авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Децентрализованное электроснабжение районов якутии с использованием энергии ветра

На правах рукописи

КИУШКИНА ВИОЛЕТТА РАФИК-ГЫЗЫ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ РАЙОНОВ ЯКУТИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ ВЕТРА Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск – 2005 2

Работа выполнена в Нерюнгринском техническом институте (филиале) Якутского госу дарственного университета и Томском политехническом университете

Научный консультант: – доктор технических наук, профессор Лукутин Борис Владимирович

Официальные оппоненты: – доктор технических наук Литвак Валерий Владимирович – кандидат технических наук, доцент Кладиев Сергей Николаевич

Ведущая организация: ОАО АК «Якутскэнерго», г.Якутск РС (Якутия).

Защита диссертации состоится «14» декабря 2005 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета К212.269.03 в 217 аудитории 8 корпуса Томского политехнического университета (634034, г. Томск, пр. Ленина, 30,ТПУ)

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ТПУ Автореферат диссертации разослан «_» ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент _Ю.Н. Дементьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На сегодняшний день 60% территории и 30% населения республики Саха (Якутия) остаются вне зон централизованного электроснабжения. Ос новными проблемами энергоснабжения децентрализованных потребителей являются не допустимый износ основных производственных фондов и энергетических объектов, опре деляющий их неудовлетворительное техническое состояние, низкую экономичность (удельный расход топлива на производство на дизельных электростанциях в отдельных пунктах достигает 500-600 г у.т./кВт·ч при КПД 20-25 %), что приводит к недостаточной надежности энергоснабжения и неоправданно высоким финансовым затратам;

дальность, многозвенность и ограниченность процесса сезонного завоза топлива в труднодоступные районы, приводящие к высоким потерям и многократному его удорожанию.

Наличие большого количества рассредоточенных потребителей, электроснабжение которых может осуществляться только от автономных энергоисточников, и наличие мно жества негативных факторов в существующих зонах децентрализованного энергообеспе чения требует решения актуальных вопросов развития и совершенствования децентрали зованных зон. Очевидным путем повышения энергоэффективности таких зон является максимальное использование местных возобновляемых энергоресурсов.

Внедрение возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в энергобаланс республики, при разумном использовании, позволит частично или полностью заменить существующие на сегодняшний день автономные дизельные энергосистемы (с износом 70-80 %), добить ся экономии дорогостоящего для республики топлива и обеспечить устойчивое, соответ ствующее современным, принятым в аналогичных климатических условиях уровням, электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного электроснаб жения (преимущественно предприятия сельскохозяйственного, горнодобывающего и сырьевого использования – оленеводство, пушное звероводство, животноводство, промы сел, рыболовство, очаговое земледелие, лесозаготовки и деревообработка, добыча руды, драгметаллов, топлива и т.д.). Из всего многообразия ВИЭ в республике по запасам, дос тупности, экологичности и масштабам использования в районах Якутии приоритетными являются энергия потоков воды и ветра, но использование установок для кочующих наро дов и особенности климатических условий республики определяет преимущества энергии ветра. Данное решение проблемы децентрализованного потребителя требует проведения ресурсных, технико-экономических, экологических и других исследований целесообраз ности и масштабов внедрения возобновляемой энергетики в систему электроснабжения республики.

Цель работы. Исследование системы децентрализованного электроснабжения районов Якутии и разработка рекомендаций по повышению ее энергоэффективности пу тем вовлечения в энергобаланс республики ветроэнергетического потенциала территории.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе поставлены и реше ны следующие задачи:

- проведен анализ структуры системы электроснабжения потребителей Якутии;

- показана роль, состояние и задачи развития децентрализованных зон электроснабже ния районов республики;

- проведено исследование потенциала возобновляемых энергоресурсов территории Яку тии и определены виды ВИЭ, целесообразные для приоритетного использования на терри тории республики, в целях производства электроэнергии;

- показана целесообразность первоочередного внедрения малых ветроэлектростанций в децентрализованных зонах электроснабжения потребителей;

- рассмотрены варианты построения автономных систем электроснабжения (АСЭС) с участием ветроэнергетических установок (ВЭУ) для децентрализованных потребителей;

- определены технические характеристики комбинированных АСЭС в широком диапа зоне определяющих факторов (ветровые условия, характеристика потребителя);

- сформулированы региональные требования к ветроэлектростанциям (ВЭС) и проведе на оценка масштабов их применения на территории Якутии;

- разработаны математические модели технико-экономических характеристик ВЭС с учетом региональных особенностей эксплуатации и прикладные программы, позволяю щие оценивать их энергоэффективность;



- разработаны математические модели экономической эффективности внедрения ВЭС в децентрализованные системы электроснабжения, на основании которых определены усло вия целесообразности вовлечения ВЭС в энергобаланс децентрализованной системы элек троснабжения;

- сформулированы предложения по коррекции топливно-энергетического баланса де централизованных зон электроснабжения республики путем использования ветроэнерге тического потенциала.

Предмет исследования. Повышение энергоэффективности децентрализованного электроснабжения районов Якутии с помощью ветроэлектростанций.

Объект исследования. Комплекс локальных систем электроснабжения районов Якутии с учетом технических, климатических, географических, инфраструктурных, соци альных, экономических условий и энергетического потенциала ВИЭ территории.

Методы исследования. В диссертационной работе применены: методы компью терной обработки массивов информации;

методы расчета систем электроснабжения;

ме тоды структурного анализа комплекса систем децентрализованного электроснабжения;

методики расчетов экономической эффективности электроэнергетических объектов;

чис ленные методы расчетов исследуемых зависимостей;

методы математической статистики и теории вероятности;

методы многофакторного и кластерного анализа совокупности по казателей;

математическое моделирование технико-экономических показателей АСЭС.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Выявлены региональные особенности топливо- и энергоснабжения малых децен трализованных потребителей республики Саха (Якутия), отраженные в построенной карте схеме децентрализованных зон;

2. Определены районы республики целесообразные для практического использова ния ветроэнергоресурсов в децентрализованных системах электроснабжения;

3. Разработана методика выбора вариантов автономных систем электроснабжения и оценки их энергоэффективности;

4. Разработаны математические модели технико-экономических характеристик де централизованных систем электроснабжения с участием ВЭУ, осуществляющие рацио нальный выбор их параметров.

Практическая ценность работы:

1. Определены ветропотенциальные зоны территории, предложен целесообразный объем первоочередного вовлечения ВЭУ в энергобаланс децентрализованных зон.

2. Разработаны технические решения использования ВЭУ для повышения энерго эффективности децентрализованных районов Якутии;

3. Предложены рекомендации по осуществлению выбора ВЭУ следующей уста новленной мощности, в зависимости от характера потребления электроэнергии и района:

- от 0,2 до 5 кВт в прибрежных районах республики;

- от 0,2 до 10 кВт в северных районах республики в вариантах АСЭС – ВЭУ;

ВЭУ+АБ;

ВЭУ+АБ+БЭС (АБ – аккумуляторная батарея, БЭС – бензоэлектростанция);

- от 0,3 до 30 кВт в низкопотенциальных ветровых зонах в вариантах – ВЭУ;

ВЭУ+АБ;

ВЭУ+АБ+БЭС, ВЭУ+ДЭС (дизельная электростанция).

