автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Исследование энергетических характеристик региональной солнечной энергетики в Мьянме

На правах рукописи

Лип Аунг Тет

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГИОНАЛЬНОЙ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

В МЬЯНМЕ

Специальность: 05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 ОКТ 2014

МОСКВА, 2014 г.

005553482

005553482

Работа выполнена на кафедре «Гидроэнергетика и возобновляемые источники энергии» ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ».

Научный руководитель: Кандидат технических наук, доцент кафедры

«Гидроэнергетика и возобновляемые источники энергии» ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» Шестопалова Татьяна Александровна

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор кафедры

«Гидроэнергетика и использование водных ресурсов» ФГБОУ ВПО «НИУ «МГСУ» Волшанпк Валерий Валентинович

Кандидат технических наук, директор ЗАО НПО «Нетрадиционная электроэнергетика», технический директор Корпорации «Единый электроэнергетический комплекс» Перминов Эдуард Максимович

Ведущая организация: ООО «СОЭНТЕ»

Защита состоится «21» ноября 2014 года в 13 часов 30 мин 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, 2 этаж, корпус «Г».

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 « Ь » пье.т2014 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.03 кандидат технических наук

. - (У.___Дичина О.В.

/ ,-У V./

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Одной из актуальнейших проблем, которые сегодня характерны для большинства развивающихся стран мира, является необходимость значительного повышепия удельпого потребления электроэнергии на одного человека в сельскохозяйственных регионах, население которых, как правило, составляет подавляющую часть всего населения страны. Именно этот показатель является основным, характеризующим и определяющим для оценки уровня социальной жизни этих стран.

Всем этим особенностям полностью соответствует современная Мьянма, где численность сельскохозяйственного населения составляет более 70% всего населения страны при крайне низком уровне удельного потребления электроэнергии на одного человека в 166 кВт.ч/человек. год, что примерно в 20 раз меньше чем среднее потребление энергии для в мира в целом. Эта ситуация осложняется еще и тем, что только 28% населения страны имеет связь с объединенной энергосистемой страны (ОЭС), хотя и она не может обеспечить гарантированное круглосуточное обеспечение электроэнергией всех видов потребителей, включая города и деревни (как правило - примерно 12 часов в сутки летом).

Не только сельскохозяйственные потребители, как правило, не имеющие связи с ОЭС (только 16% всех этих потребителей имеет связь с ОЭС), но и городские потребители вынуждены использовать дизель-электрические установки для повышения своего уровня обеспечения электроэнергией. Использование ДЭУ в стране сегодня - очень дорогостоящее решение проблемы повышения уровня социальной жизни населения. При этом стоимость использования этих ДЭУ имеет тенденцию к еще большему удорожанию.

В январе 2014 года удельная стоимость 1 кВт.ч в ОЭС страны составила 3,5 цента для бытового потребления и 7,5 центов для коммерческих и промышленных потребителей. Использование маломощных ДЭУ обходится сегодня в 50 цент/кВт.ч. Кроме того, во многих городах и деревнях частные инвесторы продают электроэнергию, полученную от ДЭУ по цене в (50 - 90) цент/кВт.ч. Для современного состояния уровня развития Мьянмы эти показатели являются очень дорогими, в особенности для сельскохозяйственного населения.

В то же время, уже проведенные ранее исследования показали, что Мьянма располагает большими ресурсами солнечной энергии, которые составляет в среднем 4,8 кВт.ч/м2.сутки по всей территории страны и меняются по регионам страны от 4,0 до 5,2 кВт.ч/сутки на горизонтальной приемной площадке. Эти значения прихода солнечной энергии в Мьянме значительно превосходят аналогичные показатели стран, где использование солнечной энергии сегодня весьма значительно (Германия, Испания, Япония). Подобное обстоятельство позво-

ляет сделать предварительный вывод о хороших перспективах использования солнечной энергии в стране в целом.

Однако для обоснования эффективности использования солнечной энергии в Мьянме настоятельно требовалось проведение современных системных исследований в этой области энергетики по разработке специального методического, математического, информационного и прикладного программного обеспечения, что и является актуальной задачей данной работы.

Цель диссертационной работы

Цель работы - комплексное исследование эффективности использования солнечной энергии для повышения уровня энергоснабжения автономных сельскохозяйственных потребителей в характерных типовых регионах Мьянмы с учётом влияния основных определяющих факторов.

В рамках сформулированной цели в работе решены следующие задачи:

- Исследование уровня современного информационного обеспечения разного рода гелио-энергетических расчётов в Мьянме и обоснование путей повышения уровня достоверности и надёжности указанных расчётов;

- Исследование и идентификация типовых регионов Мьянмы по уровню прихода солнечной энергии и виду автономных потребителей;

- Разработка и обоснование графиков нагрузки типовых автономных потребителей Мьянмы для разных уровней энергопотребления и алгоритмов их покрытия энергокомплексами на основе СФЭУ;

- Разработка специального методического, математического, информационного и прикладного программного обеспечения для исследования эффективности использования энергокомплексов на основе СФЭУ в регионах Мьянмы с учётом влияния основных влияющих факторов;

- Обоснование эффективности использования солнечной энергии для всех регионов Мьянмы с определением оптимальных энергетических параметров всех компонентов энергокомплексов на основе СФЭУ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Исследованы и разработаны направления совершенствования уровня информационного

обеспечения гелиоэнергетических расчётов в Мьянме.

