводились в национальной лаборатории RISO (Дания) с 1984 по 1990 годы). Исследованные ветродизельные установки (ВДУ) были разделены на 4 класса:

- Класс 1 (простейший) (рисунок 1.1 а). Исследовался стандартный ветровой агрегат (ВА) сетевого использования с асинхронным генератором (АГ), который работает с постоянным включением на сборные шины (СШ) потребителя. В комплект оборудования введена автоматически регулируемая нагрузка (РН) предотвращающая перегрузку ВА при высоких скоростях ветра за счет снижения частоты вращения до заданного расчетного уровня. Стандартная дизель-генераторная станция работает постоянно, обеспечивая реактивной энергией асинхронный генератор (АГ). Полная (100%) доля участия в графике нагрузки ВА считается допустимой. Экономия топлива будет небольшой, но система оказывается предельно простой и приемлемой в тех случаях, когда фактор надежности более важен, чем максимум экономии топлива.

- ВДУ класса 2 (рисунок 1.1 б). В конструкцию ДЭС внесены изменения: между дизельным двигателем (ДД) и синхронным генератором установлены соединительная муфта и небольшой инерционный аккумулятор. ВДУ класса 2 достаточно проста и требует минимума электронного оборудования. Экономия топлива в данном варианте существенно возрастает благодаря тому, что при благоприятных ветровых условиях дизельный двигатель не работает и не расходует топливо.


Рисунок 1.1 Блок схема ВДУ класса 1(а) и класса 2(б)

ВА – ветроагрегат; АГ – асинхронный генератор; РН – регулирующая нагрузка; СШ – сборные шины; ДД – дизельный двигатель; СГ – синхронный генератор; СМ – соединительная муфта; ИА – инерционный аккумулятор.
- Схема ВДУ класса 3 (рисунок 1.2 а).отличается от предыдущего варианта введением в состав ВДУ аккумулятора энергии, в качестве которого может служить аккумуляторная батарея, гидравлический аккумулятор и другие источники энергии. Экономия топлива при использовании ВДУ класса 3 в районах с благоприятными условиями достигает высокого уровня.

Национальная лаборатория RISO указывает на то, что благодаря относительно простому устройству и возможности получения значительной экономии топлива ВДУ класса 3 имеет перспективы широкого применения.

ВДУ класса 4 (рисунок 1.2 б) имеет в своем составе ВА стандартного типа с синхронным или асинхронным генератором, и стандартной конструкцией ДЭС соизмеримой с ВА мощности, без использования инерционного аккумулятора. ВА работает через выпрямитель на инвертор, выход которого соединен со сборными шинами потребителя. В случае недостатка энергии для обеспечения нужд потребителя недостающая часть поступает от АБ. В случае избытка энергии производится питание нагрузок потребителя и подзарядка АБ. При штилевой погоде и при слабом ветре работает ДЭС в режиме обеспечения нагрузок потребителей и подзаряда АБ.



Рисунок 1.2 Блок схема ВДУ класса 3(а) и класса4(б)

ВА – ветроагрегат; АГ – асинхронный генератор; РН – регулирующая нагрузка; СШ – сборные шины; ДД – дизельный двигатель; СГ – синхронный генератор; СМ – соединительная муфта; ИА – инерционный аккумулятор; АЭ – аккумулятор энергии; В – выпрямитель; ИН – инвертор.
ВДУ класса 4 имеет возможности для достижения максимальной экономии топлива. Система контроля и управления работой комплекса должна быть компьютерной, чтобы обеспечить выполнение всех необходимых операций.

Эффективное использование ветродизельного энергетического комплекса (ВДЭК) можно проиллюстрировать опытом острова Фэр (Шотландия). Там, для поселка численностью 70 жителей была построена электростанция с двумя ДЭС, одна из которых мощностью 20 кВт была достаточна для электроснабжения летом, а другая – 50 кВт – предназначена для электроснабжения зимой.

Ветровые условия острова весьма благоприятны. Средняя скорость ветра – 9,6 м/с. В июне 1982 г. там была установлена ВЭС мощностью 50 кВт. С тех пор производство энергии возросло в 3,7 раза. Блок схема ВДУ на ост. Фэр приведена на рисунке 1.3.



Рисунок 1.3. Блок схема ВДУ на о.Фэр.