4. Разработана методика построения вариантов автономных электротехнических комплексов децентрализованного электроснабжения изолированных потребителей, реали зованная в виде пакета прикладных программ.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при подго товке планов внедрения ВЭУ малой мощности в улусах республики по соглашению РМЗ ОАО ХК «Якутуголь» (г. Нерюнгри) – Сельхозэнерго ОАО АК «Якутскэнерго» (г.

Якутск).

Результаты выполненной работы использованы в учебном процессе на кафедре ЭПиАПП ТИ (ф) ЯГУ: ведение факультативной дисциплины «Малая энергетика Севера» и дисциплин «Общая энергетика», «Нетрадиционные и возобновляемые источники энер гии» для студентов инженерного факультета специальностей «Электропривод и автомати зация производственных процессов», «Электроснабжение», «Энергообеспечение пред приятий»;

при разработке методических рекомендаций для выполнения практических ра бот;

разработке учебно-методического пособия.

На защиту выносятся научные положения:

1. Рациональность зонирования территории Якутии с учетом совокупности про блем децентрализованного электроснабжения и ветроэнергоресурсов.

2. Целесообразность внедрения вариантов АСЭС с участием ВЭС мощностью от 0,2 кВт до 30 кВт, обеспечивающая повышение энергоэффективности комплекса децен трализованной энергетики Якутии.

3. Модель совокупности факторов, влияющих на себестоимость электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ, характеризующая условия оптимального построения вариантов АСЭС в децентрализованных зонах.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Ученом Совете, заседаниях кафедры «Электропривод и автоматизация производственных процес сов» и научных семинарах Технического института (филиала) ГОУ ВПО «Якутский госу дарственный университет» (1999-2005 г.г.);

на объединенном научном семинаре кафедр «Электроснабжение промышленных предприятий», «Электрические машины», «Электро привод и электрооборудование» Электротехнического института Томского политехниче ского университета (г. Томск, 2005 г.);

на международной конференции «Физико технические проблемы Севера» (Якутск, 2000 г.);

на региональных научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов (Нерюнгри, 2001-2005 гг.);

на ре гиональной научно-практической конференции «Вопросы экологии и охраны окружаю щей среды Дальнего Востока» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2002 г.);

на международной конференции «Электромеханические преобразователи энергии и управляемые электроме ханические системы» (г. Екатеринбург, 2003г.);

на международных научно-технических конференциях (г. Томск, 2003-2005 г.г.);

на международной конференции «Пути и техно логии экономии и повышения эффективности использования энергетических ресурсов ре гиона» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2003 г.);

на 2-ой интеграции междисциплинарной кон ференции молодых ученых Сибирского Отделения РАН и высшей школы «Научные взгляды Сибири: взгляд в будущее» (г. Иркутск, 2003 г.);

на международной научно технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (г. То больск, 2004);

на Республиканской научно-практической конференции (г.Нерюнгри, г.);

на международных конференциях молодых ученых, аспирантов, студентов «Актуаль ные проблемы современной науки» (г. Самара, 2003-2005 гг.);

в отделе энергетики ИФТПС ЯНЦ РАН г. Якутск, в Хотуэлектропроект ГУП «Сахасельхозэнерго», (г. Якутск).

По результатам исследования выиграны гранты ректора ЯГУ для молодых ученых, аспирантов и студентов на 2003 и 2004 г.г.

Публикации. Основные положения и результаты выполненных исследований опубликованы в 21 печатной работе.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, за ключения, содержащих 180 страниц основного текста, 3 приложений, 38 таблиц, 65 ри сунков и списка литературы из 192 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе проведен анализ состояния и перспектив развития децентрализо ванного электроснабжения Якутии.

Анализ системы энергообеспечения республики позволил выделить три состав ляющие структуры электроэнергетики:

- централизованный энергорайон с крупными тепловыми электростанциями;

- децентрализованная зона с локальными ДЭС мощностью более 100 кВт;

- децентрализованная зона с малыми ДЭС мощностью до 100 кВт.

Исследование составляющих децентрализованной зоны определило существование перечня негативных факторов, влияющих на возможность обеспечения надежности элек троснабжения потребителей. Анализ исследуемых зон показал нецелесообразность цен трализации децентрализованных районов при существовании большого числа рассредото ченных изолированных малых населенных пунктов с численностью от 3 до 100 человек.

Проведенная оценка ряда особенностей функционирования и развития энергетиче ского хозяйства республики позволила определить энергоэффективность децентрализо ванной системы при существовании централизованной: удаленность и труднодоступность изолированных потребителей;

значительная площадь обслуживания;

низкая плотность на селения в децентрализованной зоне;

малая требуемая мощность энергоисточников при работе существующих с низким коэффициентов использования установленной мощности;

аграрная специализация пунктов децентрализованных зон;





отсутствие крупных промыш ленных потребителей;

суровые климатические условия.

Специфика региональных особенностей автономных систем электроснабжения вы явлена в следующих показателях: установленная и технически вырабатываемая мощность ДЭС, годовые эксплуатационные затраты ДЭС, себестоимость электроэнергии в сочета нии с топливной составляющей, средний тариф реализации электроэнергии, отпускная стоимость горючесмазочных материалов (ГСМ) на пунктах потребления, годовой и удельный расход дизельного топлива.

Классификация существующих энергоустановок (табл.1) по исследуемым призна кам реализована в построенной карте-схеме зонирования децентрализованных зон рис.1.

Таблица Классификация дизельных электростанций (стоимостный показатель на 2001 г.) Мощность, кВт Показатели 30 30 – 50 50 – 100 западные, юго Расположение преимущест- южные, северные, рассредоточены по центральные, северо (районы) венно северные центральные всей территории восточные Количество 30 5 11 Стоимость электроэнергии, 4,05-8,16 3,33-5,98 3,33-7,43 3,86-8, руб./кВт· ч Потребляемое топ 375-576 289-448,9 292-454,5 256- ливо, г/кВт·ч Принадлежность улусы «Сельхозэнерго», «Сахаэнерго», «Якутскэнерго» В первой децентрализованной зоне лежат наиболее удаленные потребители с высо кими характеристическими показателями – все северные улусы.

Основные потребители рас сматриваемой системы – население малых сельских пунктов. Фактиче ская величина средней удельной мощности потребления электро энергии в быту малых потребите лей децентрализованных зон рес публики характеризуется значи тельным разбросом и изменяется в широких пределах (0,07–0, кВт/чел). Анализ совокупности расположения населенных пунк тов, проблем электроснабжения, объемов и характера потребления электроэнергии, вида жизнедея тельности позволил сформировать выборку изолированных потреби телей (160 пунктов представленно го распределения рис.2, общей численностью 4200 чел.). Террито рии расположения таких потребителей, как исторически сложившийся фактор в своем большинстве находятся в I децентрализо ванной зоне.

