Диссертация (1144128), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Обосновывается это предполагаемым в данных расчетах режимомработы традиционного источника – когда мощности ВИЭ недостаточно для покрытиянагрузки и АБ разряжена до минимально допустимой емкости, традиционный источникначинает работать на номинальной мощности, часть которой идет на покрытие нагрузки, ачасть – на заряд АБ. В остальных случаях традиционный источник не используется.
Приэтом ток заряда АБ, поступающий от традиционного источника, должен соответствоватьдопустимому току заряда. Таким образом, принимается допущение, что ДГУ всегда работаетна номинальной мощности и удельный годовой эффективный расход топлива будет равенпаспортному.ВнастоящемпримеревыбранаДГУхарактеристики ДГУ приведены в таблице 6.101GENBOXKBT6M-3000.ТехническиеТаблица 6 – Технико-экономические характеристики дизель-генераторной установкимощностью 6 кВтПараметрЗначениеGENBOXKBT6M-300061,720 000572,0344,237134,49ТипНоминальная мощность, кВтРасход топлива, л/чРесурс, чЦена, тыс.
руб. (без НДС)Средняя стоимость технического обслуживания, тыс. руб. (без НДС)Периодичность технического обслуживания, раз/годСтоимость дизельного топлива в г. Алдан, руб./л (без НДС)Емкость АБ в укрупненных расчетах выбирается исходя из времени резервированиясреднегодовой нагрузки в ночные часы, когда выработка СЭС близка к нулю ипредполагается, что выработка ВЭС также может быть равна нулю.
При этом напряжение АБпринимается в настоящем примере равным 48 В постоянного тока, а глубина разряда батареисоответствует литий-ионным элементам и равна 80 %. Следовательно, расчетная емкость АБпо формуле (57) равна:(125)В расчете по усредненным показателям потери в преобразовательных устройствах неучитываются.Длярассчитаннойемкостиподбираетсяноминальнаяемкостьиколичествопараллельно соединенных элементов по критерию (105). Выбраны литий-ионные элементыпроизводства ООО «Лиотех» номинальной емкостью 300 А∙ч, напряжением 3,2 В,соединенные параллельно в две цепочки:⌈⌉⌈⌉(126)Количество последовательно соединенных элементов в цепочке определяется исходя иззаданного напряжения АБ и номинального напряжения элемента:⌈⌉⌈⌉(127)Общее количество элементов в батарее определяется по формуле:(128)Технико-экономические характеристики выбранной АБ приведены в таблице 7.102Таблица 7 – Технико-экономические характеристики аккумуляторной батареиПараметрТипНоминальная емкость батареи, А∙чНоминальная емкость элемента, А∙чНоминальное напряжение батареи, ВНоминальное напряжение элемента, ВКоличество последовательно соединенных элементов в цепочке, шт.Количество параллельно соединенных цепочек, шт.Количество элементов в батарее, шт.Время резервирования среднегодовой потребляемой мощности, чГлубина разряда батареи, %Рекомендуемый ток заряда элемента, АРесурс, циклов «заряд-разряд»Цена элемента, тыс.
руб. (без НДС)Стоимость обслуживания (осмотра) элемента, тыс. руб. (без НДС)Периодичность обслуживания, раз/годСтоимость батареи, тыс. руб. (без НДС)Эксплуатационные затраты на батарею, тыс. руб./год (без НДС)ЗначениеLT-LFP 300P600300483,2152301280150700017,7970,4241533,9112,712Как следует из приведенной таблицы, возможный ток заряда АБ от ДГУ не превышаетрекомендуемый ток заряда АБ.Из выбранных энергоустановок необходимо сформировать состав ЭК – определитьколичество энергоустановок на основе ВИЭ.Анализуподвергается474(полныйнабор)различныхвариантовсостававозобновляемых источников.Поиск оптимального варианта состава осуществляется в Microsoft Exсel стандартнымсредством «Поиск решения».Целевой функцией выступает, расчет которой осуществляется по (16).Критерием оптимизации выступает критерий (8) с ограничениями (10) и (13).Решение оптимизационной задачи выполнено с помощью метода эволюционногопоиска решения [106 – 111].
