автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Методика оценки и оптимизации параметров энергокомплекса на базе возобновляемых истоников энергии (на примере Ливана)

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(технический .уяивероитег)

На правах рукописи

НАСЕРВДДИН ХАСАН АЙЕБ

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ Я ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ЭНЕРГОКОМПЛЕКСА НА БАЗЕ ВОЗОБНОВЛЯТЬ« ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ (НА ПРИМЕРЕ ЛИВАНА)

Специальность 05.14-03. - Преобразование воз обновляемых видов

внвргин и установка на нх ооновв. 05.14.02. - Электрические станции (электрическая часть),сети, влэктроенвргегичеокиа система и управление имя.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на ооиоквние ученой степэня кандидата технических ияук

/ '

Москва - 1994

Работа выполнена на кафедре "Гидроэнергетики и электроэнергетики возобновляемы* источников" Московского энергетического института (МЭИ).

Научннй руководитель - член-коррспондент АЭН, доктор технических наук .профессор В.И.Виссарионов. Официальные опоненты : академик АЕН, доктор физико-математических наук, профессор

B.В.Алексеев

кандидат технических наук,доцент

C.В.Надежда».

Ведуцая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт електрифюсации сельского хозяйства.

Защита состоится "13" мая 1994 г. в 16 часов 80 мин.на заседают специализированного Совета К 053.16.17 в Московском енергегическсм институте по адресу: Ыосква,Красноказарменная ул.,д.17,ауд. Г-201.

Отзыв,заверенный печатью,просим высылать по адресу:

105635 ГСП, Москва Е-250, Красноказарменная ул., дом.14,Ученый

Совет МЭИ.

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

Учений секретарь специализированного совета К 053.16.17 каяд.тех.наук,доц.

Ю.А.Барабанов

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Электроэнергетическая систеиа Ливана в настоящее время охвативает вою территории отрака. Однако в результате военных действий eft был нанесен значительный ущерб. Выработка влектроенергии резко уменьшилась, выли введены ограничения на ее потребление, перерывы в внергоонабжении доотигают шести к более часов. Кроме того, одна и» причин нынешнего кризиса енергетихи Лавана заключается в отсутствии собственных, ресурсов градационных источников енергии.

В связи о оТим вопроо вовлечения в внергобалано страна возобновляемых источников анергии в улучшения на этой основе условий хизни населения, особенно отдаленных районов, является весьма актуальный. Усложнение апологической ситуации а непрерывный рост цен на традиционные вида топлива таете стимулируют интерес к их использованию. Особое внимание уделяется при етом, широко применявшимся о древках времен анергии ветра и солнечной ввергли. Однако судествешшм адеркиваютм фактором в развития ветро- и гэ-лиовнергетическпх систем является иизкая плотность енергии в непосредственной близости от поверхности земли.

С другой отороны очевидно, что ватер и солнечное излучение являются источниками нестабильного поступления энергии. Это не дает гарантии бездефицитного влэктросна&кокия при отсутствии резервных источников онергип. Поетому исшльзова!ше возобновляет»: источников онергии в промышленных масштабах предполагает значительнее капиталовложения в разработку, coopyr-eraie и експлуатацив соотввтотвуацях енэргокоыплексов. Однако накопленный опыт применения ввтровлэктрических установок и фотоэлектрических систем показывает, что использование их в шжалексе с л руг; да источникам енергии ыоаэт оказаться еф&экгквнцм и с вконоиической точки зрения вполне оправданный.

Учитывая современное состояние економяки я внергосистемы Ливана, а такхе его климато-географяческае особенности, в диссертации сделана попытка оценить техническую я экономическую сторона проблемы использования возобновляемых источников онергии, в первую очередь - Солнца и ветра.

Цвль ряОотм. Данная диссертация посвящена реиени» проблеми оптимального выбора структуры п параметров комбинированных внор-

гохомплексов иа безо возобновляема источников вперши, обладающих наилучшими техлико-еконоиическгыи показателями при электроснабжении изолированных жихщно-хозяственких объектов, располо-»9иных в различных регионах Ливана.

Дли достижения поставленной целя в работе был расмотрен комплекс взаимосвязанных задач, к чиолу которых относятся:

- оценка климато-географвчеких условий Ливана и анализ типовых объектов электроснабжения;

- определение располагаемых потенциалов ветровой и солнечной ввергай в различных регионах, а также требуемых уровней елвктропот-реблекия; .