Рис.1.Зонирование территории республики Результаты исследования явились предпосылкой для поиска альтернативного су 74(292чел) ществующему пути электро Число пунктов снабжения децентрализован ных зон. Исследование по 32(2457чел) 27(1004чел) 27(447чел) тенциала возобновляемых энергоресурсов Якутии оп ределило степень их воз можного использования в 1 2 3 энергобалансе на основании Численность, чел.

многих факторов:

Рис. 2. Распределение с/н пунктов по числу жителей:

1-до 10;

2-от 11 до 25;

3-от 26 до 50;

4-от 51 до 100 чел.

- гелиоэнергетические ресурсы – ограничены продолжительностью дня, сезонностью в проблемных децентрализованных зонах, высоким стоимостным показателем энергоуста новки и большим энергетическим потенциалом в основном в централизованной зоне рес публики;

- биоэнергетические ресурсы – использование биогаза крупного рогатого скота, фотосин теза сельскохозяйственных культур имеет низкие показатели для энергетических целей, использование древесины является одним из перспективных видов данного направления, требующего технической проработки;

- гидроэнергетические ресурсы – наличие огромных запасов ограничивается северными климатическими условиями (ледовые явления, ледяные заторы), сезонностью использо вания малой длительности;

условия благоприятствующие использованию потенциала ха рактерны для районов централизованной и III децентрализованной зоны;

- ветроэнергетические ресурсы – характеризуются высоким потенциалом в наиболее про блемных децентрализованных зонах (прибрежный район, I децентрализованная зона), энергоэффективны для использования во всей децентрализованной зоне республики по показателю среднегодовой скорости ветра, конкурентоспособны по стоимости электро энергии с другими видами ВИЭ и традиционными автономными электростанциями с дви гателями внутреннего сгорания.

На основе проведенного анализа возобновляемых энергоресурсов республики наи более перспективным видом для приоритетного использования в автономном электро снабжении изолированных потребителей является ветер.

Во второй главе исследованы возможности децентрализованной ветроэнергетики в Якутии. Рассмотрены основные характеристики ветрового потенциала по сезонам и вы явлен диапазон изменения средней годовой скорости ветра для большинства районов рес публики от 2,2 до 5,7 м/с. Анализ кадастра ветрового энергоресурса республики позволил получить следующие распределения:

- мощности ветро энергетического потенциа ла с соответствующим ва ловым потенциалом ветро вой энергии в децентрали зованных зонах в диапазо не: 115 Вт/м2 – 3112 Вт/м2;

- ветроэнергетиче ского потенциала по сред негодовой скорости ветра в форме зонирования (рис.3) с выделением наиболее ветронасыщенных терри ториальных групп;

- сезонного ветро энергетического потенциа ла в форме зонирования территории респуб лики на основе по строения карт-схем:

Рис.3. Зонирование территории по ветроэнергетическому потенциалу зимний период (рис. 4а) – 142-603 Вт/м2;

весенний период (рис.4б) – 197-754 Вт/м2;

лет ний период (рис.4в) – 212-683 Вт/м2;

осенний период (рис.4г) – 170-730 Вт/м2.

Произведенное распределение показателей скорости ветра характеризует перспек тивную возможность внедрения технического ресурса ветрового потока в энергобаланс I, II децентрализованных зон Якутии.

Для эффективной реализации ветрового потенциала проведена классификация со временных ветроэнергетических установок с определением диапазона мощностных и ра бочих характеристик, согласованных с ветровым кадастром исследуемых зон республики, показавшая: в I ветропотенциальной зоне могут получить распространение ВЭУ всех ти пов с начальной скоростью Vmin =5 м/с, высотой h =30-60 м, Vном,=10-12 м/с и N 10 кВт при Vmax=35-40 м/с;

во II ветропотенциальной зоне могут быть размещены группы малых ВЭУ до 10 кВт с Vmin =2-3 м/с, высотой h =10-12 м, Vном=7-8 м/с;

в районах, где повы шенные скорости ветра наблюдаются только в определенные сезоны, перспективны ком бинированные системы с ДЭС.

а) б) в) г) Рис.4. Карта-схема сезонного распределения удельной мощности ветрового потенциала Расчеты пока зали, что выбор опти мальных типов ВЭУ для условий эксплуа тации в Якутии наи более эффективен из установок серии «ЛМВ», «Ветроэн», «Элмотрон», «УВЭ», «Радуга», «ВТН», «Жаворонок». При большом ветровом потенциале в I зоне с минимальной плотно стью населения для внедрения целесооб разны малые ВЭУ.

Рис. 5. Общий вид приложения и некоторых основных модулей.

Предложена методика выбора рассматриваемых типов ВЭУ, реализованая в виде комплекса программного обеспечения систематизации показателей ветрового потенциала республики и технических характеристик установок, позволяющего производить сорти ровку составляющих баз данных (рис.5).

Расчет потенциальной выработки электроэнергии ветроэнергетическими установ ками различных типов выявил фактор обеспеченности рассматриваемой территории ре сурсами ветра для энергетических целей (табл.2).

Таблица Потенциальная годовая выработка ВЭУ в различных ветровых зонах, кВт·ч/год Мощность ВЭУ, кВт I – 3 группа I – 2 группа I,II – 1 группа До 1 372 – 1 876 231 – 1 173 156 – 1 2 449 – 5 860 1 478 – 3 858 974 – 2 До 5 10 128 – 23 640 6 091 – 15 008 3 854 – 8 До 10 25 550 – 30 233 15 957 – 17 441 9 870 – 10 До 30 36 550 – 80 162 20 668 – 45 559 12 845 – 27 Возможность полного покрытия нагрузки потребителей ветроэлектростанциями может быть практически реализована в наиболее ветропотенциальных зонах (I ветропо тенциальная зона – I децентрализованная зона) и пунктах децентрализованных зон с не большой требуемой выработкой энергогенерирующих установок.

Проведено предварительное технико-экономическое обоснование, позволившее сделать вывод о конкурентоспособности ВЭУ в децентрализованных зонах с высокой то пливной составляющей себестоимости электроэнергии, вырабатываемой существующими ДЭС.

В третьей главе диссертационной работы проведена оценка эффективности ВЭУ в энергетическом балансе децентрализованных зон Якутии. На первоначальном этапе ис следуемые населенные пункты проранжированы (по численности и типу потребителя, ви ду и объему нагрузки) с целью выявления характерных электрических нагрузок. Рассмот рение графиков сезонного потребления электроэнергии в совокупности с производством электроэнергии ВЭУ позволило определить диапазон мощности установок в различных ветропотенциальных зонах для классификации потребителей (табл.3).

