автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Исследование эффективности и оптимизация технико-экономических показателей ветроэнергетических установок в системах энергоснабжения

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ СИБИРСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Г I Ь V« им. Л.А. Меленгьева

1 л

На правах рукописи

СОЛОМИН Сергей Владимирович

УДК 621.548.001.5

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК В СИСТЕМАХ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

Специальность 05.14.01 - Энергетические системы и комплексы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск-1997

Работа выполнена в Сибирском энергетическом институте (СЭИ) СО РАН.

Научные руководители: кандидат технических наук,

старший научный сотрудник О.В. Марченко,

кандидат технических наук, доцент М.А. Новожилов

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор B.C. Степанов, кандидат технических наук, профессор Г.Г. Гоппе

Востоксибсельэнергопроект, г. Иркутск

Защита состоится J^1 199'/ г. в ^ часов на заседании

диссертационного совета Д 002.30.01 при Сибирском энергетическом институте СО РАН по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, СЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского энергетического института СО РАН.

Автореферат разослан " 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.30.01 д.т.н.

A.M. Клер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последние годы во многих странах существенно возрос интерес к возобновляемым источникам энергии. Их широкое внедрение играет важную роль в достижении поставленной международным сообществом цели - снижении выбросов вредных веществ (оксидов азота и серы, твердых частиц золы, тепличных газов и др.) в атмосферу. Использование огромных природных ресурсов ветра может внести значительный вклад в решение этой глобальной проблемы. Главными преимуществами энергии ветра по сравнению с энергией ископаемого топлива являются ее неисчерпаемость (возобновляемость), отсутствие необходимости в добыче, переработке и доставке, отсутствие потребности энергоисточников в воде для охлаждения, незначительное воздействие на окружающую среду, отсутствие вредных выбросов.

Наряду с указанными обстоятельствами целесообразность практического использования энергии ветра в значительной степени определяется также и экономической конкурентоспособностью современных ветроэнергетических установок (ВЭУ) с альтернативными энергоисточниками. В связи с этим важное значение имеет технико-экономический анализ систем энергоснабжения с применением ВЭУ, поиск общих закономерностей, позволяющих дать рекомендации о рациональных масштабах их внедрения и оптимальных параметрах установок.

Разработанные к настоящему времени методы экономического анализа характеристик ВЭУ весьма различны по степени сложности и требуемому объему исходной информации. Наиболее детальный анализ их работы выполняется на основе метода хронологического моделирования: с некоторым шагом по времени решаются уравнения баланса энергии всех элементов системы (ВЭУ, нагрузка, дублирующие энергоисточники, аккумуляторы) и определяются интегральные показатели для последующего экономического анализа (выработка и полезное использование энергии). Однако применение этого.метода связано с большим объемом вычислений и, что еще более важно, требует использования ■ весьма обширной информации, которая в большинстве случаев отсутствует (например, результаты ежечасных измерений скорости ветра на протяжении нескольких лет). В связи с этим разрабатываются методы вероятностного анализа, которые позволяют уменьшить трудоемкость подготовки исходных данных.

Анализ опубликованных работ по этому вопросу показывает, что известные методы обладают рядом недостатков: а) не решена задача определения экономической эффективности систем энергоснабжения с учетом перераспределения электрической и тепловой энергии между потребителями; б) в работах по расчету надежности систем электроснабжения с применением ВЭУ (ветродизельных систем) соответствующие показатели не согласованы с общей задачей оптимизации структуры системы и оценки ее экономической эффективности; в) недостаточно учтены особенности изолированных энергосистем (влияние потребителей на выбор оптимальных установок).

