автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Методика оценки и оптимизации параметров энергокомплекса на базе возобновляемых источников энергии

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ... (техипосктЧ .университет)

г1 6 О Л На правах рукописи

. .V ^ч

НАСЕРЕДДИК ХАСАН АШЗ

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ И ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ЭНЕРГОКОМПЛЕКСА НА БАЗЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ (НА ПРИМЕРЕ ЛИВАНА)

Специальность 05.14.08. - Преобразование возобновляемых видов

енергин я установки яа их основе. 05.14.02. - Электрические станции (елэктричэская часть), сети, влектровяергетические системы и управление ют.

АВТОРЕЙЕРАТ диссертащш на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1394

Работа выполнена иа кафедре "Гидроэнергетики и электроэнергетики возобновляемых источников" Московского энергетического института (МЭИ).

Научный руководитель - член-корреспондент АЭН, доктор технических наук .профессор В.И.Виссарионов. Официальные опоиенти : академик АЕН, доктор физико-математических наук, профессор

B.В.Алексеев

кандидат технических наук,доцент

C.В.Надеждин.

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства.

Защита состоится "13" мая 1994 г. в 16 часов 30 мш.ва заседании специализированного Совета К 053.16.17 в Московском энергетическом институте по адресу: Москва,Красноказарменная ул.,д.17,ауд. Г-201.

Отзыв,заверенный печатью,просим высылать по адресу:

105835 ГСП, Москва £-250, Красноказарменная ул., дом.14,Ученый

Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан . 1994 года.

Ученый секретарь специализированного совета К 053.16.17 ка дд.тех.наук,доЦ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность равоты. Электроенергетичвская система Ливана в настоящее время охватывает асе территорию отранн. Однако в результата военных действий ей был нанесен значительный ущерб. Выработка електроанергии резко уменьшилась, Сила введены ограничения на ее потребление, перерывы в энергоснабжении достигают шеста в более часов. Кроме того, одна из причин нынешнего кризиса энергетики Ливана заключается в отсуготвии собственны! ресурсов традиционных источников анергии.

В связи о этим вопроо вовлечения в внергобалано отраны возобновляемых источников энергии и улучшения на атой основе условий «изни населения, особенно отдаленных районов, является весьма актуальный. Усложнение екологаческой ситуации и непрерывный рост цен на традиционные вида топлива также стимулируют интерес к их использованию. Особое внимание уделяется при атом, широко применявшимся о древних времен енергии ветра и солнечной енергии. Однако существенный сдерживающим фактором в развитии ветро- и ге-лиоэнергетическах систем является низкая плотность анергии в непосредственной близости от поверхности земли.

С другой отороны очевидно, что ветер и солнечное излучение являются источниками нестабильного поступления энергии. Это не дает гарантия бездефицитного еяектроонабкення при отсутствии резервных источников енергии. Поэтому использование возобновляемых источников анергии в промышленных масштабах предполагает значительные кагшталовлогения в разработку, сооружение и оксплуатпцкю соответотвущих енергокомгогексов. Однако накопленный опыт применения ветроэлектрических установок и фотоэлектрических систем показывает, что использование их в комплексе о другими источниками енергии монет оказаться эффективным и с экономической точки зрения вполне оправданным.

Учитывая современное состояние экономим! я энергосистемы Ливана, а такге его югамато-географические особенности, в диссертации сделана попытка оценить техническую и оконоиичеокую стороны проблемы использования возобновляемых источников енергии, в первую очередь - Солнца а ветра.

Цель руОоты. Данная диссертация посвящена решению проблемы оптимального выбора структуры и параметров комбинированных енор-

- А -

гокомплекоов на базе возобновляемых источников энергии, обладающих наилучшими техиихо-ахономичвскими показателями при электроснабжении изолированных жилизцнс-хозяственшх объектов, расположенных в различим регионах Ливана.

Для достижения поставленной цели в работе был расмотрен комплекс взаимосвязанных задач, к числу которых относятся:

- оценка климато-географичвккх условий Ливана в анализ типовых объектов електроснабжешл;

- определение располагаемых потенциалов ветровой и солнечной ввергай в различных регионах» в также требуемых уровней влектропот-ребления;

- разработка ыатематичеохих моделей ветро- к фотовлектрическпх установок и модели функционирования коибинированного енергокомп-лекса;

- ооздание методике структурно -пар ама т риче ской оптимизации внер-гокомплекса о у<гетои места размещения н особенностей объекта &ле-ктроснабхания;

- анализ техншсо-акояомических показателей и исследование эффективности применения комбинированных енергокоиплексов в условиях Ливана.