Таблица Диапазон рекомендуемой мощности ВЭУ для объектов с максимумом электрической нагрузки Р кВт Численность, чел. 3-10 3-10 3-10 11-25 26-50 50- Электропотребление, 378 1692 9054 19210,5 37872 кВт·ч/год Зона-группа Р=0,2 Р=1 Р=3 Р=5 Р=10 Р= Vmin =2-5 м/с, Vном= 7-12 м/с I* -** 0,2-0,3 1 2,5-5 - Vmin =2-5 м/с, Vном= 7-10 м/с I -3 0,3-0,5 1 2,5-5 5-10 8-10 10- Vmin =2-4,5 м/с, Vном= 6-10 м/с I-2 0,5-1 1-2,5 3,6-5 8-10 8-10 10- Vmin =2-3 м/с, Vном= 5-7 м/с I,II-1 1 1-2,5 3,6-10 10 10 Примечание. I* - прибрежные районы зоны;

-** - отсутствие населенных пунктов с заданной нагрузкой Полученный характер распределения выработки перспективных ВЭУ в прибреж ных зонах для потребителей минимальных по численности пунктов и в летний сезон ос тальных зон является достаточным для покрытия объемов расчетного электропотребле ния. Возможный дефицит мощности ВЭУ определил варианты АСЭС для каждого типа рассматриваемого потребителя в различных ветровых зонах. Для зимне-осеннего и час тично весеннего сезонов пиковые точки графиков электропотребления покрываются при участии АБ или ДЭС для пунктов классификации. АБ работает в смешанном режиме, пе реходящем с режима заряд-разряд в периоды отсутствия нагрузки или ветра, на режим по стоянного подзаряда (буферный режим) при наличии ветра и нагрузки.

На основании проведенных расчетов потенциальная выработка ВЭУ предусматри вает использование АБ большей емкости, энергия которой будет востребованной в часы энергозатиший. Неравномерное распределение потенциала ветрового потока в течение года приводит к варьированию емкости АБ. Расчет оптимальной емкости АБ для рассмот ренных типов нагрузки и варианта электроснабжения ВЭУ+АБ основывался на соблюде нии главного условия: ампер-часы разряда АБ должны быть меньше или равны ампер часам заряда АБ. Необходимая энергоемкость АБ при разной степени обеспеченности энергоснабжения определялась путем составления баланса графиков суточного (в данном случае) поступления и потребления энергии в их наиболее неблагоприятном вероятност ном сочетании (нагрузка потребителей, производство энергии ветра) с учетом допустимых величин глубины разряда и избыточного заряда аккумулятора.

Выбор определенной емкости АБ (рис.6) может снизить диапазон мощности выби раемой ВЭУ и соответственно отразиться на меньших капиталовложениях.

28 26 24 22 20 емкость АБ, Ач 18 пункты, чел 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0,25 0,3 0,3 0,5 0,5 123451 7 8 9 10 11 12 13 14 3,6 3,6 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1 1 1 1 1 2,5 2,5 2,5 15 16 3,6 3,6 4 4 5 5 5 5 5 8 8 8 8 10 ВЭУ, кВт ВЭУ, кВт пункт АБв, Ач АБр, Ач Рис. 6. Диаграмма выбора емкости АБ возможной по объему ветрового потенциала (АБВ) и реко мендуемой по типу нагрузки потребителя (АБР) для рассматриваемых типов нагрузки 110 100 90 численность, чел 80 70 ДЭС, кВт 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 8 10 10 10 10 30 30 30 ВЭУ, кВт ВЭУ, кВт пункт Рmax=ND, кВт ДЭСз, кВт ДЭСо, кВт ДЭСв, кВт Рис. 7. Диаграмма использования мощности ДЭС для рассматриваемых типов нагрузки (при со вместной работе с ВЭУ): ДЭСз – максимально необходимая мощность в зимний сезон;

ДЭСо – осенний сезон;

ДЭСв – весенний сезон.

Анализ произведенных расчетов показал целесообраз ность использования БЭС или ВЭУ ДЭС мощностью до 3 кВт в низкопотенциальных зонах для подзарядки АБ. Для пунктов Прибрежье численностью от 25-100 чело I-3группа ДЭС АБ век вариант АСЭС в низкопо I-2группа тенциальных зонах предусмат I,II-1группа ривает совместную работу ВЭУ (10 кВт) +ДЭС (10;

кВт) исключая летний период БЭС (рис.7), в высокопотенциаль ных зонах использование ДЭС как резервного источника элек Рис. 8. Процентное распределение составляющих автономных троэнергии.

систем электроснабжения изолированных потребителей.

Долю участия составляющих варианта АСЭС в выработке электроэнергии для раз личных типов нагрузки в ветропотенциальных зонах показывает диаграмма рис.8. Иде альный вариант электроснабжения потребителей от ВЭУ реализуется в прибрежных зо нах, наиболее трудный вариант приходится в I,II зоне- 1 группе и в зимний период года практически во всех остальных зонах, так как в этот сезон года скорость ветра уменьшает ся на 30-40 %.

С учетом многообразия групп потребителей, экономических и технологических ус ловий, вида топлива, энергоносителей и т.д. выбор оптимальной структуры варианта элек троснабжения даже для одного объекта сопряжен с большим массивом сочетаний факто ров.

В соответствии с этим, проведенные всесторонние исследования сведены к схеме рис. 9, позволяющей совместить исходные данные (характеристики зон и потребителей) с возможными вариантами АСЭС (ВЭУ;

ВЭУ,АБ;

ВЭУ,АБ,БЭС;

ВЭУ,ДЭС;

комбинирован ные варианты). Блок 1 предусматривает выбор вариантов АСЭС на основании критериев оптимизации: технические (установка оборудования, обслуживание, технические характе ристики элементов комплекса), экономические (капиталовложения, затраты на эксплуата цию, себестоимость электроэнергии). Блок 2 – использование составляющих предложен ных вариантов АСЭС в зависимости от сезона года. Схема представляет альтернативное использование вариантов комплекса для определенного потребителя в исследуемой вет ровой зоне. То есть для одной группы потребителей, расположенной в зоне с характерны ми ветровыми условиями, может быть создан и введен в эксплуатацию автономный элек тротехнический комплекс, такой как, например ВЭУ установленной мощностью 10 кВт, либо ВЭУ (8 кВт) +АБ (емкостью 2500 А·ч в зимний сезон), либо ВЭУ (5 кВт) + АБ ( А·ч в осеннее-зимний сезон) + БЭС (мощностью 2 кВт для заряда АБ в зимний сезон).

В работе показана возможность варьирования технических характеристик ВЭУ, АБ, БЭС и ДЭС в различных вариантах в виде структурных схем составляющих элементов АСЭС. Возможность выбора структуры автономного электротехнического комплекса из предложенных вариантов может обеспечить эффективное функционирование системы в широком диапазоне внешних воздействий (объем нагрузки потребителя, показатель ско рости ветра) и гарантированный минимум энергоснабжения населения и сельскохозяйст венного производства. Технические данные элементов структурных схем, в зависимости от приведенных воздействий, показали, что для одного объекта может быть выбрана ВЭУ из широкого мощностного диапазона с различными показателями скорости трогания ус тановки, как единственный источник электроэнергии, либо в комплексе с дополнитель ными источниками. Методом направленного перебора вариантов с различной структурой и соотношением энергоносителей может быть произведен поиск оптимального варианта АСЭС для децентрализованных пунктов.

, – принадлежность пункта к определенной ветровой зоне;

Блок 1 – поиск оптимального варианта АСЭС;

Блок 2 – построение перспективного варианта АСЭС.