- разработка математических моделей ветро- к фотоэлектрических установок а иоде та функционирования комбинированного енергокомп-лекса;

- создание иетодихв отруктурво-лараыатричвокой оптимизации анер-гохомплекса о учетом места размещения а особенностей объекта вле-ктроснабжения;

- анализ тегнихо-вкономических показателей и исследование вффех-тивнооти пр кивка гаи комбинированных енергокомвлексов в условиях Лизана.

Н*т°дн иссладовання, в работе широко использоваиы метода математического моделирования как иа уровне детального описания физических процессов, так и на имитационном уровне. Формирование критерия эффективности в определение его соотавлящих базировались на методах экономического анализа. Для ревення задачи струк-турно-параыатричвской оптиштзвцгш был применен наградивкткыа метод прямого поиска Хука-Дкивса. Все указанные методы доведены до программной регххаада иа персональной ЭВМ.

дастоворноет» рюультатоэ. Достоверность полученных результатов определяется использованием фундаментальных доказанных ранее и проверенных практикой методов и исходной информации, а такте корректным учетом действухвдих ограничений. Результаты математического моделирования подтверждены путем сравнения о извоотвши данными полученными в процессе вксплуатецаи различных энергетических уотановок аналогичного типа.

Кчуж^ч, новюня. Научная новизна диооертациз захяочавтоя в следующем:

- ва основе анализа климато-геогравачоских условий Ливана

выделены три типовые зоны о характерный распределением потенциалов ветро- и гелиовнергии;

- разработана методике определения выработки ВЭУ с учетом особенностей ветрового штока, компоновки конструкции и размеров ветроэнергетической установки;

- предложен критерий технико-экономической еффективности комбинированного енергокомплекса, учитывающий приведенные затраты на его создание и эксплуатацию, а также влияние ущерба от недопоставки электрической ввергай;

- разработана методика структурно-параметрической оптимизации енергокомплекса, позволяющая определять значение установленных мощностей компонентов, обеспечиваицих минимальные затраты в конкретных условиях применения;

- получены конкретные результаты, характернзупцие еффектпв-яостъ применения комбинированных вноргокоипяексов для олекгроска-Сження типовых объектов, располояенних в различных климато-географическвх зонах .Тяаана.

практическая цоиностъ раготы. Определяется доведением результатов теоретических исследований м разработок до уровня, позволяющего 8$ф5КТИВНО использовать их при выборе оптимальных структур и параметров комбинированных енергокомплексоп и их компонентов о учетом уровня влекгропотробленкя и располагаемых потенциалов ветровой и солночной енергин. Разработанная методика оптимизации реализована в виде программного комплекса для персональной ЭВМ д мояет оперативно использоваться для принятия обоснованных технических решений в исследуемой области,

ДпробАциа ропоты. Основные положения и результа-

ты диссертационной работы докладывались и обоуддалиоь на научно-практической конференция "Использование солнечной енергин в народном хозяйстве" 21-26 сентября 1991 г., а такаю иг научных семинарах я заседаниях кафздри "Гидровнергетикк и ояектровнергетнки возобновляемых источников" Московского енерготического института в 1391-94 гг.

Сб-ьои и состоя рдОоты. Диссертационная работа общим объемом 246 стр. состоит из введения, пяти глав, заключения, списка лато-ратура из 102 наименований и провозе идя. Она содержит 149 стр. машинописного текста, 80 рисунков и 31 таблицу.

- А -

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Ва рв«д»нии рассмотрены актуальность теш, цели в задачи исследования, сформулированы ноша научные в практические результаты, дается краткая характеристика работы.

Б ™>р»оя г/ц>»» проводитоя анализ проблемы создания автономии енергокомплексов (8К) на базе возобновляемых источников анергии. Оценка ситуации о производством и потреблением электрической анергии в Ливане и перспектив развития государственной энергосети позволяет рассматривать нетрадиционные возобновляемые источники анергии в качестве одной из мер со уменьшение дефицита электрической анергии.

