Диссертация (1144128), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Кроме того,благодаря относительно низким капитальным затратам данный вариант имеет меньший посравнению с вариантами 3 и 4 срок окупаемости:.Энергетические характеристики, которыми обладает вариант 3 ЭК с ВИЭ, позволяютполучить заменьшую, чем у варианта 2, нормированную стоимость электроэнергии, тоесть большую экономическую эффективность:(рисунок 6). В силубольших, чем у варианта 2 капитальных затрат, срок окупаемости третьего вариантаоказывается продолжительнее.Вариант4обладаетнаилучшимиэнергетическимихарактеристикамисредирассматриваемых четырех вариантов, которые позволяют заместить наибольшее количествотрадиционного ресурса (рисунок 6). Благодаря этому, несмотря на то, что капитальныевложения у варианта 4 самые большие из всех рассматриваемых, занаименьший показательдостигается(рисунок 6).
Данный вариант был бывыбран при переходе от первого уровня оптимизации к третьему, если бы отсутствовалвторой уровень оптимизации по ограничениям (5), благодаря которым осуществляетсяпроверка на приемлемость срока окупаемости проекта. В данном примере, срок окупаемостиварианта 4 из-за высоких капитальных затрат превышает установленный приемлемый срококупаемости:(рисунок 5). Поэтому по ограничениям (5), данный вариантисключается из дальнейшего рассмотрения на третьем уровне оптимизации по критерию (8)и в качестве окончательного решения за оптимальный принимается вариант 3.В рассмотренном примере наблюдалась зависимость между уровнем замещениятрадиционного ресурса (энергетической эффективностью) и минимальными удельнымизатратами на выработку энергии (рисунок 6).
В связи с этим можно предположить, чтодостаточно ограничиться первым и вторым уровнями оптимизации, что естественнымобразом повлияет на достижение критерия (8). Однако подобная зависимость не всегдасправедлива. На рисунке 7 представлен другой пример, характеризующий, что бóльшая43эффективность достигнута бóльшими капитальными вложениями, которые влияют навеличину LCOE, рассчитанной за(в данном примере все рассматриваемые вариантыудовлетворяют ограничениям (5) – рисунок 8). Поэтому по критерию (8) за окончательныйвариант принимается вариант номер 3.Рисунок 7 – Зависимость нормированной стоимости электроэнергии от энергетическойэффективности (процента замещения традиционного ресурса) для различных вариантовэнергокомплексов с возобновляемыми источниками энергии (пример 2)Рисунок 8 – Зависимость суммарных дисконтированных затрат от периода времени дляразличных вариантов системы электроснабжения (пример 2)44Можно также предположить, что достаточно выбрать вариант ЭК с ВИЭ по критерию(8) и сравнить его с LCOE традиционной системы электроснабжения за тот же периодвремени, тем самым сгруппировать второй и третий уровни оптимизации.
Однаконеобходимо помнить, что использование интегрального показателя должно осуществляться состорожностью при сравнении различных стоимостей, поскольку стоимость источникаэнергиизачастуюзависитотпредположений,финансовыхусловийианализатехнологического развития. Например, по LCOE будет некорректно сравнивать вариантыэлектроснабжения от ЛЭП и от автономного ЭК на основе ВИЭ. Поэтому предложен подходотбора оптимального варианта по критерию (8) именно в сравнении автономных ЭК с ВИЭмежду собой. В то же время предложенный подход трехуровневой оптимизации позволяетгибко подходить к обоснованию оптимального варианта в зависимости от того или иногопоказателя, которому отдано предпочтение: минимального срока окупаемости, наибольшегозначения показателей энергетической эффективности или минимума финансовых затрат напротяжении расчетного срока эксплуатации.Рассмотренные второй и третий уровни оптимизации позволяют обеспечитьформирование системы электроснабжения ВТП МГ с наименьшими финансовымизатратами.В случае полного отсутствия оптимальных решений (несоответствия экономическиххарактеристик состава источников предъявляемым требованиям), принимается решение онецелесообразности строительства ЭК на основе ВИЭ.Таким образом, с учетом принятых допущений и предположений исследуемая задачамногокритериальной оптимизации преобразуется в последовательное решение задачитрехуровневой оптимизации.