автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Исследование эффективности комплексного использования возобновляемых источников энергии в региональной энергетике Мьянмы

На правах рукописи

Чан Ньен Аунг Тан

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ МЬЯНМЫ

Специальность: 05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

6 НОЯ 2014

МОСКВА-2014

005554672

Работа выполнена на кафедре гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» г. Москва.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Кандидат технических наук доцент, доцент кафедры «Гидроэнергетика и возобновляемые источники энергии» ФГБОУ ВПО НИУ «МЭИ» Пугачев Роман Викторович

Доктор технических наук профессор, профессор Государственного научного учреждения «ВИЭСХ»

Харченко Валерий Владимирович

Кандидат технических наук, заместитель руководителя департамента по

прогнозированию и разработке схемных документов в электроэнергетике ФГБУ "РЭА" Минэнерго России Лелюхин Николай Владимирович

Ведущая организация: ООО «СОЭНТЕ»

Защита состоится «19» декабря 2014 г. в 13 часов 30 минут в аудитории Г-200 на заседании диссертационного совета Д 212.157.03 при ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» по адресу: г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИУ «МЭИ».

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные печатью организации, просим присылать по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д.14, Ученый совет НИУ «МЭИ».

Автореферат разослан «23 »схЮ&рА 2014]

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.03 кандидат технических наук, доцент___Дичина О.В.

Памятка на написание отзыва на диссертацию (автореферат диссертации)

Выписка из «Положения о присуждении ученых степеней» от 24 сентября 2013 г. № 842 (Постановление правительства Российской Федерации) пункт 28:

Отзывы, поступившие на диссертацию и автореферат диссертации, размещаются на официальном сайте организации, на базе которой создан диссертационный совет, принявший данную диссертацию к защите, в сети "Интернет" не позднее 10 дней до дня защиты диссертации.

В отзыве указываются фамилия, имя, отчество лица, представившего отзыв на данную диссертацию (автореферат диссертации), почтовый адрес, телефон (при наличии), адрес электронной почты (при наличии), наименование организации, работником которой является указанное лицо, и должность в этой организации.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Объединенная энергосистема (ОЭС) Мьянмы покрывает всего 23% территории страны. Централизованным снабжением электроэнергией обеспечено только 30% населения Мьянмы (в основном городское население). В состав системы распределенной энергетики Мьянмы входят многочисленные (93% всех сельских населенных пунктов) автономные сельские потребители малой мощности (до 10 кВт) и локальные энергосистемы мощностью в несколько сотен киловатт. Указанные потребители находятся во всех горных регионах и западных прибрежных регионах Мьянмы, электроснабжение которых осуществляется сегодня, в основном, от бензиновых (маломощных) и дизельных энергоустановок (мощностью в сотни киловатт). Они потребляют большие объёмы дефицитного и постоянно дорожающего ископаемого невозобновляемого топлива. Для сельских жителей указанных регионов использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) является в настоящее время одним из лучших решений для замены использования дорогого ископаемого топлива, так как у Мьянмы имеется высокий потенциал ресурсов разных видов ВИЭ.

По современным данным валовые ресурсы солнечной энергии Мьянмы составляют 1,15 млн.ТВт.ч в год, а валовые ресурсы ветровой энергии Мьянмы составляют на высоте Юм - 1820,66 ТВт'ч/год; на высоте 50 м - 4782,01 ТВт-ч/год; на высоте 70 м - 5851,76 ТВт-ч/год и на высоте 100м - 7248,17 ТВт-ч/год. Ресурсы солнечной и ветровой энергетики (СЭ и ВЭ) Мьянмы достаточно велики, но в тоже время они существенно различаются по регионам. Исследования различных авторов возможности использования СЭ и ВЭ для обеспечения электроэнергией (ЭЭ) автономных потребителей (АП) дали положительные результаты.

По существующим предварительным оценкам Министерства электроэнергии величина гидроэнергетического потенциала Мьянмы составляет 108 ГВт. Несмотря на уникальный потенциал, гидроэнергоресурсы Мьянмы сегодня используются только на 3%. В Мьянме сегодня, в основном, развивается только традиционная гидроэнергетика. Энергия, вырабатываемая крупными гидроэлектростанциями (ГЭС), наиболее целесообразна для электроснабжения больших промышленных предприятий, городов и крупных населенных пунктов. Снабжение электроэнергией многочисленных сельскохозяйственных поселков, находящихся на большом расстоянии от ОЭС с помощью крупных ГЭС путем прокладки ЛЭП становится неэффективным из-за малой плотности населения и географических условий. Однако электроснабжение рассредоточенных вдоль малых и средних рек многочисленных поселков можно эффективно осуществлять с помощью малых ГЭС (МГЭС). Однако в Мьянме ресурсы малых и средних рек плохо изучены из-за трудностей использования традиционных методов. Современный опыт модернизации методов расчета ресурсов малой гидроэнергетики (МГЭ) показывает на широкие возможности применения геоинформационных систем

(ГИС), с помощью которых можно эффективно проводить исследования по оценке ресурсов МГЭ.

Одним из главных недостатков ВИЭ является стохастичность их прихода, которая объясняется их природой. Стохастичность прихода ВИЭ вызывает несовпадение во времени процессов производства и потребления энергии. Решение этой проблемы можно осуществить за счёт комплексного использования нескольких видов ВИЭ, которые могли бы дополнить друг друга во время низкого поступления энергии. Совместное использование СЭ, ВЭ, МГЭ и традиционных источников энергии в виде энергокомплексов (ЭК) для обеспечения ЭЭ сельскохозяйственных поселков Мьянмы будет приводить не только к повышению надёжности электроснабжения, но и к снижению себестоимости вырабатываемой ЭЭ.

Для обоснования эффективности использования ЭК на базе СЭ, ВЭ и МГЭ в Мьянме необходимо проведение современного системного исследования по разработке специального методического, математического и информационного обеспечения, что и является актуальной задачей данной работы.