Несмотря на высокую удельную отоимооть ввергни, получаемой от возобновляемых иоточшшов енергки (ВИЗ), темпы прироста потребления електровнергии в биту на душу населения таковы« что перспектива широкого использования НВЮ вполне реальна. Использование НВИЭ позволяет обеспечить реализацию принципа автономнооти к независимости от государственных ваергосистем. Это дает возможность обеспечивать гибкое использование имеющихся запасов анергии в локальной система енергоонабиетм для ефбекгивного решения различных производственных к бытовых вадач.

Опыт использования ВИЗ показывает! что для бездефицитного енергообеспечекия хозяйства целесообразно применять жмшлексиро-вание энергоустановок, использущих различные возобновляемые источники анергии. Для принятия решения о использовании комбинированной системы электроснабжения ва базе ВИЗ необходимо иметь информация о ветровом и гелиовнергетичеоком потенциалах. В диооер-тации приведены сведения о кдашато-географаческих особенностях Ливана, что позволило определить 3 характерные зоны, а также оценить возможности использования локальной сиотомы влектроснабаения на базе ВИЗ для каждой из них.

Вторая г/11»»а поовяцена анализу алектропотрвбления, разработке графиков нагрузок типовых объектов электроснабжения, оценке гелио- и ветропотекциалов и формированию рациональной структуры комбинированного енергокомплекса.

Для определения отруктурц сиотемы влектропотребления уровень насыщенности электроприборами .¡шшща в Ливане принят по общемировым стандартам. При втом выделяется три базовых уровня одоктрина-

кация быта, которые отягчаются степень!) насыщения а использованием населением влектробатовых приборов. По влияют на характеристики систем влектроснабжения битовые електропрябори делятся на базовые прибори епизодяческого использования. Базовые електропри-боры определяет уровень едектрооотреблеияя а расчетную електрж-чеокую нагрузку еиотаиы електросиабжения. Приборы епизодяческого исподмовакяя влияв? только на величину електропотребления.

При ТЕПогмх расчетах годовах графиков нагрузки объектов влектроснабхенхя, анализируемых в диссертации, полагается что они имеют характер, близкие к синусоидальному я описывается аналитической зависалос-тья между активны»« нагрузками каждого месяца года я нагрузками зимнего я легкого мэсяцеа;

Ри=-2-+-2--ooe-j-, (3)

где Р - нагрузка i-чооа в декабре, Pie - тоже » йоте.

Значение нагрузки 1-чвсо оуток t-ro месяца года о учетом роста нагрузки в течение года определяется выражением

*и=1,иНН--TZ-]' ' <3>

где к - месячный кооффяциент 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 полученных статистических данных,по многолетним наблюдениям в диссертации с использованием известного распределения Вейбудла проводится оценка ветрового потенциала для различных регионов Ливана. Вероятность появления события, при котором скорость ветра V находится в интервале ViAV может определяться по выражению:

где К«0,83 - коеффвцивнт формы подстил вицей поверхности, C»V/£r£l+ -jç- j j - фзрыярукпий ков<йициент, Г - гомиа-функция.

Соответственно количество чесов в году, когда

T(7>TJ=8760 exp[l-[^-)V] (5)

Определение поючциала солнечной энергия производится с учетом empota места исследуемой местности :

- в -

Рио.2. Распределение потенциалов оетооаоя и солнечной »неогим » тппоомх ооиах р&энтения СЭС.

Н-Н^^^.Ь.З.Л.Г.^В.О), (6)

где Нс - плотнооть согявчней ввергка вне атмосферы Земли, у -сложна* функция, учтшмпзцм! влияние сироты (ф), высоты над уровнем моря (11)1 среднемесячное количество ясных дней (8), среднемесячной относительной влажности (И), среднемесячной температуры воздухе (I}, чясяо дояуувпшх дней (.Г), эапыленнооть (В) и задам-денкость цест.чостк (3).

Проведенные 8 диссертации анализ показал, что в климато-географичесюп условиях Ливана имеются реальные возиогности использования как енергга движения воздушных масс (рио.2), так и энергии солнечной радиации (рис.8). Одним из ключевых при создании локальной системы вяектроонабяення на базе ВИЗ является вопроо выбора рационального способа их комбинирования.

