автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Совершенствование методов расчета основных энергетических показателей и характеристик ветроэнергетики

На правах рукописи

ПУГАЧЕВ Роман Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ХАРАКТЕРИСТИК ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ

Специальность 05.14.08 - Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 2006 г.

Работа выполнена на кафедре Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (НВИЭ) Московского энергетического института (Технического университета).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Малинин Николай Константинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Елистратов

кандидат технических наук, доцент Спиридонов Александр Георгиевич

Ведущая организация: Московский Государственный Университет

им. Ломоносова

Защита состоится «'с» **гУк* 2006 г. в [Ь_ час. (¿С_ мин. на заседании Диссертационного совета Д 212.157.03 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 17 (ауд. Г-200).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просьба направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (Технического университета).

Автореферат разослан «_»___ 2006 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 212.157.03

к.т.н., доцент Бердник Е. Г.

¿овбА

^ШГ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие современного топливно-энергетического комплекса России происходит в условиях, которые существенно отличаются от тех, которые имели место в бывшем СССР. В том числе: резкое повышение цен на ископаемое топливо; значительное повышение значимости социально-экологических факторов; рост политической и экономической самостоятельности регионов и т.д. и т.п. Особое значение при этом приобретает актуальнейшая проблема учета реальной ограниченности запасов нефти и газа на Земле. Для огромных территорий России указанные проблемы усугубляются тем, что в бывшем СССР развитие топливно-энергетического комплекса проходило практически по одному приоритетному пути - системе централизованного энергоснабжения. Результат этого - более двух третей всей территории России с населением от 20 до 25 миллионов человек не имеет сегодня другого основного надежного источника энергоснабжения кроме дизельных энергоустановок (ДЭУ), которым требуется огромное количество все более и более дефицитного дизельного топлива при постоянном росте их отрицательного влияния на окружающую среду, чему уже давно уделяется огромное значение в мире и, в последнее время, и в России.

Все сказанное выше, а также и другие немаловажные факторы заставляют Россию по новому оиенить возможности и перспективы использования богатейших ресурсов возобновляемых источников энергии В том числе и в первую очередь -для энергоснабжения автономных потребителей России, расположенных, как правило, в удаленных или труднодоступных регионах страны и, в первую очередь - Северных и приравненных к ним территориях, где расположено большое число автономных потребителей разного назначения с системами энергоснабжения (СЭС) на основе ДЭУ.

Поэтому, весьма перспективной и актуальной является рассмотренная в данной диссергации задача исследования эффективности использования богатых ветроэнергетических ресурсов Севера России для разработки гибридных систем энергоснабжения на основе ветродизельных энергокомплексов (ВДЭК), адаптированных к суровым климатическим условиям указанных регионов страны.

Цель работы. Систематизация и анализ существующего информационного и разработка методического обеспечения ветроэнергетических расчетов с целью повышения эффективности использования энергии ветра с помощью перспективных комбинированных ВДЭК, особенно для энергетических условий Севера России и приравненных к нему территории. На основе полученных результатов планируется дальнейшее развитие и совершенствование методических основ по расчетам ветроэнергетических ресурсов России и обоснование параметров и режимов работы ВДЭК.

Основные задачи работы. В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи исследования:

- Анализ отклонений параметров скоростного режима ряда среднечасовых скоростей от кривой повторяемостей исследуемого ряда по территории РФ и стран

СНГ.

- Оценка возможности описания скоростного режима ветра аналитическими моделями в приземном слое и для произвольной высоты над уровнем земли.

- Разработка методов расчета и особенностей среднеинтервальных характеристик ВЭУ.

- Разработка методического и программного обеспечения расчета режимов работы ветродизельного энергокомплекса работающего в локальной электроэнергетической системе,

- Разработка методического и программного обеспечения расчета режимов работы ветродизельного энергокомплекса для энергоснабжения автономного потребителя.

Научная новизна диссертации.

Впервые проведен вероятностный анализ отклонений параметров скоростного режима ряда среднечасовых скоростей от кривой повторяемостей исследуемого ряда по территории РФ и стран СНГ.

Рассмотрено влияние основной исходной информации (рядов скоростей ветра) на результаты ветроэнергетических расчетов, построены вероятностные характеристики отклонений рассматриваемых параметров

Выполнены расчеты по фактическому ряду наблюдений за скоростью ветра с интервалами осреднения 1 час, 1 сутки и 1 месяц. Впервые рассчитаны и исследованы среднеинтервальные характеристики наиболее перспективных типов ВЭУ. Показаны существенные отличия, обычно используемых в расчетах технологических и полученных среднеинтервальных характеристик ВЭУ, оказывающие значительное влияние на энергетические и экономические показатели ВЭУ.

Разработано специальное методическое, информационное и программное обеспечение на Visual Basic for Application для Microsoft Excel 2000 для решения задачи по обоснованию эффективности работы ВДЭК на автономного потребителя, локальную или объединенную энергосистему. Разработанное универсальное обеспечение может быть использовано для решения широкого круга задач по расчету энергетических и финансово-экономических показателей ВДЭК (с учетом аккумулирования).

Практическая ценность.

На базе проведенных исследований были предложены наиболее простые и точные методики определения энергетической ценности ветра, что несомненно позволит в короткое время получить необходимые энергетические параметры с требуемым уровнем надежности.

Разработанные методики повышают качество принятых проектных решений при создании ВДЭК и позволяют в значительной степени автоматизировать процесс проектирования энергообъекта, повысить степень обоснованности проектных решений и снизить сроки проектирования.

Результаты, полученные на базе предложенных методик, позволяют разработать эффективную структуру ВДЭК с требуемыми параметрами и режимами работы элементов энергокомплекса.

Разработанные методики и результаты исследования автора были использованы при проектировании:

- Анадырского ВДЭК мощностью 3,5 МВт (район Чукотки, г. Анадырь), успешно работающий с октября 2002, в состав которого входит 10 ВЭУ типа АВЭ-250 общей мощностью 2,5 МВт и 4 ДЭУ.

- ВДЭК установленной мощностью 154 кВт для энергоснабжения АП "Сеть Наволок" (Мурманская область), в состав которого входит ВЭУ "ЛЭМЗ" мощностью 30 кВт (ОАО "Лианозовский электромеханический завод", г. Москва) и 3 ДЭУ. Данный комплекс планируется ввести в эксплуатацию до июня 2006 года.

Положения, выносимые на защиту.

1. Методы и алгоритмы предварительной обработки рядов среднечасовых скоростей.

2. Методы и алгоритмы расчета и особенности среднеинтервальных характеристик ВЭУ.

3. Методы и алгоритмы определения эффективности сооружения и эксплуатации ВДЭК работающего в локальной электроэнергетической системе.

4. Методы и алгоритмы определения эффективности сооружения и эксплуатации ВДЭК для энергоснабжения автономного потребителя.

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах:

- PACON-99 ABSTRCTS; SYMPOSIYM, June 23-25, 1999; Humanity and the World Ocean. The Russian Academy of Sciences. I999r.

- Всероссийская научная молодежная школы. Москва, МГУ, 1999-2003г.г.

- Международная научно-практической конференция "Научные проблемы нетрадиционной возобновляемой энергетики", г.Самара, 2000г.

- Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Москва, МЭИ (ТУ), 20012003, 2006 г.г.

- Международная конференция «Возобновляемая энергетика 2003: состояние, проблемы, перспективы». Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2003 г.

- Конференция по НТП: "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям". Москва, МЭИ (ТУ), 2001-2004г.г.

Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 18 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 82 наименований и приложения, изложенных на 169 страницах машинописного текста, содержит 60 иллюстраций, 30 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, сформулирована цель диссертационной работы, основные задачи, раскрыта научная новизна и практическая ценность исследований, приведены основные положения, выносимые на защиту, структура и объем работы.

В первой главе проведен анализ современного состояния и перспектив развития ветроэнергетики в мире и в России.

На базе проведенного анализа было выделено следующее.

Наибольшими темпами во всем мире происходит освоение богатейших ресурсов ветровой энергии. Ежегодный прирост по установленной мощности ВЭУ в мире за последние годы превышает 30%. Общая установленная мощность ВЭУ на 01.01.2005г составила 47,9 ГВт. В том числе: Германия - 16,6 ГВт, Испания - 8,3 ГВт. США - 6,8 ГВт, Дания - 3,1 ГВт, Индия - 3,0 ГВт. Сегодня ветроэнергетика является одним из самых дешевых источников энергии. Себестоимость энергии производимой на системных ВЭУ составляет 4-5 цент/кВт-ч при стоимости 1кВт установленной мощности порядка 1000 долл.

