Введение к работе
Актуальность темы исследования
Вопросы энергоэффективного производства, передачи и потребления электрической энергии взаимосвязаны между собой. Большую долю в выработке электроэнергии составляет энергия, полученная из органического топлива: газа, угля, нефтепродуктов и т.д. Процессы сжигания органического топлива и потребления электрической энергии разделяются во времени и их взаимосвязь ограничивается возможностями накопления энергии и её сохранения.
Одним из основных интегральных показателей энергоэффективности использования поступающей на предприятие энергии является график электрической нагрузки.
Неравномерный суточный график нагрузки снижает энергоэффективность производства, передачи и потребления электроэнергии. На каждом из этих этапов требуется установка дорогостоящего оборудования с завышенными характеристиками, которое работает на своих номинальных значениях лишь незначительный промежуток времени.
Дополнительной проблемой является увеличение потерь электроэнергии в сетях в связи с неравномерностью графика нагрузки. Это значительно влияет на срок службы электрических сетей, в особенности кабельных линий.
В настоящее время интенсивное развитие получили устройства по накоплению энергии, среди которых следует, прежде всего, выделить аккумуляторные батареи и конденсаторы большой емкости. Появилась возможность использовать их в условиях различной тарифной политики энергоснабжающих организаций, позволяющая существенно повысить энергоэффективность предприятий.
Разработка подхода к рациональному использованию накопителей энергии с учетом исходного переменного графика нагрузки позволит существенно снизить не только затраты на потребление электроэнергии предприятием, но и снизить затраты при её производстве.
Отсюда следует, что тема работы является актуальной, так как связана напрямую с энергоэффективностью электротехнических комплексов и систем. Отсюда же следуют цель и задачи исследования.
Степень разработанности темы исследования
Регулированием графиков нагрузки электротехнических комплексов занимался ряд известных ученых: Г.С. Хронусов, В.В. Михайлов, Б.П. Лебедев, Б.Н. Абрамович, А.В. Проховник, Ю.Н. Астахов и др.
Однако способы регулирования графиков нагрузки были направлены, прежде всего, на регулирование самой нагрузки предприятия без учета возможного применения накопителей энергии.
На данный момент нет четкого подхода к формированию графиков нагрузки с учетом применения накопителей электроэнергии и в связи с этим не решены задачи, направленные на их эффективное использование.
Цель работы
Повышение энергоэффективности производства и передачи электрической энергии в электротехническом комплексе предприятия путем регулирования режимов электропотребления с использованием аккумуляторных батарей различных типов в качестве потребителей-регуляторов мощности.
Основные задачи исследований
1. Анализ энергоэффективности режимов работы электрических сетей в зависимости от формы графика нагрузки электротехнического комплекса.
2. Определение зависимости энергоэффективности работы электрической сети от степени равномерности графика нагрузки.
3. Выявление зависимостей требуемой степени выравнивания нагрузки от коэффициента формы графика нагрузки, коэффициента нагрева и потерь электроэнергии.
4. Разработка методики формирования графиков нагрузки при использовании накопителей энергии.
5. Разработка алгоритма выбора параметров накопителей энергии с учетом выравнивания нагрузки.
Идея работы
Для выравнивания графика нагрузки электротехнического комплекса следует применять накопители электроэнергии, что позволит без изменения технологического процесса, режима работы предприятия и замены действующего оборудования повысить его энергоэффективность.
Методология и методы исследования
В работе использованы методы теории электрических цепей, систем электроснабжения электротехнических комплексов, математическое моделирование и алгоритмизация, с последующей реализацией в виде компьютерных программ с использованием пакета Microsoft Visual Studio.
Научная новизна
1) Выявлены зависимости требуемой степени выравнивания нагрузки от коэффициента формы графика нагрузки, коэффициента нагрева и потерь электроэнергии, определяющие параметры системы накопителей электроэнергии.
2) Обоснован алгоритм выбора параметров системы накопителей электроэнергии, включающий разработанную методику упрощенного анализа их эффективности, позволяющую с заданной точностью обеспечить необходимую степень выравнивания нагрузки.
Положения, выносимые на защиту
1) Расчетную величину суммарных потерь энергии в электрических сетях предприятий следует определять независимо от их конфигурации на основе полученных зависимостей коэффициента нагрева от коэффициента формы графика нагрузки, что позволяет проводить анализ изменения потерь на нагрев проводников в зависимости от формы графика нагрузки.
2) Выбор структуры и параметров системы накопителей электроэнергии с применением аккумуляторных батарей, используемых при регулировании графика нагрузки, должен основываться на требуемых степени выравнивания нагрузки, коэффициенте формы, коэффициенте нагрева, характеристиках мест подключения накопителей при максимально возможном снижении потерь электроэнергии, что повысит энергоэффективность электротехнического комплекса предприятия.
Достоверность научных результатов базируется на фундаментальных положениях теории электроснабжения и использовании современных прогрессивных методов исследования, включающих математическое и компьютерное моделирование при достаточной сходимости их результатов, подтвержденных практической реализацией на существующих системах электроснабжения электротехнических комплексов предприятий.
Теоретическая и практическая значимость работы
1) Разработана методика определения тип аккумуляторных батарей и оптимального места их подключения.
2) Разработана методика определения относительного изменения потерь электроэнергии в сетях в зависимости от изменения графика потребления узла нагрузки.
Реализация выводов и рекомендаций работы
Рекомендации по выбору параметров накопителей электроэнергии и места их установки с целью снижения издержек и повышения энергоэффективности предприятия переданы в ООО «Финпром-Инжиниринг».
Личный вклад автора
Разработан алгоритм выбора параметров накопителей энергии с учетом выравнивания нагрузки, разработана методика формирования графиков нагрузки при использовании накопителей энергии, определена зависимость энергоэффективности работы электрической сети от степени равномерности графика нагрузки.
Апробация результатов
Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на IV международной научно-практической конференции "Достижения молодых ученых в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании" (г. Брянск “БГТУ”) , XIII Международной молодежной научной конференции “Севергеоэкотех-2012” (г. Ухта “УГТУ”).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 3 в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы
Похожие диссертации на Алгоритм формирования графиков электрических нагрузок предприятия с применением аккумуляторных батарей в качестве потребителей-регуляторов мощности
