Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние и перспективы децентрализованного электроснабжения Якутии . 13
1.1. Анализ системы энергообеспечения Якутии . 13
1.2. Децентрализованные зоны, проблемы и перспективы 25
1.3: Задачи совершенствования электроснабжения децентрализованных потребителей 46
1.4. Возможности использования возобновляемых источников энергии в децентрализованных зонах 49
1.5. Выводы по главе 1 59
ГЛАВА 2. Возможности децентрализованной ветроэнергетики в Якутии 62
2.1. Кадастр ветровых энергоресурсов республики 62
2.2. Выбор типов ветроэлектростанций, перспективных для применения в Якутии 80
2.3. Технико-экономическое обоснование децентрализованного электроснабжения от ветроэлектростанций 103
2.4. Выводы по главе 2 108
ГЛАВА 3. Оценка эффективности ветроэлектростанций в энергетическом балансе децентрализованных зон Якутии 111
3.1. Выбор мощности ветроэлектростанций 111
3.2. Варианты систем электроснабжения 120
3.3. Экономическая эффективность внедрения ветроэлектростанций 140
3.4. Выводы по главе 3 159
ГЛАВА 4. Перспективы автономных систем электроснабжения якутии с участием ветроэлектростанций 162
4.1. Регрессионный анализ показателей вариантов автономных систем электроснабжения 162
4.2. Рекомендации по внедрению ветроэнергетических установок в малую энергетику Якутии 173
4.3. Выводы по главе 4. 177
Заключение 179
Библиографический список литературы 181
Приложения 193
Акты о внедрении результатов диссертационной работы. 205
- Анализ системы энергообеспечения Якутии
- Кадастр ветровых энергоресурсов республики
- Выбор мощности ветроэлектростанций
- Регрессионный анализ показателей вариантов автономных систем электроснабжения
Введение к работе
Актуальность темы. Жизненно важной характеристикой энергетики в экстремальных природно-климатических условиях Якутии является надежность работы всех звеньев системы топливо - и энергообеспечения. От этого зависит не только эффективность функционирования отраслей народного хозяйства, но и здоровье и жизнь людей, которые в случае прекращения энергоснабжения, оказываются один на один с суровой природой без главной системы жизнеобеспечения.
Энергетическое хозяйство республики представляет собой достаточно развитый комплекс, включающий все (за исключением атомной) отрасли топливно-энергетического комплекса (ТЭК): угольную, газовую, нефтяную, электротеплоэнергетику. Вместе с тем ТЭК Якутии, традиционно поглощающий для своего функционирования и развития столь значительные материальные, трудовые и финансовые ресурсы, не ориентирован в должной мере на непосредственные нужды ее населения. Газификация осуществлена на ограниченной территории, потенциал коммунальных и сельских систем электроснабжения невелик. Душевое потребление электрической и тепловой энергии в районах исторически сложившегося постоянного проживания населения в 3-4 раза ниже, чем в районах промышленного освоения. Для энергетического хозяйства северных улусов характерно применение устаревших технологий и оборудования. Технический уровень большей части энергоисточников совершенно не удовлетворителен.
Современная ситуация в ТЭК республики характеризуется спадом производства энергоносителей, ухудшением финансового положения всех без исключения его отраслей, что серьезно угрожает надежности энерго- и топливоснабжения внутренних потребителей.
На сегодняшний день 60% территории и 30% населения республики Саха (Якутия) остаются вне зон централизованного электроснабжения. За последние десять лет резко снизились объемы нового строительства ЛЭП, при-
остановлена реконструкция старых. Более 60% электролиний, трансформаторных подстанций отработали свой ресурс и требуют капитального ремонта, вследствие чего происходит периодическое аварийное отключение электросети, опасное для жизни в длительный зимний период.
Основными проблемами энергоснабжения децентрализованных потребителей являются дальний транспорт топлива, с учетом ограниченности сроков сезонного завоза в труднодоступные районы. Низкий уровень развития транспортной инфраструктуры, многозвенность процесса завоза топлива приводят к высоким потерям и многократному его удорожанию. Эксплуатация большей частью устаревших и физически изношенных автономных энергоисточников, определяет 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.