В развивающихся странах интерес к ВЭУ связан в основном с автономными установками малой мощности (до 100кВт). Автономные ВЭУ предназначены для энергоснабжения сравнительно мелких потребителей удаленных от систем централизованного электроснабжения (дачные поселки, фермерские хозяйства и т.д.). Такие установки уже сегодня могут эффективно работать в районах с небольшими среднегодовыми скоростями ветра (3-4м/с) и создавать конкуренцию дизелям, работающим на дорогом привозимом топливе. Однако в некоторых случаях непостоянство скорости ветра заставляет либо устанавливать параллельно с ВЭУ аккумуляторную батарею, либо резервировать ее установкой на органическом топливе.

В то же время в развитых странах, в связи с ограниченностью земельных ресурсов, средняя номинальная мощность устанавливаемых ветротурбин более 1600 кВт (см. рис.1). Уже в настоящее время большинство европейских стран запретило установку ВЭУ мощностью менее 750 кВт, а в ряде стран проводится замена существующих ветропарков с единичными мощностями менее 750 кВт на ВЭУ мегаватт-ного класса.

Но наиболее перспективным направлением уменьшения дефицита земельных ресурсов под строительство ВЭУ, на сегодня, особенно для европейских стран (Дания, Германия и т.д.), является строительство ВЭУ на морском шельфе.

Рис.1. Средние номинальные мощности ежегодно устанавливаемых в мире ВЭУ.

Ветроэнергетика Рос- Таблица 1

сии сегодня представлена 13 Ветроэнергетический потенциал России, ТВт-ч/год ВЭС общей мощностью около 12,1 МВт, работающих преимущественно на локальные электроэнергетические системы (ЛЭЭС) (см. табл.2). Тем самым сегодня в России используется весьма незначительная доля богатых ветроэнергетических ресурсов страны (см. табл.1), а также слабо используется и развитая современная отечественная промышленная база производства ВЭУ.

Таблица 2

Современное состояние ветроэнергетики России ('.09.2005 г.)

№ ВЭС России ЯвхГ, кВт z„, ел N v" кВт год нач эк с. Тип ВЭУ произв ВЭУ используется

1 Заполярная, 30 км восточнее г. Воркуты 2 500,0 10 250 1994 АВЭ-250-CÍ Украина ЛЭЭС

2 ВЭУ в Архангельской обл 30,0 3 10 1997 BWC Excel) США Авт потр.

3 ВЭУ в Московской области 10,0 ! 1 10 i 1997 BWC Excelí США ЛЭЭС

4 | ВЭУ на Чукотке 53,5 I 4+9 53,5 1 1997 BWC Excel США

5 1 ВЭУ в Московской области 80,0 ! 8 10 ¡ 1997 BWC Excel США

6 | Челябинская область 10,0 1 1 j 10 ¡ 1997 BWC Excel США ЛЭЭС

7 | г Барнаул 10,0 1 ; 10 ; 1997 ¡BWC Excel США ЛЭЭС

8 ВЭУ на Камчатке 500,0 2 250 ¡ 1996 i Дания ЛЭЭС

9 ВЭС-300 в Ростовской обл 300,0 : 10 30 1997 | Германия ЭЭС

10 Калмыцкая ВЭС ¡1 000,01 1 | 1000 1994 ! Радуга-1 Россия ЭЭС

11 Калининградская область 5 100,0 ¡ 20+1 ' 5100 j 2002 Vestas-225 + j тт Wind World 600! ДаИ"* ЭЭС

12 Вологодская область 0.3 S 2 , 0,15 ЛЭЭС

13 Анадырская 2 500,01 10 250 2002 АВЭ-250 Украина ЛЭЭС

Всего S 12 094!

Во второй главе оценивалось влияние статистической обработки основной исходной информации (а именно рядов наблюдений за скоростями ветра) на основные ветроэнергетические параметры, в том числе: средняя скорость ветра, дисперсия, коэффициент вариации, коэффициент асимметрии, удельная энергия ветрового потока.

Для проведения ветроэнергетических расчетов в произвольной точке РФ в большинстве случаев используются данные климатических справочников, в кото-

Регион Валовой Технический

Северный 11 040 860

Северо-Западный 1 280 100

Центральный 2 560 200

Волго-Вятский 2 080 160

Центрально-Черноземный 1 040 80

Поволжский 4 160 325

Северный Кавказ 2 560 200

Уральский 4 880 383

Западная Сибирь 12 880 1 000

Восточная Сибирь 13 520 1 050

Дальний Восток 24 000 1 860

Россия в целом 80 000 6218 |

Суточлые21инт Часовыб21ичг Суточнье41/И' ^асоеые^инг Су точные "!инг Чаоовыз11инт Сутоиные15инт Часовые"бинт о< 5%| ■ >I5%|

рых скоростные режимы заданы з виде эмпирических кривых повторяемостеи скоростей ветра.

Поэтому, рассматривалась задача оценки влияния методов статистической обработки рядов наблюдений на основные ветроэнергетические характеристики данных рядов, в результате преобразования их в эмпирические кривые повторяемости.

Общая структура полученных отклонений основных ветроэнергетических характеристик непрерывного ряда и его эмпирической повторяемости (см. рис.2) определяется количеством и длиной градации (интервала) изменения скоростей ветра эмпирической кривой, чем больше градаций скорости (следовательно, длина диапазона градации меньше), тем погрешность в определении рассматриваемые параметров меньше (см. рис.2).

На базе по пученных результатов можно сделать вывод о том, что для получения адекватного описания, особенно годового скоростного режима ветра, достаточно использовать стандартные 15 градаций по ГГО им. А.И. Воейкова (0+1, 2+3, ...,

16+17, 18+20, 21+24, 25+28, 29+34, 35+40 и более 40 м/с), которые и представлены в климатических справочниках РФ В тоже время использование эмпирических кривых повторяемостей построенных на базе среднесуточных скоростей менее представительны и в годовом разрезе, приемлемые отклонения по основным ветроэнергетическим параметрам будут колебаться в диапазоне от 37% до 60% от общего количества обработанных метеостанций РФ и стран СНГ.

80%

100%

Рис.2, Иллюстрация отклонений ветровых и энергетических параметров непрерывного ряда и его дискретной повторяемости, попадающих в зону <|5%' и более соответственно.

В третьей главе проведено исследование по оценке возможности представления радов наблюдений за скоростями ветра или эмпирической кривой повторяемости в виде аналитического распределения повторяемости. Поскольку для выполнения целого ряда ветроэнергетических расчетов необходимо, чтобы возможно было получить данные о повторяемости скоростей ветра для любого диапазона скорости.

Для аналитического представления скоростного режима исследуемой точки для условий России обычно используются следующие типы уравнений:

а-[Д1-Ч/«)Г У -(у Г(]+1/a)/v)a - Веибулла-Гудрича : t(v) =---б ,

где а параметр распределения; v, м/с - средняя скорость за рассматриваемый период; Г(х), o.e. - гамма функция.

h п~

-Гриневича: t(v) =а • v • С , где а, Ь, с, d - параметры распределения.

Приемлемость использования исследуемых аналитических зависимостей проводится с помощью оценки величин отклонений основных ветровых параметров (средней скорости, дисперсии, коэффициентов вариации и ассиметрии) и энергетических параметров (валового и технического потенциала ветрового потока) полученных на базе заданного часового ряда скоростей ветра от аналогичных ветровых и энергетических параметров аналитических зависимостей.

В результате исследования распределения Вейбулла-Гудрича, было рассмотрено четыре возможных метода для определения параметра "а": 1 метод ГТО им. А. И. Воейкова; 2 метод Л.Б. Гарцмана; метод, 3 разработанный в датском институте Riso; 4 метод расчета по абсолютным показателям. На базе полученных коэффициента "а" рассматриваемого распределения были рассчитаны основные ветровые и энергетические показатели, которые сравнивались с аналогичными показателями заданного ряда среднечасовых скоростей. В результате обработки полученных отклонений основных ветровых и энергетические показателей были построены кривые по-вторяемостей отклонений по каждому показателю в отдельности (кривые по энергетическим показателям представлены на рис.3).

