Диссертация (Обоснование состава и параметров энергокомплекса на основе ВИЭ для вдольтрассовых потребителей магистральных газопроводов), страница 7

Проведен анализ особенностей и проблем электроснабжения ВТП МГ. Обоснованацелесообразность использования ВИЭ для электроснабжения ВТП МГ. Предложенаклассификация ВТП МГ по требованиям к качеству питающего напряжения и надежностиэлектроснабжения. Данная классификация позволяет выделить из всего набора ВТП МГгазотранспортного предприятия долю потребителей, для которых применение АИП наоснове ВИЭ является наиболее целесообразным по требованиям к качеству электроэнергии инадежности электроснабжения, а также долю потребителей, для которых обеспечениезаданных показателей качества вырабатываемой АИП на основе ВИЭ электроэнергиипотребует дополнительных мероприятий с соответствующими затратами.2.

Проанализированны показатели развития ВИЭ в мире и особенности использованияВИЭ в составе автономной ЭС. Отмечено, что для условий Российской Федерации наиболееперспективной областью применения ВИЭ являются автномные ЭС потребителей,располагающихся в труднодоступных, удаленных от централизованных источниковэлектроснабжения районах, преимущественно, если эти места располагают высокимпотенциалом ВИЭ. Таковыми типичными потребителями электрической энергии выступаютВТП МГ.313. На основе анализа требований государственных и отраслевых нормативныхдокументов разработаны общие технические требования к автономным энергоустановкам набазе ВИЭ и ЭК на их основе для электроснабжения ВТП МГ.322Разработкаметодикиобоснованиясоставаипараметровэнергокомплекса на основе ВИЭ для вдольтрассовых потребителеймагистральных газопроводов2.1 Анализ математических методов для решения оптимизационных задачПри решении конкретной задачи оптимизации прежде всего необходимо выбратьматематический метод, который приводил бы к конечным результатам с наименьшимизатратами на вычисления [52].В настоящее время для решения задач оптимизации применяют в основном следующиеметоды: методы исследования функций классического анализа; методы, основанные на использовании неопределенных множителей Лагранжа; вариационное исчисление; динамическое программирование; принцип максимума; линейное программирование; нелинейное программирование.Для решения подавляющего большинства оптимизационных задач, в частности и вэнергетике, используются методы математического программирования [113].Выбор метода математического программирования для решения оптимизационнойзадачи определяется видом зависимостей в математической модели, характером искомыхпеременных, категорией исходных данных и количеством критериев оптимизации.В рамках исследуемой задачи по обоснованию оптимального состава и параметровоборудования ЭК на основе ВИЭ в математических моделях имеют место нелинейныезависимости, а также случайные величины в исходной информации (поступлениевозобновляемых энергоресурсов во времени).

Кроме того, такую задачу можно считатьмногокритериальной, так как оптимизация должна достигаться по нескольким критериямоптимальности: с одной стороны, максимальное замещение традиционного ресурса, т.е.максимальное использование энергии, получаемой с помощью ВИЭ, с другой стороны,минимальное количество затрат на выработку энергии (минимальная удельная стоимостьэлектроэнергии), с третьей стороны, минимальное воздействие на окружающую среду.Специфической особенностью многоцелевой оптимизации является, в большинствеслучаев, противоречивость критериев (целей) оптимизации. Кроме того, критерии обычно невзаимозаменяемы. Так, например, электроэнергетическая система должна быть экономичной33и надежной. Как правило, повышение надежности осуществляется за счет ухудшенияэкономичности и наоборот.Таким образом, центральной задачей многоцелевой оптимизации является поисккомпромиссных решений (альтернатив).Методы решения задач многокритериальной оптимизации подробно рассмотрены в [53– 59].Поскольку аналитическое решение задач многокритериальной оптимизации возможнотолько для простейших задач с дополнительными предположениями о характере целевойфункциииограничений,тоальтернативойаналитическомурешениюявляетсяалгоритмическое или вычислительное решение задач многокритериальной оптимизации, подкоторым понимают разработку такой вычислительной процедуры, заданной в формеалгоритма, которая позволяет на основе известных исходных данных задачи находить еерешение в форме множества недоминируемых альтернатив или итогового решения.Условно выбор вариантов системы энергоснабжения с учетом использования ВИЭреализуется по двум направлениям.