Наличие большого количества рассредоточенных потребителей, электроснабжение которых может осуществляться только от автономных энергоисточников, и наличие множества проблем в существующих зонах децентрализованного энергообеспечения требует решения актуальных вопросов развития и совершенствования децентрализованных зон. Очевидным путем повышения энергоэффективности таких зон является максимальное использование местных возобновляемых энергоресурсов.
Внедрение возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в энергобаланс республики позволит частично или полностью заменить существующие на сегодняшний день автономные дизельные энергосистемы (с износом 70-80 %), не обеспечивающие надежного электроснабжения изолированных потребителей и добиться экономии дорогостоящего для республики топлива.
Широкомасштабному использованию ВИЭ в России в настоящее время препятствует ряд институциональных и экономических барьеров, отмечен-
6 ных на международном мероприятии Круглый стол «Политические меры по развитию возобновляемой энергетики» [191, 158]:
отсутствие нормативной и правовой базы развития ВИЭ в России (федеральные и региональные законы о ВИЭ, правила получения лицензий и разрешений и др.);
лоббирование традиционной топливной и ядерной энергетики;
при сравнении традиционных и нетрадиционных источников энергии экологическая и социальная составляющие стоимости энергии не учитываются;
отсутствие инвестиционной политики для развития перспективных технологий ВИЭ;
недостаточное финансирование демонстрационных проектов ВИЭ;
нехватка инженерных и научных кадров, комплексно владеющих проблемой использования ВИЭ и способных решать как технические, так и экологические, и экономические проблемы;
недостаточное финансирование НИОКР и производственной базы ВИЭ России.
Из всего многообразия ВИЭ в республике использование геотермальной и приливной энергетики, биогаза и бытовых отходов для поставленной задачи имеет ограниченный характер. Солнечная энергетика также имеет существенные ограничения - главным образом климатические (эффективность падает в средней полосе и особенно на Севере). По запасам, доступности, экологичности и масштабам использования в районах республики Якутия приоритетными являются энергия потоков воды и ветра, но использование установок для кочующих народов и особенностей климатических условий республики определяют преимущества энергии ветра.
Внедрение технологий возобновляемой энергетики, при разумном использовании, может оказать заметную помощь в энергообеспечении районов со слабой топливной базой, плохими транспортными условиями и слабом развитии электрических сетей.
Данное решение проблемы децентрализованного потребителя требует проведения ресурсных, технико-экономических, экологических и других исследований целесообразности и масштабов внедрения возобновляемой энергетики в систему электроснабжения республики. Выбор стратегии дальнейшего развития энергетики Якутии на ближайшие десятилетия должен учитывать, с одной стороны, реальное состояние и трудности экономики, промышленности, экологии и, с другой, - тенденции развития современной энергетики.
Задачами внедрения малой и возобновляемой энергетики, отмеченными в различных работах, являются: [158,177]:
1. Обеспечить устойчивое, соответствующее современным, принятым в
аналогичных климатических условиях уровням, тепло- и электроснабжение
населения и производства в зонах децентрализованного электроснабжения.
По типу производства - это преимущественно предприятия сельскохозяйственного, горнодобывающего и сырьевого использования (оленеводство, пушное звероводство, животноводство, промысел, рыболовство, очаговое земледелие, лесозаготовки и деревообработка, добыча руды, драгметаллов, топлива и т.д.)
2. Компенсировать сокращение на 50% завоз жидкого топлива в трудно
доступные районы и районы Крайнего Севера при одновременном увеличе
нии надежности энергоснабжения.
На Крайнем Севере по всему арктическому побережью общее число основных источников энергоснабжения (ДЭС) превышает 5 тыс., ежегодный расход топлива — 6 млн. тонн.
3. Обеспечить гарантированный минимум энергоснабжения населения и
производства (особенно сельскохозяйственного) в зонах централизованного
энергоснабжения (главным образом в дефицитных энергосистемах) во время
аварийных и ограничительных отключений.
Ущерб в сельском хозяйстве от перерывов в электроснабжении, низкого качества электроэнергии, низкой надежности электрооборудования и уровня
эксплуатации оценивается в десятки миллиардов рублей. Душевое электропотребление сельского жителя в 2 раза ниже, чем городского.