иуго^ы исслмовдми». в работе пироко аогользоваиы методы математического моделирования как на уровне дательного опиоаиил физических процессов, так и на имитационном уровне. Формирование критерия &4фоктивносги в определение его составляющих базировались на методах акономического анализа. Для решения задачи структурно-параметрической оптимизации был применен неградаентный метод прямого поиока Хука-Дживса. Вое указанные методы доведены до программной реализации на персональной ЗЗЫ.

Достд»»;;ность wjv/lbTOTQD. Д00Т08ерН0СТЬ ПОЛуЧбЮШХ рЭЗуЛЬ-

татов определяется использованием фундаментальных доказанных ранее и проверенных практикой методов и исходной информации, а так-яе корректным учетом действующих ограничений. Результаты математического моделирования подтверждены путем сравнения о известными данными полученными в процессе эксплуатации различных енэргегкче-ских установок аналогичного типа.

Научная hp»»ww»i„ Научная новизна диссертации заключается в следующем:

- на основе анализа климато-географячэохих условна Ливана

выделены три типовые войн о характерным распределением потенциалов ветро- и гелиоэиергии;

- разработана методика определения выработки ВЭУ с учетом особенностей ветрового потока, компоновки конструкции и'размеров ветроенергетической установки;

- предложен критерий технихо-вкономической »фиктивности комбинированного внергокомплекса, учитывающий приведенные затраты на его создание и експлуатацив, а такхв влияние ущерба от недопоставки электрической внергии;

- раэрвботана методика структурно-параметрической оптимизации енергокомплекса, позволяяцая определять значение установленных мощностей компонентов, обеспечивапцих минимальные затраты в конкретных условиях применения;

- получены конкретные результаты, характеризуете эффективность применения комбинированных енергокомгиексов для влектросна-бхения типовых объектов, располояенных в различных климато-географических зонах Ливана.

Поактич»ск»я иоиностк гакоты. Определяется доведением результатов теоретических исследований и разработок до уровня, позволяющего эффективно использовать их при выборе оптимальных структур и параметров комбинированных енергокошхяехсов и их компонентов о учетом уровня влектропотробдэнля и располагаемых потенциалов ветровой и солночной внергии. Разработанная методика оптимизации реализована в виде программного комплекса для персональной ВВН и моног оперативно использоваться для принятия обоснованных технических решений в исследуемой области.

АпроСация результатов рдОоты. ОСНОВНЫЙ ПОЛОЖвНИЯ И рвЗуЛЬТв-

ты диссертационной работы докладывались н обсуждались на научно-практической конференции "Использований солнечной внергии в народном хозяйстве" 24-26 сентября 1991 г., а такаю на научных семинарах и заседаниях кафедра "Гидровнвргеттск к электроэнергетики возобновлявши источников*1 Московского энергетического института в 1991-94 гг.

сдт.о.н м состия рдесты. Диссертационная работа общим объемом 246 стр. состоит из введения, пяти глав, заключения, списка датя-ратурц из 102 наименований и приложения. Она содеркит 149 стр. машинописного текста, 90 рисунков и 31 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Bs. г>в»л»нин рассмотрены вхтуальность теш, целя я задача исследования, сформулированы новые научные и практические результаты, дается краткая характеристика работы.

& г»р»°я глав* проводитоя анализ проблемы создания автономных внергокомплексов (ЭК) на базе возобновляемых источников внергии. Оценка ситуации о произродотвом и потреблением олектричеокой внергии в Ливан» я перспектив развития государственной энергосети позволяет рассматривать нетрадиционные возобновляемые источники внергии в качество одной из мер со уменьшению дефицита влектриче-ской внергии.

Несмотря на высокую удельную стоимость энергии, получаемой от возобновляемых иоточнихов екергяи (ВИЗ), темпы прироота потребления алектроенергии в быту иа душу населения такова, что перспектива широкого использования НВИЭ вполне реальна. Использование НВИЭ позволяет обеспечить реализацию принципа автоноинооти а независимости от государственных внергосистем. Это дает возможность обеспечивать гибкое использование имеющихся запасов анергии в локальной системе ьнергоснабиения для аффективного решения различных производственных ж бытовых задач.