Целью диссертационной работы является исследование возможности использования ГИС для определения ресурсов МГЭ Мьянмы, выявление перспективных районов Мьянмы для использования ЭК на базе СЭ, ВЭ и МГЭ, разработка методического и математического обеспечения по обоснованию проектов указанных ЭК и анализ эффективности их использования в региональной энергетике Мьянмы.

В рамках сформулированной цели в работе решены следующие задачи:

1. Определение ресурсов малой гидроэнергетики северных горных регионов Мьянмы с помощью ГИС;

2. Типизация территории Мьянмы по ресурсам СЭ, ВЭ и МГЭ;

3. Разработка специального методического и математического обеспечения для исследования эффективности использования ЭК на базе солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ), МГЭС и ветроэнергетических установок (ВЭУ) в региональной энергетике Мьянмы с учётом основных влияющих факторов;

4. Исследование эффективности использования ЭК на базе СФЭУ, МГЭС и ВЭУ для обеспечения ЭЭ типовых автономных сельских потребителей в горных регионах Мьянмы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана универсальная цифровая модель (УЦМ) открытого водотока или целого речного бассейна на основе использования возможностей современных ГИС, пригодная для использования при решении сложных водохозяйственных и водно-энергетических задач и создания на её основе специализированной базы данных по ресурсам всех водотоков страны. На основе созданной УЦМ исследованы и оценены основные категории гидроэнергетического потенциала МГЭ северных горных районов Мьянмы;

2. Выполнена типизация территории Мьянмы по регионам, благоприятным для использования разных структурных схем ЭК на базе СФЭУ, МГЭС и ВЭУ;

3. Разработано специальное методическое и математическое обеспечение для обоснования эффективности использования ЭК на базе СФЭУ, МГЭС и ВЭУ в региональной энергетике Мьянмы с учётом основных влияющих факторов и проведено исследование для типовых автономных сельских потребителей.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Определение гидроэнергетического потенциала северных горных регионов Мьянмы с помощью УЦМ и оценка возможности его использования;

2. Результаты типизации территории Мьянмы по регионам, благоприятным для использования разных структурных схем ЭК на базе СФЭУ, МГЭС и ВЭУ;

3. Специальное методическое и математическое обеспечение для обоснования эффективности использования ЭК на базе СФЭУ, ВЭУ и МГЭС в региональной энергетике Мьянмы с учётом основных влияющих факторов;

4. Результаты исследования эффективности использования ЭК на базе СФЭУ, ВЭУ и МГЭС для обеспечения ЭЭ типовых автономных сельских потребителей в горных регионах Мьянмы на основе разработанного методического и математического обеспечения.

Методика исследований. Решение поставленных в работе задач осуществлялось на основе использования методов системного анализа многомерных нелинейных задач, методов математического программирования и методов математической статистики.

Практическая значимость. На основе полученных результатов диссертационного исследования с большей степенью обоснованности можно оценивать перспективность использования ЭК на базе СФЭУ, ВЭУ и МГЭС в региональной энергетике Мьянмы при разработке планов широкомасштабного использования ВИЭ в стране и электрификации сельских населенных пунктов.

Достоверность научных результатов и выводов. Достоверность научных положений, теоретических выводов и практических рекомендаций диссертации подтверждается сопоставлением полученных результатов с результатами других авторов.

Апробация работы. Результаты выполненной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и научных семинарах: Четвёртая международная научно-практическая конференция «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» в ВВЦ, 2012 г; Пятая международная научно-практическая конференция «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» в ВВЦ, 26-28 июня 2013 г.; Двадцатая ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» в НИУ «МЭИ», 27-28 февраля 2014 г.; научные семинары кафедры ГВИЭ НИУ «МЭИ».

Публикации. По основным результатам диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе две статьи в печатных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 132 страницах машинописного текста, содержащего 35 иллюстрации, 27 таблиц и список литературы, включающий 108 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и основные задачи исследования, приведены научная новизна, методика исследования и практическая значимость результатов диссертационной работы, а также короткое описание содержания глав.

В первой главе выполнен анализ проблем и перспектив развития топливно-энергетического комплекса Мьянмы. Мьянма находится между 92° 10' и 101°1Г градусами восточной долготы и между 9° 32' и28°31' градусами северной широты. Площадь Мьянмы составляет 676587 км 2. По данным на конец 2012 года, население страны составляет около 60 млн. с ежегодным приростом 1,75 %. Более 70% населения страны живет в сельской местности, и занимается сельским хозяйством. Установленная мощность электростанций Мьянмы составляет 3945 МВт на конец 2012 года. Удельное электропотребление в стране на 1 человека составляет всего 166 кВт-ч /год в 2012 году. Это в 20 раз меньше, чем в Китае и в 12 раз меньше, чем в Таиланде.

ОЭС Мьянмы покрывает всего 23% территории страны. Централизованным снабжением электроэнергией обеспечено только 30% населения Мьянмы (в основном городского населения). В Мьянме находится около 64346 сельских населенных пунктов. Среди них только 7% подключено к ОЭС. Однако даже в городах, где есть связь с ОЭС, обеспечение электричеством - не круглосуточное (7-8 часов в сутки) с ноября до марта, когда не может быть использована полностью мощность ГЭС. Из-за этого везде в Мьянме (в сельских местностях и даже в городах) сегодня достаточно широко используются дорогие автономные системы электроснабжения на базе бензиновых и дизельных генераторов. В дождливый же сезон все населенные пункты, у которых есть связь с ОЭС, круглосуточно обеспечены электричеством благодаря тому, что можно полностью использовать мощности ГЭС страны.

В настоящее время правительство старается сократить дефицит выработки электроэнергии в стране. Для этого строятся новые газотурбинные электростанции и традиционные ГЭС. Однако эти меры пригодны для улучшения электроснабжения только тех населенных пунктов, где есть связь с ОЭС. Для большинства же сельских жителей Мьянмы, составляющих более 70% населения страны и не подключенных к ОЭС, использование ВИЭ остаётся в настоящее время одним из лучших решений для исключения использования дорогих бензиновых и дизельных генераторов, так как у Мьянмы имеется высокий потенциал ресурсов разных видов ВИЭ.