2. Впервые на основе системного подхода уточнены значения ресурсов солнечной энергии с учётом сезонной оптимизации приёмников солнечной энергии и идентифицированы характерные регионы Мьянмы по уровню прихода солнечной энергии и способу электроснабжения потребителей.

3. Идентифицированы и обоснованы графики нагрузки типовых автономных потребителей Мьянмы для разных уровней энергопотребления и разработаны алгоритмы их покрытия энергокомплексами (ЭК) на основе СФЭУ.

4. Разработано специальное методическое, математическое, информационное и прикладное программное обеспечение для обоснования эффективности использования энергокомплексов на основе СФЭУ в регионах Мьянмы с учетом влияния основных влияющих факторов.

5. Идентифицированы оптимальные энергетические параметры ЭК на основе СФЭУ для всех регионов Мьянмы.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты исследования уровня современного информационного обеспечения разного рода гелиоэнергетических расчётов в Мьянме и пути повышения уровня достоверности и надёжности указанных расчётов;

2. Результаты исследования и идентификации типовых регионов Мьянмы по способу их электроснабжения, по уровню прихода солнечной энергии и виду автономных потребителей;

3. Графики нагрузки типовых автономных потребителей Мьянмы для разных уровней энергопотребления и алгоритмы их покрытия ЭК на основе СФЭУ;

4. Специальное методическое, математическое, информационное и прикладное про1раммное обеспечение для обоснования эффективности комплексного использования ЭК на основе СФЭУ в регионах Мьянмы с учётом влияния основных факторов;

5. Обоснование оптимальных энергетических параметров всех компонентов ЭК на основе СФЭУ для всех регионов Мьянмы.

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 результатов диссертационного исследования заключается в

получении уточнённой информации по ресурсам солнечной энергии (СЭ) в Мьянме, на основе которой с большей степенью обоснованности можно оценивать перспективность использования СЭ в региональной энергетике страны при разработке планов её развития. Разработано специальное методическое, математическое и прикладное программное обеспечение, с помощью которого можно рассчитывать оптимальные параметры и режимы работы ЭК на основе СФЭУ, АБ и ДЭУ для покрытия заданных графиков нагрузки автономных сельско-

хозяйственных потребителей и обосновывать эффективность использования СФЭУ в региональной энергетике Мьянмы с учётом всех основных влияющих факторов.

Достоверность научных результатов и выводов. Достоверность научных положений, теоретических выводов и практических рекомендаций диссертации подтверждается использованием современных методов системного анализа, методов математического программирования и математической статистики.

Апробация работы. Результаты выполненной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и научных семинарах: Вторая международная научно-практическая конференция «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» в ВВЦ, 2010 г.; Седьмая всероссийская научная молодежная школа с международным участием «Возобновляемые источники энергии» в МГУ, 2010 г.; Третья международная научно-практической конференция «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях в ВВЦ, в НИУ «МЭИ», 201 г.; Восемнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» в НИУ «МЭИ», 2012 г.

Публикации.

По основным результатам диссертации опубликовано 6 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 137 страницах машинописного текста, содержащего 27 таблиц и 65 рисунков, список литературы включает 68 наименований.

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

В первой главе дан анализ современного состояния и перспектив развития топливно-энергетического комплекса Мьянмы и мировой солнечной энергетики. Мьянма находится между 92°10П и 101 "11 □ градусами восточной долготы и между 9°320 и 28°31 □ градусами северной широты. Площадь Мьянмы составляет 676587 км 2. Население Мьянмы составляет 60 миллионов человек в 2012 году. Мьянма провела около 50 лет в отрыве от мировой экономики. В результате этого Мьянма стала одной из самых бедных стран Азии. В настоящее время значение потребления электроэнергии на 1 человека в год является ключевым показателем уровня экономического развития любой страны. В Мьянме в настоящее

время среднегодовое электропотребление на 1 человека в год - очень низкое. Оно составило всего 166 кВт-ч/год в 2012 году. Это в 20 раз меньше, чем удельное среднегодовое электропотребление мира. В топливно-энергетическом комплексе Мыгамы в настоящее время самой актуальной проблемой является дефицит электроэнергии.