Рис. 9. Схема выбора вариантов АСЭС Различные варианты систем электроснабжения требуют различных капитальных вложений в строительство установок. Для выбора перспективного, при соответствующих условиях, необходимо оценить экономический эффект от применения данных вариантов по сравнению с затратами на эксплуатацию ДЭС при существующих соотношениях цен на электроэнергию, топливо и оборудование.

Эффективность вовлечения автономных энергоисточников на базе ВИЭ в системы электроснабжения децентрализованных зон республики главным образом реализуется в окупаемости внедрения и дальнейшем сокращении северных дотаций за счет уменьшения объемов завозимого дизельного топлива.

Полученный ряд эi распределения (1) возможных объемов экономии топлива (т.у.т./ t1 ) в различных ветровых зонах описывался по методу наименьших квадратов. В качестве линии тренда, наилучшим образом аппроксимирующей полученные значения, использована линейная зависимость. Уравнения характеризуют потенциальный среднего довой объем экономии топлива по усредненным данным определенного типа ВЭУ для индексов i=1,2,3,4 – прибрежная зона, I зона-3 группа, I зона-2 группа, I,II зона-1 группа соответственно, с оценкой погрешности. Каждому характеристическому уравнению со ответствует диапазон ограничения мощности ВЭУ, перспективный к внедрению для соот ветствующего потребителя ветропотенциальной зоны. Полученная модель базируется на региональных особенностях ветрового потенциала и позволяет прогнозировать оценку экономической выгоды предлагаемого внедрения.

[ ] = 0,015, = 0,0138 N + 0,0007 N t 0,0029 N t k = 0, 25;

N Э1 D2 1 W W W [ ] = 0,0011N + 0,0006 N t + 0,0006 N t k = 0,0025, = 0,25;

N Э2 D2 2 W W W [ ], (1) = 0,0007 N + 0,0007 N t + 0,0023 N t k = 0,013, = 0,3;

N Э3 D2 3 W W W [ ] = 0,0532 N + 0,0006 N t + 0,0338 N t k = 0,019, = 0,5;

N Э4 D2 4 W W W где t1, t 2 – число часов использования в год максимума мощности N W, N D соответственно источника ВЭУ или ДЭС в варианте АСЭС, k – коэффициент перевода между энергетиче скими единицами;

э – объем сэкономленного топлива альтернативных источников энер гии, т.у.т.

В работе проведен поэтапный экономический анализ, необходимый для выбора оп тимального комплекса АСЭС. Расчет капиталовложений в исследуемый объект на осно вании зависимости (2), позволяющей описывать изменения данного показателя ( К, тыс.

руб.), представлен в графической модели (рис.10).

К = 1,18 КW + К д + К + t ( m, s ) + П, тыс. руб., (2) где – стоимость ВЭУ;

К – стоимость дополнительных источников энергии К W д (АБ, БЭС, ДЭС при наличии в варианте АСЭС);

К – расходы на объем ГСМ для допол нительных источников энергии (стоимость, транспортировка);

t ( m, s ) – расходы по транс портировке составляющих АСЭС, зависящие от массы оборудования, m, и дальности по ставки, s ;

П – прочие расходы (проектно-изыскательские, строительно-монтажные, пуско наладочные работы – предусматриваемые существующими нормативами, действующими на рассматриваемой территории).

К, тыс.руб Годовые затраты, тыс.руб 0 5 10 15 20 25 30 1 2 3 4 5 N ВЭУ, кВт Варианты нагрузки З1 З2 З3 З Рис.10. Объем капиталовложений в АСЭС Рис.11. Годовые эксплуатационные затраты Зi различных потребителей: 1 – 3 N10 (вариант 1);

на варианты АСЭС в различных 2 – 3 N10 (вариант 2);

3 – 3 N10 (вариант 3);

ветропотенциальных зонах 4 – 11 N25;

5 – 26 N50;

6 – 50 N100.

Расчетные затраты для ВЭУ включают в себя стоимость установки, укомплекто ванной регулятором напряжения, инвертором, аккумуляторной батареей (для «ЛМВ»).

Резкий скачок объемов капиталовложений для последних вариантов нагрузки обу словлен внедрением в низкопотенциальные зоны дорогостоящих комплексных установок и установок «ЛМВ», но перспективных по использованию коэффициента возрастания средней скорости ветра с высотой. Варьирование показателя капиталовложений для одно го класса ВЭУ обусловлено эксплуатацией в различных ветропотенциальных зонах при различных вариантах нагрузки, предполагающих необходимость присутствия топливной составляющей. Соответственно удовлетворительный для малых потребителей вариант АСЭС – ВЭУ характеризуется наименьшим объемом капиталовложений даже при высо ком показателе дальности поставки.

Произведены расчетные исследования изменения годовых эксплуатационных за трат Зi на различные варианты АСЭС, имеющих возрастающий характер в линейной зави симости от объемов капиталовложений, представленные на рис. 11. Полученные результа ты в форме зависимостей усредненных затрат на приобретение, сооружение и эксплуата цию АСЭС для различных i-х ветропотенциальных зон республики от мощности аппрок симированы в виде полиномов (3).

= 0,12;

З ( NW ) = 9,984 + 7,848 N 1,191N, 1 W W 2 З ( NW ) = 20, 242 8,906 N + 2, 409 N 0,065 N, = 0,55;

2 W W W (3) 2 З ( NW ) = 2,391 + 15,937 N 0,971N + 0,022 N, = 0,30;

3 W W W З ( NW ) = 4,874 + 12,751N 0, 479 N, = 0, 44;

4 W W Полученные уравнения (1), (3) позволяют планировать и определять ограничения в выборе мощностного ряда ВЭУ при различной совокупности объемов производства и по требления электроэнергии в определенной ветропотенциальной зоне. Если в каждый мо мент времени мощностной показатель ВЭУ не обеспечивает максимум нагрузки потреби теля, то затраты увеличиваются с ростом капиталовложений во введение и эксплуатацию ДЭС.

Расчеты основного показателя производства электроэнергии - себестоимости (С, руб/кВт·ч), для определенного варианта нагрузки, показали его варьирование в различных пределах, в зависимости от варианта АСЭС, что позволяет выбрать наиболее перспектив ные (рис. 12).

Сравнение расчетных данных вариантов автономных комплексов по окупаемости Т ок и сроку службы Т удовлетворяет неравенству Т Т ок. Выполнимость данного ус сл сл ловия соответствует положительному эффекту определения экономического потенциала ветровой энергии зон, рассматриваемых территорий, причем экономический эффект рас тет с увеличением срока службы установки.

Модель общего (годового) экономического эффекта определена для совокупности наиболее значимых факторов (4) ОЭЭ = 0,95QW p + QW д + C ГСМ Э (4), где 0,95QW p – годовой доход от реализации вырабатываемой электроэнергии, тыс. руб.;

– объем сокращения бюджетных дотаций, тыс. руб.;

C ГСМ Э – объем стоимости QW д p – тариф реализации электроэнергии;

д – дотации из бюд экономии ГСМ, тыс. руб.;

жета на 1 кВт·ч для северных территорий республики;

C ГСМ – стоимость ГСМ (дизельного топлива и масла) для конкретных децентрализованных зон, тыс. руб./тонну.