В настоящее время СЭ, ВЭ и МГЭ являются наиболее распространёнными видами ВИЭ, используемыми для обеспечения электроэнергией АП в

развивающихся странах мира с большой долей сельского населения, что весьма характерно для Мьянмы. Мировой опыт освоения ресурсов ВИЭ показывает, что использование только одного вида ВИЭ в системах энергоснабжения АП не всегда позволяет обеспечить его надежное и бесперебойное энергоснабжение из-за физических особенностей самых ВИЭ. В связи с этим энергообеспечение автономного потребителя Мьянмы наиболее рационально организовать путем совместного использования СЭ, ВЭ, МГЭ и традиционных источников энергии в виде ЭК.

Вторая глава посвящена разработке специального методического, математического обеспечения для исследования эффективности использования ЭК на базе СФЭУ, МГЭС и ВЭУ в региональной энергетике Мьянмы с учётом основных влияющих факторов.

Для эффективного использования ресурсов ВИЭ и бесперебойного электроснабжения автономных сельских потребителей необходимо оптимизировать энергетические параметры и режимы работы ЭК. Так как у большинства видов ВИЭ гарантированная мощность малых энергоустановок, работающих в указанных ЭК равна нулю (за исключением МГЭС), то в этом случае для обеспечения бесперебойного электроснабжения необходимо применять также ДЭУ с мощностью, необходимой для покрытия максимума графика нагрузки и различные типы аккумуляторов или аккумуляторных батарей (АБ).

Рассматриваемая в работе модель ЭК состоит из деривационных МГЭС, работающих "по-водотоку", СФЭУ, ВЭУ, АБ и ДЭУ. Были разработаны методы расчёта оптимальных энергетических параметров и режимов ЭК при покрытии заданного графика нагрузки автономного сельского потребителя. Баланс мощности ЭК рассчитывался с учётом величины среднечасового прихода СР на оптимально ориентированную к солнцу приёмную площадку, бытового притока воды к створу МГЭС и среднечасовой скорости ветра в рассматриваемом месте. В данной работе принято допущение о том, что в течение суток сток реки не изменяется. В качестве критерия оптимальности при выборе и обосновании оптимальных параметров и режимов работы ЭК принят минимум суммарных дисконтированных затрат с учетом ряда основных влияющих факторов (температура окружающей среды, уровень инфляции в стране, рост стоимости органического топлива во времени, изменения цен на оборудование ВИЭ во времени, которое имеет тенденцию к снижению, изменение цен на вспомогательные оборудование указанных ЭК во времени и т.д.).

Математическая постановка такой задачи выглядит следующим образом. Требуется найти оптимальные параметры и режимы работы ЭК на основе использования разных ВИЭ в целях обеспечения минимума приведенных затрат за рассматриваемый расчетный период времени (Т= 20 лет) ,т.е. З^10 (Т):

ЗГ (Т) = 3^ГЭС(Т) + 3^ФЭУ(Т) + Звэу(Т) + 3^(Т) + ЗдаУ(Т) + З^одиер(Т) + Зкон^СГ) min, (1)

где 3МГЭС' 3"сфэу Звэу> Заб> ^Конвер^Контр" приведенные затраты: по МГЭС, СФЭУ, ВЭУ, АБ, ДЭУ, конверторам и контроллерам соответственно ($); Т = 20 лет; (Т) = суммарные дисконтированные затраты ЭК определяются за расчётный период Т с учетом следующих условий и ограничений:

Пакс < Л& + N>Zy + KZ + (2)

Put = NMr3Ci + NC03yi + NB3yi + МЩазряд i + Nff3yi - NAE3apxd t,(3)

Ммгэс i = НМгэс i (.Qnp ö, (4)

0 < О ■ < f)max

" — 4npum0Ki — Чпритою

0 < N^ct < N^3C, (6)

Ммгэсл = 9-81 * НаЛ * QMr3C.i * Лмгэс» (7)

Мсфэу t = Мсфэу1 (fiß i,Tai\ (8)

0<Rßi<Rfax, (9)

Tmin <Ti< Tmax, (10)

0 < NC03yi < NycZy, (11)

NC03V.i = Vm.i * Rß,t * AM * Knpon * K3a„, (12)

NB3Vi = NB3y(vH6i), (13)

0 < vmi < v!Wmax, (14)

0 < NB3yi < (15)

Эаб.1 = ЭАБ.г-1 + ЛГАБирчд.г * At - WAEpaw; * Дt, (16)

N,

_ Циэ, > Pni^'"1 + №иЭ< " Pni) * * ~ Э-С; £ " 1 (Эаб.£-1 + №иэ.г - Pn.i) * At < Э^кс; WB„ai - Рш -

^АБразряд-^

^ДЭУ.1 —

_ j "виэ.( < Рш;

АБзаряд.1

' или ЛГВ1Ш < Рш или Эдб.^! = Эд|кс; 0

(17)

ЭдБ.г-1 - (Рп.г " Люш) * Д£ < Эдб";

. ЭАБ.{-1 - (Рп.г - ^виэ.() * Д* > ЭАбн; Рп.; - ЛГВИЭ.£ -или Ытэл > Рп.г или Эдб.^! = Эд™; 0

(18)

ЭЖ" < Эдб., < Э^1КС, (19)

Рп.г-^виэ./-^АБразрад.£<0;0

ГРп.£ - Л^виэ, - ^АБрмрад.£ < ЛГ™«; М™

Рп.г-^иэ.£-^АБразряд,>0;| Рп.;-^иэ.£-^АБрщрял.г>^"; Л )

I рп.1 - ^виэ.г - А/дврщряд.г < Щэу1 < (21)