Анализ достоинств я недостатков возможных ввриантов построения 8К позволил перейти к обобщенной структуре системы електро-сяабженпя. Основнша источниками енэргии в комбинированном енер-гокомплексе являются ветро- (ВЭУ) и фэтовлектричеокая (ФЭУ) установки. Дизель-генераторкап установка (ДГУ) попользуется в качестве резервного источника. Функции аккумулирующей системы (АС) сводятся к покрытию кратковременного дефицита мощности основных источников и обеспечения нормального рэккмэ ДГУ.

Уравнение баланса енэргии для такой структур« кмеаг вид!

где - онергия, потребляемая нагрузкой; ~ еиергяя, ш-

рабатываекая ветро-, фото-, и дизель-генераторной уотавовкамз; ГС, - онергия аккумулирующей системы.

В троть»п глава рассматриваются подходы к математическому моделированию ©лементов комбинированной системы олоктросяабконая.

Учитывая поисковый характер косдедовешм, модель »»троелакт-рической установки является двухуровневой, что обеспечивает первоначальное выголиешю процеоса предварительного проектирования установки о цояью определения ее осиошшх геометрических, массовых и кинематических характеристик. Диаметр ветроколеоа моазт быть определен по выражению:

4Р.

(в)

где V- мовдоегь нагрузки, р- плотность воздуха, 70~ расчетная

скорость ветра, {- хоаффхцхент хопольаованхя ветра, т^.т^.- коеф-фяциевты полезного действия мультипликатора х генератора.

В основу профилирования лопаотж ветре колесе положено уравнение саязж, предложенное Г. X.Сабининым:

4*Я. 1 1 М4 ь- р • -р- --- . (9)

где такувдй раджу о, Нл- колвчеотво лопастей, шжржна лопаотж в 1-сеченвв, Оу- авро динамически* ксеффжциит подъемной ваш, Ц - коеффщкент, учхтмаахций авроджиамжчеоно* качество профыя лопаотж, Хп - отаоеятельвая быотроюднооть ветре ко два»

Для оценки пусковых х разгонных хврактерястхх ветре ко леса крои® попев твой гарактерхотпех определяла* х осевой момент ивер-цюс:

-ИМ «Я », (10)

где р,, Г *„чЮ - иаооа лопаотж, 10. .80 кг/к*- приведен-

на« шютвооть материала лопасти, плоцадь поперечного профиля лонаотх в 1- сечении, <Ш- елементарнкй раджуо.

Для ревенхя вадачн определения выработка ветровлектрической установка в* заданный промежуток времени необходимо иметь оценку двдшотесквх овойотв В8У. Эта оцанха может быть получена из уравненша дхвамвжя грацательного движения:

<4.

^-дГ-Ме<*> (II)

где К,» • суммарный момент инерции вращающихся маоо

еоевой момент инерции ветроколеоа, Сга- соевой момент инар-цгв геквратора о мультишшхаторсм в передаточное число), Hj.it>» ^(£,2) - уммарвшй крутящая момэв?

ооответотве>шо крутядаэ моменты ветроколеса п гоетр'атора). Вотро-вой соток в часовой диапазона коделкровался в ездэ кигобршгчоокой суша ерэдкочаоозой скороотп ветре в гормошк различного порядка:

. № № V. . <12)

где олуча2вое чпзло, подчлнявдооол нормальному закону распределения в диапазоне (0,1.0).

Выработка ВЭУ в часовом интервала определялась по выражениа: . ,м« -

V \ (13)

«й*®

- и

где К„ - коефпщаят жопольаоваияя ВЗУ; т'- Т/Тв- приведенная среднечасовая скорость ветра; Т- ометавма* ветроколесом площадь.

Для рассматриваемых условий моделирования работы ВЗУ получена зависимость ^ от ?/Т0 о учетом типоразмера ВЗУ к наличия сно-теод стабилизации чаотогн врадешая взтроколэоа.

В качестве математической модели фэтоехэктрической установки использована язвеотна* модель, описанная в специальной литературе.

На основе разработанного иатематжчеокого а программного обеспечения бил проведен анализ особенностей процессов производства ж потребления влектрической энергии в комбинированной систо-иэ влектроонабвекия. Анализ полученных результатов в сопоставлэ-Е39 их о выеотимиоя вксггвриментальнымя данными свидетельствует о достаточной для практики точноотн моделирования.

Хжхжяяхзя г я л»» посвящена разработка метода струхтурко-парэ-цэтрдчоокоа оптимизация комбинированного ЕК о учетом конкретпах уолопяй применения в реальной вкономической ситуации в релгояе.