В связи с этим цель работы заключается в разработке методов технико-экономического анализа эффективности применения ВЭУ в системах электро- и теплоснабжения и оптимизации их технико-экономических показателей.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные

задачи:

- обоснование целесообразности использования ВЭУ как для электроснабжения, так и для покрытия тепловой нагрузки;

- разработка вероятностного метода расчета экономической эффективности системы энергоснабжения с применением ВЭУ;

- разработка метода расчета надежности ветродизельных систем и оптимизации количества и единичной мощности дублирующих агрегатов;

- исследование зависимостей показателей экономической эффективности ВЭУ от вероятностных характеристик ветра, нагрузки, стоимости вытесняемого органического топлива, емкости аккумулирующих устройств и требований к надежности электроснабжения;

- оптимизация технико-экономических показателей систем энергоснабжения с ВЭУ при учете указанных факторов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложена и обоснована математическая модель системы электро- и теплоснабжения с применением ВЭУ, учитывающая перераспределение энергии между потребителями и ее аккумулирование.

2. Разработан метод расчета интегрального экономического эффекта при использовании ветроэнергетических установок в системах энергоснабжения, сочетающий достоинства вероятностных методов и метода хронологического моделирования:

- получено аналитическое выражение для суммарного чистого дохода, приведенного к начальному моменту времени;

- предложен новый способ решения системы уравнений баланса энергии для определения оптимальной емкости аккумулирующих устройств, основанный на существенном различии характерных времен рассматриваемых процессов изменения скорости ветра, мощности нагрузки, наряда аккумулятора и ценности доходов и затрат.

3. Разработан метод оценки экономического эффекта за счет вытеснения ВЭУ части мощности дизельной электростанции (ДЭС) при сохранении постоянного уровня надежности электроснабжения.

4. Исследован экономический эффект применения ВЭУ в зависимости от вероятностных характеристик скорости ветра, неравномерности и плотности графика. нагрузки, стоимости топлива для источников электрической и тепловой энергии, технико-экономических характеристик аккумулирующих устройств и показателей надежности ветродизельной системы.

5. На основе разработанных математических методов и систем измерения скорости ветра создан программно-аппаратный комплекс, который позволяет согласованно решать задачи сбора исходной информации и проведение технико-экономических расчетов.

На защиту выносятся перечисленные выше, новые научные результаты.

Практическая ценность диссертации заключается -в разработкё эффективных и простых в реализации методов технико-экономическоЫ': анализа систем энергоснабжения с ВЭУ, а также в выработке рекомендаций по выбору их оптимальных параметров в зависимости от условий размещения и требований потребителей энергии. Кроме этого, разработаны и испытаны два варианта системы непрерывного измерения скорости ветра, которые могут быть использованы для получения исходной информации при технико-экономическом анализе проектов применения ВЭУ и уточнении кадастровых характеристик.

Результаты исследований использованы при выполнении госбюджетной темы "Исследование взаимодействия энергетических объектов с окружающей средой", Региональной целевой комплексной эколого-экономической программы Иркутской области "Байкал", а также работ в рамках программы Европейского Союза "TACIS" (по контракту между фирмой ATKINS и СЭИ СО РАН "Экологически чистое энергоснабжение региона озера Байкал"). Разработанные методики и программы расчетов используются в учебном процессе Иркутского государственного технического университета.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской и региональной конференциях "Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири" (Иркутск, сентябрь 1994 г. и апрель 1996 г.), 10-й Байкальской школе-семинаре "Методы оптимизации и их приложения" (Иркутск, август 1995 г.), Всероссийской конференции с международным участием "Энергетика России в переходный период: проблемы и научные основы развития и управления" (Иркутск, сентябрь 1995 г.), 26-й конференции научной молодежи СЭИ СО РАН (Иркутск, апрель 1996 г.), региональной научно-практической конференции "ОЭС Сибири: современное состояние и перспективы развития" (Новосибирск, май 1996 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 . печатных

работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. В конце работы приведены сведения об использованной литературе (137 наименований). Общий объем работы 175 стр., включая 53 рисунка и 25 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, изложены цели и задачи работы.