Применение такого метода позволяет перейти от моделейпоиска с жестко заданными правилами к моделям с динамически изменяющейся структуройна каждой итерации в зависимости от эффективности ранее найденного решения.Для работы эволюционных методов в качестве информации об оптимизируемойфункции используются её значения в рассматриваемых точках пространства поиска, и нетребуется вычислений значений производных.
Поэтому данные методы применимы кширокому классу функций [112].На рисунке 27 приведена зависимость(процентазамещениятрадиционногоот энергетической эффективностиресурса)иотвыработкиэлектроэнергииэнергоустановок на основе ВИЭ для разного количества ВЭУ и ФЭМ в составе ЭК.1030Выработка электроэнергии, кВт∙ч/год400060008000100001200020001400016000294 ВЭУ12 кВт28273 ВЭУ9 кВт3 ВЭУ+10 ФЭМ10,85 кВтLCOE, руб./кВт∙ч262 ВЭУ6 кВт3 ВЭУ+30 ФЭМ14,55 кВт3 ВЭУ+20 ФЭМ12,7 кВт2 ВЭУ+46 ФЭМ14,51 кВт2 ВЭУ+10 ФЭМ7,85 кВт254 ВЭУ+15 ФЭМ14,775 кВтmin2 ВЭУ+20 ФЭМ9,7 кВт1 ВЭУ3 кВтВЭУ+ФЭМФЭМ1 ВЭУ+10 ФЭМ4,85 кВт241 ВЭУ+40 ФЭМ10,4 кВт1 ВЭУ+20 ФЭМ6,7 кВт0 ВЭУ23 0 ФЭМ10 ФЭМ1,85 кВт 20 ФЭМ3,7 кВт2240 ФЭМ7,4 кВт30 ФЭМ5,55 кВтmin50 ФЭМ9,25 кВт60 ФЭМ11,1 кВт1 ВЭУ+62 ФЭМ11,47 кВт77 ФЭМ14,245 кВт70 ФЭМ12,95 кВт210,00,20,40,6Коэффициент замещения0,81,0Рисунок 27 – Зависимость нормированной стоимости электроэнергии от энергетическойэффективности (процента замещения традиционного ресурса) и от выработкиэлектроэнергии энергоустановок на основе возобновляемых источников энергииИз рисунка видно, что область значенийограничена верхней и нижней кривыми,построенных для случаев использования в ЭК только ВЭУ или только ФЭМ в качестве ВИЭ,соответственно.
Все прочие сочетания различного количества ВЭУ и ФЭМ в составе ЭКлежат в данной области значений.На рисунках Д.1 – Д.3 приложения Д приведены зависимости суммарныхдисконтированных затрат на ЭК от периода времени для различных вариантов состава ЭК идля автономной традиционной системы электроснабжения на базе трех ДГУ мощностью 4кВт каждая (мощность и количество ДГУ определены по СТО [65]), технико-экономическиехарактеристики которых приведены в таблице 8.104Таблица 8 – Технико-экономические характеристики дизель-генераторной установкимощностью 4 кВтПараметрЗначениеДГУ4-2303РН41,3620 000381,3564,237134,49ТипНоминальная мощность, кВтРасход топлива, л/чРесурс, чЦена, тыс. руб. (без НДС)Средняя стоимость технического обслуживания, тыс.
руб. (без НДС)Периодичность технического обслуживания, раз/годСтоимость дизельного топлива в г. Алдан, руб./л (без НДС)Из рисунков видно, что приемлемому сроку окупаемости удовлетворяют всеприведенные варианты ЭК с ФЭМ (без ВЭУ), три варианта ЭК с ВЭУ (без ФЭМ) и шестьрассмотренных вариантов ЭК с ВЭУ и ФЭМ.Скачкообразный рост затрат в некоторые годы обусловлен заменой или капитальнымремонтом основного оборудования (ДГУ, АБ, ВЭУ) по причине выработки своегонормативного ресурса или окончания срока службы.Как следует из рисунков 27, Д.1 – Д.3, для принятых в примере расчета ограниченийоптимальным составом источников электроснабжения крановых узлов в условиях г.