Рис.3. Кривые повторяемостей отклонений годовой удельной валовой энергии ветрового потока и годовой выработки энергии ВЭУ Ветросвет мощностью 30 кВт.

В результате исследования были выявлены следующие особенности аналитических зависимостей:

Для распределения Вейбулла-Гудрича:

- В данном распределении закладывается средняя за рассматриваемый период скорость, поэтому повторяемость отклонений для этого параметра для всех рассмотренных методов находится в диапазоне ±1%.

- При любом значении коэффициента "а" интеграл повторяемостей по всему диапазону скоростей всегда равен единице.

- На базе анализа повторяемости отклонений ветровых и энергетических показателей наиболее представительными являются 2-4 методы определения параметра "а", поскольку для данных методов 95% всех рассмотренных метеостанций имеют отклонение по исследуемым параметрам в диапазоне от -7% до 5%. Учитывая, что 2-й метод (формула Гарцмана) зависит только от коэффициента вариации, то данный метод можно рекомендовать для представления скоростного режима ветра в аналитической форме. В тоже время повторяемости 1-го метода находятся преиму-

щественно в зоне отрицательных отклонений (см. рис.3), т.е. полученные параметры превосходят эталонные, что обусловлено графическими погрешностями в определении параметра "а" и данный метод можно рекомендовать только для приближенного представления скоростного режима ветра.

- На рис.3, также представлены энергетические показатели, рассчитанные на базе эмпирических кривых обеспеченности рассматриваемых часовых рядов скоростей ветра, которые достаточно точно отражают рассматриваемые ветровые и энергетические параметры скоростного режима ветра.

Для распределения Гриневича-

Для получения наиболее точного совпадения рассматриваемых ветровых и энергетических показателей часового ряда и аналитического распределения необходимо проводить оптимизацию параметров распределения Гриневича по критериям минимума отклонения по каждому из параметров. Эмпирическим путем были выделены основные критерии оптимизации, а именно: минимум отклонений по удельной мощности ветрового потока, коэффициентов вариации и коэффициентов асимметрии.

В целом, кривые повторяемостей отклонений по каждому ветроэнергетическому показателю для данного распределения находятся в приемлемом диапазоне ±5%, причем трудоемкость определения параметров распределения Гриневича в несколько раз выше, чем у распределения Вейбулла-Гудрича.

В четвертой главе проведено исследование по оценке возможности представления рядов наблюдений за скоростями ветра в виде аналитического распределения повторяемости для произвольной высоты над уровнем земли, поскольку для проведения ветроэнергетических расчетов необходимо пересчитывать аналитические значения повторяемости скоростей ветра с высоты измерения скоростей ветра ((Ь0) - обычно 10м) на необходимую высоту над уровнем земли ((Ь])-обычно высота башни ветроагрегата).

В данном исследовании были использованы те же распределения повторяемости скоростей ветра, что и в третьей главе с соответствующей модификацией по показателю высоты:

- Распределение Вейбулла-Гудрича:

По критерию минимальной погрешности определения энергетических параметров (менее ±5%) приемлемы обе рассматриваемые аналитические зависимости, а также на базе проведенных исследований можно сделать вывод о возможности использования эмпирических кривых повторяемостей в случае отсутствия часовых рядов наблюдений за скоростями ветра (см. рис.4).

- Распределение Гриневича: Цу,}ц) -а

По выработке энергии ВЭУ

По врам*ни работ» ВЭУ

Диапазоны отхлонет*« %

Диапазоны ore та в» ни %

Рис.4. Кривые повторяемостей отклонений энергетических показателей на базе эмпирических и теоретических распределений заданного ряда часовых скоростей.

В пятой главе рассматривается корректность определения выработки энергии ВЭУ при значениях скоростей ветра с суточными и месячными периодами осреднения.

В первую очередь, данная задача связана с отсутствием представительных рядов среднечасовых наблюдений за ветром длительностью 10 лет Основным источником информации ветроэнергетических расчетов, как празило, являются данные по среднемесячным скоростям ветра (климатические справочники). Помимо климатических справочников существуют международные базы данных типа "NASA", по которым с достаточной степенью точности (до 6%) можно получить среднемесячные данные по скоростям ветра в любой точке земной поверхности.

В тоже время для проведения ветроэнергетических расчетов используется технологическая характеристика ВЭУ (справедливая для мгновенных значений скоростей ветра). Однако среднемесячные скорости ветра меняются в небольшом диапазоне, следовательно, при определении среднемесячной мощности и выработки энергии ВЭУ по технологическим характеристикам ВЭУ приводят к значительному занижению среднемесячной мощности и выработки энергии ВЭУ (см. рис.5).

Поэтому возникает задача построения специальных среднеинтевальных характеристик, которая позволяет на базе среднеинтер-вальных скоростей ветра (особенно среднемесячных) давать приемлемые результаты энергетических параметров (средне-интевальной мощности, выработки энергии).

На первом этапе данного исследования был выбран вид аппроксимирующей функции СИХ (см. рис.6) Предварительные расчеты показали, что наиболее точный и простой вариант

Диапазоны отклонений %

Рис.5. Кривые повторяемостей относительных отклонений выработки энергии рассматриваемых типов ВЭУ всего ряда МС РФ и стран СНГ.

описания СИХ является прямая линия регрессии ( Ксих( у)= асих^ V + Ьшх) с областью определения и значения СИХ соответственно у>0 и Нустюу > N > 0 (см. рис.6).

При расчете отклонений от эталонных значений месячной СИХ отклонения по годовой выработке энергии рассматриваемого ряда ВЭУ находились в зоне ± 0,1%. ы, кВт

Рис.6. Пример СИХ для одной из рассматриваемых МС с ветроагрегатом "АВЭ" номинальной мощностью 250 кВт.

• 0,0649Муст- С 6141

Результаты обобщения СИХ, представленные на рис.7, показывают тесную корреляционную зависимость параметров СИХ (асих,Ьсих) от установленной мощности ВЭУ. Квадрат коэффициента корреляции по параметру наклона СИХ К2(асих)= 0,968, для параметра смещения СИХ по оси абсцисс Я2(ЬСИХ)= 0,991. Поэтому при известном значении установленной мощности ВЭУ возможно определить параметры СИХ по найденным зависимостям рис.7. На базе СИХ при известных среднемесячных значения скоростей ветра, возможно определить среднемесячную мощность каждого месяца и года в целом с высокой степени точности до 5%.

Помимо использования СИХ для определения I одовой выработки энергии ВЭУ на базе среднемесячных или среднесуточных скоростей ветра воз-

а сих, ед.

150

100

50

0 и1"|Я1

-50

-100

-150 ---

-200 -----

-250 —

-300

-350

Ь сих, ед

Установленная мощность ВЭУ, кВт

Рис 7 Обобщения расчетных параметров СИХ в зависимости от установленных мощностей рассматриваемых типов ВЭУ всего ряда МС РФ и стран СНГ.

можно использовать упрощенные характеристики полученные в процессе поиска взаимосвязи исходных данных и результатов энергетических расчетов (рис.8).

-ЛС 50кВ— — от 50 до 250кВ^ ОТ 250 до 2С00К&Г

Ч ю

Среднегодовая скорость м/с

Средне одевая скорость м/с

а) б)

Рис.8. Зависимости относительного отклонения годовой выработки ВЭУ, рассчитанной по среднемесячным (а) и среднесуточным (б) скоростям, от среднегодовой скорости ветра на высоте башни ВЭУ при соответствующих диапазонах установленных мощностей рассматриваемых типов ВЭУ всего ряда МС РФ и стран СНГ.

В шестой главе рассматривались вопросы методического и программного обеспечения расчета эффективности режимов работы ветродизельного энергокомплекса, работающего в локальней электроэнергетической системе.