В первой главе проведен обзор разработанных к настоящему времени конструкций ВЭУ, их ценовых показателей, дана характеристика нагрузок потребителей, форм описания ветровых условий, существующих критериев и методов оптимизации параметров ветроустановок. На основе проведенного анализа делается вывод о том, что существующие методы оптимизации нуждаются в дальнейшем развитии и, прежде всего, в исследовании общей схемы системы энергоснабжения, включающей ВЭУ, дублирующие источники электрической и тепловой энергии, устройства аккумулирования с перераспределением энергии между потребителями. Поставлена задача согласования вопросов надежности электроснабжения в ветродизельной системе с общей задачей оптимизации ее структуры (определение количества и мощности ВЭУ и дизельных, агрегатов).

Во второй главе описана расчетная схема системы электро- и теплоснабжения с ВЭУ и разработана ее математическая модель.

Система состоит из одной или нескольких ВЭУ, вырабатывающих электроэнергию, электрической и тепловой нагрузок, а также дублирующих энергоисточников (рис.1). Скорость ветра V и мощность электрической нагрузки Р являются случайными величинами.

Рис.1. Схема электро- и теплоснабжения; буквенные обозначения у стрелок - передаваемая мощность

Энергия, вырабатываемая ВЭУ, в первую очередь направляется на электроснабжение потребителей (мощность К' на рис. 1). Если генерируемая мощность ВЭУ Ы^ДУ) в данный момент времени оказывается меньше потребляемой электрической нагрузкой мощности Р, недостающая энергия либо поступает из аккумулятора, либо (когда он разряжен) вырабатывается дублирующим источником электрической энергии, например, дизельной электростанцией. Если же Ы^,(У)>Р, то "избыточная" энергия направляется в аккумулятор, а в случае, когда он полностью заряжен, - на покрытие тепловой нагрузки.

Использование энергии ветра в данной схеме связано с дополнительными экономическими эффектами (экономия топлива энергоисточников, вырабатывающих электрическую и тепловую энергию, вытеснение мощности дублирующих энергоисточников) и затратами (создание и эксплуатация ВЭУ и аккумулятора).

Составлены уравнения баланса энергии в рассматриваемой энергосистеме. В соответствии с принятыми в условиях рыночной

экономики методами анализа эффективности инвестиционных проектов в качестве главного критерия, соизмеряющего все доходы и затраты, принят интегральный эффект (суммарный чистый доход, приведенный к начальному моменту времени):

_ 00

дг= |д2(0е_ст1ск, (1)

о

где о- коэффициент дисконтирования,

дад = ПО) - 3(1)

- экономический эффект в единицу времени, равный разности доходов от использования ВЭУ П(0 и затрат на ВЭУ и аккумулятор 3(0.

В результате ряда преобразований получено аналитическое выражение для критерия эффективности

Д2=Г(К,1,Ть,К',Г,Т^а,Се,Ье,це,Сь,Ьь,ць,л',Фр(Р),Фу(У),у) , (2) зависящего от

- капиталовложений К, эксплуатационных издержек I и срока службы Т^ ВЭУ и аккумулятора (символы со штрихом относятся к аккумулятору),

- коэффициента дисконтирован™ о ,

- стоимости С и удельного расхода Ь топлива дублирующих источников электрической и тепловой энергии, а также коэффициентов |Х, учитывающих удорожание органического топлива со временем (символы с индексом "е" относятся к электроснабжению, "Ь" - к теплоснабжению),

- КПД аккумулятора г|',

- функций распределения плотности вероятности случайных величин фу(У) (скорость ветра) и фр(Р) (мощность нагрузки);

- коэффициента V , характеризующего эффективность работы аккумулятора (доля сохраненной и полезно использованной электроэнергии).

