Диссертация (Обоснование состава и параметров энергокомплекса на основе ВИЭ для вдольтрассовых потребителей магистральных газопроводов), страница 5

Первый подобный источник питания введен наГРП № 44 в Зареченском районе. Солнечные модули со сроком эксплуатации более 10 летустановлены на крыше здания. Емкость АБ в составе блока бесперебойного питания выбранаисходя из условия, чтобы при отсутсвии солнечного излучения в течение четырех сутокобеспечивалась бесперебойная работа ГРП [27].На основании проведенного анализа опыта использования ВИЭ в системахэлектроснабжения промышленных потребителей газовой отрасли, в том числе ВТП МГ,можно сделать следующие выводы.Целесообразность и масштабы использования ВИЭ определяются в первую очередь ихэкономическойэффективностьюиконкурентоспособностьюсальтернативнымиэнергетическими технологиями.

Основными преимуществами ВИЭ по сравнению сэнергоисточниками на органическом топливе являются наличие значительных ресурсов,возможность их быстрого воспроизводства, отсутствие топливных затрат и выбросоввредных веществ в окружающую среду.На масштабы внедрения ВИЭ влияют ограничения по: ресурсам ВИЭ; условиям поставки топлива; наличию и характеристикам централизованных источников; плотности электрических нагрузок; номенклатуре отечественного оборудования; затратам на энергоустановку с использованием ВИЭ.В каждом конкретном случае, на основе предлагаемой в диссертационной работеметодики,необходимо определять оптимальное сочетание состава и параметровоборудования систем энергоснабжения, обеспечивающего минимальный уровень удельныхзатрат на покрытие энергетических нужд при максимальном использовании энергии ВИЭ.Оптимизацию состава и параметров оборудования ЭК на основе ВИЭ планируетсяпроизводить под конкретные условия эксплуатации с учетом обеспеченности поступленияресурсов ВИЭ и характеристик потребителей электроэнергии.Для корректности разрабатываемых алгоритмов и методики обоснования состава ипараметров автономных энергоустановок на базе ВИЭ и ЭК на их основе дляэлектроснабжения ВТП МГ важен учет технических требований к ним.221.2 Современное состояние возобновляемой энергетикиЭнергетика на основе ВИЭ активно развивается во многих странах мира.Начиная с 1990 г., среднегодовой темп роста использования ВИЭ по всему мирусоставил 2,2 %, что больше, чем темп роста суммарного потребления первичных ТЭР (уголь,газ, нефть, ядерное топливо и пр.), который составил 1,9 % [28].

Наиболее динамичноразвивалась солнечная фотоэлектрическая энергетика и ветроэнергетика – среднегодовойприрост составил 46,6 % и 24,8 % соответственно [28]. Тем не менее, из-за того что до 1990г. данные виды энергии практически не использовались, их применение все еще остаетсянезначительным. Наибольший рост использования солнечной и ветровой энергиинаблюдался в странах ОЭСР, в которых также сосредоточена большая часть мировогопроизводства электроэнергии из этих видов ВИЭ. На третьем месте по величине годовоготемпа роста значится биогаз – 13,9 %, затем использование солнечной энергии на нуждыотопления и горячего водоснабжения (солнечная термальная энергия) – 12,3 %, и жидкиевиды биотоплива – 10,2 %. Столь высокие темпы роста также объясняются низкой долейиспользования данных видов ВИЭ до 1990 г.Одним из самых медленных темпов роста среди ВИЭ развивается гидроэнергетика – всреднем на уровне 2,5 % в год с 1990 г.

Еще более низкий темп роста наблюдается длятвердого биотоплива и древесного угля – 1,4 % в год.На рисунке 3 представлены обозначенные среднегодовые темпы роста мировогоиспользования различных видов ВИЭ за период с 1990 г. по 2013 г. по сравнению соСреднегодовой темп роста, %среднегодовым темпом роста за данный период суммарного потребления первичных ТЭР.5045403530252015105046,624,813,91,912,310,22,92,22,51,4Рисунок 3 – Среднегодовые темпы роста использования возобновляемых источниковэнергии в мире за период 1990-2013 годы23По данным Международного энергетического агентства [28] в 2013 г. суммарныйобъем потребления первичных ТЭР в мире составил 13555 млн тнэ (157644,65 млн МВт·ч),из которых 13,5 %, или 1829 млн тнэ (21271,27 млн МВт·ч) составили ВИЭ.