Объединенная энергосистема (ОЭС) страны обеспечивала электроэнергией только 28% населения Мьянмы в 2013 году. В объединенной энергосистеме имеется только одно предприятие Мьянмы, принадлежащее государству - Муашпаг Electric Power Enterprise, которое снабжает все централизованные потребители электроэнергией стоимостью (3,5 -7,5) цент/кВт.ч на уровне января 2014 года. В стране к ОЭС не подключены 172 города и более 40000 деревень. Во многих городах и деревнях частные инвесторы продают электроэнергию, полученную от дизельных электроустановок (ДЭУ) по цене в (50 - 90) цент/кВт.ч, что намного выше чем стоимость 1 кВт.ч для централизованных потребителей. Стоимость электроэнергии в удаленных регионах Мьянмы намного дороже, чем в соседних странах, поэтому там не все жилые дома могут использовать электроэнергию даже в целях освещения. Правительство слабо пытается решить проблемы электроснабжения для потребителей, которые живут в удаленных и труднодоступных регионах, так как главной задачей Министерства Электроэнергетики остаётся сегодня модифицирование сетей в ОЭС, снабжение электроэнергией промышленных зон и круглосуточное обеспечение энергией централизованных потребителей.

Мьянма находится вблизи экватора и данные экспериментальных измерений прихода солнечной радиации (CP) в стране показывают, что среднегодовой приход CP составляет 4,8 кВт.ч/м2 в сутки. Это намного выше, чем, например, в странах ЕС-27, где интенсивно используется солнечная энергетика.

Стоимость электроэнергии, выработанной от солнечной фотоэлектрической установки (СФЭУ), стала сегодня в мире почти сравнимой со стоимостью электроэнергии, получаемой на традиционных электростанциях. Поэтому в мире сейчас широко используют солнечную энергию в разных странах. Эксперты прогнозируют, что солнечная энергия будет обеспечивать около 10% потребляемой электроэнергии мира к 2020 году. Цена солнечных модулей падает со временем. В последние годы их цена снижается на 20% ежегодно.

В результате снижения цены и на компоненты СФЭУ использование СФЭУ в Мьянме представляется в настоящее время одним из лучших решений для повышения уровня электроснабжения автономных потребителей в разных регионах Мьянмы. Однако широкому распространению СФЭУ в Мьянме сегодня препятствует целый ряд причин разного типа и вида. В том числе: (1) слабое информационное обеспечение всех видов гелиоэнергетических расчётов; (2) отсутствие эффективных решений по структуре энергокомплексов (ЭК) на основе СФЭУ для типовых автономных потребителей с разным уровнем потребления электроэнергии; (3) отсутствие современного специального методического, математического и при-

кладного программного обеспечения по обоснованию эффективности указанных ЭК для всех регионов страны с учётом всех основных влияющих факторов и обоснованию оптимальных параметров и режимов использования энергокомплексов на основе солнечных фотоэлектрических установок.

Решению этих задач и посвящена данная работа.

Во второй главе дана общая постановка задачи работы - исследование и разработка рекомендаций по повышению эффективности использования систем распределенной энергетики (или энергокомплексов (ЭК)), включающих в себя СФЭУ, ДЭУ и аккумуляторные батареи (АБ) для обеспечения электроэнергией типовых автономных сельскохозяйственных потребителей Мьянмы с учетом всех основных влияющих факторов (температура окружающей среды, уровни развития электропотребления, уровень инфляции в стране, рост стоимости дизельного топлива во времени и разная стоимость дизельного топлива по регионам страны, уменьшения стоимости 1 Вт СФЭУ во времени, уменьшения стоимости аккумуляторных батарей во времени и т.д.).

Учитывая то обстоятельство, что финансирование рассматриваемого ЭК будет осуществляться за счет самого автономного потребителя, в качестве критерия оптимальности при выборе оптимальных параметров и режимов ЭК принято обеспечение минимальной сто-

имости 1 кВт.ч получаемой электроэнергии (С

-(Г)

д) определяемого по формуле:

СЭ1 Уд э„

,(П

При учете следующих условий и ограничений:

0)

(2) (3)

N

АБ заряд I =

{

N

АБразряд/

^СФЭУ! -X.

потрг

NСФЭУ! ~ КцЛ • Л см ' Кпроп " К

о ¿мСФЭУ,<нСФЭУ^т,

О - ^АБразряЫ ^0,5 Ялв )

.при

NСФЭУ\ > NпотрI

О, при

Ж

NСФЭУI - NпотрI

потр1

ЛлБ ' Лине

, при

N

СФЭУI

< N

потрг

О, при

N.

СФЭУ1 — Nпотр1

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

В данной работе максимальная допустимая глубина разряда АБ принята равной 50% от максимума всей возможной накопленной энергии. Энергия, накопленная АБ в расчетный ¡-й час, Эаб! , рассчитывается по формуле:

Элы = Элв;('.-1) + ЭАВлфид! (Ылвц^ц.) -ЭлВ.рар*д I (МлВгхвдяы), (10)

ДЭУ будет включен под нагрузку при:

N >М + Л^

1 ¥ потрI ^ 1 у СФЭУ1 т 1 * АБразряд! , , , .