При V = 0 вся "избыточная" энергия идет на теплоснабжение,' при V = 1 она полностью сохраняется в аккумуляторе и впоследствии направляется на электрическую нагрузку (за вычетом потерь, характеризуемых КПД аккумулятора). Для определения этого коэффициента требуется предварительно решить дифференциальное уравнение баланса энергии в аккумуляторе:

(ц - энергия, запасенная в аккумуляторе; Ъ1д (Ч) и N"(0 -

соответственно энергия, поступающая в единицу времени в аккумулятор и передаваемая им на электрическую нагрузку) с начальным условием

Ч(0)=0. _

Непосредственный расчет интегрального эффекта А2 по формуле (1) с использованием (3) предстаатяет значительные трудности, главная из которых состоит в отсутствии информации, позволяющей . достаточно точно описать зависимость скорости ветра от времени У(1). Случаи,_ когда для рассматриваемой местности имеются данные непрерывных измерений скорости ветра за длительный промежуток времени, весьма редки. Поэтому в большинстве работ по технико-экономическому анализу ВЭУ либо применяется хронологическое моделирование .. ца основе экспериментальных данных за относительно . короткий промежуток времени, либо используются вероятностные модели без исследования конкретной зависимости

В диссертационной работе комбинируются оба эти подхода и учитывается как краткосрочная изменчивость ветра (определяющая эффективность работы аккумулятора), так и его вероятностные характеристики за длительный период времени, что позволяет достаточно точно определить суммарную выработку энергии. Для этого используется то обстоятельство, что характерные времена рассматриваемых процессов существенно различаются. Наиболее резко в зависимости от времени изменяется скорость ветра (характерное время - секунды и минуты), медленнее - заряд аккумулятора и мощность нагрузки (часы и сутки), и, наконец, функция, учитывающая изменение ценности доходов и затрат во

времени (дисконтирование), может заметно измениться лишь за несколько лет.

В связи с этим расчет интегрального эффекта проводится следующим образом: численно решается уравнение баланса энергии (3) с использованием характерных зависимостей V(t) и P(t) на относительно коротком промежутке времени, соизмеримом со временем заряда аккумулятора, определяется коэффициент v , затем вычисляется интегральный экономический эффект, для расчета которого в диссертационной работе получена явная аналитическая зависимость (2). При этом предполагалось, что скорость ветра удовлетворяет распределению Вейбулла, а годовой график нагрузки по продолжительности может быть аппроксимирован кусочно-постоянной функцией.

Разработанный метод является достаточно простым (по объему информации и количеству вычислений) и учитывает специфику использования энергии ветра:

- существенную неравномерность во времени выработки энергии;

- необходимость дублирования мощности ВЭУ другими энергоисточниками;

- возможность в отдельные промежутки времени либо перераспределять энергию между потребителями, либо аккумулировать ее.

Полученные соотношения использовались для исследования зависимости интегрального экономического эффекта от различных параметров.

Важным фактором, оказывающим влияние на эффективность применения ВЭУ в автономной энергосистеме, является величина потребляемой мощности и степень ее неравномерности во времени. Если при некотором значении стоимости органического топлива использование энергии ветра оказывается целесообразным (AZ>0), то с увеличением количества ВЭУ интегральный эффект AZ будет возрастать до тех пор, пока часть энергии не окажется "избыточной" или не начнет использоваться менее эффективно (на теплоснабжение). Оптимальная величина установленной мощности ВЭУ, при которой AZ достигает максимума, будет определяться зависимостью P(t).

Применение аккумулятора позволяет сохранить часть "избыточной" электроэнергии и впоследствии использовать ее, передавая на электрическую нагрузку. Поскольку установка аккумулятора связана как с

дополнительной экономией, так и с дополнительными затратами, интегральный эффект в зависимости от емкости аккумулятора имеет максимум.

В работе проведено исследование экономического эффекта, обусловленного использованием ВЭУ, в зависимости от степени неравномерности нагрузки, емкости аккумулятора, скорости ветра, стоимости органического топлива в широком интервале изменения соответствующих параметров. Установлены границы зоны эффективности ВЭУ (когда выполняется условие АХ > 0).