Алданявляется вариант ЭК с пятьюдесятью ФЭМ КСМ-180, без ВЭУ STORM USE 3 kW-48V, длякоторого= 21,49 руб./кВт∙ч, расчетный коэффициент замещения традиционногоресурса составляет 64,4 %, а срок окупаемости – менее 5 лет (в сравнении с автономнойтрадиционной системой электроснабжения).РезультатырасчетовиЧДД(какразницымеждусуммарнымидисконтированными затратами на ЭК и на традиционные варианты электроснабжения) длявыбранного состава ЭК приведены в таблицах Д.5 – Д.7 приложения Д.Удельная стоимость строительства ВЛ-10 кВ принята по сметной стоимостистроительства ВЛ-10 кВ для объекта аналога.Годовая наработка АБ определена, исходя из времени резервирования среднегодовойнагрузки.
Как было отмечено выше, АБ используется в ночные часы. При этом емкости АБдостаточно для покрытия среднегодовой нагрузки в течение 12 ч. В дневные часыпроисходит заряд АБ. Таким образом, за сутки осуществляется один полный цикл зарядаразряда АБ. Следовательно, за год наработка АБ составляет 365 циклов.Стоимость топлива, потребляемого ДГУ в ЭК за год, рассчитана следующим образом.Исходя из выбранного состава и количества энергоустановок на основе ВИЭ,определяется средняя мощность ВИЭ в дневные и ночные часы:105(129)(130)Определяется избыток мощности ВИЭ в дневные часы для заряда АБ, как разницамежду средней мощностью ВИЭ в дневные часы и среднегодовой нагрузкой, и недостатокмощности ВИЭ в ночные часы, как разница между среднегодовой нагрузкой и среднеймощностью ВИЭ в ночные часы:(131)(132)Определяется избыток энергии ВИЭ в дневные часы в течение года и недостатокэнергии ВИЭ в ночные часы в течение года:(133)(134)Так как недостаток энергии ВИЭ превышает избыток, то годовая выработка ДГУ длязаряда АБ рассчитывается, как разница между недостатком и избытком энергии ВИЭ (впротивном случае, выработка ДГУ была бы равна нулю):(135)Как было отмечено выше, режим работы ДГУ в ЭК соответствует номинальномурежиму, поэтому число часов работы ДГУ в году (соответствует наработке ДГУ) равно:(136)По полученному числу часов работы ДГУ и паспортному удельному расходу топливаопределяется годовой расход дизельного топлива и его стоимость:(137)(138)По результатам выполненных расчетов составлен условно разделенный на ночное идневное время упрощенный годовой график покрытия нагрузки, иллюстрирующий покрытиенагрузки с помощью различных источников энергии (рисунок 28).1069Дневные часыНочные часы – энергия, расходуемая АБ на питаниенагрузки – выработка энергии ДГУ, расходуемая назаряд АБ – выработка энергии ДГУ, расходуемая напокрытие нагрузки – избыток энергии ВИЭ, расходуемый назаряд АБ5 – выработка энергии ВИЭ, расходуемая напокрытие нагрузки87Мощность, кВт6543210010002000300040005000600070008000ЧасыРисунок 28 – Упрощенный годовой график покрытия нагрузкиСводные параметры ЭК, выбранного по усредненным показателям, представлены втаблице 9.Таблица 9 – Сводные 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. (без НДС)ЧДД в сравнении с вариантом электроснабжения от ЛЭП, тыс. руб. (без НДС)ЧДД в сравнении с вариантом электроснабжения от АИП на базе ДГУ, тыс. руб. (без НДС)Нормированная стоимость электроэнергии (LCOE), руб./кВт∙ч107ЗначениеКСМ-1800,1855010465,2GENBOXKBT6M-3000615797,560048LT-LFP 300P3003,2301847,45722690,343988,72321,493.5 Имитационная модель режимов работы энергокомплекса.
Обоснование подетализированному вариантуИмитационнаямодельразработанавпакетеблочно-модульноговизуальногомоделирования Simulink 8 матричной системы MATLAB R2013b по описанным в главе 3алгоритмам методики. Структура блоков имитационной модели и их описание приведены вприложении Е.Графическая визуализация результата моделирования времени года представлена нарисунке 29.Рисунок 29 – Графическая визуализация результата моделирования времени годаВ соответствии с заданным временем года воспроизводятся суточные, месячные игодовые режимы потребления энергии технологическим оборудованием объекта, а такжепоступающие с заданной повторяемостью потоки возобновляемых ресурсов.Графическая визуализация результата моделирования суточных, месячных и годовыхрежимов энергопотребления приведена на рисунках 30 и 31.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
