Автореферат (1144127), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Подборэлементов осуществляется по критерию минимальной занимаемой площади АБ:(15)Если площадь, занимаемая АБ, составленной из элементов разных емкостей оказаласьодинаковой, вступает в силу критерий отбора, по которому емкость изпараллельносоединенных элементов должна быть наиболее близкой к заданной емкости:(16)Далее определяются требования к показателям качества потребляемой электроэнергиипотребителями переменного тока (к отклонениям частотыи напряжения), а такжедоля установленной мощности потребителей постоянного тока от суммарной установленноймощности потребителей, по которой осуществляется выбор схемы соединенийэнергоисточников в ЭК и соответствующий этой схеме состав преобразователейэлектроэнергии.
Если доля установленной мощности потребителей постоянного тока составляетменьше половины от суммарной установленной мощности потребителей, то отдаетсяпредпочтение схеме подключения энергоисточников к линии переменного тока, в противномслучае – к шине постоянного тока.Выбор преобразователей электроэнергии осуществляется по их входным и выходнымпараметрам для обеспечения заданныхии по критерию минимальных потерь впреобразователе:(17)При наличии потребителей ОГ-1 определяется расчетное время их возможногорезервирования от рассматриваемой АБ -го типа емкостьюс учетом потерь энергии впреобразователях:.Еслиоказываетсяменьшенеобходимоговременирезервирования потребителей ОГ-1, то осуществляется переход к следующейемкости АБ из векторазаданных номинальных емкостей, которая больше предыдущей().
Для новой емкости АБ заново подбираются элементы и преобразователи (т.к.18выбор ВЗУ зависит, в том числе, и от допустимого тока заряда АБ, который, в свою очередь,определяется током заряда подобранного элемента) и вновь осуществляется проверка повремени резервирования ОГ-1. Подбор емкости повторяется до тех пор, пока не будетвыполнено условие:(18)Если условие (18) выполняется, то для этой рассматриваемой АБ и составапреобразователей подбирается электроагрегат на основе традиционного энергоносителя извектораразличных типов агрегатов с номинальными мощностями.
С помощью моделипочасовых расчетов режимов работы ЭК, разработанной на основе математической модели (11),в зависимости от величины потребляемой мощности ( ) в момент времени , электрической( ), и емкостимощности, генерируемойсоставом энергоустановок на основе ВИЭАБ( ) определяется выработка( ) и расход топлива( ) рассматриваемогоагрегата. Расчеты проводятся для всехгде8760 ч, по завершении которыхопределяются: годовая выработкаи годовой расход топливарассматриваемогоагрегата, необходимое количествомощность агрегата.агрегатов, а также рекомендуемая номинальнаяопределяется в зависимости от полученного в процессерасчета коэффициента минимальной загрузки агрегата в году, значение которогорекомендуется больше 40 %. Кроме того, в модели рассчитывается годовое число моточасовработы агрегатови число циклов полного заряда и разряда АБ, необходимые дляопределения расчетного срока службы агрегатов и АБ.Выборагрегата осуществляется по критерию минимального удельного годовогоэффективного расхода топлива:(19)Если в процессе расчета оказалось, что традиционный электроагрегат в течение года неиспользуется (), то по требованиям надежности электроснабжения состав ЭК безрезервного традиционного источника питания возможно будет использовать только дляпотребителей третьей категории по надежности электроснабжения (мощность ответственныхпотребителей ОГ-1, первой и второй категории должна быть равно нулю:).