Опыт использования ВИЗ показывает. что для бездефицитного энергообеспечения хозяйства целесообразно применять комплексиро-вание энергоустановок, использупцвх различные возобновляемые источники энергии. Для принятия решения о использовании комбинированной системы электроснабжения на Сазе ВИЗ необходимо иметь информацию о ветровом и гелиоенергетическои потенциалах. В диссертации приведены сведения о клшато-географаческих особенностях Ливана, что позволило определить 3 характерные зоны, а также оценить возможности использования локальней системы электроснабжения за базе ВИэ для каадей из них.

этор»я глав« поовящэна анализу алектропотребления, разработке графиков нагрузок типовых объектов електроснабжешш, оценке гелио- и ветроготенциалов и формированию рациональной структуры комбинированного евергокомпяекоа.

Для определения структуры оиотеыы електропотребления уровень на «ценности электроприборами ишшща в Ливане принят по общемировом стандартам. При етом выделяется три базовых уровня елэктргфа-

квции быта, которые отягчаются степенью насыщения я использованием населением влектробытовых приборов. По влиянию на характеристики систем электроснабжения бытовые електроприборы делятся иа базовые приборы епизодического использования. Вазовые електропри-боры определяет уровень електропотребления и расчетную влектри-чеокую нагрузку систеиы елвктроснабженля. Приборы епизодического использования влияет только яа величину електропотребления.

При типовых расчетах годовых графиков нагрузки объектов влектросвабжекяя, анализируемых в диссертации, полагается что оки имеют гараатер, близкий к синусоидальному и описываются аналитической зсвисгйзостьп между актив ими нагрузками каждого месяца года и нагрузками зимнего и летнего месяцев:

Ри»-д-+-д-•оов-у-, (2)

где Р1и> - нагрузка 1-чвоа п декабре, Р.а - тоже в июне.

Значение нагрузки 1-часа оуток £-го месяца года о учетом роста нагрузки в течение года определяется выражением

где к - месячный коэффициент роста нагрузки, определяется на основе величины годовых коэффициентов роста нагрузки.

Типовые графики нагрузки для жилого дома и жилого комплекса, используемые при дальнейших исследованиях, приведены на рис.1.

На основе подученных статистических данных по многолетним наблюдениям в диссертации о использованием известного распределения Вейбулла проводится оценка ветрового потенциала для различных регионов Ливана. Вероятность появления события, ври котором скорость ветре V находится в интервале Т+Л7 может определяться по выражению:

Р(^Ау) = £.(-^]""ехр[-(7/с]к], (4)

где К-0,83 У°"я - кое<Мицнвнт формы подстилающей поверхности, С»У/|г£1*- формирующий коэффициент, Г - гамма-функция.

Соответственно количество часов в году, когда У>У,:

1(7>У><]=в760 ехр[1-[-£]к] (5)

Определегае потенциала солнечной энергия производится с учетом шпроты места исследуемой местности :

- в -

Гя. «В* 9.3 7.в 4.5

г.в 1

Рио.1. Гммии и»п>*оок типовых объектов ммтмоюШнм.

Ev, кВт/и2

0.0450 0.0300 0.0150

о.ааоа í-¡-¡—г—i-¡-¡-i i-í..... i -i-

X 31 «a 92 123 153 183 813 244 274 304 339 T

энергии » типовых вон» к Размещения СЭС.

В-Н„.*<<р,11,8,К,!Г„М>,0), (6)

где Н0 - плотность еойяечной энергия вне атмосферы Овили, ? -сложная функция, учжт&ааявдя влияние широты (ф), высоты над уровнем моря (Ь), среднемесячно» количеотво ясных дней (8), среднемесячной относительной влеякоотв (Н) ■ среднемесячной температуры воздухе (Т), число дождливых дней (.Г), запыленность (С) и задым-леннэсть местности (0).

Проведенный в дисоертацвв анализ показал, что в климато-географических условиях Ливана имеются реальные возможности использования как анергия движения воздушных масо (рис.2}, так я анергии солнечной радиации (рио.2). Одним из ключевых при создании локальной сиотеш олвктроснабжения' на Сазе ВИЗ является вопроо выбора рационального способа их комбинирования.