' (И)

В этом случае, среднечасовая мощность ДЭУ определяется по формуле:

NДЭУг = К„отрт ~ NСФЭУ1 + NАБразрШ О2)

гае - максимальная мощность потребителя (Вт); - установленная мощ-

ность (Вт); - установленная мощность ДЭУ (Вт); ^потР1 . среднечасовая мощность

потребителя в расчетный ¡-й час (Вт); ^сфэи Лгдэи> - среднечасовая мощность СФЭУ, ДЭУ и батарей в расчетный ¡-й час (Вт); И - среднечасовой приход солнечной радиации на приёмную площадку (Вт/м2.сутки); заРхЫ - среднечасовая мощность заряда АБ в расчетный ¡-й час (Вт); ^АБРа:1Ря<>> . среднечасовая мощность разряда АБ в расчетный ¡-й

час (Вт); - КПД батарей; У«яв . КПД инвертора; Эдн - накопленная энергия батарей в Э

расчетный 1-й час; АБ заряд' - энергия заряда батарей в расчетный 1-й час (Вт.ч); Э

АБразрядг . энергия заряда батарей в расчетный ¡-й час (Вт.ч); Эттр(Т) - потребление энергии за расчетный период времени, равный 20 годам и определяемое по формуле :

Т=Траеч ^потр ^ '. ^потр/ »

где Э„атр] - годовое потребление энергии вj-йгoд;

3^СК - суммарные дисконтированные затраты по ЭК за Т=Трасч =20 лет определяемые по следующей формуле:

]=1 I + £

(И)

где 8 - норма дисконтирования (%);

Ззк]~ годовые затраты по энергокомплексу (ЭК) в ^-й год.

С учётом анализа мирового опыта развития солнечной энергетики были рассмотрены наиболее перспективные варианты изменения основных расчётных переменных - установленной мощности СФЭУ и ёмкости АБ. В частности, расчётные значения установленной мощности СФЭУ определялись по формуле:

где Ксфэу1 - коэффициент изменения значений установленной мощности СФЭУ (0,5; 0,6;..

.......2,9; 3,0); !/таттр - максимальная мощность потребителя (Вт).

Соответственно, расчётные значения ёмкости АБ определялись по формуле:

где Клщ - коэффициент изменения значений накопленной энергии АБ (0,5; 0,55;.....; 2,95;

3,0); Э„отр - среднесуточное потребление энергии для потребителя (Вт.ч/сутки).

Оптимальными считаются те значения Л'сфэ/™] и Эабу., которые обеспечивают выполнение критерия оптимальности (1), т.е минимум С^ при условии покрытия заданного

графика нагрузки и учёта всех условий и ограничений по работе ЭК в целом.

Глава 3 посвящена разработке и исследованию совершенствования методов современного информационного обеспечения гелиоэнергетических расчетов Мьянмы. При этом учитывался и разный уровень данных, требующихся для расчетов, предназначенных для исследования эффективности использования солнечной энергии в системах электроснабжения централизованных и децентрализованных потребителей, а также уровень надежности и представительности данных по солнечной радиации в Мьянме. В частности, если для централизованных потребителей в Мьянме сегодня вполне достаточны среднесуточные или даже среднемесячные данные по СР, то для автономных потребителей требуются, как среднечасовые, так и более детальные данные по СР.

В Мьянме измерения прихода СР проводились и проводятся на очень ограниченном числе ГМС. Сегодня в стране имеются данные только по среднемесячному приходу СР на

НсФЭУ?с'":=КсФЭУ/НтаХ1

потр»

(15)

Эаб] — Кщ" Эп0„ф,

(16)

горизонтальную приёмную площадку по нескольким городам страны и практически отсутствуют данные по CP для сельскохозяйственных территорий, где и расположено подавляющее число потенциально перспективных потребителей солнечной энергии в Мьянме.

В связи со сказанным выше первоочередной задачей данной работы была оценка возможностей получения дополнительной исходной информации по приходу солнечной радиации Мьянмы с помощью некоторых широко распространенных в мире специализированных баз данных (СБД) - «NASA» и « Meteonorm». В работе было произведено сопоставление значений среднемесячных приходов солнечной радиации согласно данным ГМС Мьянмы и данным перечисленных СБД для несколько городов. Полученные в работе данные, позволяют сделать вывод о надежности и представительности данных СБД NASA для расчета прихода CP на горизонтальную приёмную площадку для расчета схем электроснабжения централизованных потребителей. К сожалению, на сегодняшний день отсутствуют фактические данные по среднечасовому приходу CP на горизонтальную приёмную площадку для условий Мьянмы. Именно эти данные необходимы для расчета параметров схем электроснабжения автономных сельскохозяйственных потребителей. Подобные данные сегодня представляет только СБД Meteonorm. Результаты исследований, проведенных в диссертации доказывают целесообразность использования для условий Мьянмы данных из СБД NASA для расчета ресурсов солнечной энергии для страны в целом и для расчета использования солнечной энергии с целью электроснабжения централизованных потребителей, а для расчета электроснабжения автономных сельскохозяйственных потребителей - данные СБД Meteonorm..