4. Снижение в 2 и более раза к 2010 году вредных выбросов от энергетических установок в отдельных городах и населенных пунктах со сложной экологической обстановкой, а так же в местах массового отдыха населения.
Целью диссертационной работы является исследование системы децентрализованного электроснабжения районов Якутии и разработка рекомендаций по повышению ее энергоэффективности путем вовлечения в энергобаланс республики ветроэнергетического потенциала территории.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:
проведен анализ структуры системы электроснабжения потребителей Якутии;
показана роль, состояние и задачи развития децентрализованных зон электроснабжения районов республики;
проведено исследование потенциала возобновляемых энергоресурсов территории Якутии и определены виды ВИЭ, целесообразные для приоритетного использования на территории республики, в целях производства электроэнергии;
показана целесообразность первоочередного внедрения малых ветроэлек-тростанций в децентрализованных зонах электроснабжения потребителей;
рассмотрены варианты построения автономных систем электроснабжения (АСЭС) с участием ВЭУ для децентрализованных потребителей;
определены технические характеристики АСЭС в структурных схемах со-
ставляющих варианта в широком диапазоне определяющих факторов (ветровые условия, характеристика потребителя);
- сформулированы региональные требования к ветроэлектростанциям и
проведена оценка масштабов их применения на территории Якутии;
разработаны математические модели технико-экономических характеристик ВЭС с учетом региональных особенностей эксплуатации и прикладные программы, позволяющие оценивать их энергоэффективность;
разработаны математические модели экономической эффективности внедрения ВЭС в децентрализованные системы электроснабжения, на основании которых определены условия целесообразности вовлечения ВЭС в энергобаланс децентрализованной системы электроснабжения;
сформулированы предложения по коррекции топливно-энергетического баланса децентрализованных зон электроснабжения республики путем использования ветроэнергетического потенциала.
Предметом исследования является повышение энергоэффективности децентрализованного электроснабжения районов Якутии с помощью ветроэлектростанций.
Объектом исследования является комплекс локальных систем электроснабжения районов Якутии с учетом технических, климатических, географических, инфраструктурных, социальных, экономических условий и потенциала ВИЭ территории.
Методы исследования, методы компьютерной обработки массивов информации; методы расчета систем электроснабжения; методы структурного анализа комплекса систем децентрализованного электроснабжения; методики расчетов экономической эффективности электроэнергетических объектов; численные методы расчетов исследуемых зависимостей; методы математической статистики и теории вероятности; методы многофакторного и кластерного анализа совокупности показателей; математическое моделирование технико-экономических показателей АСЭС.
Научная новизна работы. В результате выполнения исследования получены следующие новые научные результаты:
1. Выявлены региональные особенности топливо- и энергоснабжения малых децентрализованных потребителей республики Саха (Якутия), отраженные в построенной карте схеме децентрализованных зон;
Определены районы республики целесообразные для практического использования ветроэнергоресурсов в децентрализованных системах электроснабжения;
Разработана методика выбора вариантов автономных систем электроснабжения и оценки их энергоэффективности;
Разработаны математические модели технико-экономических характеристик децентрализованных систем электроснабжения с участием ВЭУ, осуществляющие рациональный выбор их параметров.
Практическая ценность работы.
Определены ветропотенциальные зоны территории, предложен целесообразный объем первоочередного вовлечения ВЭУ в энергобаланс децентрализованных зон.
Разработаны технические решения использования ВЭУ для повышения энергоэффективности децентрализованных районов Якутии;
3. Предложены рекомендации по осуществлению выбора ВЭУ сле
дующей установленной 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 - бензоэлек-тростанция);
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 электро
технических комплексов децентрализованного электроснабжения изолиро
ванных потребителей, реализованная в виде пакета прикладных программ.
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при подготовке планов внедрения ВЭУ малой мощности в улусах республики по соглашению РМЗ ОАО ХК «Якутуголь» (г. Нерюнгри) - Сельхозэнерго
11 ОАО АК «Якутскэнерго» (г. Якутск) и программе «Развитие малой энергетики Якутии», подтвержденные актом внедрения.
