Автореферат (Обоснование состава и параметров энергокомплекса на основе ВИЭ для вдольтрассовых потребителей магистральных газопроводов)

3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертационного исследования обусловлена необходимостьюулучшения показателей надежности и экономической эффективности систем электроснабженияВТП МГ.Существующие схемные решения по электроснабжению ВТП МГ на основе ЛЭП приводятк существенным потерям электроэнергии как при ее передаче, так и при преобразовании отуровня 6-10 кВ до требуемых уровней напряжения 0,23-0,4 кВ переменного тока или 24-48 Впостоянного тока. Необходимость многократного преобразования электроэнергии приводит ксущественным капитальным и эксплуатационным затратам на электроснабжение автономныхпотребителей и ВТП МГ.Одним из перспективных направлений развития и совершенствования системэлектроснабжения линейной части МГ является внедрение АИП на основе ВИЭ.

ПрименениеВИЭ позволит оптимизировать суммарные затраты на электроснабжение ВТП МГ, снизитьрасход природного газа на собственные нужды и нетехнологические цели, повыситьэнергетическую эффективность, надежность электроснабжения ВТП МГ, улучшитьэкологическую обстановку.Одной из главных задач при проектировании системы автономного электроснабжения сиспользованием ВИЭ является определение оптимального состава и параметровэнергоисточников, так как это напрямую влияет на дальнейшую эффективность использованиярасполагаемого потенциала возобновляемых энергоресурсов, надежность электроснабженияпотребителей.Состав и параметры оборудования ЭК необходимо определять для заданного состава,мощности и режимов работы потребителей с учетом их категорийности, требований к качествуэлектроснабжения, и для конкретных условий эксплуатации с предварительным проведениемнаблюдений за поступлением возобновляемого ресурса в предполагаемых районах размещениякомплекса.При расчете показателей экономической эффективности энергоустановок на базе ВИЭследует учитывать и сопоставлять следующие факторы: стоимость традиционного энергоносителя; долю возможного замещения энергии и топлива традиционных источников за счетвозобновляемых видов энергии; стоимость строительства стационарных сооружений и ЛЭП или модернизацию сетей оттрадиционных источников для организации электроснабжения, в том числе с использованиемВИЭ; плату за технологическое присоединение к электрическим сетям; стоимость дополнительныхмероприятий по обеспечению требуемой категориинадежности электроснабжения потребителей (второй (третий) ввод, АВР, источникибесперебойного питания, накопители энергии, вторичные преобразователи и пр.); стоимость эксплуатации и защиты ЛЭП от природных и иных факторов; увеличение стоимости традиционных энергоносителей и рост тарифов наэлектроэнергию.Степень разработанности темы исследованияВопросы обоснования параметров автономных энергетических объектов на основе ВИЭрассмотрены в работах многих отечественных и зарубежных ученых.

В них сформированыобщие принципы и критерии оптимизации состава и параметров оборудования на основе ВИЭ ипредставлены различные подходы к решению данной задачи в зависимости от поставленныхусловий и ожидаемых результатов.4Методика обоснования состава и параметров ЭК на основе ВИЭ для ВТП МГ с учетом иххарактеристик, режимов работы, требований к качеству питающего напряжения и надежностиэлектроснабжения в настоящее время отсутствует.Целью настоящего диссертационного исследования является разработка, на основеанализа функциональных связей и вариативных параметров гибридных ЭК с использованиемизвестных математических методов решения оптимизационных задач, алгоритмов и методикиобоснования состава и параметров оборудования гибридного ЭК с ВИЭ для электроснабженияВТП МГ при обеспечении заданного уровня надежности электроснабжения.Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи: классификация ВТП МГ по требованиям к качеству питающего напряжения инадежности электроснабжения; разработка технических требований к автономным ЭК на базе ВИЭ дляэлектроснабжения потребителей газовой отрасли; разработка математической модели режимов работы ЭК на основе ВИЭ; разработка методики и алгоритмов оптимизации состава и параметров ЭК на основеВИЭ для ВТП МГ, оптимального по видам используемых ресурсов, количеству и параметрамэнергоустановок с наиболее эффективным замещением по объему вырабатываемой энергииисточников, использующих традиционные (невозобновляемые) ресурсы, при минимальныхсуммарных (капитальных и эксплуатационных) затратах с учетом графика нагрузкипотребителей и стохастического поступления возобновляемых энергетических ресурсов; разработка алгоритма расчета оптимальных параметров и состава ЭК на основе ВИЭ,позволяющего получить единственное точное решение с наименьшими ресурсными ивременными затратами на вычисление, и реализовать его в программно-вычислительномкомплексе; разработка имитационной динамической модели режимов работы ЭК на основе ВИЭ; обоснование состава и параметров ЭК на основе ВИЭ для потребителей МГ.Научная новизна работы состоит в том, что:1.