Для эффективности использования солнечной энергии по территории Мьянмы, необходимо было иметь корректно оцененные ресурсы солнечной энергии с учётом влияния основных факторов. На основе использования современных методов расчета ресурсов солнечной энергии для заданной территории был рассчитан валовой потенциал солнечной энергии для всей территории Мьянмы. Для этого территория Мьянмы была разделена на 83 расчетных полигона (рисунок 1). Размеры одного полигона равняются 1 градусу по широте и 1 градусу по долготе. Из всех расчетных полигонов 33 полигона находятся полностью внутри Мьянмы и 50 полигон - частично на границе с соседними странами и с морем. Площадь каждого полигона составляет 11438,34 км2. Умножая площадь каждого полигона на долю его площади, находящейся на территории Мьянмы, были получены площади каждого полигона, находящегося полностью или частично на территории Мьянмы.

И» »1 Й& SU iff

Долгота

Валовой потенциал солнечной радиации рассчитывается по следующим формулам: 365 _

ЭвотД5/) = 5г106.ХЭД0. (17) ¡=1

где i - порядковый номер полигона,

i =1,2,3,......,83; Эв,ш - валовая энергия

точки i; Si = площадь полигона i (км2); -среднегодовая солнечная радиация по NASA полигона i (кВт.ч/м2);

j=i

где Эу - среднегодовая энергия CP в углу полигона

(кВт.ч/м2)

Рисунок 1 - Доля территории Мьянмы в каждом расчетном полигоне в o.e.

В мировой практике обычно солнечные модули, используемые для энергоснабжения автономных, маломощных потребителей, фиксированы постоянно на оптимальных углах наклона по отношению к солнцу. Вследствие этого в данной работе проведены исследования по расчёту оптимального угла приемника СР с целью максимизации прихода СР в течение года в целом, в течение 2-х сезонов года (сухой и мокрый) и при помесячной оптимизации этого угла с целью повышения величины валовых ресурсов СР в Мьянме (рисунок 2).

Приход суммарной величины СР на ориентированную к югу наклонённую на угол ß

приемную площадку - Э^ , рассчитывался по широко известной формуле С.А. Клейна. С ее помощью можно рассчитать приход суммарной СР на наклонённую к югу приёмную площадку, используя предложенный С.А. Клейном коэффициент пересчёта данных по приходу суммарной СР на горизонтальную приёмную площадку. При этом использовались современные методы учёта влияния основных факторов на приход суммарного СР (например - влияние широты и долготы местности на приход суммарной и диффузной составляющей СР).

Угол наклона приемной площадки считался оптимальным, если приход СР при этом угле - максимальный.

Валовой потенциал солнечной энергии Мьянмы при горизонтальном расположении

приемника солнечной радиации оказался равньм 1,15 млн. ТВт.ч/год, что говорит о высоких

12

перспективах его использования в Мьянме. Оптимизация среднегодового угла наклона приёмной площадки CP позволила увеличить в среднем на 8,7 % валовые ресурсы CP в стране, доведя их до 1,25 млн. ТВт.ч/год.

При среднемесячных и среднесезонных оптимальных углах значения валовых потенциалов CP Мьянмы примерно равны и составили, соответственно, 1,34 млн. ТВт.ч/год и 1,32 млн. ТВт.ч/год (т.е увеличились на 16,5% и 14,8%, соответственно, по сравнению с приходом CP на горизонтальную приёмную площадку).

В данной работе принята общемировая методика расчета технического потенциала солнечной энергии Мьянмы, в соответствие с которой этот вид потенциала составляет 0,1% валового потенциала, в таком случае технический потенциал солнечной энергии на горизонтальном приемнике CP будет равен 1150 ТВт.ч/год, что в 115 раз превосходит современный уровень производства электроэнергии в стране.

По территории Мьянмы среднемесячный оптимальный угол приемника равняется нулю в 4 месяцах в течение года (май, июнь, июль, август) и в апреле - в регионах, расположенных ниже 18 "широты. В этом случае необходимо ориентировать угол наклона приемника CP почти каждый месяц (9 раз в течение года в южных регионах и 8 раз в других регионах Мьянмы). Для этого требуются специальные технические устройства из-за чего стоимость СФЭУ сможет увеличиться примерно на 6 %.

Приход CP при среднесезонном оптимальном угле приемника CP уменьшается незначительно во всех регионах Мьянмы по сравнению с приходом CP при среднемесячном оптимальном угле установки приемника СР. Практически это означает, что лучшим вариантом следует считать наиболее эффективную оптимальную ориентацию приемника CP по сезонам дважды в год, что вполне доступно для многочисленных сельскохозяйственных потребителей Мьянмы при установке солнечных модулей непосредственно на земле.

