Диплом. I анализ современного состояния ветровой, энергетики и энергетических комплексов на ee основе
 Скачать 3.99 Mb.
|
|
- скорость ветра в течение часа принимается постоянной;
определяется исходя из средней пусковой скорости рассматриваемого класса ВЭУ.Скорость, при которой ветроагрегат выходит в номинальный режим определяется исходя из средней скорости выхода в номинальный режим ветроагрегатов данного класса
На участке энергетической характеристики от 
до 
мощность изменяется по кубической зависимости.| Параметр | Значение |
| Стоимость ВЭУ | 50000 руб/кВт |
| Стоимость монтажных работ (для ВЭУ) | 30% стоимости ВЭУ |
| Срок службы ВЭУ | 20лет |
| Ремонт | Осуществляется 1 раз в 10лет |
| Стоимость ремонтных работ | 40% от стоимости ВЭУ |
| Стоимость ДЭУ | 10000 руб/кВт |
| Стоимость ремонта ДЭУ | 30% стоимости ДЭУ |
| Расход топлива для ДЭУ | 0,25 л/кВт·ч |
| Срок службы ДЭУ | 50000 ч |
| Ремонт ДЭУ | Осуществляется после 30000 ч работы. |
| Стоимость топлива | 300 руб/л* |
| Стоимость масла | 300 руб/л |
| Стоимость доставки | 250 руб/кг** |
* - рассматриваются несколько вариантов стоимости топлива. Существующая практика эксплуатации ДЭУ на АРТП Сеть-Наволок дает стоимость в 300 руб/л.
** - зависит от стоимости топлива.
III. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ АРТП СЕТЬ-НАВОЛОК
3.1 Информация об объекте исследования
В качестве объекта исследований был выбран автономный потребитель – радиолокационная станция (РЛС), работающая в автономном режиме (далее – объект) которая расположена на побережье в малонаселенном районе Мурманской области. РЛС относится к ряду закрытых объектов, допускающих только присутствие обслуживающего персонала. Технологическая аппаратура объекта для приема и обработки сигналов расположена на башне, где предусмотрены заградительные огни и наружное освещение. В отношении надежности электроснабжения объект имеет первую категорию, в связи с этим основное требование объекта – надежное и бесперебойное снабжение энергией. В связи с требованиями по надежности на объекте предусматривается несколько источников энергии.
У объекта отсутствует автомобильное и железнодорожное сообщение с близлежащими населенными пунктами, а также отсутствует оборудованный морской порт, следовательно, единственным способом доставки грузов может служить воздушный транспорт (вертолет).
АП «Сеть-Наволок» имеет следующие характеристики: напряжение силовой сети равно 380 В, остальной сети — 220 В. Мощность гарантированного электроснабжения составляет 7 кВт, общая максимальная мощность потребителя энергии в обычных условиях 19,78 кВт, а С учетом электропотребления на жизнеобеспечение людей — 25,78 кВт. Принципиальная схема электрической сети показана на рис. 3.3.
Нагрузка имеет следующую структуру:
- технологическая аппаратура – постоянная в течении года;
- система климатического контроля – различается в зависимости от сезона (зима или лето), постоянна в течение суток;
- наружное освещение рассчитывается в зависимости от времени года для места расположения объекта.
Допущение: длительность зимнего сезона составляет 9 месяцев (с 01.08 по 30.04), соответственно длительность летнего сезона – 3 месяца.
Для дополнительных расчетов энергопотребления наружного освещения задаются :
- координаты потребителя – 68.5° с.ш., 38.0° в.д.
- режим освещения: длительность освещения составляет 20% от продолжительности темного времени суток.
Собственные нужды включают в себя отопление помещения энергоблока и подогрев рабочей жидкости ДЭУ. Эти системы включаются поочередно на 1 час через каждый час, что позволяет более равномерно распределить нагрузку во времени. Вентиляция помещения учитывается в нагрузке системы климат-контроля.
Жилой дом предназначен для обслуживающего персонала объекта. Предусматривается использование электробытовых приборов (холодильник, стиральная машина, телевизор и т.д.), электрическое отопление и горячее водоснабжение.