Впервые разработана методика комплексного обоснования оптимального состава ипараметров оборудования ЭК на основе ВИЭ по критериям энергетической и экономическойэффективности для электроснабжения ВТП МГ, позволяющая определить состав и параметрыэнергоустановок на основе ВИЭ и традиционных энергоносителей, а также накопителейэнергии, оптимальных для конкретных географических и климатических условий и состава,характеристик и режимов работы потребителей.2. Впервые предложена классификация ВТП МГ по требованиям к качеству питающегонапряжения и надежности электроснабжения.3. Для поставленных в работе условий, принятых критериев и ограничений разработанновый эффективный алгоритм решения задачи многокритериальной оптимизации большойразмерности, позволяющий получить единственное точное решение с наименьшимиресурсными и временными затратами на вычисление.4.

Разработана оригинальная и оптимальная по быстродействию расчетная имитационнаядинамическая модель, позволяющая моделировать в заданных единичных интервалах времени(секунды, минуты, часы, сутки, год) процессы поступления, преобразования, выработки,накопления и потребления энергии и оптимизировать с учетом данных процессов состав ипараметры оборудования ЭК на основе ВИЭ для электроснабжения ВТП МГ.Практическая значимость и реализация результатов работы:1.

Результаты выполненных исследований предназначены для использования припроектировании систем электроснабжения ВТП МГ. Использование разработанных методов ирекомендаций на стадии проектирования позволит повысить конкурентоспособность и5экономическую эффективность электроснабжения ВТП МГ от ЭК на основе ВИЭ,оптимизировать суммарные затраты на электроснабжение ВТП МГ.2. Разработанная методика позволяет обоснованно и с наименьшими затратами навычисление определять оптимальный состав и параметры оборудования ЭК на основе ВИЭ дляэлектроснабжения ВТП МГ.3.

Предложенная на основе разработанной методики двухуровневая система расчетов,позволяет определять состав и параметры оборудования ЭК на основе ВИЭ дляэлектроснабжения ВТП МГ как в условиях неполной исходной информации по наличиюресурсов ВИЭ и характеристикам потребителей для оценочных расчетов на стадиипредпроектных работ, так и при наличии достоверной детализированной исходной информациидля точных оптимизационных расчетов при проектировании системы электроснабжения.4. Разработанная методика и расчетные модели открыты для учета дополнительныхусловий и ограничений, дополнительного состава исходных данных и моделейпреобразователей энергии, что придает гибкость и универсальность использованию настоящейметодики.5.

С использованием разработанной методики определен оптимальный состав ипараметры оборудования ЭК на основе ВИЭ для электроснабжения крановых узлов в реальномместе размещения строящегося МГ и обоснована его экономическая эффективность.Результаты диссертационной работы внедрены: в составе НИР «Разработка технических предложений по эффективному использованиюэнергоустановок на основе возобновляемых источников энергии и нетрадиционныхуглеводородных энергоресурсов», выполненной по заказу ОАО «Газпром»; в составе НИР «Анализ схемных решений и состояния производства автономныхэнергоустановок», выполненной по заказу ООО «Газпром ВНИИГАЗ»; в учебном процессе в составе курса обучения «Энергосбережение иэнергоэффективность» для повышения квалификации специалистов дочерних обществ иорганизаций ПАО «Газпром» в Частном образовательном учреждении дополнительногопрофессионального образования «Газпром корпоративный институт».По разработанной методике выполнено обоснование параметров основного оборудованияопытного образца системы постоянного тока в составе солнечной энергетической системы исистемы накопления энергии на базе литий-ионных аккумуляторных батарей, разработанного врамках НИОКТР «Разработка технических решений по построению систем постоянного тока набазе литий-ионных и других современных аккумуляторов и методических рекомендаций по ихприменению», выполненной по заказу ПАО «Газпром».Методы исследованияВ диссертационном исследовании использованы системный подход к обоснованиюсостава и параметров ЭК на основе ВИЭ.