Кроме того,выполняется проверка по длительности резервирования с помощью АБ нагрузки третьейкатегории в течение заданного временипри отсутствии ресурсов ВИЭ. Например, чтобыемкости заряженной АБ было достаточно для питания потребителей в течение суток. Если хотябы одно из этих условий не выполняется, то состав ЭК без резервного традиционногоэлектроагрегата не принимается.После того, как для всех рассматриваемых типов и емкостей АБ с помощью моделипочасовых расчетов режимов работы ЭК по критерию (19) выбраны традиционныеэлектроагрегатытипов с годовой выработкой электроэнергии,,,осуществляется выбор самой АБ. Оптимальной считается АБкоторой годовая выработка традиционного источника минимальна:типа емкостью, для(20)По частному критерию (20) формируется окончательный вариант состава АБ,преобразователей и традиционных электроагрегатов длясостава энергоустановок на основеВИЭ, отвечающий критерию (2) первого уровня оптимизации по энергоэффективности.19На третьем этапе оптимизации осуществляется оценка экономической эффективностивыбранного ЭК, для которого по (6) рассчитываются суммарные дисконтированные затраты втечение заданного срока окупаемости( ) с учетом полученных расчетных ресурсовагрегатов и АБ (если ресурс оборудования оказывается меньше расчетного периода, тоучитываются затраты на замену этого оборудования).
По критерию (5) оцениваетсяэкономическая эффективность рассматриваемого варианта ЭК. Если за планируемый срококупаемости не удается достичь выполнения условия (5), то расчетный период увеличивается на1 год и осуществляется расчет затрат уже за новый периоди так далее. Такимобразом, осуществляется последовательное уточнение срока окупаемости ЭК с ВИЭ вдиапазоне:(21)где– изначально заданный планируемый срок окупаемости;– срок службы источника,имеющего минимальное значение.При достижении условия (5) полученный возможный срок окупаемости запоминается ипроверяется на его приемлемость по условию:(22)Если вариант ЭК экономически эффективен по условию (5), то для него по (8)рассчитывается и запоминается LCOE.
Затем из множестваформируется новый вариантсостава ЭК по описанным трем уровням оптимизации, при этом из множества исключаетсярассмотренныйсостав энергоустановок на основе ВИЭ:.Если же вариант ЭК на втором уровне оптимизации признается экономическинеэффективным (за расчетный интервал (21) не удается достичь выполнения условия (5) илиполученный расчетным путем срок окупаемости неприемлем), переход к формированию новоговарианта ЭК осуществляется без расчета LCOE.Итерационный процесс трехуровневой оптимизации повторяется для всего множества ипутем последовательного сравнения LCOE экономически эффективных по критерию (5)вариантов достигается критерий (7).Возможен случай, когда для сформированных из всего множествавариантов ЭК не( )( )удается достигнуть экономического эффекта:.Тогда извыбирается установка, стоимость которой больше, чем у остальных, и исключается из множества по возобновляемому ресурсу :.
Процесстрехуровневой оптимизации повторяется уже без данной установки.В случае, когда экономический эффект ЭК так и не достигнут, а из множества повозобновляемому ресурсуисключены все установки (), тогда исключается израссмотрения сам ресурс:.При исключении последнего возобновляемого ресурса из рассмотрения () делаетсявывод, что строительство ЭК на основе ВИЭ на базе рассматриваемых типов энергоустановокнецелесообразно.В третьей главе выполнена апробация разработанной методики на примере обоснованиясостава и параметров ЭК для потребителей электроэнергии крановых узлов строящегося МГ вРеспублике Саха (Якутия).Расчетная мощность потребителей кранового узла по проекту составляет 5,633 кВт.Среднегодовое значение нагрузки составляет около 30 % от максимальной нагрузки в году иравно 1,69 кВт, что свидетельствует о существенно неравномерном потребленииэлектроэнергии, которое объясняется работой части потребителей в повторно-кратковременномрежиме.20Анализ ресурсов ВИЭ показал, что рассматриваемый район характеризуется довольнонизкой ветровой активностью – среднегодовая скорость ветра составляет 2,8 м/с, но при этомобладает достаточно хорошим потенциалом для использования ФЭМ.