Предложенныйподходкрешениювполноймереотвечаеттребованиям,предъявляемым к формированию систем электроснабжения ВТП МГ, как по направлениюдостижениямаксимальногозначенияпоказателейэффективностипризаданныхограничениях в виде затрат (первый и второй уровень оптимизации), так и по направлениюминимума затрат при заданных значениях показателей функционирования (третий уровеньоптимизации), и позволяет использовать метод вариантного моделирования.На основании предложенного подхода для разработки алгоритмов и методикиобоснования состава и параметров ЭК на основе ВИЭ для ВТП МГ необходимосформировать целевые функции и критерии уровней оптимизации, проанализироватьструктурную схему автономного ЭК на основе ВИЭ, разработать математические моделиэнергетических установок и накопителей энергии, входящих в ЭК, и модель режимов егоработы.452.2 Формирование целевой функции и критериев оптимизацииМатематическаяформулировказадачиоптимизациисоставаиколичестваэнергоисточников на основе ВИЭ, отвечающая критерию энергетической эффективности,сводится к поиску максимума целевой функции, отражающей суммарную выработку энергииустановками на основе ВИЭ, с учетом ограничений на годовое потребление электроэнергии иколичество установок:̅̅̅̅̅̅∑(9)∑{где–годовая(10)выработкаэлектроэнергиивозобновляемый ресурс, кВтч/год;преобразующих i–й ресурс, ед.;источником,преобразующимi–й– количество источников электроснабжения,– годовое потребление электроэнергии потребителямиобъекта, кВтч/год; kн = 1,05…1,15 – постоянный коэффициент, учитывающий возможныеотклонения расчетных величин от их фактических значений;– количество источниковэлектроснабжения по i–му виду ресурса, необходимое для покрытия потребности только спомощью этого вида ресурса, ед.Ограничения (10) являются ограничениями верхнего уровня для целевой функции (9) иимеют следующий смысл:1) суммарная годовая выработка электроэнергии энергоустановками на основе ВИЭ недолжна превышать годовую потребность в электроэнергии.
При этом имеют место суточныеи часовые колебания выработки и потребления, для покрытия которых в составе ЭКпредусматривается АБ и энергоустановки на основе традиционного энергоносителя. Впротивном случае, отсутствие этого ограничения, либо завышение значения коэффициента, приведет к завышению числа энергоустановок на основе ВИЭ, что в свою очередьприведет к неполному использованию (диссипации) значительного объема вырабатываемойустановками на основе ВИЭ электроэнергии, либо к завышению емкости АБ, что,соответственно, отразится на экономической эффективности выбранного варианта составаоборудования. При этом бóльшие значения коэффициентапринимаются в условияхнедостаточно полной исходной информации о поступлении возобновляемых энергоресурсовв месте размещения объекта, а также о режимах работы и нагрузках потребителейэлектроэнергии;462) количество источников по каждому виду ресурса не должно превышать количестваисточников, необходимого для покрытия потребности в электроэнергии только с помощьюэтого вида ресурса.
В противном случае, при отсутствии данного ограничения, анализуподвергалось бы бесконечное количество вариантов.Значенияпо каждому виду ресурса рассчитываются по формуле:⌈⌉(11)Так как в течение года потребление электроэнергии может быть существеннонеравномерным, а выработка электроэнергии источником может носить случайный характер,в выражении (11) также как и в ограничениях (10) учтен постоянный коэффициент,имеющий тот же смысл, как и для ограничений (10).Для выбранного на первом уровне по критерию (9) варианта состава ЭК необходиморассчитать суммарные дисконтированные затраты за планируемый срок окупаемости:(12)∑где– расчетный год;– суммарные капитальные затраты в ЭК на основе ВИЭ врасчетном году, млн руб./год;– суммарные эксплуатационные расходы ЭК на основеВИЭ в расчетном году, млн руб./год;в расчетном году, млн руб./год;– амортизационные издержки ЭК на основе ВИЭ– ставка дисконтирования, о.е.;– планируемый срококупаемости, лет.Критерием экономической эффективности рассматриваемого варианта ЭК на основеВИЭ являются меньшие суммарные дисконтированные затраты ЭК по сравнению ссуммарнымидисконтированнымизатратамипристроительствеиэксплуатациитрадиционной системы электроснабжения, рассчитанными за тот же период:(13)Если за планируемый срок окупаемости не удается достичь выполнения условия (13),то расчетный период увеличивается на 1 год и по формуле (12) осуществляется расчет затратуже за новый периоди так далее.