В 2014 г. доляВИЭ в общем объеме потребления первичных ТЭР составила 9,2 %.ВИЭ вносят значительный вклад в производство электрической энергии в мире. В 2013г. 21,6 % электроэнергии в мире было произведено из ВИЭ, что меньше доли, произведеннойиз угля (41,2 %), и немного меньше доли, произведенной из природного газа (21,8 %), вструктуре электрогенерации, но опережает производство электроэнергии из ядерноготоплива (10,6 %) и нефти (4,4 %). Доминирующее положение среди прочих ВИЭ впроизводстве электрической энергии занимает гидроэнергетика, вырабатывая 16,3 %мировой электроэнергии или 75,1 % от общего объема ВИЭ в электрогенерации. Биотопливои отходы, включая твердое биотопливо, играют незначительную роль в производствеэлектроэнергии – на их долю приходится 1,7 % производства электроэнергии в мире.Несмотря на активное развитие, на долю геотермальной, солнечной и ветровой энергииприходится лишь 3,7 % мирового производства электроэнергии в 2013 г.На рисунке 4 представлена структура ТЭР в мировом производстве электроэнергии в2013 г.Прочие0,4% Ядерное топливо10,6%Нефть инефтепродукты4,4%Природный газ21,8%ВИЭ21,7%Гидроэнергия16,3%Биогаз и отходы1,7%Уголь41,2%Геотермальная,ветровая,солнечная энергия3,7%Рисунок 4 – Структура топливно-энергетических ресурсов в производстве электроэнергии вмире в 2013 г.Энергоустановки, преобразующие ВИЭ в электрическую и тепловую энергию, могутиспользоваться как в составе больших централизованных ЭС, так и в составе локальных ЭСсредней мощности и автономных ЭС локальных потребителей.

Для каждого вариантатребуются соответствующие исходные данные, необходимые для расчета параметров24энергоустановок на базе ВИЭ, методы прогнозирования поступления ВИЭ и возможнойвыработки энергии, а также принципы организации и управления режимами работы ЭС.В случае работы энергоустановок на базе ВИЭ в составе автономной ЭС локальногопотребителя малой мощности (кВт, десятки кВт) совместно с традиционными типамиэнергоустановок (в основном ДГУ) или без них с аккумуляторами энергии различного циклааккумулирования особое значение приобретает учет категорий потребителей по надежностиэнергоснабжения.

Здесь мощность энергоустановок на базе ВИЭ уже сопоставима смакисмумом нагрузки потребителей:∑(1)Энергетические установки на базе ВИЭ обеспечивают как надежную работу всейсистемы энергоснабжения автономного потребителя, так и экономию невозобновляемогоископаемого органического топлива. Для получения большего эффекта, как правило,планируетсяиспользованиеаккумуляторовэнергииразличноготипаициклааккумулирования.Анализ литературных источников [1, 3, 5, 11, 29, 30] свидетельствует об экономическойэффективности использования ВИЭ именно в автономных ЭС для электроснабженияпотребителей, располагающихся в труднодоступных, удаленных от централизованныхисточников электроснабжения районах, преимущественно, если эти места располагаютвысоким потенциалом ВИЭ и высокой стоимостью привозного топлива.

Применение АИПнаосновеВИЭпозволяетснижатьрасходтоплива,повышатьэнергетическуюэффективность, надежность электроснабжения потребителей, улучшать экологическуюобстановку.Вместе с тем, ВИЭ имеют ряд недостатков, затрудняющих их широкое использование,а именно: непостоянный, вероятностный характер поступления энергии во времени, низкуюплотность энергии.