где РУ"*- максимальная мощность потребителя (кВт); Ммгэс> Мдэу ~ установленная мощность МГЭС, СФЭУ, ВЭУ и ДЭУ

соответственно (кВт); РпС среднечасовая мощность потребителя в расчетный

i-й час (кВт); 1=1, 2,...... 8760 (часов); ^мгэсь ^'сфэуь NB3yi,NAEi Nff3yi -

среднечасовая мощность МГЭС, СФЭУ, ВЭУ, АБ и ДЭУ в расчетный i-й час (кВт); Qnp t- среднечасовой приток воды к створу МГЭС в расчетный i-ый час (м3/с) (в данной работе принято допущение о том, что в течение суток расход рек, в основном ледникового питания, не изменяется); На1- напор агрегата в расчетный i-ый час, м; Qмгэа ~ расход МГЭС в расчетный i-ый час, м3/с; т)мгэс - КПД МГЭС, о.е; Rßi~ среднечасовой приход СР на оптимально ориентированную к солнцу приёмную площадку - поверхность солнечного модуля (Вт/м) в расчетный i-ый час; Tai~ среднечасовое значение температуры окружающей среды в расчетный i-ый час (°С); ?]„.; - КПД модуля в расчетный i-ый час, о.е; Ам - общая площадь солнечного модуля (м2); Кпр0п -коэффициент пропускания солнечного модуля (о.е); Кзап - коэффициент заполнения солнечного элемента, принимаемый обычно (0,98 — 0,99 о.е); vH6i-среднечасовая скорость ветра на высоте башни ВЭУ в расчетный i-ый час (м/с); ЭАБх~ Энергия, накопленная АБ в расчетный i-й час; At=l4ac; NBH3(i)~ мощности, получаемые от энергоустановок на основе ВИЭ в расчетный i-ый час; Эхб"с- максимальная ёмкость АБ (кВт.ч); Э^е ~ максимальная допустимая глубина разряда АБ принята равной 50% Э^с(кВт.ч); МдЭул - мощность вырабатываемую ДЭУ; N™yn - минимально допустимая нагрузка ДЭУ (кВт).

Затраты ЭК за весь рассматриваемый период эксплуатации приведенные к базисному году определяются по формуле: 3f (Т) = З^эс(Т) + ЗсфэуСО + 3^ЭУ(Т) + 3^Б(Т) + З^эуСГ) + 3^онвер(Т) + З^ошр(Т) = кэк + Str=i(ижг) (1 + Е)-\ (22)

где K3f(.t ~ капитальные вложения в энергетический комплекс ($); Иэкх~ ежегодные издержки ЭК ($); Е - норма дисконтирования; t - номер шага расчёта (год) (0,1, 2, 3... 20).

Далее проводятся исследования финансово-экономической эффективности использования ЭК на основе ВИЭ. Сравнение различных инвестиционных проектов (вариантов проекта) и выбор лучшего из них производится с использованием следующих показателей: чистый дисконтированный доход (ЧДД); внутренняя норма доходности (ВИД); срок окупаемости капитальных вложений (tok)-

ЧДД при расчёте в текущих (базисных) ценах и при постоянной норме дисконта определяется по формуле:

ЧДД = Xl=1(Pt - Нс - ИЭК1~)(1 + ЕУ1 - Кэк, (23)

где Pt - выручка от реализации проекта на t-м шаге расчёта, $; Ht - налог на прибыль на t-м шаге расчета; ИЖ{ ~ ежегодные издержки ЭК, $; Кэк ~ капитальные вложения в ЭК, $. Выручка и налог определяются по выражениям:

Рг = $?Д*Цэ*(1 + £-^У, (24)

Н£ = (Pt - Иэкх - mit) * (iH, (25)

где Цэ - тариф на ЭЭ, цент/кВт.ч; цн - процент налога, %; £тариф - изменение тарифа на ЭЭ, которое равно инфляции страны,%; Щкл ~ издержки амортизационных отчислений ЭК, которые получаются путём суммирования издержки амортизационных отчислений всех оборудований ЭК.

t0It определяется временным интервалом (от начала осуществления проекта), за пределами которого интегральный эффект становится положительным. Он определяется из условия :

- Ht - ИЭКхХ 1 + E)-t = Кэк, (26)

где t0K - срок окупаемости капитальных вложений, т.е. номер шага расчёта (год), за пределами которого интегральный эффект становится положительным.

Третий показатель - внутренняя норма доходности (ВНД) (Ет). Внутренняя норма доходности соответствует такой норме дисконта, при которой чистый дисконтированный доход при реализации инвестиционного проекта равен нулю.

Численное значение ВНД (Явн) определяется решением уравнения:

ILi(Pt - Ht - Иэкл)(1 + ЯВНГС = Кэк> (27)

где Еш- внутренняя норма доходности, отн. ед.

В качестве критерия оценки экономической эффективности инвестиций в проект также рассматривается дисконтированная себестоимость электроэнергии - S, которая определяется как тариф, при котором ЧДД=0 за расчетное время. В случае расчета электроснабжение только за счет ДЭУ определяется только себестоимость электроэнергии проекта; в случае расчета ЭК, содержащего в своем составе электроустановки на основе ВИЭ, определяется себестоимость электроэнергии (если она меньше, чем для ДЭУ -определяется ЧДД, дисконтированный срок окупаемости и ВНД),

В третьей главе проведено исследование современного информационного обеспечения гелиоэнергетических, ветроэнергетических и гидроэнергетических расчетов в мире и Мьянме, выполнена типизация регионов Мьянмы по ресурсам СЭ, ВЭ и МГЭ и исследованы энергетические характеристики типовых сельских потребителей в регионах Мьянмы и их особенности.