Наибольшая солнечнаяактивность характерна для весенне-летних месяцев, а именно: для мая, июня и июля.Обоснование состава и параметров ЭК по описанной методике осуществлено по двумвариантам с помощью разработанной двухуровневой системы расчетов: по усредненнымпоказателям и по достоверной детализированной информации по поступлению ресурсов ВИЭ ирежимам работы и нагрузке потребителей.Поиск оптимального варианта состава ЭК по усредненным показателям реализован вMicrosoft Exсel стандартным средством «Поиск решения» с помощью метода эволюционногопоиска решения.По результатам расчетов, выполненных по усредненным показателям, оптимальнымсоставом источников электроснабжения является вариант ЭК с пятьюдесятью ФЭМ 185 Вт, длякоторого LCOE = 21,49 руб./кВт∙ч (рисунок 3), расчетный коэффициент замещениятрадиционного ресурса составляет 64,4 %, а срок окупаемости в сравнении с автономнойтрадиционной системой электроснабжения на базе трех ДГУ мощностью 4 кВт каждая(мощность и количество ДГУ определены по отраслевому стандарту) – менее 5 лет.Параметры ЭК, выбранного по усредненным показателям, представлены в таблице 2.Рисунок 3 – Зависимость нормированной стоимости электроэнергии от коэффициентазамещения традиционного ресурса и от выработки электроэнергии энергоустановками на основевозобновляемых источников энергии21Таблица 2 – Параметры энергокомплекса, выбранного по усредненным показателямПараметрТип ФЭМНоминальная мощность ФЭМ, кВтКоличество ФЭМ, шт.Годовая выработка электроэнергии СЭС, кВт∙ч/годТип ДГУНоминальная мощность ДГУ, кВтКоличество ДГУ, шт.Годовая выработка электроэнергии ДГУ, кВт∙ч/годНоминальная емкость АБ, А∙чНоминальное напряжение АБ, ВТип элементаНоминальная емкость элемента, А∙чНоминальное напряжение элемента, ВКоличество элементов в АБ, шт.Суммарные капитальные затраты на ЭК, тыс.
руб.ЧДД в сравнении с вариантом электроснабжения от ЛЭП, тыс. руб.ЧДД в сравнении с вариантом электроснабжения от АИП на базе ДГУ, тыс. руб.Нормированная стоимость электроэнергии (LCOE), руб./кВт∙чЗначениеКСМ-1800,1855010465,2GENBOX KBT6M-3000615797,560048LT-LFP 300P3003,2301847,45722690,343988,72321,49Для детализированного варианта расчетов разработана имитационная динамическаямодель режимов работы ЭК в пакете блочно-модульного визуального моделирования Simulink 8матричной системы MATLAB R2013b, с помощью которой осуществляется оптимизациясостава и параметров ЭК, а также графическая визуализация процессов поступления, генерации,накопления и потребления энергии (рисунок 4).По результатам оптимизационных расчетов, выполненных в процессе моделирования,выбран ЭК с двадцатью ФЭМ 185 Вт, для которого LCOE = 19,68 руб./кВт∙ч, расчетныйкоэффициент замещения традиционного ресурса составляет 29,0 %, а капитальные затратыменьше, чем для системы электроснабжения на базе трех ДГУ мощностью 4 кВт каждая.Параметры ЭК, выбранного с помощью имитационной модели представлены в таблице 3.Таблица 3 – Параметры энергокомплекса, выбранного с помощью имитационной моделиПараметрТип ФЭМНоминальная мощность ФЭМ, кВтКоличество ФЭМ, шт.Угол наклона ФЭМ к горизонту, град.Азимут ФЭМ (угол между направлением на Юг и перпендикуляром к ФЭМ), град.Годовая выработка электроэнергии СЭС, кВт∙ч/годТип ДГУНоминальная мощность ДГУ, кВтКоличество ДГУ, шт.Годовая выработка электроэнергии ДГУ, кВт∙ч/годНоминальная емкость АБ, А∙чНоминальное напряжение АБ, ВТип элементаНоминальная емкость элемента, А∙чНоминальное напряжение элемента, ВКоличество элементов в АБ, шт.Суммарные капитальные затраты на ЭК, тыс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