Результаты выполненной работы использованы в учебном процессе на кафедре ЭПиАПП ТИ (ф) ГОУ ВПО «ЯГУ»: ведение факультативной дисциплины «Малая энергетика Севера» и дисциплин «Общая энергетика», «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» для студентов инженерного факультета специальностей «Электропривод и автоматизация производственных процессов», «Электроснабжение», «Энергообеспечение предприятий»; при разработке методических рекомендаций для выполнения практических работ; разработке учебно-методического пособия.
Основные научные положения работы, выносимые на защиту:
Рациональность зонирования территории Якутии с учетом совокупности проблем децентрализованного электроснабжения и ветроэнергоресур-сов.
Целесообразность внедрения вариантов АСЭС с участием ВЭС мощностью от 0,2 кВт до 30 кВт, обеспечивающая повышение энергоэффективности комплекса децентрализованной энергетики Якутии.
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, заседании кафедры «Электропривод и автоматизация производственных процессов» и научных семинарах Технического института (филиала) ГОУ ВПО «Якутский государственный университет» (1999-2005 г.г.); на объединенном научном семинаре кафедр «Электроснабжение промышленных предприятий», «Электрические машины», «Электропривод и электрооборудование» Электротехнического института Томского политехнического университета (г. Томск, 2005 г.); на международной конференции «Физико-технические проблемы Севера» (Якутск, 2000 г.); на региональных научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и студен-
тов (Нерюнгри, 2001-2005 гг.); на региональной научно-практической конференции «Вопросы экологии и охраны окружающей среды Дальнего Востока» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2002 г.); на международной конференции «Электромеханические преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» (г. Екатеринбург, 2003г.); на международных научно-технических конференциях (г. Томск) «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы» (2003 г.), «Электроэнергия и будущее цивилизации» (2004 г.), «Электромеханические преобразователи энергии» (2005 г.); на международной конференции «Пути и технологии экономии и повышения эффективности использования энергетических ресурсов региона» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2003 г.); на 2-ой интеграции междисциплинарной конференции 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. Тобольск, 2004); на Республиканской научно-практической конференции «Пути повышения решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых юга Якутии» (г.Нерюнгри, 2004 г.); на международных конференциях молодых ученых, аспирантов, студентов «Актуальные проблемы современной науки» (г. Самара, 2003-2005 гг.); в отделе энергетики ИФТПС ЯНЦ РАН г. Якутск, в исследовательских отделах предприятий Хотуэлектропроект ГУЛ «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, заключения, содержащих 180 страниц основного текста, 3 приложений, 38 таблиц, 65 рисунков и списка литературы из 192 наименований.
Анализ системы энергообеспечения Якутии
Республика Саха (Якутия) занимает пятую часть территории России, являясь самым большим её территориальным образованием, площадью 3103 тыс. кв. км- 18 % от всей территории страны и населением 987,7 тыс. чел - 0,7 % численности России. По количеству административно-территориальных единиц-35 улусов.
Структура малой энергетики Республики Саха (Якутия) состоит из двух субъектов с различными формами собственности. Это акционерное общество АК «Якутскэнерго» с дочерним АО «Сахаэнерго» и филиалами, и государственное предприятие ГУП «Сахасельхозэнерго».
Энергосистемы Республики Саха (Якутия) относятся к энергоизолированным районам. Основными причинами, возникновения отдельных электроэнергетических систем можно считать [54]: степень социально-экономической освоенности территорий; территориальную удаленность «анклавов» от ЕЭС и друг от друга и, как следствие, экономическую нецелесообразность подвода к ним единых линий электропередач; привязку энергетических объектов «анклавов» к одному крупному потребителю (промышленному предприятию, городу, поселку); малую плотность хозяйствующих субъектов и населения на территориях «анклавов» и их концентрацию вокруг объекта электроэнергетики.
Энергетические объекты (электростанции) энергоизолированных районов находятся в частной, государственной, муниципальной собственности, также в составе холдинга РАО «ЕЭС России», государственного унитарного предприятия или имеют ведомственную принадлежность.
Централизованное энергообеспечение потребителей осуществляется энергосистемой "Якутскэнерго", состоящей из трех крупных изолированных энергорайонов - Западный, Центральный и Южно-Якутский, на долю которых приходится 75 % суммарной мощности и 80% производства электроэнергии [123].