Сегодня в Мьянме данные по CP и скорости ветра практически отсутствуют для сельскохозяйственных территорий, где и расположено подавляющее число потенциально перспективных потребителей СЭ и ВЭ в Мьянме. Накопленный на сегодняшний день богатый мировой опыт в СЭ и ВЭ показывает, что для получения надежных результатов для потребителей энергии типа сельскохозяйственных АП Мьянмы требуется наличие часовых наблюдений за солнцем и ветром в рассматриваемом месте в течение не менее 10-12 лет. В связи с этим возникает проблема получения подобных данных по приходу CP и скорости ветра. В диссертационных работах авторов из Мьянмы, защитившихся на кафедре ГВИЭ НИУ «МЭИ», были проведены исследования по поиску путей решения данной проблемы. В указанных работах проведены исследование возможности использования данных из современных специализированных баз данных (СБД), таких как NASA и Meteonorm, для

теплоэнергетических и ветроэнергетических расчетов и было доказано, что для условий Мьянмы можно проводить гелиоэнергетические и ветроэнергетические расчеты на основе использования указанных базы данных. В данной работе в качестве исходных данных для гелиоэнергетических и ветроэнергетических расчетов используются данные из СБД «Meteonorm 6.0».

В Мьянме имеется мало информации о гидрологических режимах малых и средних рек, вдоль которых сосредоточено большое количество сельских поселков. В связи с этим, для проведения гидрологических расчётов для рек с отсутствующей гидрологической информацией в работе была использована геоинформационная система ArcGIS в качестве основного программного средства. Исходными данными для её работы служат данные спутниковой съёмки рельефа территории и данные об осадках, выпадающих на заданной территории и существующие данные по расходу воды для рек в Мьянме, полученных из Министерства сельского хозяйства и ирригации и Министерства электроэнергии Мьянмы. Использование ArcGIS позволяет определить среднемноголетний расход заданной реки и оценить диапазон возможных напоров МГЭС. Для учёта внутригодового изменения стока реки в среде MS Excel была разработана расчетная модель, позволяющая в автоматизированном режиме проводить пересчёт данных реки-аналога на рассматриваемую реку.

Для того, чтобы найти экономически перспективное место совместного использования СЭ, ВЭ и МГЭ в работе была проведена типизация регионов Мьянмы по их ресурсам. Было установлено, что только в горных регионах штата Чин можно использовать высокоэкономичный ЭК на основе СФЭУ, ВЭУ и МГЭС. В северных и восточных горных районах наиболее целесообразным следует считать применение ЭК на основе МГЭС и СФЭУ, а в западном побережье и области Магой - ЭК на базе СФЭУ и ВЭУ. В остальных регионах можно использовать только ЭК на основе СФЭУ и традиционных энергоустановок.

Территорию Мьянмы можно условно разделить на 3 типового региона по климатическим условиям и социально-экономическим характеристикам: горные регионы (северные и восточные горные регионы, а также горные регионы штата Чин), западные и южные побережные регионы и центральные равнинные регионы. При исследовании электрической нагрузки сельских населенных пунктов Мьянмы в данной работе применяется метод прогноза электрических нагрузок, в котором учтены социально-экономические характеристики каждого типового региона страны.

! ЭК на базе СФЭУ ,, ч

Ч\ Л

¡¡ЗЙЗУЙ ЭК на базе СФЭУ и ВЭУ Л \

/¡щ \

II ЭК на базе СФЭУ в МГЭ©| /

ш

ЭК на бэзе СФЭУ, МГЭО'и ВЭУ

Рисунок 1. Результаты типизации территории Мьянмы по регионам, благоприятным для использования энергокомплексов на базе ВИЭ Этот метод основан на определении графика нагрузки разных секторов энергопотребления (бытовой, сельское хозяйство, коммерческие точки и общественные услуги) с учётом специфических социально-экономических характеристик каждого региона. По этой методике производится пилотное исследование прогнозируемой нагрузки типового поселка для каждого характерного региона Мьянмы. Исходной информацией для метода прогноза электрических нагрузок для 3-х типовых регионов Мьянмы являются социально-экономические характеристики, полученные из разных Министерств Мьянмы.

зоо

200

13 5 7 О Декабрь и Май

Рисунок 2. Суточный график нагрузки типового посёлка для буднего дня декабря и мая в (а) горных регионах Мьянмы и (б) в центральных равнинных

регионах Мьянмы

200

£150

х

1-100

50

0

И

1 3 5 7 9

Суточный график нагрузки мало меняется по дням недели и месяцам. Однако он меняется по сезонам года. В горных регионов Мьянмы суточное потребление ЗЭ прохладного сезона больше, чем других сезонов из-за холодной погоды в прохладном сезоне. В центральных равнинных регионах суточное потребление ЭЭ лета больше, чем других сезонов из-за жаркой погоды летом. В западных и южных побережных регионах

В

с этим суточное

11 13 15 17 19 21 23 Ъч

Рисунок 3. Суточный график нагрузки типового посёлка для буднего дня мая в западных и южных побережных регионах Мьянмы

температура не сильно меняется целый год. Ь связи потребление ЭЭ также не сильно меняется целый год.

Дневной график нагрузки типового поселка для горных регионов и центральных равнинных регионов Мьянмы соответствует графику прихода СР. В связи с этим для покрытия указанных нагрузок использование СФЭУ будет эффективным. Кроме этого для покрытия графика нагрузки поселков горных регионов Мьянмы, расположенных вдоль рек, совместное использование СФЭУ и МГЭС будет эффективным. Так как в течение суток расход рек, в основном ледникового питания, не изменяется, мощность МГЭС также не меняется в течение суток. При этом ночной график нагрузки типового поселка для горных регионов Мьянмы можно эффективно покрываться за счет выработки МГЭС, а дневной график нагрузки за счет выработки СФЭУ и МГЭС.

Четвёртая глава посвящена исследованию ресурсов МГЭ северных горных регионов Мьянмы, которые характеризуются минимальным приходом солнечной радиации при сравнении с другими регионами (3,5 кВт.ч / м2.сутки), отсутствием связи с ОЭС Мьянмы, наличием большого количества потребителей (более 2030 поселков с населением более 800 тыс.чел,), которые сегодня обеспечиваются электроэнергией только от дорогих бензиновых и дизельных генераторов и значительным количеством малых горных рек, энергопотенциал которых ещё не был определён.