Анализ достоинств я недостатков возможных вариантов построения ЭК позволил перейти к обобщенной структуре системы влектро-снабхения. Основными иоточквжама энергии в комбинированном внер-гокомплексе являются ветро- (ВЭУ) и фотоэлектрическая (ФЭУ) установки. Дизель-генераторная установка (ДГУ) иопользуетоя в качестве резервного источника. Функция аккумулирующей системы (АС) сводятся к покрытию кратковременного дефацнта мощности основных источников и обеспечения нормального ремыа ДГУ.

/равнение баланса энергия для такой структур» имеет вид!

где Ип - енергия, потребляемая нагрузкой! - анергия, вы-

рабатываемая ветро-, фото-, и дизель-генераторной установками; - анергия аккумулирующей сиотемы.

В троть^я гял»9 рассматриваются подхода к математическому моделированию элементов комбинированной снсгома електроснпбжоотя.

Учитывая поисковый характер исследования, модель ватроолект-рической установки является двухуровневой, что обоопечпваот первоначальное виполяе)гао процеоса предварительного проактирования установки о целью определения ее основных геометрических, массовых и кинематических характеристик. Дяаыэтр ветроколеса мояет быть определен по выражению:

где Р - модность нагрузки, р- плотность воздуха, 70- расчетная

скорость ветра, {- коаффкцявнт использования ветра, т^.ц- коаф-фвцяенты полезного дейотыш мультипликатора а генератора.

В основу профыжроввиж* лопает я ветрокодеоа положено уравие-ше овязж, предложенное Г.X.Сабининым:

--2—гО-. с.)

где текущей раджу о, колхчеотво лопастей, Ь^- вжржяа ломота: а 1-оечвииж, О,- азродииамнчеокжй ковффацкеят подъемной вшш, ц - коаффщивят, учжтыв&сцкй аеродияамичеокое качество профиля лопзстж, Хп - относительная бмотроюдаооть ветроколео«

Дял оценки пусковых я разгонных характеристик ветроколеоа хроме моментвой характеристика определялся а ооевой момент жнер-ции:

„д - н -и -л ». (10)

где рп> /*ячШ - наоса лопаотж, 10. .80 кг/мш- праведен-

вы шотвоот» материала лопастж, шюцадь поперечного профвх* хопаотя в 1- оочеяжж, ЙН~ елеиентарный радиуо.

Для ревеквя задачи определения выработка ветроэлектрической уотевзвка ее заданный сроивхутож времени необходимо иметь оценку ДЕШвыичеоких овойотв В8У. 8та оценка моамт быть получена из урав-неим динамики вращательного движения: ¿и

где X,,*' Лга- суммарный момент инерции вращаищяоя масо

соевой момент инерции ветроколеоа, оозвой момент инер-цэг гоквретора о мудьтвошкаторои в Ц,- передаточное число), 13j.it)» 1^(4,2) - 13,(1,2.РЖ)- -умиаршй крутящий мошвт (Й^.К,.-ессгзогогмшю крутящие моменты ветроколеоа и гошр'аторо). Ветровой Еогок г '¡гсогои дпадазоно моделировался в сэдэ алгебраической о¡/шш оредночооово® скорости ветра в гармоник различного порядка:

. V» . <ки

где случайное члоло, подчинящзеся нормальному вохоцу распределения а диапазоне (0,1.0).

Выработке ВЗУ & ч&совоы пнтераажа определялась по выразэшео:

« 0.5.Кв (?„.*))Лг".Ы, (13)

СвЗ)

- И -

где К^ - коьффнцпят использования ВЭУ; У*- Т/?о- приведенная среднечасовая скорость ветра; У- оыетаемая ветроколесом площадь.

Для рассматриваемых уоловий моделирования работы ВЭУ получена аавиоямоот» К^ от о учетом типоразмера ВЭУ к наличия систем! стабилизации чаототн вращения лэтроколэса.

В качестве матеиатнчеокой модели фотоэлектрической установка яогсольаоваив наметим модель, описанная в специальной литературе.

На ооиове рааработанного математического я програюяюго обеспечения вял проведен анализ особенностей процеооов производства я потреблен« вхвктряческой анергвв в комбинированной системе електроонабквнид. Анализ получанных результатов и сопоставление их о пившимися експеримент альншга даннныя свидетельствует о достаточной для практнхя гочноогх моделирования.