Показано, что- корреляцию скорости ветра и мощности нагрузки можно учесть, разбивая весь временной интервал на отдельные промежутки и используя для них различающиеся распределения плотности вероятности случайных величин V и Р.

Для оценки величины экономического эффекта, обусловленного вытеснением ветроэнергетическими установками части мощности ДЭС (N13), введена переменная, называемая модифицированной нагрузкой

Е = Р-НГ)-№Л,.

При Е<0 потребители обеспечиваются требуемым количеством электроэнергии, а при Е>0 мощность нагрузки превышает мощность генерирующих агрегатов. (ВЭУ и ДЭС) и имеют место перерывы в электроснабжении.

Если известно распределение вероятности модифицированной нагрузки

НЕ(е)=Рг{Е > е},

т.е. вероятность события {Е > е}, то можно определить показатели надежности электроснабжения, например, вероятность отказа

<3 = нЕ(0).

Надежность электроснабжения <3*(п*, ДЫ) обеспечивается соответствующим выбором количества п* и единичной мощности ДМ

дизельных агрегатов при условии минимума суммарных капиталовложений в ДЭС К(п*, ЛМ) :

К (N) = minminK(n*,AN), n* AN

(4)

Q*(n*,AN) < Q,

где N - установленная мощность ВЭУ, Q - заданная максимально допустимая вероятность отказа. >

В работе получено аналитическое выражение для вероятности * *

отказа Q (n , AN). Численно решена система (4) относительно п* и AN и

определены минимальные капиталовложения в ДЭС в зависимости от *

мощности ВЭУ К (N), а также экономический эффект, обусловленный вытеснением мощности ДЭС:

Ak(N) =

К*

(0)-K*(N)]/N. (5)

Последняя величина использована при расчетах системы ВЭУ-ДЭС: удельные капиталовложения в ВЭУ уменьшены на величину Дк(Л), определяемую выражением (5).

В третьей главе на основе разработанных методов расчета проведен выбор оптимальных ВЭУ для различных систем электро- и теплоснабжения.

На рис. 2 представлена зависимость относительного интегрального эффекта (отношение интегрального эффекта Ы, к затратам на топливо альтернативного источника электроэнергии при отсутствии ВЭУ) в системах энергоснабжения различной конфигурации при разной стоимости котельного топлива, используемого для теплоснабжения. Объект энергоснабжения имеет следующие характеристики: Ртах = 1 МВт,

Ршп / Ртах = О-2- Р/ ртах = °>4 (Ртах " максимальная, Рт;„ -минимальная, Р - средняя электрическая мощности нагрузки).

£,% 40 30

20

10 о

1 2 3 4 5 6 п, ШТ.

а)

£,%

40 30

20

10 0

1 23 4 5 67 П, ШТ. б)

Рис. 2. Зависимость относительного интегрального экономического эффекта от числа ВЭУ при разной стоимости котельного топлива: а) Сь = 0,25 Се; б) Сь= 0,9 Се (Се=200 долл/т у.т.). Цифры на рис.: 1 -электроснабжение (без аккумуляторов) и теплоснабжение; 2 -электроснабжение (с аккумуляторами) и теплоснабжение

г

Чс-

1

В расчетах использованы технихо-экономические характеристики серийно выпускаемых. ВЭУ. Наибольший экономический эффект имеет место в системе с теплоснабжением и аккумулированием энергии. С увеличением стоимости котельного топлива возрастает оптимальное количество ВЭУ.

Проанализирован экономический эффект от вытеснения мощности ДЭС в автономной системе электроснабжения. Показано, что величина Дк(М), определяемая по выражению (5), составляет 30-130 долл/кВт. С учетом того, что капиталовложения в ВЭУ существенно выше, соответствующий эффект невелик и его вклад в составляет 5-7%.