Эксплуатация ВДУ на острове Фэр показала, что себестоимость электрической энергии получаемой от ДЭС составляла 8 центов/кВт*ч, а от ВЭС – 3,5 цента/кВт*ч. На этой станции было разработано специальное устройство, позволяющее потребителям различать вид потребления, чтобы потребитель в каждом доме знал, когда счетчик энергии включается на более высокий тариф. Результаты работы на о. Фэр приводятся в таблице 1.1.
Таблица 1.1. Результаты работы на о. Фэр

Показатели	Выработка энергии кВт*ч	Доля,%
Суммарная выработка энергии ВДУ за год работы	185024	100
Выработка энергии ВЭС за год работы	168895	91,28
Выработка энергии ДЭС за год работы	16147	8,72

Из приведенной таблицы видно, что на долю ДЭС приходится только 8,72% выработанной энергии. Остальная энергия обеспечивалась ВЭС.

В 1987 году фирма SMA построила и испытала первую в мире ВДУ с новой системой управления на острове CapeClear. За ней последовали ВДУ в Греции, Иордане и Китае.

В состав ВДУ о. Раслин (Ирландия) входили три ветроэлектрических агрегата «Aeroman» мощностью по 33кВт каждый, три ДЭС мощностью: 48, 80 и 132 кВт, АБ напряжением 220В энергоемкостью до 100кВт*ч и трехфазный инвертор выходной мощностью 140 кВт (класс 4 по датской классификации). Ветровые условия о. Раслин весьма благоприятны для использования энергии ветра (Vср=10м/с). Благодаря этому и использованию системы IPS электроснабжение острова было обеспечено с минимальным участием ДЭС: суммарное время их работы на протяжении года эксплуатации не превышало 10-20%.

В 1997 г. фирма SMARegelsystemsGmbh обратилась в министерство топлива и энергетики РФ с предложением поставки в поселок Койда Мезенского района Архангельской области ДЭУ IPS. Из приводимых фирмой расчетов следовало, что предложенная система способна обеспечить среднегодовую выработку энергии 3000МВт*ч, причем 50% энергии в условиях пос. Койда может производится за счет двух ветроагрегатов общей мощностью 1000 кВт, а себестоимость электроэнергии по сравнению с применением обычной ДЭС в 1,5 раза. [23]

В 2001-2002 гг. на мысе Обсервация (Чукотский автономный округ) предприятием «Ветроэн» совместно с ООО Фирма «ВИЭН» и с ГКБ «Южный» была построена первая на крайнем северо-востоке России ветродизельная станция, в состав которой вошли 10 ветроагрегатов АВЭ-250СН. ВЭС предназначена для работы параллельно с ДЭС поселков Шахтерский и Угольные Копи.[24]

Первый положительный опыт промышленной эксплуатации ветродизельной станции в России наглядно показывает преимущества такой системы электроснабжения: существенную (до 50%) экономию дизельного топлива, и что особенно важно, быструю окупаемость капитальных вложений (3 – 4года). [25]

В настоящее время компания «Ветропарк Инжиринг» (Россия) предлагает решение для обеспечения независимым электроснабжением самых различных объектов – коттеджных поселков, удаленных сельскохозяйственных, рыбоводческих, рудных предприятий и т.п.

Основа этой технологии использование ветроэнергетических и гибридных ветродизельных комплексов мегаватной мощности в качестве источника автономной энергии. Данная технология уже много лет успешно применяется в Канаде, США, Норвегии, Австралии в Филиппинах и еще в 70 странах.

Себестоимость энергии комплекса зависит главным образом от ветрового потенциала и может колебаться от 2,5руб/кВт*ч до 1 руб/кВт*ч.

Ввод ВДЭК под ключ осуществляется за 1,5-2 года (в том числе ветромониторинг 1год). Удельные капитальные вложения на 1 кВт установленной мощности составляют 1,9 тыс. Евро. [26]


IIОПИСАНИЕ ИССЛЕДУЕМОЙ ЗАДАЧИ
2.1 Общая постановка задачи

В работе исследуется энергетический комплекс для энергообеспечения автономного потребителя основанный на ветровой, дизельной энергетических установках и системы аккумуляторных батарей принципиальная схема которого показана на рисунке 2.1.