Для проведения эффективных исследований всех видов ресурсов МГЭ с помощью ГИС необходимо также наличие хорошего информационного обеспечения по оценке мощностей типовых сельских АП, их места расположения вдоль рек, а также социально-экологические требования. Расчёт мощностей АП обычно производится на основе методов аналогий и математической статистики. Обычно в качестве исходных данных для подобных расчетов используются данные по удельной нагрузке на 1 чел. (к^л) по странам аналогии, где уже были проведены расчёты ресурсов МГЭ, а также с учётом демографической ситуации в Мьянме. На основе полученных данных

была рассчитана электрическая нагрузка для всех 2030 поселков северных горных районов страны. Диапазон максимальных нагрузок этих поселков находится в пределах от 50 до 200 кВт. Для дальнейших исследований была определена наиболее вероятная мощность сельского посёлка - 160 кВт как характерное значение для установленной мощности МГЭС. В указанном диапазоне нагрузок можно обеспечить электроэнергией такими МГЭС большую часть сельских населенных пунктов (90%) северных горных районов Мьянмы. Были проведены также дополнительные исследования зависимости количества поселков ([п„ос) от их расположения по длине водотоков (Ь), начиная от устья.

Основная задача, которая должна решаться при определении ресурсов любых возобновляемых источников энергии - это определение трёх видов ресурсов (валового, технико-экологического и эколого-экономического). Для автоматизации исследования по оценке ресурсов МГЭ в работе была разработана Универсальная Цифровая Модель (УЦМ) открытого водотока или целого речного бассейна на основе использования возможностей современных ГИС, пригодная для использования в решении сложных водохозяйственных и водно-энергетических задач и создания на её основе специализированной базы данных по всем водотокам Мьянмы. Она позволяет определять не только валовой потенциал, но и технико-экологический и эколого-экономический потенциал МГЭ Мьянмы.

Для использования указанной УЦМ в качестве исходных данных необходимо иметь следующую информацию: гидрографическая сеть исследуемого водотока в векторном виде, цифровые модели рельефа (ЦМР) местности и распределения модулей стока по поверхности земли. Цифровые модели представляют собой совокупность значений аппликат заданных в узлах регулярной сетки с образованием матрицы значений. Цифровые модели всех видов необходимой исходной информации сегодня имеются практически для всех стран мира, в том числе и для Мьянмы. В качестве специализированного программного обеспечения ГИС в данной работе использовано АгсОйв-Ю.

На рис.4 представлена созданная УЦМ открытого водотока или целого речного бассейна. На ней показаны линии водотоков, площадь водосбора каждых водотоков, водосборные точки, связанных с границами площадей водосбора. Каждая водосборная точка соотнесена с участком линии водотока, для которого известны значение расхода в начале участка и приращение расхода на участке.

Рисунок 4 УЦМ открытого водотока или целого речного бассейна

Для того, чтобы рассчитать валовой гидроэнергетический потенциал (ВГЭП) необходимо прежде всего рассчитать водно-энергетический кадастр водотока, который включает в себя зависимости отметки по длине, расходы по длине, мощности и удельные мощности по длине. На основе разработанной УЦМ были проведены исследования водно-энергетических кадастров всех водотоков северных горных районов Мьянмы и их суммарный валовой потенциал составляет 17147 МВт. При сравнении полученных результатов с существующими данными для некоторых рек их валовой потенциал получился выше в среднем на 5%. Впервые проведены исследования ВГЭП для более чем 180 малых и средних рек.

Следующим этапом при оценке ресурсов МГЭ является оценка технико-экологического потенциала. При определении технико-экологического потенциала схема каскадного использования водотока МГЭС может включать в себя любую комбинацию как плотинных и деривационных, так и бесплотинных МГЭС. В этой работе схема каскадного использования водотока МГЭС решается на основе учёта удельного уклона водотока: деривационная схема при большом удельном уклоне и плотинная схема при маленьком удельном уклоне. Для дальнейшего рассмотрения отобраны шесть наиболее характерных рек, которые обладают максимальным объёмом исходных данных, из числа тех, для которых был рассчитан валовой потенциал.

Были определены координаты так называемой «красной линии» для рассматриваемых рек, которая в основном определяется условиями отсутствий затопления поселков и сельскохозяйственных угодий. При деривационной схеме ещё дополнительно соблюдается ограничением максимально допустимой длины деривации, которая составляет 0,5 км. Технико-экологический потенциал МГЭ был рассчитан с учётом принятых координат «красной линии», максимально допустимой длины деривации, расчетного расхода рек порядка 75% обеспеченности и энергетических характеристик основного оборудования, которое может быть использовано на МГЭС.

Для определения эколого-экономического потенциала на начальной стадии проектирования вполне приемлемо использовать так называемый экономический радиус гэк(км), т.е. минимальное допустимое расстояние, на которое экономически эффективно передавать мощность МГЭС до ближайшего * потребителя. Если известно место расположения МГЭС на водотоке и фактическое расстояние от потребителя, то если оно меньше экономического радиуса, то строительство МГЭС целесообразно, если больше - не целесообразно. По результатам исследований, фактическое расстояние от всех исследованных поселков (78 поселков) не превышает экономический радиус при заданной мощности =160 кВт.