При анализе работы ВЭУ в достаточно мощной энергосистеме (Р»М), где вся вырабатываемая электроэнергия непосредственно используется потребителями, т.е. нет "избыточной" электроэнергии, в качестве критерия эффективности использована стоимость производимой ВЭУ электроэнергии 8:

8 = ^1, №ИТ

где К - капиталовложения в ВЭУ с учетом реновационной составляющей; I - ежегодные эксплуатационные издержки,

оо

ки = |£(У)ру(У)с!У о

- коэффициент использования установленной мощности ВЭУ, ДУ) -рабочая характеристика, - функция распределения плотности

вероятности случайной величины V.

Получена аналитическая зависимость для величины Б, выполнены расчеты стоимости электроэнергии, производимой ВЭУ, проведено ее сравнение со стоимостью электроэнергии альтернативных энергоисточников (ПГУ на природном газе и КЭС на угле).

В этой же главе проведена систематизация и анализ технико-экономических показателей современных ВЭУ.

Капиталовложения в ВЭУ аппроксимировались зависимостью:

К [ Э

нгао+" к

"\т1 ( м Лт2 ( Т1 ~\т2

, N

+>2 'л.

+ а3

где Кф - соответственно капиталовложения в ВЭУ, выбранные в качестве базовых, с параметрами Бо.Ыо.Нд (соответственно диаметр ветроколеса, мощность генератора, высота башни); К - искомые капиталовложения в ВЭУ с диаметром Б, мощностью N. высотой башни Н; а; (1=0, ..., 3) и т; (¡=1, ...,3) - коэффициенты, найденные по методу наименьших квадратов.

Мощность ВЭУ N. диаметр ветроколеса Б, номинальная скорость V] связаны соотношением

N = 0,000481 т|(У) V,3 В2, кВт (7)

где Г|(У) - коэффициент использования энергии ветра ( с учетом КПД редуктора и генератора).

С помощью полученной аппроксимации (6) и соотношения (7) проведена оптимизация параметров ветроустановок (диаметра ветроколеса, высоты башни, рабочих скоростей, доли участия ВЭУ) в составе автономных систем энергоснабжения для разных характерных случаев неравномерности нагрузки, соотношения стоимостей дизельного и котельного топлив, типа установки.

При этом решалась задача нахождения параметров ВЭУ, для которой интегральный эффект Дг максимален (в автономной системе энергоснабжения) или стоимость энергии Б минимальна (в централизованной энергосистеме).

Сопоставлялись две группы установок: 1) серийно выпускаемые в настоящее время, и 2) оптимальные, обеспечивающие максимум экономического эффекта (минимум стоимости электроэнергии) (рис. 3).

Как следует из полученных результатов, существует резерв снижения стоимости электроэнергии за счет оптимизации параметров ветроэнергетических установок.

Рис. 3. Зависимость стоимости электроэнергии от средней многолетней скорости ветра для лучших ВЭУ (1 - из числа серийно выпускаемых; 2 - оптимальной)

В работе проведен выбор оптимальных параметров ВЭУ при максимальной нагрузке от 100 до 1000 кВт и для разной степени ее плотности и неравномерности. Для каждого варианта нагрузки и средней многолетней скорости ветра найдены оптимальные параметры (диаметр Б, номинальная скорость V], мощность Ы).

В четвертой главе разработанные методы применены для ВЭУ, планируемых к размещению на побережье озера Байкал, с использованием данных измерений Гидрометслужбы, собственных непрерывных измерений скоростей ветра и различных сценариев изменения нагрузки потребителей. Приведено описание разработанных автором систем измерения скорости ветра. Выполнен финансово-экономический анализ инвестиционного проекта использования ВЭУ для энергоснабжения села Онгурен на побережье озера Байкал с учетом результатов оптимизации типа ВЭУ (из семейства НПО "Ветроэн"), их количества, оптимальной емкости аккумуляторных батарей.