В процеосе его создания были решены олвдгхщие задачи:

- выбрав обобщавши критерий оптимально с ти, характернауидкй тех-ияхо-экономическую эффективность внергокомплекса;

- разработаны методика оценки яадэрзок на создсяие, екапдуатацию в ремонт компонентов 0Х о учете» гзиэяенхя отепшотн кшятеда в течение срока слухбы системы;

- выбрана совокупность оэтхвгаэврутвцзх параметров, определена область их оущэотвования п офориировена сиотема функциональных ограничений, обусловленных предтявляешшя х ВК требоаагггзгз;

- разработана процедура поиска вхотремума (минимума) криторяя вф-фэктивноста о учетом дейотвущих ограничений.

Принимая во внимание иазяачешш и особенности прииопэнпя рассматриваемого автовошгаго онэргокоыплэкса а качоотво критерия его объективности продлпгается набрать результирующие заторати, приведенные к первому году вхсплуатадзн

® - О^*«.^» + «.<*«> ♦ «„<**•«»> + «.«и». <">

где Оу,Ов,0а,0а- суммарные затраты па ооздошго ветроэнергетической, фотоолектрпчеокой, я дизоль-гонорагорпой установок, а такса йккумулирупцеа оаотеми соотвототпопко; -

устаноа»этшэ ыоцностн (емкость) олеионтоо ЭК, котормэ главкам образом и определят капятадьнно затраты я вкетлуатангоЕже нздв-

рхки на основные компоненты системы.

Для того, чтобы произвести сравнение стоимостей различных вариантов построения локальной СЭС, необходимо определить годовые затраты на каждый из ее компонентов, входящих в процедуру оптеми-зеции. Эти затраты определяется тремя основными составляющими : начальными капиталовложениями, затратами на експлуатацию, техническое обслуживание х ремонт, а такие зависят от изменении стоимости капитала с учетом банковских ставок и инфляционных процессов.

В результате приведенную стоимость ветроонергетичеокой установки можно представать как

»Г.

г (1+р) ; (1+гг,

С„ = "V*^ур^" I^-— + > --/ * . (15)

о+1>

где коеЗфициэнт капитальных затрат с^(Р^)«1500-2500 дол./кВт; коэффициент срок службы ветроуотановки до капитального

ремонта ^Л»15-20 лет, срок слуабы ЭК Т=25-30 лет, а 1 и г - банковская учетная ставка и инфляционный процо:;т. Аналогично определяются приведенные затраты на фотоалектрическут и аккумулирупцую системы. При оценке затрат на дизель-генераторную установку дополнительно учитывается стоимость требуемого запаса топлива

Уделышй расход топлива определяется путем моделирования ДГУ при заданной мощности его нагрузки Значения коеф&ициентов, необходимых для определения стоимостных показателей всех элементов ЭК, выбирались на оонове анализа соответствующих характеристик бол е 100 образцов энергетических агрегатов подобного назначения .

В формализованном виде задача структурно-параметрической оптимизации комбинированного ЭК сводится к определению такого зна-чекия вектора управляицах параметров Г - [Р^.Р^.Р^], при котором критерий е<5фоктивнооти проектируемого объекта 0 (Р>/г>,Р>п,Р*п) имел бы минимально возможную величину при выполнении следующих условий :

- компоненты вектора Р принимает хшъ полоштелышо значения

р^ 2: о, 3 « т», в", ; (17)

- выполняются функциональные ограничения в виде неравенств

* 0 . . (13)

В роальноЗ СЭС я качестве основного ограничения выступает необжодвыостъ обеспечения требуемой нагрузкой «осуюсти в кпкдыД момент времени t

где р^ - потребная точность нагрузки, a Pe, Рв - располагаемые моцнооти ВЭУ» СОУ, ДГУ в АС. Вадажяенае »того требования гарантирует бесперебойность електросиабжашм набранного объекта.

Рассмотрение* задача относится к классу задач уоловной оптимизации. В работе предложен способ мода£гхпцги оводящий ее о помощь*} птрафных Функций к задачам безусловной оптимизации, дли репе ния которых существует хоропго отработанные метода.