В четвертой главе произведена идентификация типовых регионов и исследование энергетических характеристик автономных сельскохозяйственных потребителей для разных уровней электропотребления в Мьянме. Как было сказано выше, в Мьянме только 28% населения имеет связь с ОЭС. В регионах, где нет связи с ОЭС, города и их ближайшие деревни обеспечиваются электроэнергией самыми разными способами. Вследствие этого Мьянму можно условно разделить на пять типовых регионов в зависимости от разных способов электроснабжения: 1) регионы, которые обеспечены электроэнергией от объединенной энергосистемы; 2) регионы, которые обеспечены электроэнергией от ГЭС через локальные сети электропередачи; 3) регионы, которые обеспечены электроэнергией от тепловых электростанций (газотурбинные электростанции, угольные электростанции) через локальные сети электропередачи; 4) регионы, которые расположены на границе с соседними странами (Ки-

тай, Таиланд) и обеспечены электроэнергией от этих стран; 5) регионы, которые обеспечены электроэнергией от частных дизельных электроустановок (ДЭУ).

долгота Сг1

92 94 96 98 100 долгота

(В)

Рисунок 2 - Приход солнечной радиации при (а) горизонтальном приемнике СР; (б) среднегодовом оптимальном угле приемника СР; (в) среднемесячном оптимальном угле приемника СР; (г) среднесезонном оптимальном угле СР по территории Мьянмы.

Для выбора этих расчетных регионов учитывались не только способы электроснабжения в регионах Мьянмы, но и местная стоимость электроэнергии, приход солнечной радиации в регионах и их географическое расположение. В качестве расчетных регионов были выбраны: Чайк, Тачилай, Тандуэ, Койтайнг, Калй, Путао, которые соответствуют вышесказанным типовым регионам для расчета эффективности использования СФЭУ.

В данной работе электропотребление автономных сельских потребителей разделяется на три типовых уровня возможного электропотребления: минимальный, средний и максимальный уровни потребления энергии для одной семьи и одним домом в сельской местности для выходного дня, соответствующего максимальному потреблению энергии в течение недели (см. рисунок 3 и таблица 1).

часы суток часы суток

(а) (б)

Рисунок 3 - График максимальной нагрузки типовых автономных потребителей: (а) со средним уровнем электропотребления и - (б) с максимальным уровнем электропотрсбления

в регионе Чайк.

Таблица. 1 - Электропотребление при разных уровнях типового потребления в разных регионах Мьянмы (кВт.ч/сутки).

Регион Койтайнг Тандуэ Чайк Тачилайт Капай Путао

Минимальный уровень 0.881 0.881 0.873 0.88 0.88 0.879

Средний уровень 7.79 7.91 7.94 7.72 7.68 7.89

Максимальный уровень 14.605 14.97 15.39 14.139 13.979 15.115

Обычно потребители электроэнергии для минимального и среднего уровней электропотребления занимаются преимущественно сельскохозяйственным производством, характерным для рассматриваемого района страны, а потребители с максимальным уровнем электропотребления занимаются, как правило, торговлей. При минимальном уровне электропотребления потребители используют электроэнергию только для освещения помещения и включения телевизоров. При среднем уровне энергопотребления потребители используют электроэнергию еще и для приготовления пищи. При максимальном уровне электропотребления потребители используют электроэнергию в соответствие с требованиями современной жизни человека. В стране в целом в разных регионах характер потребления электроэнергии в течение года (режим использования электрических приборов, время работы и мощность используемых электрических приборов) не отличается. Обычно в сельской местности суще-

ствуют только потребители минимального уровня энергопотребления. Потребители среднего и максимального уровней редко бывают в деревнях. Однако сегодня экономика страны улучшается и можно с большой степенью уверенностью полагать, что в ближайшее время большинство потребителей станут потребителями среднего уровня электропотребления и есть перспективность роста количества потребителей максимального уровня электропотребления.

В пятой главе проведены исследования эффективности использования систем распределенной энергетики (или энергокомплексов (ЭК)), включающих в себя СФЭУ, ДЭУ и аккумуляторные батареи для обеспечения электроэнергией типовых потребителей. Для решения этой задачи было разработано специальное методическое, математическое и программное обеспечение, которое позволяет определять оптимальные параметры и режимы работы ЭК при покрытии графиков нагрузки рассмотренных типовых сельских потребителей с помощью СФЭУ, АБ и ДЭУ для принятого в работе критерия оптимальности. Обобщённая структурная схема ЭК на основе СФЭУ, принятая в диссертации, представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Структурная схема ЭК на основе СФЭУ для энергоснабжения автономного сельского потребителя

Как было сказано выше, с целью минимизации стоимости 1 кВт.ч производимой ЭК электроэнергии в расчетах определены оптимальные значение мощности СФЭУ и накопленной энергии АБ с помощью разработанных алгоритмов и программ с использованием численных методов математического программирования (покоординатный поиск). Некоторые из основных результатов расчётов представлены на рисунках 5-7 и в таблице 2.