36 32 28 24 С, руб/кВт ч С, руб/кВт ч 20 16 12 8 4 0 1 2 1 1 2 3 4 5 а) Прибрежная зона б) I зона – 3 группа 50 45 С, руб/кВт ч С, руб/кВт ч 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 в) I зона – 2 группа г) I,II зона – 1 группа Рис.12. Себестоимость электроэнергии для различных типов АСЭС при вариантах нагрузки: 1- 378;

2- 1692;

3- 9054;

4- 19210,5;

5- 37872;

6-86715 кВт·ч/год Расчеты, проведенные для различных сочетаний факторов, влияющих на срок оку паемости вариантов АСЭС, показали следующее: в прибрежной зоне приемлемый срок окупаемости (1,7–3 года) имеет место при удельных капиталовложениях 1700 долл./кВт и менее и числе часов использования установленной мощности 1300 и более в год;

в I зоне 3 группе приемлемый срок окупаемости (1,5–3 года) имеет место при удельных капитало вложениях 2400 долл./кВт и менее и числе часов использования установленной мощно сти 1300 и более в год;

в I зоне-2 группе приемлемый срок окупаемости (1,0–5,6 лет) име ет место при удельных капиталовложениях 3000 долл./кВт и менее и числе часов исполь зования установленной мощности 1000 и более в год;

в I,II зоне-1 группе приемлемый срок окупаемости (1,2–8,4 лет) имеет место при удельных капиталовложениях долл./кВт и менее и числе часов использования установленной мощности 1000 и более в год.

Для многих районов срок окупаемости сравнительно невелик (от двух до трех лет), для некоторых достигает большей величины. Если учесть немаловажный факт для бюд жета республики - факт экономии дорогостоящего дизельного топлива и затраты на пе риодическую реновацию устаревшего дизельного оборудования, то ВЭУ являются прак тически единственным реализуемым способом обеспечения надежного электроснабжения.

И в данном случае экономический эффект заключается в окупаемости новой системы за счет сокращения затрат на дизельное топливо, дотационные расходы по северным тари фам на электроэнергию и ремонт ДЭС.

Используя количественное распределение сельских населенных пунктов по числу жителей, соответственно по варианту нагрузки получена модель интегрального экономи ческого эффекта (ИЭЭ) (5), устанавливающая взаимосвязь показателей, определяющих возможность обеспечения эффективного вовлечения вариантов АСЭС в энергобаланс Якутии. Расчет ИЭЭ факторов ОЭЭ при функционировании n ВЭУ в выбранных вариан тах АСЭС в различных зонах отражен графическим представлением рис.13, где mi – коли чество пунктов в каждой ветропотенциальной зоне потребителей определенной типа. При конкретной привязке внедрения определенных вариантов АСЭС величину ИЭЭ всей рас сматриваемой территории по всем зонам можно рассчитать более точно.

j ИЭЭ = mi nОЭЭ (5) i = Анализ показателей экономической эффективности ВЭУ в различных зонах в ре альных случаях может выполняться в зависимости от значений КИУМ установок и регио нальной стоимости электроэнергии от установок на традиционном виде топлива Цт (долл./кВт·ч) при условии:

(1 + Т сл )СW, (6) КИУМ = Кэ Ц тТ Т сл где типичные величины: – значение нормы эксплуатационных издержек, 1/год;

К э – ко эффициент экономичности.

6000 тыс.руб тыс.руб 3N10 (1) 3N10 (2) 3N10 (3) 11N25 26N50 51N 3N10 (1) 3N10 (2) 3N10 (3) 11N25 26N50 51N Прибрежная зона I зона-3 I зона-2 I,II зона- Прибрежная зона I зона-3 I зона-2 I,II зона- а) объем стоимости экономии ГСМ б) объем г/дохода от реализации электроэнергии тыс.руб в) объем сокращений бюджетных дотаций Рис.13. Интегральный экономиче 3N10 (1) 3N10 (2) 3N10 (3) 11N25 26N50 51N ский эффект от внедрения рекомендуемых АСЭС.

Прибрежная зона I зона-3 I зона-2 I,II зона- Произведенные расчеты коэффициента К э для выбранных вариантов АСЭС при =0,05, СW =1700 долл./кВт, Ц т =0,50 долл./кВт·ч, 10 Т сл 30 и расчетном 0,1КИУМ0,90 удовлетворяют условию (6) при исключении случаев, когда ВЭУ имеет сезонное использование в комплексе с ДЭС. Характер распределения коэффициента К э (от 0,1 до 0,57), определяющего область экономической целесообразности использования установки, показывает экономическую обоснованность потенциальных доноров электро энергии – ветропотенциальных зон региона. Экономический эффект внедрения ВЭУ в де централизованные зоны Якутии, в первую очередь, можно определить вытеснением орга нического топлива альтернативных источников энергии.

Устойчивая тенденция роста стоимости электроэнергии от централизованных ис точников и стоимости строительства линий электропередачи повышает актуальность вне дрения вариантов АСЭС с участием ветроэлектростанций.

Анализ полученных расчетных показателей, сведенный в построение математиче ских моделей экономической эффективности внедрения различных вариантов АСЭС, при годовых затратах от 12,1 до 327 тыс.руб./год для различных типов ВЭУ показал: экономия топлива – 27-241 тонн/год;

объем стоимости экономии ГСМ – 33,3-57,8 тыс. руб/год;

го довой доход от реализации электроэнергии – 3,9-2243 тыс. руб./год;

объем сокращений бюджетных дотаций – 10,3-3833 тыс.руб./год;

себестоимость (при потенциальной/ полез ной выработке) электроэнергии – (0,5-13,8)/(1,7-51) руб./кВт·ч;

окупаемость внедрения вариантов АСЭС – 1-8,4 года. Полученный результат по себестоимости электроэнергии имеет широкий диапазон изменения. Данный показатель может быть оценен в зависимо сти от комплекса значимых факторов, что требует разработки математической модели.

В четвертой главе диссерта ционной работы показаны перспекти вы автономных систем электроснаб жения Якутии с участием ВЭУ. С це лью оптимизации параметров таких систем и построения модели исполь зован многофакторный анализ на ос нове множественной линейной рег рессии. Регрессионный анализ пока зателей вариантов АСЭС основывался на факторах, влияющих на поведение Рис. 14. График распределения факторов, влияющих исследуемого показателя – себестоимо сти электроэнергии, что подтверждает на показатель себестоимости электроэнергии.

ся выявленной достаточно высокой корреляционной связью.

Получена линейная модель (7) себестоимости электроэнергии в зависимости от наиболее значимых факторов (нагрузка потребителя, выработка и мощность ВЭУ, капита ловложения в АСЭС, срок службы), С = 0,00000259 0,00029Q 3,8877N + 0,03087K + 0,82787Tcл + 7,21255 (7) W Отклонение данной функции в рассматриваемой области значений факторов по требовало получения уравнения регрессии более высокого порядка. Статистический ана лиз основывался на расчетных данных – значениях факторов, полученных в ходе исследо вания. Кластерный анализ факторов показал общую закономерность их изменения, что наблюдается по графику распределения (рис.14).