Обобщенный критерий оптимальноста о учетом втрафных функций будет иметь вид

У(р,а> - 0(Р> + А„-Q(R(p,)) , (20)

где ~ некоторое аадожатеяьвое чисдо, называемое жоеФ5ицпентоы птрсфа.

Tax xait а кечеотте критерия в исходной постановке задачи наступают суммарны» затраты, то фуихци» птрафа необходимо привести к той zs разиэрноотл. Дая етого целесообразно использовать понятие» дофзипта »»дао era в система в каидай момент времени t Г - ? Pi . гра P* - pj > о

К -1 » » <2I>

I 0, пря Pn - $ 3?J <0, t«v,0,4,a; Переходя я дефздвту енергпя

% -2rJlt<rn.Pj.<U-AtI» ' (22)

где 2! - роочетнай период ( ® « 365 дней, At ■ Si часа ), а, учитывая стоимость ущерба от недопоставки елехтрооноргип, получим итрафну» функцию в форме затрат

<J(J) - o,-^(Pn,Pv.P„,Pd,Qa) (S3)

Для решения поставленной задачи оптимизации был разработан реализованный на ЭВМ алгоритм, базирующийся на использовании поисковой процедуры Хука-Дкгвса. Проведенные чиолоюше експериментп подтвердили работоспособность созданного метода структурно-параметрической оптимизации ЭК л его доотагочпо высокую вычислительную еф}ектявность.

Й гятоп гла в» поывцены результаты исследования оффехтизности применения комбпшровавных онерго комплексов з условиях Ливана.

Ka первом втадв проводился анализ влияют клнмато-географических условий в уровня едекгропотребления на технихо-вконоиическиэ показатели внергохомшгекса. В табл.1 приводе ян значения установлении мощностей основных компонентов енэргскокялек-оа, полученные при решении задачи отруктурко-параметрнчосясй оптимизации для трех уровней електропотребления в трех тгиэшяг кли-мато-географических зов. В отой асе таблице приведены сготсяк-лу-кщие диаметры роторов ветроуотановок для расчетной скорости аэтра 6 м/с, и площади панелей солнечных батарей, o6ecno4iaiax3№& указанные мощности, а также годовой расход топлива резервной ДОГ.

Наиболее существенным является изменение оптимальна значений установленной моашостн компонентов при обеспечения одного и того же уровня олоктропотребленил в зависимости от места размещения. В Приморской районе оптимальная мощность ветроенергеткчзс-кой установки составляет 6S.8J суммарной мощности всох кот овалов еяергокомплекса. На долю фотовлектрической и дизель-гегш^агсрво® уотоновок приходится соответственно 15,5 и 15,7*. Для Внутреннего района оптимальное соотношение «свдесстей изменлетоя в пользу фо-тоелектрической уствповха (37.7S), а относительная доля ветро-внергетичсскоА установки уменьшается до 37,5% при увеличении дола дизель-гоноратора до 24,8JÉ. В Горном районе, как показали просо-денные исследования, применение ветроагрегатов по скокэшческим соображениям нецелесообразно.

Стоимостные показатели оптимальных еноргокомплексов и вх компонентов представлены в табл.8. Как следует из анализа полученной информации, стоимости систем олектроснабжения в различных районах при одяом и той же урсвнэ влехтропотребления мало отличаются дг-уг от друга. Вт о определяет достаточно стабвльнув стоимость вырабатываемой электроэнергии, находящуюся в пределах 0.200.24 дол./кВт-ч, а для днэоль-геяораторншс агрегатов 0.30-0.ЗС дол./кВт«у. Электроэнергия, получаемая от аккумулирующих систем обходится в 8.5-13.5 ДОЛ./кВТ'Ч.

Традиционные методы оцеяхи технико-економичеокоб еффоктивно-оти енергокомплексов на базэ ВИЗ предполагает их сопоставление о другими способами обеспечения електрическоЗ анергией. В качестве такого основного альтернативно» варианта в работе ссследоввнн шроко распространенные дизельные ояектростаацкн. Основные характеристики tSiKOÚ системы приведены в табл.З.

Таблица I.