Разработанное специальное методическое, математическое, информационное и программное обеспечение на Visual Basic for Application для Microsoft Excel 2000, может быть использовано для решения широкого круга задач по расчету энергетических и финансово-экономических показателей ВДЭК, работающего локальную энергосистему. В том числе- режимы ВДЭК по активной мощности в течение года (часовые значения), выработка ВДЭК и его составляющих за сутки, месяц и год в целом, расход дизельного топлива во времени с учетом и без учета ВЭС; не дисконтированный доход; ЧДД - чистый дисконтированный доход, Ток - простой (не дисконтированный) период окупаемости капитальных вложений и Ток.диск - дисконтируемый период окупаемости капитальных вложений. В созданных алгоритмах и программах предусмотрена возможность проведения целого ряда исследований по оценке влияния различных факторов на рассчитываемые энергетические и финансово-экономические показатели. В том числе: дискретность срочных наблюдений, внутрисуточные колебания скоростей ветра, недельная неравномерность нагрузки, удельный расход дизельного топлива, стоимость топлива и т.д. и т.п. (см. рис.9)

Предложенные методики позволяют получить эффективную структуру ВДЭК с требуемыми параметрами и режимами работы элементов энергокомплекса.

Разработанная методика была использована при проектировании Анадырского ВДЭК мощностью 3,5 MB г (район Чукотки, г Анадырь), который успешно работает с октября 2002. В состав энергокомплекса входит 10 ВЭУ типа АВЭ-250 общей мощностью 2,5 МВт и 4 ДЭУ единичной мощностью 250 кВт.

Для заданного состава ВДЭК рассматривалось два типа ВЭУ (отечественная ВЭУ "АВЭ"-250кВт и датская установка "WinciWorld"-250KBT). Рассчитана возмож-

Возможные ограничения по работе ВЭС' О ={0 1.0} состороьы ЛЭЭС N

ЛЗС|тп1 ={0 _ 0-4} М^* Л =1-8760 ч со стороны ДЭС

N, = Пвэу ' Р Мвэ>(Учю1), 1=1-5-8760 4

(1 -0)-Р , если(1 -0)Р ,>

N гэс = 1

~ если (1 - 0)-Рм1< ,

^ -N2?, - если >0,0 { ^

Определение годовой выработки энергии и экономии топлива

- 870(1

Элчэс. Эдэс. Эвэс, э вэс ■ ЭГОд= ДО, М =1 час.

8760 М"°м

= -Ь^Х Ью>. - [ 0,3 ■ ^ + 0,7]

Г ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВДЭК ПРИ РАБОТЕ НА ЛЭЭС

Чистый дисконтированный доход по объекту (ЧДД):

чдЛ^Ьщ-^-иг -я, +л,К1+0,01-*рГ

Дисконтированный период окупаемости капвложений Т,л

1

I т

I * ок

X{Щ, -К,-Я™"" -HJ + Л1) (1 + 0,01-^)-' .1-1

Внутренняя корма доходности (ВНД) объекта:

(ВД, -К,- Ижт - Я + Л,) • (1 + 0,01 ВНД,Г^)-' = о

Рис. 9. Алгоритм расчета режимов ВДЭК в ЛЭЭС.

ная годовая выработка электроэнергии указанных ВЭУ при условии полного использования их мощности: для ВЭС 1: 10х"АВЭ" - 8376 МВт-ч/год и для ВЭС 2: 10х"Мп(1Шог1<1" - 9481 МВт-ч/ год.

Для указанных двух вариантов оборудования ВЭС при определении энергетической эффективности проекта ВЭС рассматривались возможные факторы, влияющие на результаты энергетических расчетов, в том числе: учет рельефа местности в зоне размещении ВЭУ; разный состав агрегатов ВЭС; влияние расчетного года; влияние количества агрегатов ВЭС (см. рис.10).

Из двух вариантов энергетического оборудования ВЭС 1 и ВЭС 2 на базе л сравнительного анализа показагелей финансово-экономической эффективности наиболее прибыльным оказался вариант ВЭС 1 (см. рис.10).

Рассчитанные показатели финансово-экономической эффективности для бла-• гоприятных условий работы ВЭС 1 совместно с ДЭС (оптимистический вариант) имеют привлекательные значения для инвестора, т.е. срок окупаемости капиталовложений менее 5 лет при тарифах на электроэнергию более 5 цент/кВт ч, величина чистого дисконтированного дохода эксплуатации ВЭС1 составляет более 3,5 млн.

Тариф на электроэнергию, цент/кВт*ч

—¿г- - ВЭС1 (оптимистический случай) - -о— ВЭС2 (оптимистический случай) —-О— ВЭС1 (вероятный случай) —ж— ВЭС2 (вероятный случай)

I —û— ВЭС1 (пессимистический случай) —в— ВЭС2 (пессимистический случай)

Рис. 10. Сравнение срока окупаемости рассматриваемых типов ВЭС (стоимость дизельного топлива 9000 руб./т).

В седьмой главе рассматривались вопросы методического и программного обеспечения расчета эффективности режимов работы ветродизельного энергокомплекса, работающего на автономного потребителя.

Разработано специальное методическое, математическое, информационное и программное обеспечение на Visual Basic for Application для Microsoft Excel 2000 no расчету энергетических и финансово-экономических показателей ВДЭК (с учетом аккумулирования), работающего на автономного потребителя.

Разработанная методика была использована при проектировании ВДЭК установленной мощностью 154 кВт для энергоснабжения АГ1 "Сеть Наволок" (Мурман-

екая область), в состав которого входит ВЭУ "ЛЭМЗ" мощностью 30 кВт (ОАО "Лианозовский электромеханический завод", г. Москва) и 3 ДЭУ. Данный комплекс планируется ввести в эксплуатацию до декабря 2006 года.

Для заданного состава ВДЭК рассматривалось два типа ВЭУ (отечественные ВЭУ "ЛЭМЗ"-ЗОкВт ("ЛЭМЗ") и "Бриз-5000"-5 кВт ("Электросфера")). Рассчитана возможная годовая выработка указанных ВЭУ при условии полного использования их выработанной мощности: для "ЛЭМЗ" - 132 МВт-ч/год и для 6х"Бриз-5000" - 102 МВт-ч/ год.

Рассмотрены следующие основные варианты использования ВЭУ в СЭС АП "Сеть-Наволок": одна и две "ЛЭМЗ", а также шесть "Бриз-5000" при условии их работы на заданный график нагрузки СЭС АП "Сеть-Наволок" и полном использовании мощности указанных ВЭУ при наличии или отсутствии аккумуляторов при разной стоимости дизельного топлива в диапазоне от 4 до 12 долл./л (см. рис.11,12).

0,0 -0,2 ц -04 i-

| "О-6

I -0,8 С

S -1,0

10

-в— Простой

- Дисконтированный

Стоимость топлива, дол л ./л

Рис. 11. Экономическая эффективность использования варианта ВЭС бх'Ъриз-5000" в составе ВДЭК для энергоснабжения АП "Сеть Наволок".

На базе предложенных методик было показано, что наиболее перспективен во всех отношениях вариант использования "ЛЭМЗ" (одна и две ВЭУ) в СЭС АП "Сеть-Наволок". Для рассмотренных вариантов использования "ЛЭМЗ" показано, что в процессе энергообеспечения АП "Сеть-Наволок" при полном использовании мощности указанных ВЭУ дает наилучшие показатели: в том числе, годовая экономия топлива 41,1 т/год со сроком окупаемости капиталовложений в ВЭС 0,9 года при стоимости топлива 4долл./л, для текущей стоимости топлива 10долл./л окупаемость капиталовложений в ВЭС 0.3 года. В го же время при работе ВЭС по заданному графику энергообеспечения АП "Сеть-Наволок" окупаемость капиталовложений в ВЭС 3 -4 года (с учетом аккумулирования) при стоимости топлива 4долл./л и 0,9 года при стоимости топлива 10долл./л. В целом для варианта ВЭС 2х"ЛЭМЗ" эффективность проекта возрастает в среднем в 1,5-2 раза.

6 7 в 8 10 Стоимость топлива, долл.'л

в 7 8 8 10 11 Стоимость топлива, долл /л

6 7 8 9 10 Стоимость топлива, долл,/л

7 В 9 10 11

Стоимость топлива, долл ^л

б)

Рис. 12. Экономическая эффективность использования вариантов ВЭС 1х "ЛЭМЗ" (а) и 2х"ЛЭМЗ" (б) в составе ВДЭК для энергоснабжения АП "Сеть Наволок' с учетом графика нагрузки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты, проведенных в диссертационной работе исследований, направлены на повышение эффективности использования энергии ветра в децентрализованных системах энергоснабжения районов Севера и приравненных к ним территориях.