В таблице приведены обобщенные показатели расчета системы энергоснабжения села Онгурен для двух сценариев (1 - минимальный -электроснабжение и теплоснабжение с дублированием мощности ВЭУ дизельными агрегатами и котельной; 2 - максимальный электротеплоснабжение при отсутствии котельной). Основные показатели

эффективности инвестиционного проекта определялись при цене электрической и тепловой энергии, соответствующей условиям на июль 1996 г.

Результаты расчета показателей системы энергоснабжения

Показатели Минимальный вариант нагрузки Максимальный вариант нагрузки

Оптимальная мощность ВЭУ, кВт 2 * 100 14 * 250

Оптимальная емкость аккумуляторов, кВт.ч 250 2500

Годовая выработка энергии, тыс.кВт.ч 471 6666

Годовая экономия топлива, т у.т. 212 3000

Интегральный приведенный эффект, тыс. долл. 378 5164

Индекс доходности 2,83 2,72

Срок окупаемости, лет 5,7 6,0

Кроме анализа средних многолетних ветровых условий исследована чувствительность показателей эффективности проекта к уменьшению средней скорости ветра в данном районе и построены их вероятностные характеристики. Как показывают результаты анализа, проект остается прибыльным даже при минимальной скорости ветра за все 17 лет наблюдений.

Таким образом, строительство ВЭУ на берегу озера Байкал является экономически эффективным и может быть рекомендовано к реализации.

В ходе работы создан программно-аппаратный комплекс (рис. 4). Он позволяет согласовать технико-экономический анализ систем энергоснабжения с ВЭУ с вопросами получения исходной информации о характеристиках ветра.

Рис. 4. Состав и функции программно-аппаратного комплекса

В заключении изложены основные результаты работы.

В конце диссертации приводятся акты о внедрении результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен анализ известных к настоящему времени методов технико-экономического исследования характеристик ВЭУ. Показано, что они отличаются значительной сложностью и трудоемкостью, не учитывают в достаточной степени возможность использования вырабатываемой ВЭУ электроэнергии для покрытия тепловой нагрузки, а также влияние

требований к надежности электроснабжения, степени неравномерности нагрузки и стоимости вытесняемого органического топлива на выбор оптимальной структуры автономной энергосистемы.

2. Предложена и обоснована новая математическая модель автономной системы электро- и теплоснабжения, которая учитывает перераспределение электрической и тепловой энергии между потребителями и ее аккумулирование.

3. Разработан метод расчета экономического эффекта от применения ВЭУ в системах энергоснабжения:

- получено аналитическое выражение для суммарного чистого дохода, приведенного к начальному моменту времени, позволяющее существенно сократить трудоемкость расчетов;

- предложен новый способ решения системы уравнений баланса энергии для определения оптимальной емкости аккумулирующих устройств, основанный на существенном различии характерных времен рассматриваемых процессов изменения скорости ветра, мощности нагрузки, заряда аккумулятора и ценности доходов и затрат.

4. Разработан метод оценки экономического эффекта за счет вытеснения части мощности дизельной электростанции (ДЭС) ветроэнергетическими установками при сохранении постоянного уровня надежности электроснабжения.

5. На основе разработанных методов исследованы показатели эффективности применения ВЭУ в зависимости от вероятностных характеристик ветра, неравномерности и плотности графика нагрузки, стоимости топлива для электро- и теплоснабжения, технико-экономических характеристик аккумулирующих устройств и показателей надежности ветродизельной системы.

6. Создан программно-аппаратный комплекс для регистрации характеристик ветра, ветроэнергетических расчетов и выбора оптимальных ветроэнергетических установок. Проведен выбор оптимальных параметров ВЭУ (диаметра ветроколеса, высоты башни, рабочих скоростей, мощности) и их количества для различных ветровых условий, характеристик нагрузки, соотношений стоимости топлива для источников электрической и тепловой энергии. Обоснована возможность улучшения экономических показателей системы энергоснабжения за счет изменения параметров существующих ветроустановок.