Расчетная Установленные мощности, кВт нагрузка,- кВт ВЗУ ОЗУ ДГУ Диаметр -ротора, м Площадь батарей, м* Расход топлива, л

Приморский район

2.71 7.68 1.73 1.75 7.1 20.3 3191

5.07 13.33 3.40 2.54 9.3 34.8 4864

11.77 31.47 7.33 5.98 14.3 86.4 11542

Внутренний район

2.71 3.04 3.06 2.01 4.5 35.8 4746

8.07 5.80 5.42 3.63 8.0 ' 63.4 7С09

11.77 13.55 12.38 8.45 9.4 144.7 18224

Горшей район

2.71 - 4.34 2.16 - 50.3 4677

5.07 - 7.61 - 3.73 - 89.0 7840

11.77 - 17.06 8.70 - 199.В 10955

Таблица 2.

Тип объекта Приведенная стоимость компонентов, дол./год

энергоснабжения СЭС БЭУ «©У № АС

Приморский район

£илой дои I 2321 304 461 774 281

Яйлой дои II 4011 1404 504 1163 540

Хозяйственный комплекс 9105 3304 1584 2757 1080

Внутренний район

Жилой дом I 2514 319 815 1100 281

Замой дон II 4404 588 1442 1834 540

Хозяйственный комплекс 10072 1422 3292 4278 1080

ГоршШ район

2илой дом I 2535 - 1155 1097 231

Еилой доы II 4412 - 2024 1847 540

Хозяйственный кошме кс 10034 - 4539 4463 1080

Таблица 3.

Применение дизельной електростанции

Тип объекта внврго снабжения Стоимость,дол. сас ДГУ Установлен--ная мощность, кВт Расход топлива за год, л Стоимость анергии, до*./кВт

Жилой дом X 3325 3044 2.71 14206 0.31

Халой дом II 5939 5397 5.07 25092 0.31

Хозяйственный

комплекс 13556 12 471 11.77 57950 0.31

Regions

Рко.З. Стоимости елйктроэкоргии, вырабатываемой енерго-комплаксвми различной структуры гз типовых клима-то-гоографаческшс зонах Ливана.

Как показывает сравнение о табл.2 стоимость дизельных елект роотанций на 40-501 превосходит сгоимооть комбинированного еиер-гокомплекса. Хорошо видно, что екокомический вффект от использования ВИЗ достигается за счет сокращения более чем вдвое расхода дизельного топлива.

При использовании разработанной методики оптимизации были синтезированы и другие варианты построения внергокомплекса, вкл>-чаицие различны» комбинации ВИЗ о дазелышы агрегатом и основанные яа применении только одного иа рассматриваемых НВИЭ. Обобщеннее результаты проведенных в етой области исследований представлены иа рио.З. На ней показаны стоимости елоктровнергии, вырабатываемой комбинированным енергохомялекоом (1), ветродизельной енот емой (2), ф>тоелектричеокой установкой с дизельным агрегатом (3), дизельной электростанцией (4), ветроэнергетической (5) и фотоэлектрической (В) установками о аккумулирующими системами. Данные представлены для всех трех типовых клиыато-географаческих зон Дхвааа.

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы

- для всех районов наиболее низкую стоимость влехтровнергии обеспечивает применение комбинированного внергокомплекса;

- практичеоки близкими показателями обладают системы, соотоятае вз одного ВИЭ я дизельного агрегата;

- для воех регионов использование ВИЗ обеспечивает снижение сто-тагооти олектроенергии на 25-35$ по сравнению с чисть дизельными елехтроотавцияш;

- прпыононяе SK па базе БКЭ вез хсмаяекотрования о резервными ис-точникаш! при шеоках требованиях ж бесперебойности влектросняб-яеяая яявляетоя нерантабелькнм.

Параметры оптимального комбянированного внергокомплекса во многом зависят от исходных данных, исподьзуешх при определении значения критерия теишко-вкокомическсй эффективности. К ним, в первую очередь, относятся стоимость дизельного топлива, уделите затраты иа создание н вясплуагациэ основных элементов внергокомплекса.

Проведенные иооледования влияния указанных факторов, результата которых для случаев вариация стоешсти топлива и ковффициен-эа капитальных затрат ва ВЭУ представлены яа рис.4 и S, позволяют

- ш -

Рис.4. Зависимости оптимальных иотаноалеию» «енчнсо-тел источников энергии комбинированное 2ЭС от стоимости дизельного топлива.

Рио.З. Зависимости иотановленммк исвдиьот»« источников висргни оптимальной консмнирсвамноя СЭС от коэффициента капитальных затиат на оозданн» ОЗУ.