Полученные математические модели (8-9, 10-11), представленные в виде уравнений регрессии II порядка, отражают условие минимизации параметров себестоимости при ра циональном изменении показателей факторов в своей области.

Реализация моделей осуществлена в виде диаграмм поверхностей зависимой пере менной как функции факторов: модель K = f (W, Q), C = f (K, N) – соответствует полученной древовидной схеме кластерного анализа факторов (рис.15);

модель K = f (W, N ), C = f (K,Q) – численному моделированию варьирования значимых факторов (рис.16).

Модели конкретизированы для типовых населенных пунктов в трех ветропотенци альных зонах, относящихся к двум децентрализованным.

2 (8) K = 0, 44982W + 0,45643W + 0,807729Q 0,01645Q 2 (9) С = 0,763996 K 0,04877 K 1, 2421N + 0,179234 N 2 (10) K = 1,05006W 0,05489W + 0,551475 N + 0,104219 N 2 (11) С = 1,9122Q 0,1565Q 0,9783 K + 0,097658 K Рис.15. Модель капиталовложений (8) и себестоимости электроэнергии (9), вырабатываемой вариантом АСЭС Рис.16. Модель капиталовложений (10) и себестоимости электроэнергии (11), вырабатываемой вариантом АСЭС Разработанные модели экономической оценки вариантов АСЭС учитывают акту альные и наиболее перспективные задачи внедрения. Оценка полученных моделей пока зывает, что оптимальная ВЭУ в заданных условиях (в каждой ветропотенциальной зоне для потребителей заданного варианта нагрузки) должна обеспечивать минимальную ве личину расчетных затрат ( C min ) при одинаковом удовлетворении потребителя энерги ей. Предложена методика, которая позволила разработать алгоритм программы исследо ваний по внедрению ВЭУ в малую энергетику Якутии, представленный в виде схемы рис.17, где блок «Выбор варианта АСЭС» в развернутом виде иллюстрируется схемой рис.9.

Логика выбора вариантов АСЭС осуществляется взаимодействием оператор– ПВЭМ, определяемым следующим алгоритмом: ввод системы условных ограничений – автоматизированная составляющая комплекса по систематизации и сортировке баз дан ных – тестирование и обработка информации оператором – автоматизированная состав ляющая комплекса по экономической эффективности.

Оценка системы электроснабжения изолированных потребителей (источник ЭС, состояние СЭС, годовые эксплуатационные расходы) Выбор изолированного потребителя Принадлежность пункта Принадлежность пункта к типу ветропотенциальной зоны к типу децентрализованной зоны Численность пункта, преимущественный тип производства (промысел, животноводство и т.д.) Определение показателей децентрализованности Обеспеченность (схема завоза топлива, отпускная стоимость ГСМ, ветроэнергетическим себестоимость и тариф реализации электроэнергии) потенциалом Объемы электропотребления (суточный, сезонный, годовой) Характер распределения (суточной) нагрузки Выбор перспективного для внедрения варианта АСЭС Определение технико-экономических показателей выбранного варианта АСЭС Оценка эколого-экономической эффективности внедрения варианта АСЭС рис. 17. Схема комплекса внедрения варианта АСЭС.

Определены направления и пути повышения эффективности децентрализованного электроснабжения с участием ВЭС, разработаны рекомендации по условиям целесообраз ности их внедрения в децентрализованные районы республики: среднегодовая скорость ветра более 3,5 м/с;

по экономическому эффекту: численность населения в пунктах более 10 чел;

максимум нагрузки 10-15 кВт;

электропотребление 9-90 тыс. кВтч/год;

по соци альному эффекту (обеспечение электроснабжения): численность населения в пунктах до 10 человек с перспективным улучшением жилищно-коммунальных условий с соответст вующим увеличением объемов электропотребления. Таким образом, проведенные иссле дования позволяют определить эффективные пути совершенствования децентрализован ного электроснабжения при развитии ВИЭ, являющегося одной из важнейших состав ляющих долгосрочного, устойчивого развития республики и обеспечения ее энергобезо пасности.

Заключение.

Результаты проведенных в диссертационной работе исследований, направленных на повышение энергоэффективности системы децентрализованного электроснабжения районов Якутии, заключаются в следующем:

1. Проведен всесторонний анализ составляющих структуры электроэнергетики Якутии, включающих централизованный энергорайон и децентрализованные зоны. Пока зано, что особенности функционирования децентрализованного энергетического хозяйст ва республики характеризуются негативными факторами, влияющими на надежность электроснабжения потребителей;

низкими техническими показателями и экономическими характеристиками энергоисточников;

низкой энергоэффективностью для малых рассредо точенных потребителей при существовании централизованной;

2. Проведен детальный анализ кадастра ветрового энергоресурса республики и предложены карты-схемы по распределению сезонного и годового потенциала с выделе нием наиболее ветронасыщенных территориальных групп. Получено зонирование терри тории по совокупности факторов проблем децентрализованного электроснабжения (себе стоимости электроэнергии, стоимости топлива и т.д.) и ветрового потенциала, показавшее возможность повышения энергоэффективности комплекса децентрализованной энергети ки Якутии при внедрении малых ветроэлектростанций.

3. Проведен выбор оптимальных параметров ВЭУ (диапазона рабочих скоростей ветра, высоты мачты, мощности) для различных ветровых условий и характеристик на грузки. Для поставленных задач определены типы вариантов автономных систем электро снабжения с различной структурой и соотношением энергоносителей (ВЭУ;

ВЭУ+АБ;

ВЭУ+АБ+БЭС;

ВЭУ+ДЭС). Предложена схема выбора вариантов и этапов внедрения ва риантов АСЭС с приведением технических характеристик составляющих и учетом специ фики региона – Якутии.

4. Рассчитаны показатели экономической эффективности создания электротехни ческого комплекса децентрализованного электроснабжения Якутии на базе ВЭУ на основе оценки:

- величины интегрально-экономического эффекта на перспективной основе заме щения дорогостоящего топлива и сокращения бюджетных дотационных расходов на энер гообеспечение северных потребителей;

- стоимости электроэнергии, полученной от ВЭУ и различных комбинированных вариантов с дополнительными источниками энергии;

- периода окупаемости, внедряемой системы.

5. Сформулированы условия перспективного внедрения вариантов автономного электротехнического комплекса на основе полученных математических моделей себе стоимости электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ. На основе полученных исследований показана экономическая эффективность первоочередного внедрения 24 ветроэнергетиче ских установок в децентрализованные зоны Якутии. Согласно проведенным экономиче ским оценкам, планируемое получение интегрального экономического эффекта по крите риям: объем экономии топлива – 227,75 т.у.т. (стоимостью 3622,32 тыс.руб.);

объем эко номии бюджетных дотаций – 1487,09 т.руб./год;

срок окупаемости – 3-4 года;

себестои мость вырабатываемой энергии – 1,69-2,73 руб./кВтч.

6. Разработано программное обеспечение систематизации показателей ветрового потенциала республики и технических характеристик ВЭУ, позволяющее производить сортировку составляющих, баз данных, для предварительного выбора типа установки.