ут^чута» г>лм посвящена разработке метода структурно-ггара -метрической оптимизации комбинированного аК о учетом конкретных условий применения я реальной вкономической ситуация в регионе.

В процессе его создания били решены оледгвщва задачи:

- выбран обобгдешшй критерий оптимальности, характеризующий тех-вихо-ековомичеокув еОДэктивность внергскомплекса;

- разработаны методики оценки вздерзак ва ооздгнае, »ксплуатацив Я ремонт компонентов 8К о учетом измянекня отсгмооти катит эла в течение срока служб* системы;

- выбрана совокупность оптиыизируп^ах параметров, определена область их существования я сформирована система функциональных ограничений, обусловленных предъявляемыми к 8К требованиями;

- разработана процедура поиока экстремума (минимума) критерия вф-фэктивности о учетом дейотвущих ограничений.

Принимая во внимание назначение и особенности применения рассматриваемого автономного овергокошшжса в качоотвэ критороя ого еф^ктЕвности предлагается внбрать результирующие заторати, приведенные к первому году вкгамуатеции

О ° ♦ ♦ ♦ (14)

где 0у,0в ,0<1,С<1- суммарные затрата па ооздаяио ветроэнергетической, фотоолектричеокой, и дазель-генераэорвоИ уотановок, а тоювэ аккукулкрущей система соответственно; -

установлен®:® иогщостн (емкость) охеыоятов ЗК, которые главным образом и опрвдэ-кяхт? калитальнио затраты и вксзлуатациокЕв® аздо-

ржкк »а ОСНОВНЫе коюгювонтц системы.

Для того, чтобы произвести сравнение стоимостей различны* вариантов построена* локальной СЭС, необходимо определять годовые затраты на каждый из ее компонентов, входящих в процедуру оптимизации. Эти затраты определяются тремя основными составляющими : начальными капиталовложениями, затратами на эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт, а также зависят от изменения стоимости капитала с учетом банковских ставок и инфляционных процео-сов.

В результате приведенную стоимость ветроенергетической установки можно представить как

»г

г (1+г) " i (1+г)" О = а .Р • 1 +--+>(1+íM--/2

v ™ L jh (1+1)™ J

(15)

(1+i> "

(1+1)"

где коеффициент капитальных затрат <«v(Pvn)-1500-2500 дол./кВт; коефХациент /?v»5-7Е; срок службы ветроуотановки до капитального ремонта t^-15-20 лет, срок олужбы ЭК Т=25-30 лет, a i и г -.банковская учетная ставка и инфляционный процент. Аналогично определяются приведенные затраты на фотоэлектрическую и аккумулирупцую огстемы. При оценке затрат на дизель-генераторную установку дополнительно "учитывается стоимость требуемого запаса топливе « X, »А* г 1

= H^ti^-^W TT^it • (I6)

Удельный расход тошшвв «ц определяется путем моделирования ДГУ при заданной мощноora его нагрузки Pd. Значения коэффициентов, необходимых для определения стоимостных показателей всех элементов 8К, выбирались на основе анализа соответствующих характеристик боя е 100 образцов енергетичесгаж агрегатов подобного назначения.

Б формализованной виде задача структурно-параметрической оптимизации комбинированного ЭК сводится к определению такого значения вектора управляющих параметров Р - [Pvn , при котором критерий еффективнооти проектируемого объекта О (Fvr>,P<lri,PiJr)) имел бы минимально возможную величину ври выполнении еледующих условий :

- компоненты вектора ? принимают лишь положительные значения

Pj г о, í « vm, вп, <ь ; (I?)

- выполняются функциональные ограничения в виде неравенств

Vv *0 • • <13>

В реальной CSG в качества основного ограничения выступает

необходимость обеспечения требуемой нагрузкой модоости в каадмй

момент времени t

где Рм - потребная моцнооть нагрузки, a Pv, ïm, Pdl PQ - располагаемые мощности БЗУ, СОУ, ДСУ я АС. Выполнение етого требования гарантирует Се опере бойко от ь влектроснаСхашиг выбранного объекта.

Рассмотренная задача относится к хласоу задач условной оптимизации. В работе предлохеи способ иода^гхоцги вводящий ее о помощью штрафных функций к задачам безусловной оптимизации, для решения которых существуют хорошо отработанные методы.