На основе анализа выполненных в работе исследований можно дать следующие рекомендации по перспективным направлениям использования ЭК на основе СФЭУ для энергоснабжения автономных сельских потребителей в Мьянме

® стоимость электроэнергии СФЭУ при низких ценах компонентов СФЭУ ш стоимость электроэнергии СФЭУ при высоких ценах компонентов СФЭУ

Рисунок 5 - Стоимость электроэнергии при разных значениях мощности СФЭУ и накопленной энергии АБ при их низкой цене СФЭУ для потребителя максимального уровня электропотребления (Кшх = 3680Вт, Эпот= 15530 Вт. ч).

» g И 1

4000....., _ ......

Койтайнг Тавдуэ Тачилайт Чайх Калай Путао

-^-оптимальное значение мощности солнечных модулей (Вт) -¿-оптимальное значение накопленной энергии батарея (Вт.ч)

Рисунок 6 - Оптимальное значение мощности солнечных модулей и накопленной электроэнергии батарей по критерию минимальной стоимости электроэнергии при максимальном уровне электропотребления в расчетных регионах.

-t-сшимостъ на кВт.ч

при Эв6=1,4-Эпот -^.стоимость на кВт.ч

при Э,б=1,5'Эпот -О-стоимосщ. кВт.ч

при Э,с=1,6-Эпот -^-стоимость на кВт.ч

при Эй=1,7-Эпсгг - -стоимость на кВт.ч при 3^6=1,8-Эпот

Рисунок 7 - Стоимость электроэнергии СФЭУ при оптимальных значениях параметров СФЭУ с учетом затрат резервной ДЭУ (а) для максимального уровня электропотребления (б) для среднего уровня электропотребления (в) для минимального уровня электропотребления в расчетных регионах.

Таблица 2 - Местная стоимость электроэнергию в городах и их окрестностях и цена топлива в расчетных регионах

Регион Койтайнг Тандуэ Тачилайт Чайк Калай Путао

стоимость электроэнергии (цент/кВт.ч) 36 45 22 3,57,5 48 5

стоимость дизельного топлива ($/л) 1,2 1,1 1,1 1 1,2 2

В регионах Койтайнг и Тачилайт при минимальном уровне электропотребления стоимость 1 кВт.ч от СФЭУ конкурентна по сравнению с стоимостью 1 кВт.ч в городе. Поскольку разница стоимостей 1 кВт.ч - относительно небольшая в городе и в его ближайших деревнях, использование СФЭУ здесь не целесообразно из-за первоначальной высокой стоимости СФЭУ при минимальном уровне электропотребления. Однако при среднем и максимальном уровнях потребления, стоимость 1 кВт.ч СФЭУ намного дешевле чем местная стоимость 1 кВт.ч в городе, поэтому в этом случае и в городе и в сельской местности выгодно использовать СФЭУ. В регионах Тандуэ и Калай, местная стоимость 1 кВт.ч - высокая, поэтому и в городе и в сельской местности, выгодно использовать СФЭУ при разных уровнях электропотребления. В регионе Чайк, в городе стоимость 1 кВт.ч дешевая и город обеспечен электроэнергией почти круглосуточно кроме сухого сезона. Поэтому в этом регионе целесообразно использовать СФЭУ только в сельской местности, где электроснабжение в деревнях полагается на ДЭУ. В Путао, в городе стоимость 1 кВт.ч от местной гидравлической станции мала, однако городские потребители получают электроэнергию примерно 12 часов/сутки, а в сухой сезон - ещё меньше. В этом регионе использование ДЭУ очень дорого из-за высокой цены на дизельное топливо. Поэтому в Путао и в городе и в деревнях использование СФЭУ - целесообразно.

В данной работе для уточнения экономической эффективности разрабатываемого ЭК, срок окупаемости ЭК на основе СФЭУ сопоставлялся с вариантом использования только ДЭУ. Срок окупаемости ЭК на основе СФЭУ колеблется в пределах от 2 до 9 лет в зависимости от местной цены и расхода топлива, цены приборов СФЭУ и прихода СР. По сроку окупаемости, регион Путао является самым перспективным, хотя в этом регионе стоимость электроэнергии от СФЭУ самая дорогая по расчетным регионам. Учитывая срок окупаемости СФЭУ по сравнению с вариантом использования ДЭУ в расчетных регионах, можно сделать вывод, что по всей территории Мьянмы уже сегодня целесообразно использовать СФЭУ.

В заключении диссертационной работы приведены основные результаты и выводы: 1. В топливно-энергетическом комплексе Мьянмы в настоящее время самой актуальной проблемой является дефицит электроэнергии. Удельное электропотребление на человека Мьянмы в 20 раз меньше чем среднее электропотребление мира. В Мьянме только 28% населения имеет связь с объединенной энергосистемой. Население сельских районов, составляющих большую часть населения Мьянмы, как правило, не имеет никакой связи с объединенной энергосистемой и обеспечиваются электроэнергией от дорогих, но широко доступных дизельных генераторов. Мьянма, располагаясь близко к экватору, обладает большими ресурсами солнечной энергии. Сегодня солнечная энергия является перспективным способом для решения проблемы электро-

18

снабжения автономных потребителей в сельских местностях и в удаленных регионах, где нет сети электропередачи.