7. Результаты исследований использованы в проекте внедрения малых ВЭУ для индивидуальных потребителей децентрализованного района республики и отражены в ак те внедрения.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Киушкина В.Р., Зенков Д.Ф. Вопросы разработки ветровых движителей.// Материа лы международной научно-технической конференции «Физико-технические проблемы Севера», посвященной 30-летию Института физико-технических проблем Севера и 10 летию Института неметаллических материалов. Якутск, 2000 г. - С 71– 2. Киушкина В.Р., Зенков Д.Ф. Проблемы и вопросы по созданию автономных энер гоустановок малой мощности.// Сборник научных трудов «Проблемы освоения и перспек тивы развития Южно-Якутского района». г. Нерюнгри-2001 г. - С 101– 3. Киушкина В.Р. Использование энергии ветра для выработки электроэнергии в Яку тии. // Материалы III городской научно-практической конференции молодых ученых, ас пирантов и студентов, посвященной 10-летию Технического Института (филиала) Якут ского государственного университета им. М.К.Аммосова, г. Нерюнгри-2002.- С.26-30.

4. Киушкина В.Р. Анализ эффективности использования ВЭС в районах Якутии. Ма териалы международной научно-технической конференции «Электроэнергетика, электро технические системы и комплексы», посвященной 100-летию электротехнического обра зования Сибири. 3-5 сентября 2003 г., Томск: ТПУ 2003.-С. 233-236.

5. Киушкина В.Р. Анализ основных параметров ветроустановки для ветрового потен циала Якутии. // Труды 4-й Международной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов 10-12 сентября 2003 г. «Актуальные проблемы современной науки». Естествен ные науки. Части 12-16 «Электротехника, приборостроение, радиотехника и связь, энерге тика, электроника». Самара, 2003.-С. 50- 6. Киушкина В.Р. Зонирование территории республики с учетом ветроэнергетических ресурсов и проблем электроснабжения. Сборник трудов по материалам IV региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Нерюнгри, 2003.- С23-25.

7. Киушкина В.Р. Проблемы и перспективы децентрализованного электроснабжения районов республики Саха (Якутия). Труды 4-й Международной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов 10-12 сентября 2003 г. «Актуальные проблемы современ ной науки». Естественные науки. Части 12-16 «Электротехника, приборостроение, радио техника и связь, энергетика, электроника». Самара, 2003.-С.47- 8. Киушкина В.Р. Перспективность децентрализованной ветроэнергетики в Якутии.

Материалы международной научно-технической конференции ЭЭЭ-2003 «Пути и техно логии экономии и повышения эффективности использования энергетических ресурсов ре гиона», посвященной 65-летию Хабаровского края. 23-27 сентября 2003.Часть 1 г. Комсо мольск-на-Амуре 2003.-С. 42- 9. Киушкина В.Р. Малая возобновляемая энергетика Якутии – еще один путь децен трализованного электроснабжения. Труды 2-й интеграции междисциплинарной конфе ренции молодых ученых Сибирского Отделения РАН и высшей школы «Научные взгляды Сибири: взгляд в будущее», Иркутск, ИНЦ СО РАН, 6-10 октября 2003 г., Изд-во инст.

геогр. СО РАН.

10. Киушкина В.Р. Энергосберегающий потенциал ветроэнергетики Якутии. Материа лы международной конференции «Электромеханические и электромагнитные преобразо ватели энергии и управляемые электромеханические системы». Екатеринбург, 2003. С.301-304.

11. Киушкина В.Р., Лукутин Б.В. Оценка возможности использования ветродизельной системы в удаленных районах Якутии. Материалы международной научно-технической конференции «Электроэнергия и будущее цивилизации», Томск: ТПУ 2004.-С. 98-100.

12. Киушкина В.Р., Лукутин Б.В. Выбор вариантов систем электроснабжения для ма лых потребителей Якутии. Сборник материалов II республиканской научно-практической конференции «Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных иско паемых Южной Якутии» // Инновационные аспекты освоения Южной Якутии. Нерюнгри, 2004.- Изд-во ЯГУ, 2005.-С 316-319.

13. Киушкина В.Р. Сергеев М.С. Система автоматизированного расчета базовых пара метров программы внедрения ВЭС в децентрализованные зоны республики. Сборник тру дов по материалам V региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Нерюнгри, 2004.- С26- 14. Лукутин Б.В. Киушкина В.Р. Экологически чистый источник энергии для районов Якутии. Труды второй международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» Часть 1.Тобольск, 2004 (8-11 сентября).- С.261 15. Киушкина В.Р. Возможность децентрализованной ветроэнергетики Якутии на фоне проблем электроснабжения.// Журнал «Электрика».- 2004.- №2.-С.6-12.

16. Киушкина В.Р. Сергеев М.С. Комплекс программного обеспечения систематизации показателей ветрового потенциала и технических характеристик ВЭУ. Труды 5-й Между народной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Актуальные проблемы современной науки». Естественные науки. Части 14-17.«Электротехника, приборострое ние, радиотехника и связь, энергетика, электроника». Самара, 2004.-С.76-78.

17. Киушкина В.Р., Старостина Л.В. Анализ и перспективы развития ТЭК республики.

Сборник трудов по материалам IV региональной научно-практической конференции мо лодых ученых, аспирантов и студентов. Нерюнгри, 18. Киушкина В.Р., Степанов А. Возобновляемый природный потенциал Республики Саха. Сборник трудов по материалам IV региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Нерюнгри, 19. Киушкина В.Р. Буферное накопление энергии в системах автономного электро снабжения от ВЭУ. Сборник трудов по материалам VI региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Нерюнгри, 20. Киушкина В.Р. Вариант автономного электроснабжения децентрализованных по требителей Якутии. Сборник трудов 1-го Международного форума «Актуальные пробле мы современной науки». Естественные науки. Части 14-17.«Приборостроение, радиотех ника и связь, энергетика, электроника». Самара, 2005.-С.47-50.

21. Киушкина В.Р., Лукутин Б.В. Исследование комплекса автономных систем элек троснабжения с участием ВЭУ в децентрализованных зонах Якутии. Материалы между народной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии». 20-22 октября 2005 г., Томск: ТПУ 2005.

Личный вклад автора. 11 работ написаны автором единолично. В работах, написан ных в соавторстве, автору принадлежат: расчет и построение кривых повторяемости и обеспеченности скоростей ветра, анализ ветроустановок малой мощности по конструк тивному исполнению, постановка многовариантных проблем, связанных с использовани ем ВЭУ для групп потребителей малой мощности [1,2];

расчеты технических параметров составляющих АСЭС для произведенной классификации потребителей с характерными ветровыми условиями и графиками нагрузки [11,12];

разработка методики выбора ВЭУ, реализованной в комплексе программного обеспечения [13,16];

оценка экологической эф фективности ветроэнергетики Якутии [14];

оценка состояния ТЭК республики [17], оценка потенциала ВПЭР Якутии [18], разработка схемы выбора вариантов АСЭС и расчет про центного распределения ее составляющих [21].



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.