Обобщенный критерий оптимальности о учетом штрафных функций будет иметь вид

?(Р.а) - 0(Р) ♦ ^-QtBC&j)) . (20)

где - некоторое положительное число, называемое ковффицпентом аграфа.

Так хах в качеств» критерия в исходной постановке задачи выступают суммарные затраты, то функция штрафа необходимо привести к той хв размерности. Для етого целесообразно использовать понятие дефгаргта иощаоота в системе а каздаЗ момент времена t fP^-ÇPt .прар:-?г; >0

1 - » <21> [О, яри р; - Ç р; <0, 1-т,в,<1,а;

Переходя к дефадяту енергпа

», - EtPe(Pn,PJ,q.)-At]i , (22)

где (Г - роочетный период { 5? « 363 дней, At » 24 чаоа ), и, учитывая стоимость ущерба от недопоставки еложтроакериш, получим штрафную функцию в форме затрат

0(Р) - B,'\(în.Pv.P..Ïd.Qa) (23)

Для решения поставленной задачи оптимизация был разработан реализованный на ЭЕЧ алгоритм, базирущийоя на пепользовакии поисковой процедуры Хуха-Дкивса. Проведенные численные вхсперямонты подтвердили работоспособность созданного метода отруктурно-параметрической оптЕыизацаи ЭК и его достаточно высокую вычислительную оф^ективность.

g m том глава помоцэны результаты исследования оффохтквноста прлмэиення комбинировавши еяергохоиплехсов d условиях Ливана.

На первой ет&пе проводило* анализ влияния климато-географических условий и уровня влектро потребления на техяико-економические показатели енергокомплекса. В твбл.1 приведены значения установленных мощностей основных компонентов енэргокомплек-оа. полученные при репении задачи отруктурно-параметричосксй оптимизации для трех уровней элэктропотреблекия и трех тшэгнк гиш-мато-географических зон. В »той же таблице приведены езотдогетву-пцие диаметры роторов ветроуотановок для раочетной скорости яэтра 6 и/о, к площади панелей солнечных батарей, обеспечкващь» указанные мощности, а также годовой расход топлива резервной .

Наиболее существенным является изменение оптииальш'э. значений установленной мощности компонентов ори обеспечена одясго я того же уровня електропотреблення в зависимости от места разузцо-иия. В Приморском районе оптимальная мощность ветроэнергетической установка составляет 68,8* суммарной мощности' всех яотсчкаяов енергокомплекса. На долю фотоэлектрической и дпзель-гекзраторной уотановок приходятся соответственно 15,5 и 15,7*. Для Внутреннего района оптимальное соотношение мощностей изменяется в пользу фотоэлектрической установки (37,7%), а относительная доле ветроэнергетической установки уменьшается до 37,55 при увеличении доли дизель-генератора до 24,8$. В Горном райовэ, как показали проведенные исследования, применение ветроагрегетос по екопэьическим соображениям нецелесообразно.

Стоимостные показатели оптимальных енергокомплексов и их компонентов представлены в табл.2. Как следует из анализа полученной информации, стоимости систем олактроснабжения в различных районах ори одном и той же уровне електропотребления мало отличаются дгуг от друга. 8то определяет достаточно стабильную стоимость вырабатываемой электроэнергии, находящуюся В пределах 0.200.24 дол./кВт>ч, а для дизоль-генераторных агрегатов 0.30-0.83 дод./кВТ'Ч. Здоктробн-ргня, получаема я от аккумулирумадц. систем обходится в 8.5-13.5 дол./кВт-ч.

Традиционные методы оценхи технихо-економачеокой еффективно-оти енерго комплексов на базе ВИВ предполагает их сопоставление о другими способами обеспечения электрической онергией. В качестве такого основного альтернативного варианта в работе всслодованы кяроко распространенные дизельные влектростанции. Основные характеристики 1&кой гостекм приведены в табл.З.

Таблица I.

Расчетная Установленные мощности, кВт Диаметр Площадь Расход

нагрузка,-ротора, батарей, топлива,

кВт ВЭУ ФЭУ ДГУ и и' л

Приморский район

2.71 7.68 1.73 1.75 7.1 20.3 3191

3.07 13.38 3.40 2.54 9.3 34.8 4884

11.77 31.47 7 .за 5.98 14.3 86.4 11542

Внутренний район

2.71 3.04 а.ов 2.01 4.5 85.8 4748

5.07 5.60 5.42 3.63 6.0 • 63.4 7609

11.77 13.55 12.33 Горный ] 8.45 район 9.4 144.7 18224

2.71 - 4.34 2.16 - 50.8 4677

5.07 - 7.61 3.73 - 89.0 7840

11.77 - 17.06 8.70 - 199.8 10955

Таблица 2.