В первом направлении заранее задаются допустимыезатраты энергетических, финансовых, временных и других ресурсов для обеспеченияфункционирования объекта, которые необходимо использовать с получением максимальногоэффекта. Формально основная цель этого направления описывается как задача поопределению максимального значения показателя(ей) эффективности при заданныхограничениях в виде затрат. Во втором направлении заранее задаются требуемыеколичественные или качественные показатели функционирования, которые должны бытьполучены с наименьшими затратами энергетических, финансовых, временных и др.ресурсов. В этом случае основная цель этого направления формулируется как задача поопределению минимума затрат при заданных значениях показателей функционирования.Решение этих задач на уровне изолированной системы энергоснабжения с учетомиспользования ВИЭ должно взаимно согласовываться, так как использование располагаемыхресурсов потенциально обеспечивает получение максимально возможного эффекта, азаданный эффект возможно получить только при наличии минимально необходимого (длядостижения этого эффекта) количества энергетических, финансовых, временных и другихресурсов.Анализ основных требований отраслевых нормативных документов к системамэлектроснабжения объектов газовой промышленности [24, 32, 60 – 67], а также сложившаясяпрактика их проектирования, показывает, что выбор типовых вариантов построения системэлектроснабжения, как правило, реализуется по второму направлению и выполняется на34этапе проектирования новых или реконструкции (модернизации) существующих системэнергоснабжения без учета использования в них ВИЭ.В этом случае решение задачи оптимизации состава, рациональной структуры ипараметровсистемы(отдельныхподсистем)чащевсегоосуществляетсяметодомсравнительного анализа вариантов (методом вариантного моделирования) на основенормативно заданных параметров функционирования системы.

При реализации этого методав рамках каждого типового варианта по принятому (нормированному) критериюанализируются параметры элементов системы энергоснабжения, а затем выбирается лучшийиз рассмотренных вариантов.Недостатком этого метода является то, что перебор всего множества принципиальновозможных вариантов структурсистемы является функцией числа элементовобразующих элементную базу системы энергоснабжения (множество,элементов):(2)Числоявляется очень завышенной оценкой количества пригодных для анализавариантов структур), так как представляет число различных сочетаний по(одному, по два, по три и т.д. элементов из множества. Подавляющее большинствоподобных комбинаций образует непригодные к использованию структуры, которые неотвечаютпредъявляемымтребованиямэнергоснабжения.

Так уже приифункциональномуназначениючисло вариантов составляетсистемыи, еслипригодные структуры составляют хотя бы одну десятитысячную часть числа формальновозможных, их оказывается более 100 (. Кроме того, сама процедура «отбраковки»непригодных структур плохо формализуема и является весьма трудоемкой задачей.Альтернативойметодувариантногомоделированияявляетсяметодсинтезаоптимальной структуры системы энергоснабжения (целенаправленное формированиеоптимальной структуры непосредственно в процессе математического моделирования).Реализация этого метода базируется на понятии обобщенной структуры системыэнергоснабжения. При этом перебор вариантов структур заменяется синтезом необходимогооптимального подмножестваизначально функционально-избыточного множестваэлементов системы энергоснабжения. В результате решения оптимизационной задачи спомощью математической модели, описывающей структуру избыточного множестваэлементов, часть параметров элементов системы энергоснабжения неизбежно принимаетнулевые значения.

Численное значение параметра элемента равное нулю означает, что этотэлементвсоставоптимальнойструктурысистемыэнергоснабжениявключатьнецелесообразно. Это свойство математической модели позволяет выполнить структурную35оптимизацию. Вместе с тем, при использовании метода синтеза оптимальной структурыдаже при автоматизации процедуры поиска оптимальных структур возникает необходимостьрешения задачи математического (в общем случае нелинейного) программирования большойразмерности. Это обстоятельство существенно ограничивает область практическогоприменения метода.При использовании метода вариантного моделирования для решения исследуемойзадачи по обоснованию оптимального состава и параметров оборудования ЭК на основеВИЭ для электроснабжения ВТП МГ есть три существенных затруднения, а именно: часть исходных данных является случайными величинами и носит вероятностныххарактер; формированиебольшогоколичествавариантовструктурысистемыэлектроснабжения, подвергающихся анализу; необходимость решения задачи многокритериальной оптимизации.В связи с этим представляется целесообразным выполнить следующие действия: обосновать допущение, позволяющее не использовать методы стохастическогопрограммирования для решения данной оптимизационной задачи; из всего множестварассматриваемых элементовсистемы электроснабжениявыбрать только те элементы для дальнейшего формирования вариантовсистемы,которыенаиболееполноотвечаютпредъявляемымструктурытребованиямифункциональному назначению системы, то есть сформировать оптимальное подмножествоэлементов системы электроснабжения и тем самым значительно сократить числовариантовструктуры системы, что приведет к сокращению ресурсных и временных затратна поиск оптимального решения; разбить решение поставленной задачи многокритериальной оптимизации напоследовательное решение ряда более простых задач однокритериальной оптимизации, приэтом сохранив оптимальность решения, удовлетворяющее изначально заданным несколькимкритериям оптимизации.Информация о поступлении возобновляемых энергоресурсов во времени являетсяодной из основных составляющих исходных данных, необходимых для решения задачи пообоснованию оптимального состава и параметров оборудования ЭК на основе ВИЭ, отдостоверности которой во многом зависит точность дальнейших принимаемых решений.