научная статья по теме ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ ДЛЯ ИЗОЛИРОВАННОГО ОТ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ ДЛЯ ИЗОЛИРОВАННОГО ОТ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ»

№ 3

ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА

2014

УДК 620.97.001.53

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ ДЛЯ ИЗОЛИРОВАННОГО ОТ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ

© 2014 г. ИВАНОВА И.Ю., ТУГУЗОВА Т.Ф., ХАЛГАЕВА Н.А.

Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, г. Иркутск e-mail: nord@isem.sei.irk.ru

Постановка задачи обусловлена необходимостью учета при оценке эффективности возобновляемых источников энергии фактора несовпадения графиков потребления энергии изолированным от энергосистемы потребителем и ее выработки таким энергоисточником. Приводятся методика определения оптимальной мощности возобновляемого энергоисточника, основные расчетные формулы, критерий оптимальности.

Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, оптимальная мощность, график потребления, полезная выработка энергии, объем и стоимость вытесненного топлива, капиталовложения.

DETERMINATION OF OPTIMAL CAPACITY OF RENEWABLE ENERGY SOURCE FOR ISOLATED CONSUMER

Ivanova I.Y., Tiguzova T.F., Khalgaeva N.A.

Melentiev Energy Systems Institute SB RAS, Irkutsk e-mail: nord@isem.sei.irk.ru

The problem statement is conditioned by the need to consider a mismatch between power consumption by isolated consumers and its generation by renewable energy sources during their efficiency assessment. The paper presents a technique for the determination of optimal capacity of renewable energy source, the main equations for calculations, and opti-mality criterion.

Key words: renewable energy sources, optimal capacity, load curve, useful energy, volume and cost of displaced fuel, capital investment.

Введение. Применение возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в мире становится все более актуальным. В последнее время в России этим энергоисточникам стали уделять довольно большое внимание. Одним из мест приоритетного размещения возобновляемых источников энергии являются потребители с небольшими энергетическими нагрузками (до 20—25 МВт), изолированные от энергосистем, это обусловлено использованием у них в качестве энергоисточников автономных электростанций

Анализ ресурсной обеспеченности территории региона

Региональный уровень

Определение условий конкурентоспособности применения ВИЭ на территории региона

Многофакторный анализ состояния энергоснабжения и результатов исследований на региональном уровне

Определение оптимальной мощности ВИЭ

Локальный уровень

Оценка финансово-экономической эффективности проектов сооружения ВИЭ

Рис. 1. Общая схема проведения исследований по обоснованию применения возобновляемых источников энергии

(ДЭС) и мелких котельных, работающих на привозном топливе. Рассредоточенность по территории, слабое развитие транспортной инфраструктуры, многозвенность и сезонность завоза топлива приводят к значительному увеличению его стоимости у потребителя. В наиболее удаленных населенных пунктах транспортная составляющая стоимости топлива достигает 70—80%. Эти факторы, а также значительный износ оборудования, являются причиной высокой себестоимости производства энергии, что, в свою очередь, требует выделения ежегодных дотаций на выравнивание тарифов из бюджетов различных уровней. Применение возобновляемых источников энергии дает возможность уменьшить объемы завозимого топлива и сократить объем бюджетных дотаций.

В ИСЭМ СО РАН разработан двухуровневый метод обоснования применения возобновляемых источников энергии в рамках исследований вариантов развития энергоснабжения изолированных от энергосистем потребителей при разработке региональных энергетических программ [1]. Общая схема проведения исследований представлена на рис. 1.

На региональном уровне определяются условия конкурентоспособности использования ВИЭ на территории региона, исходя из величины потенциала возобновляемых природных энергоресурсов (ВПЭР) и ценовых показателей [2]. Этому предшествует анализ параметров плотности солнечного излучения, гидрологических характеристик рек, вероятностей повторения различных скоростей ветра для оценки технической возможности применения на территории данного региона малых ГЭС, ветро- и гелиоустановок.

Для проведения исследований используется система имитационных моделей, общий принцип формирования которых заключается в определении границ конкурентоспособности возобновляемых источников [3]. Из условия равенства суммарных дисконтированных затрат традиционного варианта энергоснабжения и варианта с возобновляемым источником выводятся расчетные зависимости граничных значений капиталовложений в ВИЭ от изменения цены органического топлива. Для получения линии равноэкономичности двух вариантов значения цены топлива задаются в диапазоне, характерном для рассматриваемого региона. Эти линии на выходных номограммах делят область изменения показателей на зоны целесообразного применения того или иного варианта энергоснабжения [3].