Тип объекта Приведенная огоямость компонентов, дол./год

энергоснабжения сэс ВЭУ 08У ЛГУ АС

Приморский район

Халой дои I 2321 804 461 774 281

Хилой дои II 4011 1404 904 1163 540

Хозяйственный комплекс 9105 3304 1964 2757 1080

риутренний район

Енлой дои I 2514 319 815 1100 281

ЖИЛОЙ дои II 4404 588 1442 1834 540

Хозяйственный комолеко 10072 1422 3292 4278 1080

Горной район

Пилой дом 3 2535 - 1155 1097 281

Золой дои II 4412 - 2024 1847 540

Хозяйственный комшгеко 10084 - 4539 4463 . 1080

Таблица 3.

Применение дизельной электростанции

Тип объекта енергоснабхения Стоимость,дол. СЗС ДГУ Установлен--нал мощность| кВт Расход топлива за год, л Стоимость анергии, дох./кВт

Хилой дом I 3335 3044 2.71 142 ОБ С.31

Жалой дом II 5939 5397 5.07 25033 0.31

Хозяйственный

комплекс 18556 12471 11.77 57950 0.31

Си, $ СРп = 2.71 kU>

Regions

Рио.5. Стоимости одектроенергии, еырабатываеиой оксрго-коиолексвми различной структура в типовых клима-то-географаческих зонах Лизана.

Как показывает сравнение о табл.2 стоимость дизельных елект роотанций на 40-50* превосходит стоимость комбинированного енер-гокомолекса. Хорошо видно, что еконоыический эффект от использования ВИЗ достигается за счет сокращения более чем вдвое расхода дизельного топлива,

Ори использовании разработанной методики оптимизации были синтезированы я другие варианты построения внергокомплекса, включающие различные комбинации ВИЭ о дизельным агрегатом и основанные на применении только одного из рассматриваемых НВИЭ. Обобщенные результаты проведенных в етой области исследований представлены на рио.З. На ней показаны стоимости электроэнергии, вырабатываемой комбинированным внергохомалвкесм (1), ветродизельной си-отеиой (2), фотоэлектрической установкой о дизельным агрегатом (3), дизельной электростанцией (4), ветроэнергетической (5) и фотоэлектрическое (6) установками с аккумулирующими системами. Данные предотавленя для всех трех типовых клшато-географяческих зон Ливана.

Анализ получениях результатов позволяет оделать оледующие вывода

- для всех районов наиболее низкую стойкость электроэнергии обеспечивает применение комбинированного внергокомплекса;

- практически близкими показателями обладают системы, соотоящие аз одного ВИЭ а дизельного агрегата!

- для воех регионов использование ВИЭ обеспечивает снижение стоимости електроеяергиа на 25-25* со сравнению с чисть дизельными электростанциями;

- применение 8К на вазе ВЙЭ бее хоыплексированая о резервными источниками при высоких требованиях к бесперебойности электроснабжения яявляется нерентабельным.

Параметры оптимального комбинированного внергокомплекса во многом зависят от исходных данных, используемых при определении значения критерия технико-экономической эффективности. К яка, в первую очередь, относятся стоимость дизельного топлива, уделыше затраты на создание и вкихлуатацвг-ссновЕых елементоп анергококп-лекса.

Проведенные исследования влияния указанных факторов, результаты которых для случаев вариация стоимости топлива и коэффициента капитальных затрат на ВЗУ представлены на рис.4 а 5, позволяют

1В -

Рис.4. Завис им ости оптимальных уст* нов пенни и м опростей источников энергии комбинированном СЭС от етоииости дизельного топлива.

Рио.З. Зависимости »отановленими мо^юстей источников аиевгии оппмальхой комемиивсванноА СЭС от ка~ мкрмцмента капитальных затрат на создание ВЗУ.

сделать следуйте заключения.