г ^ а(с• ъ,у • Э<ъУ + Нъ, ■ кдэу -Рдэу)~ А^длпэс • кмгэс ■ рмэгс (28) ЭК К 'Р

^ ДЭП ЛЭП

,где с ( $/ кг ) - стоимость 1 кг топлива ДЭУ; ЯдЭу( кг/ кВт.ч ) - удельная расход топлива на 1 кВт.ч; Эдэу (кВт.ч ) - годовая выработка ДЭУ; НрУ, Ммгэс( кВт ) -

установленная мощность ДЭУ и МГЭС, Кдэу, Кмгэс, Клэп ($/ кВт) - удельные капитальные затраты на 1 кВт установленной мощности ДЭУ , МГЭС и ЛЭП, Рдау, Рмгэс» Рлм (о.е) ( 0,08 - 0,12 ) - коэффициенты суммарных нормативных отчислений от ДЭУ, МГЭС, ЛЭП; а = Кмгзс/Кд,у(о.е) - коэффициент вытеснения МГЭС по отношению к ДЭУ(0<а<1).

В таблице 1 представлены гидроэнергетические ресурсы 6 характерных рек северных горных районов Мьянмы. Технико-экологические и эколого-экономические ресурсы МГЭ для 6 указанных рек составляет 16% и 2% валового потенциала. В соответствии с этим предварительный технико-экологический и эколого-экономический потенциал МГЭ для прочих рек северных горных районов можно получить умножением их ВГЭП на коэффициент 0,16 и 0,02.

Таблица 1.

Гидроэнергетические ресурсы 6 характерных рек северных горных

районов Мьянмы

Ном ер Река Гидроэнергоресурсы

Валовые Технико-экологические Эколого-экономические

3 £ в я о з « л и 11 и а Средне-годовая энергия, ГВтл Средне-годовая мощность,МВт Средне-годовая энергия, ГВтл % от валовой Средне-годовая мощность,МВт Средне-годовая энергия, ГВтл Уо от валовой

1 Арвадан 97 850 20.27 154 18 3.2 24 2.9

2 Дазондан 191 1672 33.92 276 16 3.52 29 1.7

3 Гвай 269 2357 41.89 334 14 3.68 29 1.2

4 Чёкан 87 764 17.92 134 18 1.28 10 1.3

5 Зирадан 15 128 2.56 20 16 0.48 4 2.9

б Тала 22 191 3.20 24 12 0.32 2 1.2

Всего 681 5963 120 941 16 12 98 1.9

В пятой главе проведено исследование эффективности использования ЭК на базе ВИЭ для электроснабжения типовых потребителей в Мьянме. В качестве конкретных примеров были выбраны два характерного поселка для горных районов Мьянмы - Зирадан и Матупи для реализации рассмотренных в работе методов определения оптимальных параметров и режимов работы ЭК. Поселок Зирадан расположен в северном горном регионе Путао, а Матупи - в горном регионе Минтат штата Чин. По результатам районирования территории Мьянмы по ресурсам СЭ, ВЭ и МГЭ для электроснабжения пос.Зирадан наиболее целесообразным оказывается использование ЭК, состоящего из (МГЭС+СФЭУ+АБ+ДЭУ), а для пос.Матупи - ЭК на основе (МГЭС+СФЭУ+ВЭУ+АБ+ДЭУ). Результаты расчета оптимизации параметров

и режимов работы рассматриваемых ЭК представлены на рисунке 5 и в таблице 2.

При оптимизации ЭК рассматривалось два типа ВЭУ производства индийских фирм (установленной мощностью от 5 до 50 кВт) (Saket energies PVT. LTD., Windcare India PVT. LTD.), различные гидроагрегаты для малой ГЭС производства фирмы Hunan Sunny Hydropower Equipment Corporation (КНР), солнечные фотоэлектрические преобразователи производства КНР.

Суммарные дисконтированные затраты за расчетный период для электроснабжения пос.Зирадан и пос.Матупи за счет ЭК на базе ВИЭ при оптимальном составе мощности оборудования уменьшились в 7 раз, по сравнению с затратами на электроснабжение только за счет ДЭУ. Энергоустановки на основе ВИЭ для электроснабжения пос.Зирадан и пос.Матупи обеспечивают до 98% энергетических нужд потребителя. При этом выработка МГЭС составляют 75% всей выработки энергоустановок ВИЭ. В указанных ЭК выработка МГЭС играет главную роль для покрытие графика нагрузки потребителя.

Таблица 2.

Основные параметры ЭК для электроснабжения поселков Зирадан и Матупи

ЭК для энергоснабжения поселка Зирадан Матупи

Годовое потребление электроэнергии кВт.ч 457320 666060

Максимальное значение потребляемой мощности кВт 112.23 162.11

Установленная мощность МГЭС кВт 60 68

Установленная мощность СФЭУ кВт 55 74

Установленная мощность ВЭУ кВт □ 15

Ёмкость АБ кВт.ч 140 284

Установленная мощность ДЭУ кВт 120 170

Утопливо за год л/год 3378 2085

годовая доля покрытия нагрузки за счет ВИЭ % 98.5 99.1

годовая доля покрытия нагрузки за счет ДЭУ % 1.5 0.9

Избыточная энергия ВИЭ ЭК % всей выработки ВИЭ 24 17

Суммарные дисконтированные затраты за расчетный период млн. дол. 0.646 0.873

Далее были рассчитаны значения: ЧДЦ, ВНД и дисконтированный срок окупаемости для рассматриваемых ЭК. ЧДЦ, дисконтированный срок окупаемости и ВНД меняются в зависимости от стоимости реализуемой электроэнергии от ЭК (см.рис.6). При возможном диапазоне стоимости реализуемой электроэнергии - от 15 до 60 центов срок окупаемости инвестиций указанного ЭК на базе ВИЭ снижается с 13 до 3 лет для пос.Зирадан, ас 12 до 2 лет для пос.Матупи. При этом ЧДЦ увеличивается с 0,1 до 2,15 млн.долл для пос.Зирадан, а с 0,21 до 3,19 млн.дол. для пос.Матупи. В рассматриваемых

регионах частные компании продают ЭЭ, получаемую от ДЭУ по цене в 75 цент/кВт.ч. При тарифе электроэнергии в 25 центов за кВт.ч - ЧДД, срок окупаемости и ВИД ЭК для электроснабжения поселка Зирадан и Матупи составляют 0,55 млн.долл., 5,5 лет и 20,95 % и 0,87 млн. долл., 5 лет и 22,94 % соответственно. При такой стоимости реализуемой электроэнергии от ЭК потребителям придётся заплатить за электроэнергию в 3 раза меньше, чем в настоящее время. В тоже время частные инвесторы получат огромные доходы. Электроснабжение пос.Зирадан и пос.Матупи за счёт ЭК на базе ВИЭ будет очень выгодным не только со стороны инвесторов, но и со стороны потребителей.