2. Сегодня в Мьянме гидрометеостанции (ГМС) проводили и проводят очень ограниченный объём актинометрических измерений, так как для этого требуется специальное дорогостоящее оборудование. Поэтому в стране имеются только данные по среднемесячному приходу СР на горизонтальную приёмную площадку по нескольким городам страны. Для решения проблемы повышения информационного обеспечения гелиоэнергетических расчетов в Мьянме, в данной работе проведены исследования по поиску путей решения данной проблемы. Показана актуальность и перспективность использования для условий Мьянмы СБД ^вА для расчета среднесуточного и среднемесячного прихода СР на горизонтальную и наклонённую к югу ПП, а также возможность использования СБД Ме1еопогт для расчета среднечасовых значений прихода СР на горизонтальную ПП, задаваемых для всего годового интервала времени и скорректированных с учётом полученных в работе результатов.

3. Для эффективности использования солнечной энергии в Мьянме, необходимо было исследовать ресурсы солнечной энергии по территории Мьянмы. В данной работе, на основе системных исследований, определено уточненное значение валового и технического потенциалов солнечной энергии в Мьянме за счёт более корректного учёта влияния широты местности на приход СР на горизонтальную ПП, а также учёта оптимальной ориентации ПП по отношению к солнцу. Валовой потенциал прихода СР на горизонтальную ПП составил 1,15 ТВт.ч/год. Показано, что оптимизация ориентации ПП по отношению к солнцу позволяет значительно увеличить валовой потенциал солнечной энергии в стране, соответственно, на 8,7%, 14,8%, 16,5% при среднегодовом, среднесезонном и среднемесячном оптимальных углах установки ПП или, 1,25 млн. ТВт.ч/год, 1,32 млн. ТВт.ч/год и 1,34 млн. ТВт.ч /год. Рассчитана и предложена к использованию для всех регионов Мьянмы формула для расчёта оптимальных углов установки ПП по отношению к солнцу по двум сезонам года.

4. Идентифицированы типовые регионы в зависимости от способов электроснабжения потребителей, прихода СЭ, местной стоимости дизельного топлива и их географического расположения. Для условий Мьянмы определены графики нагрузки трёх типовых автономных сельских потребителей для трёх уровней электропотребления.

5. Разработано специальное методическое, математическое, информационное и прикладное программное обеспечение для расчёта оптимальных параметров и режимов ЭК на основе СФЭУ, АБ и ДЭУ для покрытия заданных графиков нагрузки типовых потребителей и расчёта эффективности использования СФЭУ в региональной

энергетике Мьянмы с учётом всех основных влияющих факторов. .

19

6. На основе проведенных исследований разработаны рекомендации по перспективам использования СФЭУ во всех характерных регионах Мьянмы.

7. Доказано, что при оптимальных выбранных значениях мощности СФЭУ и накопленной энергии АБ, стоимость электроэнергии, получаемой от ЭК на базе СФЭУ, конкурента по сравнению с стоимостью электроэнергии в городе и дешевле, чем стоимость электроэнергии в сельской местности в большинстве регионов Мьянмы.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Лин Аунг Тет, Малннин Н.К, Шестоналова Т.А. Исследование информационного обеспечения гелиоэнергетическпх расчетов и ресурсов солнечной энергии Мьянмы // Вестник МЭИ. 2014, №1.43 - 49с.

2. Лин Аунг Тет, Малинин Н.К, Шестоналова Т.А. Исследование эффективности использования солнечных фотоэлектрических установок в системах распределенной энергетики в регионах Мьянмы// Энергетик. 2014, №5.36 - 40с.

3. Лин Аунг Тет, Малинин Н.К. Ресурсы солнечной энергетики Мьянмы// Вторая международная научно-техническая творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях: Москва, ВВЦ, 2010 г. 398с- 399с.

4. Лин Аунг Тет, Малинин Н.К. Ресурсы солнечной энергетики и перспективы их использования в системах энергоснабжения автономного потребителя в Мьянме // Седьмая всероссийская научная молодежная школа с международным участием,"Возобновляемые источники энергии",Москва, МГУ, 2010г. 225с.

5. Лин Аунг Тет, Виссарионов В.И. Исследование ресурсов солнечной энергетики и перспективы их использования в Мьянме // Восемнадцатая международная научно-техническая конференция студентов я аспирантов: Москва, МЭИ, 2012 г. 430 с.

6. Лин Аунг Тет, Виссарионов. Оценка ресурсов солнечной энергии в Мьянме// Третья международная научно-практической конференция «Научно-техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знаниях в ВВЦ, в НИУ «МЭИ», 2011г. 486 с.

Подписано в печать Зак. 130 Тир. юо

Полиграфический центр МЭИ Красноказарменная ул., д. 13