Увеличение стоимости топлива ведет к изменения оптм'члыых соотношения установленных ыоацюстей источников» в сторону частичного замещения дизельного агрегата энергоустановками на базе ВИЗ при одновременном снижении расхода топлива. Следует ответить, что при отоимооти топлива менее 0.1 дол./л применение фотоэлектрической установки становится экономически неэффективном.

С ростом коэффициента капитальных затрат (О,) наблгдаотся резхое уменьшение оптимального значения установленной мо^иоста ВЗУ, использование которой нецелесообразно при 0^2500 дол./кВт. Стоимость електроенергии, производимой комбтяровашшм внергокои-плексом, при изменении а, в диапазоне 1000-2500 дол./кВт находится в пределах 0.17-0.24 дол./кВт«ч.

Результаты решения оптимизационной задача при вариации коеф-фициента хапиталышх затрат на <ЮУ показывают, что применение преобразователей солнечной анергии становится нерентабельными при 01^3500 дол./кВт. В целом увеличение <*4 на каадые 1000 дол./кВт будет приводить в рассматриваемых условиях к удорожания электрической анергии на 2.3-3.0 цента/кВт-ч. Это в 1.5-2.0 раза меньше, чем при аналогичном увеличении затрат на ветроэнергетическую установку.

ЙАКШШНИВ

В процеооо проведения иооледовакпй а области оптимизации структура и параметров комбинированных онергокомплексов на базе возобновляемых источников внергш применительно к условиям Ливана были получены следующие результата.

1. На основе, анализа климато-географичооких условий Ливана выделены три типовые зоны: Приморская, Внутренняя и Горная о характерными распределениями потенциалов ветровой л солнечной анергий, со средней удельной мощностью ветровых потоков 0.029, 0.026, 0.014 кВт/и* в потоков солнечной радиации 0.19, 0.22, 0.25 кВт/м* соответственно.

2. Анализ ооцдально-бытовых уоловий жизни населения Ливана, состава я характеристик используемых электроприборов позволил определить три типа объекта электроснабжения о максимальными значениями расчетной нагрузки 2.71, 5.07 и 11.7 кВт и сформировать го-

дохшс гргфяз: нагрузки для проведения дальнейших иооледований и ъибор» спглмалышх параметров комбинированного внергокомплекоа на базе ВИЗ.

S. Дама строгая математическая формулировка и разработана процедура решения задачи оптимизация параметров комбинированного ВК по критерии суммарных приведенных затрат с учетом особенностей региона и требований, предъявляемых к Hetsy со стороны объекта ' внергоснабгвния.

4. Решение задачи структурно-параметрической оптимизации показало, что наиболее аффективным является комбинирование ВИЗ о традиционными дизель-генераторными агрегатами в Приморском в Внутренней районах Ливана, для Горного района выявлена нецелесообразность применения в состава ЭК ветроэлектрических установок.

5. При использовании комбинированных SK стоимость вырабатываемой алектроенерлш получается на 30-50* низе, чем при электроснабжения тех жв объектов от широко распространенных дизельных електростанций я составляет порядка 0.21-0.24 дол./кВт.ч.

6. Сравнение оптимального комбинированного ЭК о альтернативными вариантами организации электроснабжения заданных объектов показало 'его Солее высокую эффективность, хотя варианты комбинирования одного из рассматриваемых ВИЗ с дизель- генераторной установкой в Приморском и Внутреннем районах по стоимости олектро-енергиа лишь на I0-15S уступают оптимальному.

7. Значительное влияние на сравнительную еконоиаческухз еф-фоктивность комбинированного енергокомплекса оказывает отоимооть дизельного топлива, о уменьшением которой менее 0.1 дол./л стоимость производимой электроэнергии становится близкой к аналогичному показатели дизельной электростанции.

8. Установлено, что увеличение удельных капитальных затрат более 2500 дол./кВт для ветроэнергетической установки и более 3500 дол./кВт для фотоэлектрической установки делает их применение в рассматриваемых зонах размещения практически нецелесообразным.

Проведенный в работе детальный анализ широкого круга вопросов, связанных о постЬенвом сиотем электроснабжения изолированных объектов в условиях Ливана, подтвердил экономическую целесообразность комбинирования ВИЗ в рамках единого енергокомплекса с использование»,; резервных и оккумулирудаих сиотеи електроштакая.

!11!ЖГ-_______

"" Hm..ip»l"''> will Ь';м-..........Г....... •• !!