Суммарная мощность осветительной нагрузки составляет 3 кВт. График изменяется в зависимости от времени года.
Суммарная нагрузка для каждого часа года включает технологическую аппаратуру РЛС, систему климатического контроля аппаратной энергоблока, собственные нужды ДЭУ, заградительные огни, наружное освещение, а также электрическую нагрузку жилого дома:
Рп = Рта + Ркк+ Рзо + Рно + Ржд (3.1)
Характерные графики нагрузки для января и июля представлены на рисунке 3.1 и рисунке 3.2.
Рисунок 3.1. Характерный график нагрузки января.
Рисунок 3.2. Характерный график нагрузки июня.
Рисунок 3.3. – Принципиальная схема электрической сети АРТП Сеть Наволок на базе традиционных ДЭУ
Стоимость топлива для ДЭУ может достигать 300 руб/л при доставке его вертолетом. Ввиду отсутствия оборудованных причалов в непосредственной близости АРТП сеть Наволок стоимость доставки топлива морем не будет резко (в разы) отличаться от стоимости доставки топлива воздушным путем.
3.2. Ветроэнергетические ресурсы в месте расположения объекта исследования
Регион, в котором расположен объект, характеризуется суровыми погодными условиями. Зима здесь длится практически девять месяцев — с первого сентября по первое июня. Диапазон колебаний температуры в регионе составляет от –40 °С зимой до +30 °С летом. Воздух постоянно влажный и соленый. Объект размещается на крутом скалистом берегу высотой 70–95 метров над уровнем моря и открыт практически всем ветрам в данной точке. Сам АРТП располагается в той зоне Кольского полуострова, которая характеризуется высокими среднегодовыми значениями скорости ветра (около 8–9 м/с). Таким образом, в указанном месте имеются весьма хорошие условия для использования ВЭУ.
За рассматриваемый период наблюдений (1год) преобладают значения скорости в диапазоне от 4м/с до 9 м/с. Годовой разрез скорости ветра на мысе Сеть Наволок характеризуется высокими значениями скорости ветра в зимний период с сентября по март (более 10 м/с). В целом же среднегодовая скорость равна 9м/с, что несомненно обусловливает перспективность и экономическую целесообразность использования энергии ветра в данном районе (рисунок 3.4).
Рис. 3.4 – Дифференциальная повторяемость (а) и среднемесячные значения скорости ветра (б) исследуемой площадки мыса Сеть Наволок.
VIАЛГОРИТМ РАСЧЕТА РАБОТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
4.1 Расчет эксплуатационных показателей ВДЭК
Для обеспечения надежности соответствующих расчетов по ВЭУ должны иметься длительные ряды наблюдений за ветром в рассматриваемой точке Земли, где планируется сооружение ВЭУ (желательно не менее 10 лет). При этом величина расчетного интервала для скоростей ветра должна быть не более одного часа, что весьма затрудняет обеспечение надежности всех расчетов из-за ограниченности рядов наблюдения за ветром описанных выше. В связи с этим для подобных расчетов можно использовать существующие сегодня базы данных по ветру.
Как правило, данные по ветру представлены для определенной высоты (10м – Россия, Европа; 50м – США). Для пересчета скорости ветра на высоту башни используют формулу (4.1):
, (4.1)где
– высота башни; 
– высота, на которой проводились измерения; 
– измеренная скорость ветра на высоте ;коэффициент 
0,2(зависит от местоположения исследуемого объекта) .Мощность, вырабатываемая ВЭУ определяется по формуле (4.2):
. (4.2)где:
– электрическая нагрузка потребителя, 
– тепловая нагрузка потребителя, 
– коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую.В период времени, когда вырабатываемая мощность на ВЭУ(ВЭС)
превышает нагрузку потребителя передается на АБ, и когда возникает необходимость используется для энерообеспечения потребителя в период запуска ДЭУ.Мощность вырабатываемая ДЭУ определяем по выражению (4.3).