За этот же период пересчитываются затратына традиционную систему электроснабжения, которые затем вновь сравниваются по условию(13). Таким образом осуществляется последовательное уточнение срока окупаемости ЭК сВИЭ в диапазоне:(14)где– изначально заданный планируемый срок окупаемости;источника, имеющего минимальное значение.47– срок службыПри достижении условия (13) полученный возможный срок окупаемости запоминаетсяи проверяется на его приемлемость по условию:(15)Если за расчетный интервал (14) не удается достичь выполнения условия (13) илиполученный расчетным путем срок окупаемости неприемлем, выполняется подбор новоговарианта состава ЭК по критерию (9), при этом уже рассмотренный вариант не принимаетсяво внимание.Как было отмечено в параграфе 2.1 в условии (13) вместомогут использоваться, либо срок окупаемости может быть однозначно задан, тогда его значение не подлежитизменению и условия (14) и (15) исключаются, а планируемый срок окупаемостисоответствует приемлемому:.Если целью формирования системы электроснабжения ВТП МГ является достижениемаксимального значения показателей эффективности при заданных ограничениях в видезатрат, то поиск оптимального решения заканчивается на втором уровне оптимизации.Если же целью является достижение минимума затрат при заданных значенияхпоказателейфункционирования,тоосуществляетсяпереходктретьемууровнюоптимизации.Для удовлетворяющего условию (13) и ограничениям (14) и (15) вариантарассчитываетсясредняярасчетнаясебестоимостьпроизводстваэлектроэнергиинапротяжении всего жизненного цикла (нормированная стоимость электроэнергии) [70, 71]:(16)где– расчетный период жизненного цикла, лет;– выработка электроэнергии ЭК наоснове ВИЭ в расчетный год, кВт∙ч/год.Полученное по формуле (16) значениерассматриваемого варианта ЭКзапоминается и осуществляется следующая итерация оптимизации с подбором новоговарианта состава ЭК по критерию (9) с проверкой его на условие (13), при этом ужерассмотренныйвариантнепринимаетсявовнимание.Дляновогоудовлетворяющего условию (13), аналогичным образом рассчитываетсярасчетный период и сравнивается со значениемварианта,за тот жепредыдущего варианта.
Итерационныйпроцесс повторяется до тех пор пока не будет достигнут минимум функции (16). Тем самымвыбирается окончательный вариант ЭК с ВИЭ по критерию (8).482.3 Математические модели энергетических установок и накопителей энергииДля создания элементной базы данных и последующей оптимизации состава ипараметров основного оборудования ЭК, необходимо выбрать те виды энергетическихресурсов,использованиекоторыхпредставляетсянаиболеецелесообразнымдляэлектроснабжения ВТП МГ.В параграфе 1.1 было отмечено, что основными видами ВИЭ для электроснабженияВТП МГ, являются ветер и солнечная радиация, уровень потенциала которых зависит отсоответствующих климатических условий в географическом месте расположения объекта.Наиболеепредпочтительныминепосредственногоналичиятрадиционнымиприродногогазавэнергоустановкамимагистраливблизиввидупотребителейэлектроэнергии, как топливного энергоресурса, являются поршневые и газотурбинные (дляуровня нагрузок ВТП МГ – микротурбинные) электроагрегаты, что соответствует такжетребованиям стандарта [65].При применении газопоршневых и газотурбинных электроагрегатов в составе АИПнужно учитывать необходимость снижения давления газа из МГ (1,2 – 2,5 МПа для МГсреднего давления, 7,5 МПа – для МГ высокого давления) до требуемого уровня на входе вэнергоустановку (0,32-0,38 МПа для микротурбинной установки Capstone С30 мощностью 30кВт), что, соответственно, при отсутствии поблизости ГРС создает дополнительныетрудности и затраты на сооружение мини-ГРС при АИП.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