В составе энергосистемы- шесть предприятий электрических сетей: Западные, Южно-Якутские, Центральные, Северо-Восточные, Северные, Вилюй-ские. Протяженность линий электропередач всех напряжений составляет 20154 км, из них напряжением 220 кВ - 2310 км, 110 кВ - 3072 км.
В централизованной зоне республики располагаются следующие улусы: Мирнинский, Ленский, Алданский, подчиненная территория г. Якутска, подчиненная территория г. Нерюнгри, Верхневилюйский, Сунтарский, Нюрбин-ский, Вилюйский, Чурапчинский, Татинский, Усть-Алданский, Мегино-Кангаласский. Основными источниками энергоснабжения этих территорий являются [5,140]: - Якутская ГРЭС- 255 МВт - в эксплуатации 7 газотурбинных установок; - Якутская ТЭЦ - 12 МВт- 2 турбины по 6 МВт работающих на газе; - Вилюйская ГЭС- 680 МВт -8 гидроагрегатов по 85 МВт; - Мирнинская ГРЭС -120 МВт: 10 ГТУ по 12 МВт, Ленская ЭС -24 МВт; - Нерюнгринская ГРЭС - мощность 618 МВт: 2 энергоблока мощностью по 180 МВт, один энергоблок 210 МВт.
Кроме энергорайонов с электрическими сетями в республике функционирует децентрализованная зона энергоснабжения, характеризуемая данными табл. 1.1.
Основой энергоснабжения потребителей в отдаленных от электрических сетей районах, являются около 200 дизельных электростанций, расположение которых по территории республики показано на рис. 1.1: - в системе АК «Якутскэнерго» эксплуатируется 98 локальных дизельных электростанций общей мощностью 296,8 МВт, образующих независимые электрические сети, в том числе в дочернем ОАО «Сахаэнерго» - 85 станций общей мощностью 179,2 МВт; - в ГУЛ «Сахасельхозэнерго» — 73 электростанции общей мощностью 73,5 МВт; - около 30 ДЭС принадлежат отдельным предприятиям и улусным администрациям.
Кадастр ветровых энергоресурсов республики
Оценка ветрового потенциала республики проводилась на основании справочных материалов [119,146,147]. Средняя годовая скорость ветра на большинстве станций республики на высоте флюгера изменяется от 2,2 до 5,7 м/с (табл. 2.1). Средние годовые скорости ветра мало изменяются от года к году. Наибольшие отклонения средней годовой скорости ветра в отдельные годы не превышает по всей территории Якутии 15-35%.
В годовом ходе скорости ветра по всей территории Якутии, независимо от степени защищенности флюгера, сохраняется определенная закономерность: существенные изменения средней месячной скорости ветра обнаруживаются при переходе от зимы к весне и от лета к осени. В пунктах с наиболее характерным для всего улуса годовым ходом средней скорости ветра (рис. 2.1) проявляется минимум в холодное время года (ноябрь - февраль) и некоторое уменьшение в августе - сентябре (в конце летнего и начале осеннего периода). Кроме весенне-летнего (май - июнь) максимума отмечается увеличение скорости ветра осенью - октябрь. На островах в районе моря Лаптевых в годовом ходе скорости ветра максимум падает на октябрь, кроме того, наблюдается увеличение скорости ветра в мае — июне. На островах Восточно-Сибирского моря наблюдается максимум в январе - феврале, а минимум - в летние месяцы. Среднегодовые скорости изменяются от 1,2 до 7,3 м/с [146].
Оценка ветроэнергетических ресурсов Якутии сделана впервые отделом энергетики ИФТПС НЦ Якутии СО РАН, носит ориентировочный характер и требует дальнейших более детальных проработок. Первичность результатов и необходимость последующего уточнения запасов ветроэнергии обусловлены редкой стационарной сетью наблюдений за скоростями ветра и прямой зависи На одну метеостанцию с наблюдениями ветрового режима приходится 26 тыс, км территории Якутии, Рельеф местности разнообразен. Высота датчиков ветроизмерительных приборов варьируется в пределах от 9-10 до 16-17 м.