1. Впервые построены вероятностные характеристики отклонений рассматриваемых ветроэнергетических параметров в зависимости от методов статистической обработки основной исходной информации (рядов наблюдений за скоростями ветра). На основе проведенных исследований основным выводом является адекватность описания годового скоростного режима рассматриваемых областей РФ, с помощью стандартных эмпирических кривых повторяемостсй на базе градаций ГГО им. А.И. Воейкова, которые представлены в климатических справочниках РФ.

2. Исследованы особенности аналитического представления скоростного режима исследуемой точки, для условий России, на базе уравнений Вейбулла-Гудрича и Гриневича.

На основе исследований методов расчета параметра "а" аналитического распределения Вейбулла-Гудрича по критерию минимальной погрешности определения основных ветровых и энергетических показателей рассмотренного ряда метеостанций, рекомендуется использовать формулу Л.Б. Гарцмана.

При определении параметров распределения Гриневича для получения наиболее точного совпадения рассматриваемых ветровых и энергетических показателей часового ряда и аналитического распределения, необходимо проводить оптимизацию по критериям минимума отклонения по дисперсии, удельной мощности ветрового потока и коэффициенту асимметрии,

3. Впервые рассчитаны и исследованы среднеинтервальные характеристики ряда ВЭУ с установленными мощностями в диапазоне от 10-1500 кВт. Показаны существенные отличия, обычно используемых в расчетах технологических и полученных среднеинтервальных характеристик ВЭУ, оказывающие значительное влияние на энергетические и экономические показатели ВЭУ в целом.

Наиболее перспективно использование полученных результатов для тех регионов, где могут иметь место только среднемесячные значения скоростей ветра (подавляющее число развивающихся стран, а также удаленные и труднодоступные районы России). На базе проведенных исследований построены и выявлены характерные особенности СИХ, позволяющие наиболее точно определять значения среднемесячных мощностей и годовой выработки энергии ВЭУ на базе среднемесячных значений скоростей ветра и установленной мощности ВЭУ. Полученные СИХ могут быть использованы в ветроэнергетических расчетах с неполной или ограниченной исходной информацией (только среднемесячные значения скоростей ветра) при работе ВЭУ как на объединенную энергосистему, так и на локального и автономного потребителя.

Основные особенности СИХ заключаются в следующем:

- параметры СИХ асих и Ьскх имеют близкие значения, как для среднесуточных, так и для среднемесячных скоростей ветра;

- данные параметры при увеличении установленной мощности ветроустанов-ки. также пропорционально увеличиваются;

- наиболее точно через эмпирические точки проходит месячная СИХ, а следовательно, дает наиболее ¡очное значение выработки энергии ВЭУ; с другой стороны на базе представленных графиков, особенно суточной СИХ, можно судить о возможной некорректности применения линии регрессии ко всем эмпирическим точкам; данная методика приводит к дополнительным погрешностям, поскольку небольшая группа точек в области больших скоростей будет существенно влиять на наклон СИХ. следовательно использование месячной СИХ будет наиболее оправдано и для определения параметров на базе среднесуточных и среднемесячных значений скоростей ветра.

На базе проведенных исследований были выявлены зависимости отклонения годовой выработки ВЭУ, рассчитанной по среднесуточным и среднемесячным скоростям, от среднегодовой скорости ветра на высоте башни ВЭУ.

4. Разработано специальное методическое, информационное и программное обеспечение для решения задачи по обоснованию эффективности работы ВДЭК на автономного потребителя, локальную или объединенную энергосистему. Разрабо-

тайное универсальное обеспечение может быть использовано для решения широкого круга задач по расчету энергетических и экономических показателей ВДЭК.

В созданных алгоритмах и программах предусмотрена возможность проведения целого ряда исследований по оценке влияния различных факторов на рассчитываемые энергетические и финансово-экономические показатели В том числе: дискретность срочных наблюдений, внутрисуточные колебания скоростей ветра, недельная неравномерность нагрузки, удельный расход дизельного топлива, стоимость топлива, емкость аккумуляторных батарей и т.д. и т п.

На основе разработанных моделей, были показаны возможности перспективного внедрения вариантов автономного (в Мурманской обл.) и локального (в районе г.Анадырь) ВДЭК.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В РАБОТАХ:

1. Малинин Н.К., Пугачев Р.В. Анализ эффективности использования ветроэнергетических установок в локальных энергетических системах на побережье Чукотки. //Человечество и Мировой океан.-М.:РАН, 1999.-С.183 (на анг.языке).

2. Пугачев Р.В. Исследование эффективности использования ветровых установок в локальных энергетических системах на побережье Чукотки // Возобновляемые источники энергии - Тезисы докладов первой всероссийской научной молодежной школы 4-9 октября 1999 г. - М.: МГУ, 1999. - С.40-41.

3. Пугачев Р.В. Исследование режимных энергетических характеристик системных ВЭУ // Возобновляемые источники энергии - Материалы второй всероссийской научной молодежной школы 20-24 ноября 2000 г. - М.: МГУ, 2000. - С.48-51.

4. Малинин Н.К., Пугачев Р.В. Исследование эффективности использования вет-родизельных энергоустановок в локальных энергосистемах // Материалы международной научно-практической конференции "Научные проблемы нетрадиционной возобновляемой энергетики",- Самара: СамГАСА, 2000. - С.75-76.

5. Пугачев Р.В., Малинин Н.К. Исследование режимных энергетических характеристик ВЭУ // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Труды седьмой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов 27-28 февраля 2001 г. -М.: МЭИ, 2001. - Т.З. - С.320-322.

6. Пугачев Р.В., Малинин Н.К. Исследование эффективности создания ветроэнергетической станции в районе г.Анадырь Чукотского автономного округа // Возобновляемые источники энергии - Материалы третьей всероссийской молодежной научной школы 4-7 декабря 2001 г.- М.: МГУ, 2001.- С.70-72.

7. Пугачев Р.В., Малинин Н.К Исследование и разработка методов планирования режимов работы ветро-дизельных энергоустановок в региональной энергетике России // Отчетная конференция по подпрограмме «Топливо и энергетика». М.:, МЭИ, 2001. Электронная конференция http://nir,mpei.ac.m/konf.

8. Малинин Н.К., Пугачев Р.В. Исследование энергетических характеристик вет-родизельного энергокомплекса в локальной энергосистеме // Вестник МЭИ,- 2001.-№5.-С. 17-24.

20

Р - 8 С 4

¿ША

9. Пугачев Р.В.. Кунакин Д.Н., Малинин Н.К. Исследование эффективности создания ВЭС в районе г. Анадырь // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Труды восьмой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. - М.: МЭИ, 2002. - Т.З. - С.

10. Дерюгина Г.В., Кунакин Д.Н., Малинин Н.К., Пугачев Р.В. Методы оптимального использования ВЭУ в региональной энергетике России // Материалы конференции по НТП: "Научные исследования высшей школы по приоритетным на-правллениям", 2002г. Электронная конференция http://nir.mpei.ac.ru/konf.

11. Пугачев Р.В. Методы оптимального использования ветроэнергетических установок в региональной энергетике России // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Труды девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов 4-5 марта 2003 г. - М.: МЭИ, 2003. - Т.З. - С.315.

12. Кунакин Д.Н., Егорова Д.В., Пугачев Р.В. Исследование надежности и экономической эффективности работы ветростанции в локальной энергосистеме // Сборник докладов международной конференции «Возобновляемая энергетика 2003: состояние, проблемы, перспективы». - СПб.: СПбГПУ, 2003 г.

13. Кунакин Д.Н., Егорова Д.В., Пугачев Р.В. Исследование показателей надежности, энергетической и экономической эффективности работы ветростанции в локальной энергосистеме // Возобновляемые источники энергии - Материалы четвертой всероссийской молодежной научной школы 2-4 декабря 2003 г. - М.: МГУ, 2003 г. - С.57-58.

14. Пугачев Р.В. Разработка и создание теоретических основ обоснования использования ветро-дизельных комплексов в энергодефицитных регионах России // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Труды десятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов 2-3 марта 2004 г. - М., МЭИ, 2004. - Т.З.-С.285.

15. Малинин Н.К., Пугачев Р.В. Теоретические основы обоснования использования ветро-дизельных комплексов в энергодефицитных регионах России // Материалы конференции по НТП: "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям", 2004 г. Электронная конференция http://nir.mpei.ac.ru/konf.

