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

СОДЕРЖАНИЕСОКРАЩЕНИЯ .............................................................................................................................4ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................................................51 Современноесостояниеэлектроснабжениявдольтрассовыхпотребителеймагистральных газопроводов и возможности использования ВИЭ .......................................111.1 Особенности электроснабжения вдольтрассовых потребителей магистральныхгазопроводов ..................................................................................................................111.2 Современное состояние возобновляемой энергетики .................................................231.3 Технические требования к автономным энергокомлпексам на базе ВИЭ дляэлектроснабжения потребителей газовой отрасли .....................................................261.4 Выводы по главе 1 ..........................................................................................................312 Разработка методики обоснования состава и параметров энергокомплекса на основеВИЭ для вдольтрассовых потребителей магистральных газопроводов .................................332.1 Анализ математических методов для решения оптимизационных задач .................332.2 Формирование целевой функции и критериев оптимизации .....................................462.3 Математические модели энергетических установок и накопителей энергии ..........492.4 Разработка математической модели режимов работы энергокомплексов наоснове ВИЭ.....................................................................................................................612.5 Разработка алгоритма оптимизации состава и параметров энергокомплекса наоснове ВИЭ.....................................................................................................................762.6 Выводы по главе 2 ..........................................................................................................883 Обоснование состава и параметров энергокомплекса на основе ВИЭ для потребителеймагистрального газопровода .......................................................................................................913.1 Реализация методики в двухуровневой системе расчетов..........................................913.2 Характеристика потребителей объекта электроснабжения ........................................923.3 Оценка ветроэнергетических ресурсов и ресурсов солнечной энергетики впредполагаемом районе строительства энергокомплекса .........................................943.4 Обоснование состава и параметров энергокомплекса по усредненнымпоказателям ....................................................................................................................9823.5 Имитационная модель режимов работы энергокомплекса.

Обоснование подетализированному варианту .....................................................................................1083.6 Сравнение результатов расчетов .................................................................................1163.7 Выводы по главе 3 ........................................................................................................117ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..........................................................................................................................119СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ................................................................121ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт использования результатов диссертации ........................................130ПРИЛОЖЕНИЕ Б Справка о внедрении материалов диссертационных исследований.....131ПРИЛОЖЕНИЕ В Благодарственное письмо .........................................................................132ПРИЛОЖЕНИЕ Г Данные обработки многолетних наблюдений метеорологическойстанции «Алдан» за скоростью и направлением ветра, солнечной радиацией ...................133ПРИЛОЖЕНИЕДРезультатыоптимизационныхрасчетовпараметровэнергокомплекса по усредненным показателям .....................................................................136ПРИЛОЖЕНИЕ Е Структура блоков имитационной модели режимов работыэнергокомплекса ........................................................................................................................1453СОКРАЩЕНИЯАБ – аккумуляторная батарея;АВР – автоматический ввод резерва;АИП – автономный источник питания;АСУ – автоматизированная система управления;ВЗУ – выпрямительно-зарядное устройство;ВИЭ – возобновляемый источник энергии;ВЛ – воздушная линия;ВТП – вдольтрассовый потребитель;ВЭС – ветровая электростанция;ВЭУ – ветровая электроустановка;ГГУ – газогенераторная установка;ГРП – газораспределительный пункт;ГРС – газораспределительная станция;ГЭС – гидроэлектростанция;ДГУ – дизель-генераторная установка;КИУМ – коэффициент использования установленной мощности;КПД – коэффициент полезного действия;ЛЭП – линия электропередачи;МГ – магистральный газопровод;ОГ-1 – особая группа первой категории;ОЭСР – Организация экономического сотрудничества и развития;РЗА – релейная защита и автоматика;САУ – система автоматического управления;СЭС – солнечная электростанция;ФЭМ – фотоэлектрический модуль;ТЭР – топливно-энергетический ресурс;ЭК – энергетический комплекс;ЭС – энергетическая система.4ВВЕДЕНИЕАктуальность темы диссертационного исследования обусловлена необходимостьюулучшенияпоказателейнадежностииэкономическойэффективностисистемэлектроснабжения ВТП МГ.Существующие схемные решения по электроснабжению ВТП МГ на основе ЛЭПприводят к существенным потерям электроэнергии как при ее передаче, так и припреобразовании от уровня 6-10 кВ до требуемых уровней напряжения 0,23-0,4 кВпеременного тока или 24-48 В постоянного тока.

Необходимость многократногопреобразованияэлектроэнергииприводитксущественнымкапитальнымиэксплуатационным затратам на электроснабжение автономных потребителей 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 сиспользованиемВИЭявляетсяопределениеоптимальногосоставаипараметровэнергоисточников, так как это напрямую влияет на дальнейшую эффективностьиспользования располагаемого потенциала возобновляемых энергоресурсов, надежностьэлектроснабжения потребителей.Состав и параметры оборудования ЭК необходимо определять для заданного состава,мощности и режимов работы потребителей с учетом их категорийности, требований ккачеству электроснабжения, и для конкретных условий эксплуатации с предварительнымпроведением наблюдений за поступлением возобновляемого ресурса в предполагаемыхрайонах размещения комплекса.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 сетейот традиционных источников для организации электроснабжения, в том числе сиспользованием ВИЭ;5 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.Вопросы обоснования параметров автономных энергетических объектов на основеВИЭ рассмотрены в работах многих отечественных и зарубежных ученых, в том числе в [1 –13] и др.

В них сформированы общие принципы и критерии оптимизации состава ипараметров оборудования на основе ВИЭ и представлены различные подходы к решениюданной задачи в зависимости от поставленных условий и ожидаемых результатов.Методика обоснования состава и параметров ЭК на основе ВИЭ для ВТП МГ с учетомих характеристик, режимов работы, требований к качеству питающего напряжения инадежности электроснабжения 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 иметодики обоснования состава и параметров оборудования гибридного ЭК с ВИЭ дляэлектроснабженияВТПМГприобеспечениизаданногоуровнянадежностиэлектроснабжения.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 основеВИЭ, позволяющего получить единственное точное решение с наименьшими ресурсными и6временными затратами на вычисление, и реализовать его в программно-вычислительномкомплексе; разработка имитационной динамической модели режимов работы ЭК на основеВИЭ; обоснование состава и параметров ЭК на основе ВИЭ для потребителеймагистрального газопровода.Научная новизна работы состоит в том, что:1.