Скорости ветра, как и направления, зависят в значительной степени от рельефа местности, степени защищенности флюгера, подстилающей поверхности, высоты станции. Например, на станциях, расположенных в долинах, преобладают ветры, направленные вдоль долин (Сого-Хая, Кюсюр, Сунтар, Усть-Мома и др.). В горных районах наблюдаются горно-долинные ветры, дующие ночью вниз по долине, а днем - вверх по долине. Направление у земли подчеркивает и влияние речных долин, вызывающих деформацию воздушного потока (Сангар, Витим, Мянгняра, Сухана и др.). На станциях, расположенных на побережьях и островах моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря, на направлении ветра сказывается влияние очертаний береговой линии и направление проливов (мыс Шалаурова, бухта Тикси). С высотой скорость ветра возрастает; на возвышенностях, берегах озер и в долинах крупных рек также наблюдается увеличение скорости ветра по сравнению с равнинными участками. В городах, на лесных полянах скорости ветра уменьшаются по сравнению с окружающим районом, причем шероховатости подстилающей поверхности за счет лесов оказываются сильнее, чем влияние барических градиентов [147].
Вследствие большого разнообразия ландшафтных условий на территории Якутии характеристику скорости ветра необходимо давать по условиям местоположения станций, что подтверждается в некоторой степени сопоставлением класса открытости станции со среднегодовыми скоростями ветра.
На станциях, расположенных на открытых возвышенностях, водоразделах, в верхних частях склонов скорости ветра заметно увеличиваются, достигая 2,5-3,0 м/сек за год. В местах с полузащищенной установкой флюгера, находящихся на сравнительно ровном месте, средние годовые скорости ветра несколько меньше 1,5-2,5 м/сек.
Выбор мощности ветроэлектростанций
Ветровая энергия представляет один из наиболее дешевых возобновляемых источников энергии. При 30% ежегодном среднем темпе роста в течение последних шести лет ветроэнергетика является наиболее быстрорастущим источником энергии в мире, хотя она все еще обеспечивает малую долю мирового энергоснабжения. Продолжающийся рост технологии значительно подкрепляется ее устойчиво улучшающейся стоимостной конкурентоспособностью [96].
Экономический потенциал ветровой энергии характеризуется величиной годового поступления электрической энергии от перспективного использования ВЭУ, получение которой должно быть экономически оправдано при существующем уровне цен на производство, транспортировку и потребление энергии и топлива и соблюдение экологических норм [137] в децентрализованных зонах.
Стоимость установленной мощности возобновляемых источников энергии для конкретного региона включает стоимость производства соответствующего оборудования, расходы по его транспортировке на место установки и стоимость строительства. Определение стоимости установки, а также ресурса ее работы в натурных условиях, позволяет установить стоимость вырабатываемой полезной энергии и провести сравнение с другими источниками энергии, в первую очередь с традиционными в данном регионе [17,137].
Экономический эффект, обусловленный применением ВЭУ в электроснабжении децентрализованных зон республики, прежде всего, определяется экономией органического топлива.
ВЭУ в зависимости от ветроэнергетического потенциала и объемов электропотребления могут частично или полностью заменить традиционные энергоисточники. Поэтому стоимость электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ, следует сравнивать с топливной составляющей стоимости электроэнергии элек тростанций на органическом топливе. При достаточно высоких скоростях ветра условие экономической эффективности применения ВЭУ выполняется.
В табл. 2.13 приведены предварительные расчеты сравнительной эффективности ВЭУ для ветропотенциальных зон республики со средней многолетней скоростью ветра 3-7 м/с, и дизельных электростанций. Расчетные данные основываются на таких показателях современных ВЭУ (п.2.2), для которых, как правило, значение скорости трогания не выше 5 м/с и максимальной скорости не ниже 25 м/с. Высокий стоимостный показатель ВЭУ компенсируется отсутствием топливной составляющей, высоким КИУМ в ветронасыщенных зонах и продолжительным сроком службы.