120,00

100,00

I- 80,00 £

Ь 60,00

I

5 40,00 20,00

180,00 160,00

0,00

1 3 5 7 9

□ Избыточная энергия ВИЭ 0 Выработка ДЭУ В выработка СЭУ

11 13 15 17 19 21 23 часы суток

ЕзарядАБ ■ разряд АБ В выработка МГЭС

0,00

1 3 5 7 9

□ Избыточная энергия ВИЭ эк ИВ Выработка ДЭУ

□ выработка ВЭУ

□ выработка МГЭС

11 13 15 17 19 21 23 ЕзарядАБ часы суток ■ разряд АБ В выработка СЭУ

(а) (б)

Рисунок 5. Покрытие суточного графика нагрузки (а) пос.Зирадан и пос.Матупи в характерные сутки за счет ЭК при оптимальном составе мощности оборудования ЭК

Срои окупаемости, ле 54.19 "

ВВД^ЫЗДф иляда

■—I—■—Т—г-Г-■

10 20 30 40 50. 60 10 20 30 40 50 60

Стоимость реализуемой электроэнергии от ЭК, цент/кВт.ч Стоимость реализуемой электроэнергии от ЭК, цент/кВт.ч

(а) (б)

Рисунок 6. Зависимости основных экономических показателей от стоимости реализуемой ЭЭ для электроснабжения (а) пос.Зирадан и (б) пос.Матупи за счет ЭК на базе ВИЭ при оптимальном составе мощности оборудования ЭК

140,00 £ 120,00 £ 100,00 | 80,00 1 60,00 40,00 20,00

Основные выводы

1.Разработанная в диссертации УЦМ открытого водотока или целого речного бассейна на основе использования возможностей современных ГИС пригодна для использования при решении сложных водохозяйственных и водно-энергетических задач и создания на её основе специализированной базы данных по ресурсам всех водотоков страны. При определении ресурсов МГЭ с использованием созданной УЦМ на основе ГИС позволяет сократить время на проведение расчётов и в дальнейшем применить САПР для массового строительства МГЭС.

2.Проведенные исследования ресурсов МГЭ северных горных районов Мьянмы с помощью созданной УЦМ указывают на возможность полного обеспечения ЭЭ характерных автономных потребителей горных районов Мьянмы на основе МГЭС. Однако окончательное решение об экономической эффективности использования МГЭС "по-водотоку" для северных горных регионов Мьянмы необходимо принимать только при совместном использовании с другими видами ВИЭ и аккумуляторами энергии.

3.Типизация территории Мьянмы по регионам, благоприятным для использования разных структурных схем ЭК на базе СФЭУ, МГЭС и ВЭУ показала, что только в горных регионах штата Чин можно использовать высокоэкономичный ЭК на основе СФЭУ, ВЭУ и МГЭС. В северных и восточных горных районах наиболее целесообразным следует считать применение ЭК на основе МГЭС и СФЭУ, а в западном побережье и области Магой - ЭК на базе СФЭУ и ВЭУ. В остальных регионах можно использовать только ЭК на основе СФЭУ и традиционных энергоустановок.

4.Разработано специальное методическое и математическое обеспечение для обоснования эффективности использования ЭК на базе СФЭУ, МГЭС и ВЭУ в региональной энергетике Мьянмы с учётом основных влияющих факторов.

5.Проведенное экспериментальное исследование на основе использования разработанного методического и математического обеспечения оптимальных параметров и режимов работы ЭК на базе СФЭУ, ВЭУ, МГЭС, АБ и ДЭУ для электроснабжения типовых автономных сельских потребителей в Мьянме показало, что большую долю (до 98%) графиков нагрузки автономных сельских потребителей Мьянмы эффективно покрывать за счёт энергоустановок на основе ВИЭ.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Малинин Н.К., Пугачев Р.В., Чан Ньен Аунг Тан. Оценка ресурсов малой гидроэнергетики северных горных районов Республики Союза Мьянма // Гидротехническое строительство. 2014, No.8.37-42 с.

2. Малинин Н.К.. Исследование эффективности комплексного использования возобновляемых источников энергии в региональной энергетике Республики Союза Мьянма / Н.К. Малинин, Р.В. Пугачев, Чан

Ньеп Аунг Тан // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. -Краснодар: КубГАУ, 2014. - N0 100(06). - Шифр статьи: 1001406117. -Режим доступа: ЬЦр://еЬкцЬаего.ги/2014/06/р(М117.р(1Г

3.Виссарионов В.И., Кузнецова В.А., Чан Ньен Аунг Тан. Ресурсы солнечной излучения Мьянмы и его использования // Четвёртая международная научно-практическая конференция «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях»: Москва, ВВЦ. 2012 г. С. 523-524.

4. Виссарионов В.И., Чан Ньен Аунг Тан. Использование ресурсов солнечного излучения и оптимизация ориентации приемной площадки солнечного излучения в Республике Мьянмы // Пятая международная научно-практическая конференция «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях»: Москва, ВВЦ. 2013 г. С. 674-675.

5. Малинин Н.К., Пугачев Р.В., Чан Ньен Аунг Тан. Перспективы использования систем распределённой энергетики на основе возобновляемых видов энергии в Мьянме // Двадцатая ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Москва, МЭИ. 2014 г. С. 342.

Подписано в печать зак, $¿6 хИр, ^00

Полиграфический центр МЭИ Красноказарменная ул., д. 13

П.л.