7. Результаты исследований использованы в проектах экологически чистого энергоснабжения Байкальского региона по программам

Администрации Иркутской области (РЦКП "Байкал") и Европейского Союза ("TACIS"). На основании финансово-экономического анализа показана экономическая целесообразность внедрения ветроэнергетических установок на побережье озера Байкал. Результаты диссертационной работы могут найти применение при проведении технико-экономических обоснований использования ВЭУ в системах автономного и централизованного энергоснабжения и определении их оптимальных параметров и целесообразных масштабов внедрения.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Новожилов М.А., Соломин C.B. Анализ возможности применения ветроустановок для электроснабжения побережья озера Байкал. - Иркутск, 1994. - 56 с. - Деп. в ВИНИТИ 14.03.94 г., N 589-В94.

2. Новожилов М.А., Соломин C.B. Оценка ветроэнергетического потенциала районов побережья озера Байкал // География и природные ресурсы. - 1994. - N 2. - С. 56-58.

3. Соломин C.B. Оптимизация электромеханических систем производства и потребления электроэнергии на основе решения "обратных задач" // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: Тез. Всеросс. научно-техн. конф. 4.2. -Иркутск: ИрГТУ, 1994. - С. 56-57.

4. Новожилов М.А., Соломин C.B. Выбор параметров ветроэнергетической установки // Электрические станции. - 1994. - N 8. -С. 46-48.

5. Соломин C.B. Оптимизация параметров гелио- и ветроэнергетических установок на основе методики обратных задач исследования операций // Методы оптимизации и их приложения: Тез. докл. 10-й Байкальской школы-семинара. - Иркутск, 1995. - С. 127-128.

6. Соломин C.B. Исследование внутригодовой изменчивости природных энергоисточников на побережье озера Байкал // География и природные ресурсы. - 1995. - N 3. - С. 86-88.

7. Марченко О.В., Соломин C.B. Экономическая эффективность ветроэнергетических установок в автономных энергосистемах. - В кн.: Энергетика России в переходный период: проблемы и научные основьг развития и управления. Под общ. ред. А.П. Меренкова. - Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма РАН, 1996. - С. 334-339.

8. Марченко О.В., Соломин C.B. Экономическая эффективность ветроэнергетических установок в системах электро- и теплоснабжения: Препринт СЭИ СО РАН, 1996. - N 2. - 28 с.

9. Новожилов М.А., Соломин C.B. Результаты непрерывного мониторинга ветровых условий озера Байкал // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: Тез. докл. научно-техн. конф. - Иркутск: ИрГТУ, 1996. - С. 104.

10. Природные возобновляемые источники энергии (ПВИЭ): оценка потенциала и эффективности использования в условиях Сибири / Кошелев A.A., Шведов А.П., Санеев Б.Г. и др. // Объединенная энергетическая система Сибири: современное состояние и перспективы развития. Материалы конф. 4.2. - Новосибирск, 1996. - С. 37-44.

11. Соломин C.B. Оптимизация параметров ветроэнергетических установок в автономных системах электроснабжения // Мат. 26-й конф. научной молодежи, СЭИ СО РАН, 26 апр. 1996 г. - Деп. в ВИНИТИ 8.07.96 г., N 2194-В96. - С. 131-145.

12. Марченко О.В., Соломин C.B. Оптимизация автономных ветродизельных систем энергоснабжения // Электрические станции. - 1996. - N 10. - С. 41-45.

13. Марченко О.В., Соломин C.B. Учет надежности при расчете экономической эффективности ветродизельных систем: Препринт СЭИ СО РАН, 1997. - N 3. - 19 с.

14. Марченко О.В., Соломин C.B. Вероятностный анализ экономической эффективности ветроэнергетических установок // Изв. РАН. Энергетика. - 1997 (в печати).

Соискатель