16. Виссарионов В.И., Малинин Н.К., Пугачев Р.В. Исследование эффективности ветродизельных энергокомплексов // Академия энергетики.- 2006. - №1. - С 8-13.

17. Малинин Н.К., Пугачев Р.В. Разработка и исследование методов расчета сред-неинтервальных энергетических характеристик ветровых энергетических установок // Вестник МЭИ,- 2006. - №1. - С.44-49.

18. Кочешнова Е В.. Пугачева И.С., Пугачев Р.В., Малинин Н.К. Расчет и исследование энергетических характеристик ветроэнергетики России // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Труды двенадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов 2-3 марта 2006 г. - М., МЭИ, 2006 г. - Т.З. - С.399-401.

Подписано в печать Ю, С^Св Зяк.Ш Тир. {С'С П.л. Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ.

1.1 Обзор современного состояния ветроэнергетики в мире.

1.2 Перспективы развития ветроэнергетики в России.

1.3 Особенности информационного обеспечения ветроэнергетических расчетов.

I Актуальность работы.

Развитие современного топливно-энергетического комплекса России происходит в условиях, которые существенно отличаются от тех, которые имели место в бывшем СССР. В том числе: резкое повышение цен на ископаемое топливо; значительное повышение значимости социально-экологических факторов; рост политической и экономической самостоятельности регионов и т.д. и т.п. Особое значение при этом приобретает актуальнейшая проблема учета реальной ограниченности запасов нефти и газа на Земле. Для огромных территорий России указанные проблемы усугубляются тем, что в бывшем СССР развитие топливно-энергетического комплекса проходило практически по одному приоритетному пути - системе централизованного энергоснабжения. Результат этого - более двух третей всей территории России с населением от 20 до 25 миллионов человек не имеет сегодня другого основного надежного источника энергоснабжения кроме дизельных энергоустановок (ДЭУ), которым требуется огромное количество все более и более дефицитного дизельного топлива при постоянном росте их отрицательного влияния на окружающую среду, чему уже давно уделяется огромное значение в мире и, в последнее время, в России.

Учет социально-экологических характеров в России определяется известным Киотским протоколом, а также ближайшей перспективой вступления России в ВТО (Всемирная торговая организация).

Все сказанное выше, а также и другие немаловажные факторы, заставляет весь мир, а в последние годы и Россию, по новому оценить возможности и перспективы использования богатейших ресурсов возобновляемых источников энергии [1]. В том числе и в первую очередь - для энергоснабжения автономных потребителей России, расположенных, как правило, в удаленных или труднодоступных регионах страны и, в первую очередь - Северных, где расположено большое число автономных потребителей разного назначения с системами энергоснабжения (СЭС) на ДЭУ, потребляющих сегодня миллионы тонн дефицитного и постоянно дорожающего дизельного топлива.

С этой точки зрения представляется весьма перспективной и актуальной ► рассмотренная в данной диссертации задача исследования эффективности использования богатых ветроэнергетических ресурсов Севера России для разработки гибридных систем энергоснабжения на основе ветродизельных энергокомплексов (ВДЭК), адаптированных к суровым климатическим условиям указанных регионов страны.

Использование ветроэнергетических установок (ВЭУ) в СЭС автономных потребителей, работающих сегодня только на базе ДЭУ, позволит резко снизить расход дизельного топлива и повысить эффективность функционирования всей СЭС при значительном уменьшении отрицательного влияния ДЭУ на окружающую среду, а также повысить надежность энергоснабжения потребителей.

Цель работы.

Систематизация и анализ существующего информационного и разработка методического обеспечения ветроэнергетических расчетов с целью повышения эффективности использования энергии ветра с помощью перспективных комбинированных ВДЭК, особенно для энергетических условий Севера России и приравненных к нему территории. На основе полученных результатов планируется дальнейшее развитие и совершенствование методических основ по расчетам ветроэнергетических ресурсов России и обоснование параметров и режимов работы ВДЭК.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи исследования:

- Анализ отклонений параметров скоростного режима ряда среднечасовых скоростей и кривой повторяемостей исследуемого ряда по территории РФ и стран СНГ.

- Оценка точности описания скоростного режима ветра аналитическими моделями в приземном слое.

- Оценка точности описания скоростного режима ветра аналитическими распределениями для произвольной высоты.

- Разработка методов расчета среднеинтервальных характеристик ВЭУ.

- Разработка методического и программного обеспечения расчета режимов работы ветродизельного энергокомплекса работающего в локальной электроэнергетической системе.

- Разработка методического и программного обеспечения расчета режимов работы ветродизельного энергокомплекса для энергоснабжения автономного потребителя.

Предметом исследования является информационное и методическое обеспечение ветроэнергетических расчетов.

Объектом исследования являются ВДЭК, предназначенные для обеспечения электроэнергией энергодефицитных районов России, находящихся в зоне децентрализованного энергоснабжения.

Методы исследования.

Исследования проводились на основе методов системного анализа, с использованием методов математического программирования, математической статистики и численных методов решения задач.

Научная новизна диссертации.

Впервые проведен анализ отклонений параметров скоростного режима ряда среднечасовых скоростей и кривой повторяемостей исследуемого ряда по территории РФ и стран СНГ.

Рассмотрено влияние основной исходной информации (рядов скоростей ветра) на результаты ветроэнергетических расчетов, построены вероятностные характеристики отклонений рассматриваемых параметров.

Выполнены расчеты по фактическому ряду наблюдений за скоростью t ветра с интервалами осреднения 1 час, 1 сутки и 1 месяц. Рассчитаны среднеинтервальные характеристики наиболее перспективных типов ВЭУ. Показаны существенные отличия, обычно используемых в расчетах технологических и полученных среднеинтервальных характеристик ВЭУ, оказывающие значительное влияние на технико-экономические показатели ВЭУ в целом.

Разработано специальное методическое, информационное и программное обеспечение на Visual Basic for Application для Microsoft Excel 2000 для решения задачи по обоснованию эффективности работы ВДЭК на автономного потребителя, локальную или объединенную энергосистему. Разработанное универсальное обеспечение может быть использовано для решения широкого круга задач по расчету энергетических и финансово-экономических показателей ВДЭК (с учетом аккумулирования), работающего на автономного потребителя.

Практическая ценность.

На базе проведенных исследований были предложены наиболее простые и в то же время точные методики определения энергетической ценности ветра, что несомненно, позволит в короткое время получить необходимые энергетические параметры с требуемым уровнем надежности.

Разработанные методики повышают качество принятых проектных решений при создании ВДЭК и позволяют в значительной степени автоматизировать процесс проектирования энергообъекта, повысить степень обоснованности проектных решений и снизить сроки проектирования.

Данные, полученные на базе предложенных методик, позволяют получить эффективную структуру ВДЭК с требуемыми параметрами и режимами работы элементов энергокомплекса.

Разработанные методики были использованы при проектировании:

- Анадырского ВДЭК мощностью 3,5 МВт (район Чукотки, г. Анадырь), успешно работающий с октября 2002, в состав которого входит 10 ВЭУ типа АВЭ-250 общей мощностью 2,5 МВт и 4 ДЭУ.

- ВДЭК установленной мощностью 154 кВт для энергоснабжения АЛ ь "Сеть-Наволок" (Мурманская область), в состав которого входит ВЭУ "ЛЭМЗ" мощностью 30 кВт (ОАО "Лианозовский электромеханический завод", г. Москва) и 3 ДЭУ. Данный комплекс планируется ввести в эксплуатацию до июня 2006 года.

Положения, выносимые на защиту.

1. Методы и алгоритмы предварительной обработки ряда среднечасовых скоростей.

2. Методы и алгоритмы расчета среднеинтервальных характеристик ВЭУ.

3. Методы и алгоритмы определения энергетической и экономической эффективности сооружения и эксплуатации ВДЭК работающего в локальной электроэнергетической системе.

4. Методы и алгоритмы определения энергетической и экономической эффективности сооружения и эксплуатации ВДЭК для энергоснабжения автономного потребителя.

Достоверность научных положений выводов и практических рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается вычислительными экспериментами и данными, полученными при моделировании на ПЭВМ.

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах:

- PACON-99 ABSTRCTS; SYMPOSIYM, June 23-25, 1999; Humanity and the World Ocean. The Russian Academy of Sciences. 1999r.

- Всероссийская научная молодежная школы. Москва, МГУ, 1999— 2003г.г. и

- Международная научно-практической конференция "Научные прок блемы нетрадиционной возобновляемой энергетики", г.Самара, 2000г.

- Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Москва, МЭИ (ТУ), 2001-2003 г.г.

- Международная конференция «Возобновляемая энергетика 2003: состояние, проблемы, перспективы». Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2003 г.

- Конференция по НТП: "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям". Москва, МЭИ (ТУ), 2001-2004г.г.

Публикации.

Основные положения диссертационной работы изложены в 18-ти печатных работах.

1. Энергия будущего. №1, июнь 2005,- М.: Международная инновационноэнергетическая ассоциация.

2. Ender С Internationale Entwicklung der Windenergienutzung mit Stand 31.12.2004. DEWI-Magazin, 2005, Nr. 27, S. 36-43.

3. Ender C Windener-gienutzung in der Bundes-republik Deutschland Stand 30.06.2004. DEWI-Magazin, 2004, Nr. 25, S. 14-25.

4. Global wind technology. Overview of developments 2003-2004 /De Vries Eize//Renewable Energy World.-2004.-v.7,N 4.-pp. 102-115.

5. Ender C Windenergienutzung in Deutschland Stand 30.06.2005. DEWIMagazin, 2005, Nr. 27, S. 24-35.

6. Концепция развития и использования возможностей малой и нетрадиционной энергетики в энергетическом балансе России. М.: Минтопэнерго Российской Федерации, 1999.

7. Repowering im Hartmannshain. //Wind Kraft J. und Natur. Energien.-2004.v.24,N 6.-S. 24-25.

8. Alte Windkraftanlagen werden abgebaut. //Stahlmarkt.-2002.-v.52,N 8.-s. 65.

9. Gmndung einer Fuhrlander 1500 kW auf der Hausmulldeponie KarlsruheWest. /Seel Gerd//Wind Kjaft J. und Natur. Energien.-2002.-v.22,N 3.-s. 66- 68.

10. Wind activity surges around the globe. //Refocus.-2004.-N March-Apr..-p. 10.

11. Neumann Т.: Forschungsprojekt "Offshore Wind Design Parameter" gestartet DEWI-Magazin, 2005, Nr. 27, S. 12. 12. M. Welke, J. Nick-Leptin Bei der Windenergieforschung liegt Offshore vorn. DEWI-Magazin, 2005, Nr. 27, S. 5-10.

12. Sandbank 24 wird genehmigt. //Sonne Wind und Warme.-2004.-N lO.-c. 20

13. Offshore-Windparks in Deutschland und die maritime Wirtschaft Potenziale und Erwartungen. /Herdan Thorsten//Schiff und Hafen.-2002.-v.54,N lO.-s. 209-211. 15. A sea of turbines. /Christiansen Peter//Power Eng..-2003.-v.l7,N l.-p. 22-24.

14. Offshore wind statistics. /Westwood Adam//Refocus.-2004.-Jan.-Febr..-p. 60.

15. Энергетическая оценка экологического ущерба, наносимого топливноэнергетическим комплексом. /Алексеев В. В. ,Синюгин О. А.//Обозрение прикл. и пром. мат..-1996.-т.З,Ы З.-С. 331-345

16. Wind energy in Russia and CIS. //Windirections.-1994.-v.l3,N 3.-s. 19.

17. Перспективы развития ветроэнергетики на Кольском полуострове. /Минин В. А. ,Дмитриев Г. .-Апатиты:Изд-во Кол. науч. центра, 1998.-97 с.

18. Ветроэнергетические установки для Крайнего Севера. /Сокольский А. К.//Науч. тр..-2000.-т.86,.-с. 105-111.

19. Возможность использования ветроэнергетических ресурсов побережья Дальнего Востока. /Карнаков Е. А. ,3еленин Д. В.//Научно-технические и экономические проблемы транспорта.-Хабаровск:Изд-во ДВГУПС,2000.-с. 113

20. Энергетическое оборудование для использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Виссарионов В.И., Белкина СВ., Дерюгина Г.В., Кузнецова В.А., Малинин Н.К. Под ред. В.И. Виссарионова, М.: ООО "Фирма ВИЭН", 2004

21. Системы гарантированного электроснабжения автономных потребителей на основе возобновляемых источников энергии. /Безруких П. П. ,Сокольский А. К. ,Харитонов В. П.//Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве.-М.:Изд-во ВИЭСХ,2003.-с. 3-8

22. Повышение эффективности ветроэнергетических установок для автономного электроснабжения удаленных сельскохозяйственных потребителей. /Воронин М. ,Жогалев А. П.//С6. науч. Tp..-2001.-N l.-c. 56-59

23. Опыт монтажа и первого года эксплуатации сетевой ветроэнергетической установки около г. Мурманска. /Минин В. А. ,Дмитриев Г. //Электр, ст..2004.-N2.-c. 71-73

24. Малая ветроэнергетика для обеспечения автономных станций. /Малтинский М. И. ,Мумин О. Л. ,Святый В. В.//Энергонадзор-информ.-2004.-М 1.-с. 30-32

25. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России. П.П. Безруких, Ю.Д. Арбузов, Г.А. Борисов, В.И. Виссарио26. Оценка экономической эффективности использования энергии ветра для электро- и теплоснабжения потребителей Севера. /Марченко О. В. ,Соломин В.//Пром. энерг..-2004.-Ы 9.-е. 50-53

27. Гибридные системы гарантированного электроснабжения автономных потребителей. /Безруких П. П. ,Сокольский А. К.//ТЭК: Топлив.-энерг. комплекс.-2003.-К2.-с. 99

28. Ветродизельные установки для фермерских хозяйств. /Харитонов В. П. ,Сокольский А. К.//Техн. в с. X..-1997.-N 1.-С. 34-36

29. Гидроэнергетические установки как основа микроэнергокомплексов на возобновляющихся источниках энергии. /Волшаник В. В. ,Муравьев О. А. ,Курукуласурия М. ,Хаманджода У.//Строительство в XXI веке. Проблемы и перспективы.-М.:Изд-во АСВ,2002.-с. 357-362

30. Исследование эффективности создания ветроэнергетической станции в районе г. Анадырь Чукотского автономного округа. Отчет о НИР. 0 0 0 фирма "ВИЭН",-М.:2001

31. Технико-экономическое обоснование на создание гибридной схемы энергообеспечения автономного потребителя "Сеть-Наволок" с использованием ветроэнергетической установки. Отчет о НИР. ООО фирма "ВИЭН", М.: 2005

32. Малинин Н.К., Пугачев Р.В. "Исследование энергетических характеристик ветродизельного энергокомплекса в локальной энергосистеме". Вестник МЭИ,2001.-5.-стр.17-24.

33. Перспективы развития альтернативной энергетики в Архангельской области. /Шепель Г. А.//Науч.-техн. политика и развитие нов. отраслей экон. Архангел. обл..-Архангельск,1998.-С. 70-71

34. Энергетический базис экономики и проблема введения энерговалюты в финансовую систему. /Алексеев В. В.//Возобновляемые источники энергии.М.:Изд-во МГУ,2002.-с. 27-55

35. Ветроэнергетика Мира./Безруких П.П., Безруких П.П.,//Возобновляемая энергия 2 1998 с. 9-18

36. Методика оценки эффективности иснользования ветроэнергетических установок в сельском хозяйстве. /Зайцев В. ,Сокольский А. К.//Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве.-М.:Изд-во ВИЭСХ,2004.-с. 167-171

37. Шефтер Я.И. Иснользование энергии ветра. 2-е изд., нерераб. и доп., М.: Энергоатомиздат, 1983.

38. Зубарев В.В., Минин В.А., Степанов И.Р. Использование энергии ветра в районах Севера: Состояние, условия эффективности, перспективы. -Л. Наука, Ленингр. Отд-ние, 1989.

39. Городецкий О.А., Гуральник И.И., Ларин В.В. "Метеорология, методы и технические средства наблюдений".-Л: Гидрометеоиздат, 1984.

40. Методические рекомендации по выбору мест размещения ветроэлектических установок с оценкой возможной выработки энергии/Харитонов В.П., Сокольский А.К., Харитонов И.В., Матвеева Л.В. -М.: ВИЭСХ, 2003 с. 11

41. Борисенко М.М., Заварина М.В. Вертикальные профили скоростей ветра по измерениям на высотных мачтах //Тр. ГГО, вып. 210. Л.: Гидрометеоиздат, 1967.