Вследствие этого в автономных системах электроснабжения сиспользованием ВИЭ, как правило, предусматриваются резервные традиционные источникиэлектроэнергии на органическом топливе, либо аккумуляторы электроэнергии [2].Гибридные автономные ЭС, имеющие в своем составе энергоустановки на основепреобразования разных видов ВИЭ и традиционные энергоустановки, с точки зрениянадежности электроснабжения, предпочтительнее систем с энергоустановками на основепреобразования одного отдельного вида ВИЭ и аккумуляторами, так как перераспределениеприхода возобновляемых энергоресурсов во времени и дополнительное резервированиетрадиционными источниками компенсирует недостатки, присущие ВИЭ, и повышаетнадежность электроснабжения потребителей в целом.25В зависимости от объема замещения традиционного ресурса и соотношения мощностейэнергоустановок на основе ВИЭ и традиционных энергоресурсов автономные ЭСклассифицируют на три уровня: с высоким, средним и низким уровнем замещения [1].В системах с низким уровнем замещения доля энергоустановок на основе ВИЭсоставляет менее 50 % по мощности и менее 20 % по выработке.

Традиционнаяэнергоустановка работает постоянно. Источник питания на базе ВИЭ участвует в покрытииосновной нагрузки и снижает нагрузку на традиционный источник. Требуется относительнопростая АСУ [1].В системах со средним уровнем замещения доля энергоустановок на основе ВИЭможет составлять от 50 % до 100% по мощности и от 20 % до 50 % по выработке.Традиционнаяэнергоустановка работает постоянно. При высоком уровне выработки отисточника питания на базе ВИЭ подключаются вторичные нагрузки. Требуется относительнопростая АСУ [1].В системах с высоким уровнем замещения доля энергоустановок на основе ВИЭ, какправило, составляет от 100 % до 400 % по мощности и от 50 % до 150 % по выработке. Привысоком уровне выработки источника питания на базе ВИЭ традиционная энергоустановкаотключается.

В таких системах необходимы дополнительные решения по поддержаниюуровнейчастотыинапряжения[1].Такие системы, какправило,оборудуются«интеллектуальными» АСУ.1.3 Технические требования к автономным энергокомлпексам на базе ВИЭ дляэлектроснабжения потребителей газовой отраслиС учетом требований государственных и отраслевых нормативных документовнеобходимосформулироватьобщиетехническиетребованиякавтономнымэнергоустановкам на базе ВИЭ и ЭК на их основе для электроснабжения ВТП МГ,учитываемые в дальнейшем при обосновании состава и параметров ЭК с помощьюразрабатываемых алгоритмов и методики.ЭК на базе ВИЭ представляются, как правило, устройствами блочно-комплектногоисполнения полной заводской готовности, в состав которого должны входить: источникипитания, аппаратура и оборудование управления, учета и распределения электроэнергии.При этом, если в составе ЭК используются мачтовые ВЭУ, малые ГЭС, ФЭМ с системойслежения за положением Солнца и прочие установки, расположение которых в составе блокконтейнера (блок-бокса) технически затруднительно, нецелесообразно с точки зренияэнергетической эффективности или невозможно, допускается их расположение вне блокконтейнера (блок-бокса).26ЭК на базе ВИЭ должен обеспечивать электропитание потребителей электроэнергии всоответствии с требуемым по ГОСТ [25] качеством электроэнергии.Схемные решения, применяемые в ЭК на базе ВИЭ должны обеспечивать надежностьэлектроснабжения потребителей в соответствии с их категорией надежности по СТО [24].Номинальные напряжения энергоустановок и ЭК на базе ВИЭ должны соответствоватьнапражениям питания потребителей и могут составлять: 24, 48 В постоянного тока, 230 Воднофазного переменного тока частоты 50 Гц, 230/400 В трехфазного переменного токачастоты 50 Гц.Электрическая мощность электроприемников не должна превышать номинальнуюмощность источника питания.ЭК на базе ВИЭ должен допускать работу при малых нагрузках (до 10 %отноминальной мощности).Электроприемники должны присоединяться к секциям шин через автоматическиевыключатели.