Основным критерием оптимальности в работе принят минимум приведенных затрат при условии полного финансирования строительства ЭК за счет заказчика (имеется в виду, что при создании ЭК не происходит заимствований в банках или других финансовых организациях). Сооружение ЭК идет за счет местной рабочей силы, а также специалистов по монтажу основных энергетических сооружений.

Рассматривается автономный потребитель в расчетной точке А с координатами φ^о - по широте и ψ^о- по долготе. Для него заданы графики почасового потребления тепловой и электрической энергии во времени, т.е. и i=1,2…nна расчетном периоде времени



Где .

Эти графики нагрузки должны быть покрыты за счет использования ВЭУ,ДЭУ, а также системы аккумуляторных батарей, которые предназначены для энергоснабжения потребителя в период запуска ДЭУ из «горячего» или «холодного» резервов, для которых задаются необходимые технико-экономические параметры и характеристики, соответствующее специальное информационное обеспечение.


Рисунок 2.1. Принципиальная схема ВДЭК
По ВЭУ: тип ВЭУ с (кВт), (м), , стоимость ВЭУ с учетом ее доставки, монтажа и эксплуатации за заданный срок жизни ВЭУ, среднечасовые скорости ветра, в т А(φ⁰,ψ⁰), рассчитанные с учетом шероховатости местности в т. А(φ⁰,ψ⁰), «розы» ветров с заданной шероховатостью по румбам «розы» ветров для высоты башни ВЭУ - (м).

Также необходимо учитывать эксплуатационные и энергетические характеристики вспомогательного оборудования, такого как инверторы, измеряющее оборудование, управляющая система и т.д.

Требуется найти число основных элементов рассматриваемого ЭК с целью обеспечения минимума приведенных затрат за рассматриваемый расчетный период времени , т.е.

(2.2)

при учете следующих условий и ограничений:

. (2.3)

. (2.4)

. (2.5)

. (2.6)

. (2.7)

. (2.8)

. (2.9)

При этом в (2.3) следует также учесть и принятое число основных расчетных элементов ВДЭК, а также капвложения и издержки в них, цикличность ремонтов и сроки их жизни.

При расчете поставленной задачи необходимо учитывать уравненения связи типа (2.3), ограничения типа неравенства (2.6, 2.7, 2.8), и нелинейные связи типа (2.5).

Исходные данные:

v(t) – скорость ветра (почасовые данные);

P_эл(t) – электрическая нагрузка потребителя (почасовые данные);

P_теп(t) – тепловая нагрузка потребителя (почасовые либо среднесуточные данные);

Характеристики основного оборудования ЭК включают в себя следующие параметры:

1. 
   ВЭУ
   

N_ВЭУ(v) – мощностная характеристика ВЭУ;

m_ВЭУ, кг – масса ВЭУ;

U_ВЭУ, В– выходное напряжение ВЭУ;

Т_ВЭУ, лет – срок службы ВЭУ;

Ц_ВЭУ, руб. – стоимость ВЭУ.

2. 
   ДЭУ
   

N_{уст.ДЭУ},кВт – установленная мощность ДЭУ;

b_топ, л/кВт·ч – удельный расход топлива (может задаваться как константа, либо как функция мощности b_ТОП(N_ДЭУ), где N_ДЭУ– производимая мощность ДЭУ в данный момент времени);

b_мас, л/кВт·ч– удельный расход масла;

m_ДЭУ, кг – масса ДЭУ;

Ц_ДЭУ,руб – стоимость ДЭУ;

Т_{рем.ДЭУ}, ч – срок службы ДЭУ до капитального ремонта;

Т_ДЭУ, ч – срок службы ДЭУ;

3. 
   Аккумуляторные батареи (АБ)
   

С_АБ, Ач – емкость АБ;

U_АБ,В – напряжение АБ;

m_АБ, кг – масса АБ;

Т_АБ, лет – срок службы АБ;

Ц_АБ, руб. – стоимость АБ;

4. 
   Трансформатор
   

N_Т (v) – мощностная характеристика трансформатора;

m_Т, кг – масса трансформатора;

Uвх_Т, В– входное напряжение трансформатора;

Uв_Т, В– выходное напряжение трансформатора;

Т_Т, лет – срок службы трансформатора

Ц_Т, руб. – стоимость трансформатора.