Актуальность развития методологического подхода

тыс. кВт ■ ч

800 -

700

Э 600-

тах 500

400 300 200

100

нл л л л раааа ^ю ю ю ю

¡энном

Рис. 2. Графики потребления электроэнергии (4) и ее выработки ВЭС различной мощности (1, 2, 3)

3

Э"

тш

0

На локальном уровне оценивается экономическая эффективность конкретных проектов сооружения ВИЭ, целесообразность которых обоснована многофакторным анализом состояния энергоснабжения и результатов исследований на региональном уровне. Для этого используются производственно-финансовые модели, в основу которых положена общепризнанная методика оценки инвестиционных проектов. Поскольку использование возобновляемых источников энергии позволяет сократить объемы поставок топлива по сравнению с традиционным вариантом и снизить объем ежегодных бюджетных дотаций на содержание энергоисточников, оценивается бюджетная эффективность проектов, основным показателем которой выступают кумулятивные дотации из бюджета за срок эксплуатации объекта [1].

Данный метод апробирован при разработке региональных энергопрограмм Иркутской, Магаданской, Амурской, Сахалинской обл., Хабаровского края, Чукотского автономного округа, республик Бурятия и Саха (Якутия), что позволило определить рациональные масштабы применения возобновляемых источников энергии в восточных регионах России [4, 5].

В ходе исследований возникала проблема выбора мощности ВИЭ для изолированных от энергосистем потребителей, поскольку установленная мощность автономных энергоисточников по условиям резервирования превышает максимум нагрузки потребителя в два-три раза. Дублирование этой мощности возобновляемым источником энергии приводит к завышению капиталовложений в него.

В связи с изолированностью потребителей от энергосистемы и вероятностным характером проявления в течение года показателей потенциала возобновляемых природных энергоресурсов возникает проблема несовпадения графиков потребления энергии и ее производства ВИЭ. Этот фактор усугубляется преобладанием у изолированных потребителей коммунально-бытовых нагрузок, что обуславливает ярко выраженный зимний максимум годового графика потребления энергии.

Максимум значений показателей потенциала различных видов возобновляемых природных энергоресурсов наблюдается в разные периоды года. Так, максимальные значения скорости ветра характерны для осеннего и весеннего периодов, хотя в отдельных районах максимум ветровой энергии приходится на другой временной отрезок, например, на Курильских островах Сахалинской обл. — зимний период, в северных районах Республики Саха (Якутия) — летний. Годовой график расходов воды малых рек повсеместно имеет весенний максимум за счет паводков и значительное снижение (до десятков раз) в зимние месяцы. Максимальные значения прихода солнечной радиации наблюдаются в летний период.

Несовпадение максимумов потребления и выработки энергии возобновляемым источником вызывает существенное недоиспользование его установленной мощности. Неучет этого фактора приводит к завышению коэффициента использования уставленной мощности возобновляемого энергоисточника при оценке экономической эффективности проектов, вследствие чего формируется отрицательное отношение к проектам ВИЭ из-за неполучения на практике ожидаемого эффекта.

На рис. 2 приведен пример совмещения графиков потребления электроэнергии, характерного для небольших изолированных от энергосистем потребителей, и ее выработки ветроэнергетической станцией (ВЭС) различной установленной мощности.

Приведенный пример иллюстрирует варианты покрытия графика потребления электроэнергии при различных мощностях ВЭС: максимально полное покрытие за счет выработки ВЭС (максимальная мощность), при котором полностью замещается существующая ДЭС, однако недоиспользуется значительная мощность ВЭС в летнее время (1); промежуточное покрытие (2); минимальное, обеспечивающее полное использование выработки ВЭС, возможной по показателям потенциала возобновляемого энергоресурса (3). В вариантах 2 и 3 часть потребности в электроэнергии обеспечивается дизельной электростанцией, в вариантах 1 и 2 возникает проблема неполного использования мощности ВЭС.

При увеличении мощности возобновляемого источника энергии возрастает его доля участия в обеспечении потребности в энергии, соответственно, объем вытесняемого органического топлива, но увеличиваются суммарные капиталовложения в него.

Вышеизложенные факторы обусловили необходимость расширения, дополнения и детализации имеющегося метода методикой определения оптимальной мощности ВИЭ для изолированного от энергосистемы потребителя (см. рис. 1).

Методика определения оптимальной мощности ВИЭ

Предлагаемая методика основана на соотношении стоимостных показателей (капиталовложений в ВИЭ и стоимости вытесненного органического топлива на существующем энергоисточнике), которые в большой мере зависят от показателей потен-

Рис. 3. Основные этапы методики определения оптимальной мощности возобновляемого источника энергии

циала возобновляемых природных энергоресурсов. Основные этапы методики представлены на рис. 3.

Исходной информацией являются характеристики исследуемого объекта:

— минимальная (Nmin) и максимальная (Niax) нагрузка потребителя и годовой график потребления энергии {Эп },

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Энергетика»