ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ
ЭНЕРГЕТИКА
RENEWABLE
ENERGY
ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА
WIND ENERGY
ГИБРИДНЫЕ ВЕТРОУСТАНОВКИ
HYBRID WIND TURBINES
Статья поступила в редакцию 02.04.15. Ред. per. № 2217
The article has entered in publishing office 02.04.15. Ed. reg. No. 2217
УДК 621.311.26
ВЫБОР СОСТАВА ОБОРУДОВАНИЯ МОДУЛЬНОЙ ВДЭС С ВЫСОКОЙ ДОЛЕЙ ЗАМЕЩЕНИЯ НА ОСНОВЕ МЕТОДА
АНАЛИЗА ИЕРАРХИЙ
В.В. Елистратое, М.А. Конищее, P.C. Денисов
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Петра Великого НОЦ «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе» РФ 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29 тел./факс: (812) 552-80-68, e-mail: elistratov@cef.spbstu.ru
doi: 10.15518/isjaee.2015.07.002 Заключение совета рецензентов: 09.04.15 Заключение совета экспертов: 16.04.15 Принято к публикации: 23.04.15
Для автономных северных регионов наиболее эффективным механизмом экономии топлива является использование возобновляемых источников энергии в комплексных системах энергоснабжения для обеспечения средней и высокой доли замещения. Учитывая высокий ветровой потенциал северных территорий, наиболее целесообразно строительство ветродизельных электростанций (ВДЭС). Для выбора оптимального состава оборудования применяется многоуровневая последовательность с использованием метода анализа иерархий на последнем уровне. Согласно этой последовательности, рассчитываются параметры всех возможных вариантов состава оборудования ВДЭС. Вводятся граничные условия, и из общего числа выделяется несколько вариантов со значениями, которые удовлетворяют этим условиям. Из этого множества, адаптируя метод анализа иерархий (МАИ) к области ветроэнергетики, выбирается оптимальный вариант. Этим вариантом считается тот, что имеет максимальное значение приоритета. Для примера был проанализирован проект ВДЭС в пос. Амдерма. Было рассмотрено более ста вариантов, из которых отобрано шесть. Для окончательного выбора использован МАИ.
Ключевые слова: возобновляемая энергетика, ветровая энергия, дизельная генерация, суровые климатические условия, ВДЭС, состав оборудования, параметры и режимы, оптимизация.
THE CHOICE OF THE EQUIPMENT CONFIGURATION OF MODULAR WDPP WITH A HIGH PENETRATION LEVEL BASED ON THE HIERARCHIES ANALYSIS METHOD
V. V. Elistratov, M.A. Konishchev, R.S. Denisov
Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University Science-education center "Renewable Energy Sources" 29 Politehnicheskaya Str., Saint Petersburg, 195251 Russian Federation ph./fax: (812) 552-80-68, e-mail: elistratov@cef.spbstu.ru
Referred 09 April 2015 Received in revised form 16 April 2015 Accepted 23 April 2015
The most effective mechanism of fuel economy for autonomous northern regions is the usage of renewable energy in complex systems with medium and high penetration level. Moreover, the construction of wind-diesel power plant (WDPP) is the most expedient for the northern territories with the high wind potential. To choice equipment configuration, the methodology in the form of multi-level sequence, applying the analysis hierarchy process (AHP) on the last level, is used. According to the sequence, the parameters of all possible variants of WDPP equipment configuration are calculated. Introducing the boundary conditions, several options with values that satisfy conditions are allocated from the total number of variations. From this set, adapting AHP to wind energy, the best option is selected. This embodiment is the one that has the highest priority value. For example, the draft WDPP in the village Amderma is reviewed. Over a hundred options have been considered then six of them were selected, satisfying the boundary conditions. For the final choice AHP is used.
Keywords: renewable energy, wind energy, diesel generation, harsh climatic conditions, WDPP, equipment configuration, performances and modes, optimization.
лу'Л - e -
'и1
Елистратов Виктор Васильевич Victor V. Elistratov
Сведения об авторе: д-р техн. наук, профессор, директор научно-образовательного Центра «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе» СПбПУ, Председатель научного совета по проблемам возобновляемых источников энергии СПб Центра РАН, Заслуженный энергетик РФ.
Образование: ЛПИ им. М.И. Калинина, 1977, инженер-гидроэнергетик; д-р техн. наук, 1996.
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, разработка систем энергоснабжения на основе ВИЭ.
Публикации: более 170.
Индекс Хирша: 10.
Information about the author:
DSc., Prof., Director of Science-education center "Renewable Energy Sources" of Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University; the Chairman of the Scientific Council on Renewable Energy Center of St. Petersburg Academy of Sciences; Honored Power Engineer of RF.
Education: hydropower engineer, LPI, 1977; DSc., 1996.
Research interests: renewable energy, system engineering based on RES, wind power.
Publications: more 170. H-index: 10.
£ N
Сведения об авторе: канд. техн. наук, заведующий отделением НОЦ «ВИЭ» СПбПУ.
Образование: инженерно-строительный факультет, кафедра «Возобновляемые источники энергии и гидроэнергетика» СПбГПУ, 2006 г.; канд. техн. наук, 2010 г.