Основной подход в технико-экономических расчетах эффективности внедрения ВЭУ должен учитывать региональные особенности производства электроэнергии [120]: рассмотрение экономического эффекта использования автономных энергоустановок при учете регионального фактора стоимости топлива, регионального экологического фактора и срока окупаемости. При анализе экономической эффективности применения ВЭУ следует опираться на общепризнанные методики [25,40,87,100-103,107,110,155,185,187,188]. Методы, применяемые для технических и экономических оценок систем электроснабжения с ВЭУ, весьма различны по степени сложности и объему исходной информации. В работе [176] предлагаются ориентировочные расчетные выражения некоторых параметров технико-экономического анализа внедрения ВЭУ в районах Якутии:
Регрессионный анализ показателей вариантов автономных систем электроснабжения
Для многофакторного анализа (на основе множественной линейной регрессии, позволяющей проводить оптимизацию параметров исследуемой системы) себестоимости электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ в различных вариантах АСЭС были рассмотрены все перспективно исследуемые установки (гл. 3).
Для анализа выбраны наиболее значимые факторы, влияющие на поведение исследуемого показателя - себестоимости электроэнергии: xl - среднегодовая потребность в электроэнергии W, кВт-ч; х2 — потенциальная годовая выработка ВЭУ Q, кВт-ч, в зависимости от ветровых условий; хЗ - установившаяся мощность ВЭУ N, кВт; х4 - капиталовложения в вариант АСЭС К, тыс. руб.; х5 - срок службы ВЭУ Тел, год; у - себестоимость электроэнергии С, руб/кВт-ч. В процессе расчетов определялась зависимость вида у = а + а2х2 + аъхъ + а + а с$ +Ь (4.1) где а - коэффициент линейной регрессионной модели.
Оценка коэффициентов регрессии базировалась на незакодированных исходных значениях факторов. Интервал варьирования факторов определялся исходя из реальных диапазонов изменения величин. Численное моделирование выходной величины уі производилось на основании выражения (3.12) при изменении совокупности факторов для 54 случаев. Полученная линейная модель себестоимости электроэнергии в зависимости от изменения исследуемых факторов имеет вид: С .= -0,00000259 - 0,000290-3,8877 + 0,030877s: + 0,827877Ъ + 7,21255 (4.2)
Для полученного уравнения множественной регрессии определены коэффициент детерменированности г=0,67; F-статистика= 5,417. Для определения уровня надежности модели, положим величину Альфа=0,05. Для числа степеней свободы vi=5 и v2-49 по таблице процентных точек F-распределения Фишера [95] найдено F-критическое = 2,3683, что меньше значения F-наблюдаемого. Следовательно, полученное регрессионное уравнение применимо для оценочной себестоимости электроэнергии от ВЭУ в вариантах АСЭС.
Сравнение значений численного моделирования величины С и выходной величины полинома (4.2) у, показывает некоторое отклонение функции в рассматриваемой области значений факторов, то есть линейная регрессионная модель неадекватно отражает зависимость исследуемых переменных.
Для устранения ошибки аппроксимации и получения уравнения регрессии для себестоимости электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ, более высокого порядка использован пакет прикладных программ Statistika 6.0 [173]. Статистический анализ основан на расчетных данных - значениях факторов, полученных в ходе исследования.
Размер совокупности значений факторов имеет достаточный объем для выявления степени корреляционной связи между величиной себестоимости электроэнергии и параметрами, характеризующими энергоэффективность и целесообразность вовлечения ВЭС в энергобаланс децентрализованной системы электроснабжения республики.
Распределение исследуемых факторов подчиняется логарифмическому нормальному закону распределения. Плотность вероятности распределения имеет вид: где х - исследуемый признак (xl, х2, хЗ, х5, у); х - усредненный за определенный период исследуемый признак; ах - среднеквадратичное отклонение исследуемого признака. Шадлу (ирры велів! самцов о«яг ктів)
Для согласования теоретического и статистического распределения (рис. 4.1а) использован критерий согласия Хи-квадрат (х2). Форма % распределения определяется числом степеней свободы df. При помощи прикладных программ для каждого распределения рассчитаны значения df и х С помощью справочного материала математической статистики [171] по данным параметрам определена вероятность того, что исследуемая величина, имеющая распределение % с df степенью свободы, превзойдет данное значение /". Диапазон вероятности 0,1206 р 0,38605 указывает на то, что гипотеза описания статистических данных по логнормальному закону распределения не противоречит данным численного моделирования. На практике, если р оказывается меньшим чем 0,1, рекомендуется проверить эксперимент или найти более подходящий для описания статистических данных закон распределения [27]. В рассматриваемых случаях величину вероятности события можно считать достаточной для согласованности.