(4.3) Расход топлива вычисляется по (4.4):
Расход масла вычисляется по (4.5)
3.2 Определение затрат на создание и эксплуатацию ВДЭК
Для определения экономической эффективности исследуемого энергетического комплекса необходимо произвести расчет затрат за долгосрочный период и сравнить его с базовым вариантом энергообеспечения за счет ДЭС за тот же период времени. Как правило, расчетный период выбирается по оборудованию, имеющему наибольший срок службы.
Очевидно, что наибольшие затраты приходятся на первый год. Капитальные вложения в энергетический комплекс будут определяться по формуле (4.6).
, (4.6)где
– полная стоимость ВЭС включая доставку оборудования и монтаж; 
– стоимость АБ включая доставку; 
– стоимость всех установок ДЭУ включая монтаж и доставку; 
– стоимость, доставка и монтаж остального, необходимого для работы ЭК оборудования (трансформаторы, инверторы, ИБП, кабели и пр.). , , , определяются по формулам (4.7, 4.8, 4.9, 4.10):
; (4.7)
; (4.8)
; (4.9)
. (4.10)В течение всего срока эксплуатации комплекса необходимо обеспечить диагностику, плановый ремонт и замену оборудования, вовремя заменять смазочные материалы, закупать дизельное топливо. Все это требует ежегодного вливания денежных средств, необходимых для поддержания ЭК в рабочем состоянии.
Ежегодные издержки можно определить по (4.11).
. (4.12)Причем издержки последнего года расчетного периода определяются с учетом ликвидной стоимости оборудования (4.13):
, (4.14)где
ежегодные издержки на работающее оборудование на основе ВИЭ, на топливо, смазочные материалы (дизель и масло) и на остальное оборудование; 
- ликвидная стоимость оборудования работающего на основе ВИЭ, 
– ликвидная стоимость остального оборудования. Издержки на оборудование ВИЭ определяем по формуле (4.15):
. (4.15)Издержки на ремонт (
), замену (
) и эксплуатацию (
.) как для оборудования ВИЭ, так и для остального оборудования определяются из следующих соображений. При заказе оборудования завод изготовитель указывает срок службы оборудования, время работы до капитального ремонта, а также необходимость проведения диагностических работ (которые, как правило, входят в начальную стоимость оборудования). Срок службы и время до капитального ремонта в первом случае указываться в годах (ВЭУ), во втором – в часах (ДЭУ). Если, ресурс оборудования и время капитального ремонта указан в годах, момент ремонта и замены оборудования очевидны. В противном случае необходимо определить среднее число часов работы соответствующего оборудования в году (
). Затем на полученное значение необходимо разделить срок службы оборудования (
) или время до капитального ремонта (
) данные заводом изготовителем (4.16, 4.16).
; (4.15)
. (4.16) Ежегодные издержки на топливо и масло определяются по (4.17, 4.18):
; (4.17)
. (4.18)Основным критерием экономической эффективности являются затраты за весь рассматриваемый период эксплуатации приведенные к базисному году, определяемые по формуле (4.19):
, (4.19)где
– коэффициент дисконтирования. По принципу работы данного алгоритма была написана программа расчета исследуемого ВДЭК блок-схема которой представлена на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1. Алгоритм расчета затрат на сооружения и эксплуатацию ветродизельного комплекса для энергоснабжения автономного потребителя за период времени Т.
Очень важно, чтобы в любой момент времени соблюдался баланс выработки и потребления электроэнергии. Именно поэтому необходимо иметь достаточно точные данные по электрической и тепловой нагрузкам и скоростям ветра. Необходимо, чтобы соответствующие данные были зафиксированы или рассчитаны для каждого часа в течение года. Иными словами, для корректного расчета необходимо иметь 8760 приведенных к расчетному году значений скорости ветра для высоты флюгера (желательно иметь данные по ветру для высоты башни, используемой в расчете, ВЭУ) и 8760 значений для электрической нагрузки.
VРЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ВДЭК ДЛЯ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ АРТП СЕТЬ-НАВОЛОК