Область научных интересов: энергокомплексы на основе ВИЭ, технологии проведения ресурсного анализа, интеллектуальное преобразование ВИЭ и управление.
Публикации: 14.
ИндексХирша: 1.
Information about the author: PhD
(engineering), Head of the Department of Science-education center "Renewable Energy Sources".
Education: hydropower engineer, SPbSPU, 2006; PhD, 2010.
Research interests: hybrid system based on RES, intelligent automation, wind power.
Publications: 14. H-index: 1.
Конищев Михаил Анатольевич Michail A. Konishchev
Сведения об авторе: инженер НОЦ «ВИЭ» СПбПУ.
Образование: инженер по специальности «Электрические станции», КГТУ, г. Калининград, 2012 г.
Область научных интересов: ветроэнергетика, ветродизельные электростанции, электрическая часть энергоустановок, оптимизация параметров ВДЭС.
Публикации: 7.
Индекс Хирша: 1
Information about the author:
engineer of Science-education center «Renewable Energy Sources».
Education: power engineer, KS TU, Kaliningrad, 2012.
Research interests: wind power, wind-diesel power plants, power facilities, power plants based of RES. Publications: 7. H-index: 1.
Денисов Роман Сергеевич Roman S. Denisov
Актуальность работы
Около 65% территории России находится в зоне автономного и децентрализованного энергоснабжения [1]. Электрификация этих районов осуществляется преимущественно дизельными электростанциями (ДЭС), состоящими из одной или нескольких дизель-генераторных установок (ДГУ). Количество ДГУ, работающих в зонах автономного энергоснабжения на территории России [2-4], составляет около 50 тыс. штук суммарной мощностью 17-20 млн. кВт с выработкой электроэнергии около 50 млрд. кВт-ч в год. В связи с удалённостью потребителей и высокой стоимостью доставки топлива экономически обоснованный тариф электроэнергии у потребителя колеблется от 15 до 150 руб./ кВт-ч. Например, в Ненецком автономном округе в 2014 году тариф, который оплачивается за счет государственных дотаций и перекрёстного финансирования, составил 45 руб./кВт-ч.
Северные регионы России можно охарактеризовать некоторыми общими признаками:
- мощность систем энергоснабжения различных потребителей составляет от 50 до 1 000 кВт [4];
- высокий ветровой потенциал: средние скорости ветра на высоте 10 м более 5 м/с и удельная плотность ветрового потока более 400 Вт/м2 [4];
- суровые климатические условия: температура ниже -40 °С зимой, вечная мерзлота;
- географическая удалённость потребителей от источников топлива и энергии;
- сложная транспортная логистика и высокая стоимость доставки топлива и оборудования.
Мировой опыт США (Аляски), Канады, Финляндии, Норвегии, Швеции - стран, имеющих схожие природно-климатические условия, показывает, что наиболее рационально создавать в северных регионах ветродизельные электростанции (ВДЭС) [5], которые обуславливают экономию дальнепривозных топливно-энергетических ресурсов (показан на рисунке 1).
Рис. 1. Ветродизельная электростанция на Аляске (США) Fig. 1. Wind-diesel power plants in Alaska (USA)
Вопросами создания комплексных систем энергоснабжения на основе ВИЭ посвящены работы М.И. Бальзанникова [6], П.П. Безруких [7], С.В. Грибкова [8], R. Hunter [9],Y. Hu и P. Solana [10], A. Ilinca [11], E. Kamal [12], R. Sebastian [13], а также работы авторов [1, 4, 5, 14-16] и др. Анализ этих работ показывает, что наиболее эффективным механизмом экономии топлива является использование ВИЭ в комплексных системах энергоснабжения для обеспечения средней и высокой доли замещения. Учитывая высокий ветровой потенциал северных территорий, строительство такой ВДЭС наиболее целесообразно. Однако для обеспечения эффективности такой системы энергоснабжения необходима разработка комплексной методики выбора структуры и состава обо-
рудования ВДЭС с учётом природно-климатических, социально-экономических, транспортных и экологических факторов.
Постановка цели и задач работы
Процесс выбора состава оборудования можно разделить на два варианта: оптимизация по одному параметру или по нескольким. Первый вариант описан в работах [13, 14], в которых обоснованы критерии выбора основного оборудования ВДЭС, коэффициенты веса каждого из этих критериев и функции эффективности для дополнительного оборудования. Алгоритм выбора оборудования ВДЭС по одному параметру -мощности ВДЭС - показан на рисунке 2.
Рис. 2. Алгоритм решения однопараметрической задачи Fig. 2. The algorithm of one-parameter objective solving
Во втором случае задача оптимизации состава оборудования ВДЭС с учётом большого числа параметров имеет вид [17]:
xm ^ max/ min,
(1)
где xm - параметры ВДЭС; ж - число параметров.
Для решения такой многопараметрической задачи выбора состава оборудования ВДЭС с высокой долей замещения применяется метод анализа иерархий (МАИ) [18, 19], который позволяет осуществить выбор приемлемого варианта состава оборудования на основе анализа всех возможн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.