42. Борисенко М.М. Вертикальные профили ветра и температуры в нижних слоях атмосферы //Тр. ГГО, вып. 320. Л.: Гидрометеоиздат, 1974.

43. Заварина М.В. Расчетные скорости ветра на высотах нижнего слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1971.

44. Методы разработки ветроэнергетического кадастра. М.: Изд-во. АН СССР, 1963.

45. Рекомендации по определению климатических характеристик ветроэнергетических ресурсов. Л: Гидрометеоиздат, 1989.

46. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. Справочное руководство. М.: "Наука", 1971

47. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика.Учеб. пособие для вузов. Изд. 7-е, стер.-М.:Высш. шк., 1999.

48. Гарцман Л.Б. Вероятность гололедно-ветровых и температурных воздействий на ЛЭП. Д.: Гидрометеоиздат, 1987.

49. Расчет ресурсов ветровой энергетики. В.И. Виссарионов, Г.В. Дерюгина, В.А. Кузнецова, Н.К. Малинин, Д.Э. Шван-М.: Изд-во МЭИ, 1997.

50. Implications of seasonal and diumal variations of wind velocity for power output estimation of a turbine: a case study of Grenada. /Weisser D. ,Foxon T. J.//Int. J. Energy Res..-2003.-T.27,N 13.

51. Расчет показателей технической эффективности применения ветроэнергетических установок по результатам почасовых измерений скорости ветра. /Васько П. Ф.//Техн. електродинам..-2001.-Н 6.-с. 45-49

52. Обоснование условий оптимального использования ветроэнергетических установок. /Шерьязов К.//Экология и сельскохозяйственная техника.СПб:Изд-во СЗНИИМЭСХ,2002.-с. 109-114

53. Optimum siting of wind turbine generators. /Jangamshetti Suresh H.//IEEE Trans. Energy Convers..-2001 .-v. 16,N 1 .-p. 8-13

54. Дьяков А.Ф., Перминов Э.М., Шакарян Ю.Г. Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. М.: Изд-во МЭИ, 1996.

55. Сидоров В.В. Ветроэнергетические установки и системы.- М.: ЮНЕП, 1990.

56. Ветроэнергетика/Под, ред. Д.де Рензо: Пер. с англ., под. ред. Я.И.Шефтера М.: Энергоатомиздат, 1982.

57. Твайделл Дж., Уэйр А Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ.М.: Энергоатомиздат, 1990.

58. Пугачев Р.В. Исследование режимных энергетических характеристик ВЭУ./ Возобновляемые источники энергии. Материалы второй всероссийской научной молодежной школы. М, МГУ, 2000, с.48-51

59. Пугачев Р.В. Методы оптимального использования ветроэнергетических установок в региональной энергетике России./ Труды девятой международной

60. Виссарионов В. И., Золотов Л. А. Экологические ляемых источников энергии. М.. Изд-во МЭИ, 1996.

61. Новая энергетическая политика России: -М.: Энергоатомиздат, 2003

62. Малинин Н.К., Нугачев Р.В." Разработка и создание теоретических основ обоснования использования ветро-дизельных комплексов в энергодефицитных регионах России Материалы конференции по НТП: "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям", 2004г.

63. Пугачев Р.В., Кунакин Д.Н., Малинин Н.К. Исследование эффективности создания ВЭС в районе г. Анадырь./ Труды восьмой международной научнотехнической конференции студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез. докл. Зт. М Издательство МЭИ, 2002, с.285

64. Малинин Н.К., Файн Б.И. Анализ эффективности использования объектов нетрадиционной и малой энергетики в районах Севера России./ Деп. ВИНИТИ, 1997

65. Малинин Н.К., Файн Б.И. Исследование современных методик оценки эффективности инвестиций и выявление их особенностей применительно к объектам нетрадиционной и малойэнергетикиРоссии./Деп. В1ШИТИ, 1997

66. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и отбору их для финансирования./ Официальное издание. Госстрой России, Министерство экономики РФ, Министерство финансов РФ, Госкомпром России, 1994

67. Толмачев В.Н., Орлов А.В., Булат В.А. Эффективное использование энергии ветра в системах автономного энергообеспечения. СПб. ВИТУ, 2002.

68. Толмачев В.Н. Использование энергии ветра для энергоснабжения автономных объектов Инженерные системы. Научно-технический журнал.- 2001. №4 аспекты возобнов69. Расчет ресурсов солнечной энергетики Виссарионов В.И., Дерюгина Г.В., Кривенкова СВ., Кузнецова В.А., Малинин Н.К.. М.: Изд-во МЭИ, 1998

70. Кунакин Д.Н., Егорова Д.В., Пугачев Р.В. Исследование показателей надежности, энергетической и экономической эффективности работы ветростанции в локальной энергосистеме" Сборник докладов международной конференции «Возобновляемая энергетика 2003: состояние, проблемы, перспективы».— СПб.: Издательство СПбГПУ, 2003 г.

71. Пугачев Р.В. Разработка и создание теоретических основ обоснования использования ветро-дизельных комплексов в энергодефицитных регионах России. Труды десятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез. докл. 3 т. М.: Издательство МЭИ, 2004 г

72. Справочник по климату СССР. Д.: Гидрометеоиздат, 1936-1967. 4.III. Тт.1-34.

73. Безруких П.П., Стребков Д.С. Возобновляемая энергетика: стратегия, ресурсы, технологии. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2005.-c.5-70.

74. Сравнительный анализ экономических показателей возобновляемых и традиционных источников энергии/ Ганага СВ., Кудряшов Ю.И., Николаев В.Г.//Малая Энергетика 1-2,2005, с. 13-20.

75. Николаев В.Г., Гринцевич Ю.А., Пономаренко Л.В., Плущевский М.Б. и др. Методика определения ветроэнергетических ресурсов и оценка эффективности использования ветроэнергетических установок на территории России и стран СНГ. Рекомендации по стандартизации. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. М., 1994.

76. Ветроэнергетические установки: тенденции развития, проблемы подключения и эксплуатации в составе электроэнергетических систем/ Белей В.Ф.// Малая Энергетика Хо 1-2,2005, с.67-71.

77. Лейзерович А.Ш. Время большой ветроэнергетики Электрические станции. 2003, №1.

78. Белей В.Ф. Научные основы работы ветропарков в составе электроэнергетической системы //Известия КГТУ. 2002. 3.

79. Системы тепло- и электроснабжения автономных потребителей с использованием энергии ветра. /Мотулевич В. Н. ,Спиридонов А. Г., Кухарцев В. В. //Энергосбережение теория и практика.-М.:Изд-во МЭИ,2004.-с. 271-274.

80. Исследование режимов работы нетрадиционной комплексной энергетической установки. /Виссарионов В. И. ,Богуславский Э. И., Елистратов В. В., Кузнецов М. В.//Нетрадиц. энерг..-СНб:Изд-во СП6ГТУ,1996.-С. 73-76.

81. Теоретические и прикладные аспекты комплексного использования возобновляемых источников энергии. /Васильев Ю. С Елистратов В. В.//Изв. РАН. Энерг..-1999.-М З.-С. 44-49.

82. Оптимизация параметров ВЭС с учетом природно-ю1иматических факторов. /Папфилов А. А., Елистратов В. B.//XXVII Неделя науки СПбГТУ к 100летию со дня основания Санкт-Петербурга, 7-12 дек., 1998.-СП6,1999.-е. 30-31.

83. Обоснование комбинированных энергосистем, работающих на энергии возобновляемых источников. /Бреусов В. П., Елистратов В. В.//Изв. РАН. 3Hepr..-2002.-N 6.-с. 36-41.

84. Кочешнова Е.В., Пугачева И.С, Пугачев Р.В., Малинин Н.К. Расчет и исследование энергетических характеристик ветроэнергетики России Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Труды двенадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов 2-3 марта 2006 г. М., МЭИ, 2006 г. Т.З. 399-401.

85. Виссарионов В.И., Малинин Н.К., Пугачев Р.В. Исследование эффективности ветродизельных энергокомплексов Академия энергетики.- 2006. Хо1. 8-13.

86. Малинин Н.К., Пугачев Р.В. Разработка и исследование методов расчета среднеинтервапьных энергетических характеристик ветровых энергетических установок Вестник МЭИ.- 2006. №1. 44-49.