сделать следующие заключения.

Увеличение отоииости топлива ведет к измененк» оптш'т.тьил соотношения установленных мощностей источников, в сторону частичного замещения дизельного агрегата энергоустановка«!! на базе ВКЭ при одновременном снижения расхода топлива. Следует отметить, что при отоимооти топлива менее 0.1 доя./л применекие фотоэлектрической установки становится економически невф£ектпвным.

С ростом коефЕициента капитальных затрат (а,) набллдаотся резкое уменьшение оптимального значения установленной мощности ВЭУ, использование которой нецелесообразно при а,£2500 дол./кВт. Стоимость електроанергии, производимой коибгиировашшм внергокоы-плексом, при изменении ау в диапазоне 1000-2500 дол./кВт находится в пределах 0.17-0.24 дол./кВт-Ч.

Результаты решения оптимизационной задачи при вариации коэффициента капитальных затрат на ОЗУ показывает, что применение преобразователей солнечной энергии становится нерентабельными при ав*3500 дол./кВт. В целой увеличение а, на каждые 1000 дол./кВт будет приводить в рассматриваемых условиях к удорожании электрической енергни на 8.3-3,0 цента/кВт-ч. Это в 1.5-2.0 раза меньше, чем при аналогичной увеличении затрат на ветроенергетическув установку.

ЙАКЛШЕНИЕ

В процессе проведения исследований в области оптимизации структуры я параметров комбинированных онергокомплексов на базе возобновляемых источников опертая применительно к условиям Лизана Саха получены следущие результаты.

1, На основе анализа клемато-географических условий Ливана выделены три типовые зоны: Приморская, Внутренняя и Горная с характерными распределениями потенциалов ветровой я соляэчной анергий, со оредной удельной мощностью ветровых потоков 0.029, 0.026, 0.014 кВт/и* и потоков солнечной радиации 0.19, 0.22 , 0.25 кЗт/м* соответственно.

2. Анализ ооциально-бытовых уоловий жизни населения Ливана, состава и характеристик используемых електроприборов позволил определять три типа объекта электроснабжения о максимальными значениями расчетной нагрузка 2.71, 5.07 и 11.7 кВт и сформировать го-

доме грсфпса нагрузки для проведения дальнейших исследований в выбора оптимальных параметров комбинированного внергокомплекса иа базе ВИЗ.

3. Дана строгая математическая формулировка в разработана процедура решения задачи оптимизации параметров комбинированного 8К по критерию суммарных приведенных затрат о учетом особенностей региона и требований, предъявляемых к ноау со сторона объекта енергоснабхенил.

4. Решение задачи структурно-параметрической оптимизации показало, что наиболее ефТохтивным является комбинирование ВЮ о традиционные дизель-генераторными агрегатами в Приморской и Внутреннем районах Ливана, для Горного района выявлена нецелесообразность применения в составе ЭК ветроэлектрических установок,

5. При использовании комбинированных 8К стоимооть вырабатываемой влектровнерлш получается на 30-501 ниже, чек при елэкгро-енабжнлш тех жэ объектов от широко распространенных дизельнкх електростанций и составляет порядка 0.21-0.24 дол./кВт.ч.

6. Сравнение оптимального комбинированного ЭК о альтернативными вариантами организации электроснабжения заданных объектов показало 'его более высоку» эффективность, хотя варианты комбинирования одного из рассматриваемых ВИЗ с дизель- генераторной установкой в Приморском и Внутреннем районах по стоимости олектро-енергЕИ лишь на 10-15S уступают оптимальному.

7. Значительное влиянио на сравнительную економачэскуп еф-фективноств комбинированного оноргокохплэкса оказывает стоимость дизельного топлива, о уменьшением которой менее 0.1 дол./л стоимость производимой олектрооноргин становится Слизкой: к аналогичному показателе дизельной электростанции.

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

Проведенный в работа детальный анализ широкого круга вопросов, связанных о посгЪекиеы систем электроснабжения изолированных объектов в уоловиях Ливана, подтвердил економичоску» цэлесообраз-ность .комбинирования ВИЗ в рейках единого внергокомплекса с использованием резервных и аккумулирующих систем елекгроштаняя.

'кГГлгЗг......