Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности и перспективы энергообеспечения предприятий малой и средней тамбовской области области 8
1.1. Природные условия Тамбовской области 8
1.2. Тамбовская область как потребитель энергоресурсов .10
1.3. Мировой опыт использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии 14
1.4. Использование энергии ветра 17
1.5. Использование энергии солнца 26
1.6. Использование энергии солнца 32
1.7. Цель и задачи исследования .36
2. Основы синтеза рационального электроснабжения предприятий средней и малой мощности . 38
2.1. Существующие схемы энергоснабжения 38
2.2. Постановка задачи о рациональном соотношении между различными источниками энергии при электроснабжении потребителей 40
2.3. Определение затрат на снабжение потребителей удаленных районов электроэнергией от энергосистемы 45
2.4. Определение затрат на распределение природного газа потребителей 50
2.5. Определение затрат на теплоснабжение потребителей от местных установок 53
2.6. Определение затрат на энергоснабжение потребителей от энергии солнца, ветра и биогаза 56
3. Исследование потенциала солнечной энергии в зоне тамбовской области 58
3.1. Состояние вопроса 58
3.2. Определение средних месячных значений солнечной энергии, поступающей на поверхность земли 63
3.3 Вероятностная оценка продолжительности солнечного сияния 65
3.4. Потенциал Тамбовской области по солнечной энергии . 71
4. Исследование потенциала ветровой энергии в зоне тамбовской области 74
4.1. Общие положения определения кадастровых характеристик скорости ветра 74
4.2. Определение ветроэнергетического потенциала 81
5. Рационального использования энергии солнца, ветра, биогаза 93
5.1. Оценка экономической целесообразности использования энергии солнца, ветра, биогаза в Тамбовской области .93
5.2. Определение рационального соотношения между различными источниками при энергоснабжении предприятий районов 107
5.3. Оптимизация структуры систем электроснабжения с учетом энергоресурсов 111
Заключение 126
Библиографический список 128
Приложение 141
- Мировой опыт использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии
- Постановка задачи о рациональном соотношении между различными источниками энергии при электроснабжении потребителей
- Вероятностная оценка продолжительности солнечного сияния
- Определение рационального соотношения между различными источниками при энергоснабжении предприятий районов
Введение к работе
Актуальность работы. Для нашей страны традиционно вопросы обеспечения потребителей электрической энергии решались государством. Это относится не только к лозунгу о Советской власти, но и к практическим делам, начиная с плана ГОЭЛРО, игравшего положительную роль до тех пор, пока выдерживалось соотношение между строительством крупных, мелких и средних электростанций. Ликвидация частных электростанций в первые годы советской власти, уничтожение в годы коллективизации свыше миллиона водяных и ветряных мельниц.
Все это происходило при обязательстве, что Минэнерго берет на себя обеспечение любого потребителя электрической энергией при условии, что ему, Минэнерго, разрешат выдачу технических условий на присоединение объектов к энергосистеме. Лозунг привел к полному бесправию потребителей электрической энергии и явился основой тотальной монополизации в электроэнергетике (по существу, было запрещено сооружение средних и малых электростанций, которые принадлежали бы потребителям - городам, предприятиям, совхозами и т.д.).
Под видом выдачи технических условий энергосистема могла навязать любому предприятию строительство линии любого напряжения, любой электростанции или её блока. Другими словами, взяв на.себя обязательство обеспечить любого потребителя электроэнергией, Минэнерго всегда строило и рапортовало о строительстве только гигантов, бросив на произвол судьбы многочисленные отдаленные поселки, деревни, фермы (что, например, для леспромхозов и стойбищ в тундре стало трагедией). Достаточно обратиться, например, к построенной линии 500 кВ Саяно-Шушенской ГЭС - Новокузнецк. С появлением этой линии ни одна шорская семья не начала получать электроэнергию (да это и технически было невозможно) [159]. Такая же проблема существует для некоторых деревень Тамбовской области.
5 Как показывает мировой опыт и ряд отечественных исследований, одним
из возможных путей решения данной задачи является использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии малой и средней мощности потребителей. В настоящее время существуют методики нахождения рациональной замены одних источников возобновляемыми источниками (Freris L.L., Сап-лин Л.А., Шерьязов G.K.), но они строго привязаны к определенной местности из-за многочисленных факторов, и не дают оценку предотвращенного экологического ущерба за счет снижения расхода основных топливных ресурсов. На основании анализа публикаций-: можно сделать вывод, что до настоящего времени не существовало единой методики эффективного функционирования электрических систем при рациональной замене традиционных источников энергии возобновляемыми источниками для районов Тамбовской области. Разработка методики, позволяющей получить оптимальное соотношение традиционных и альтернативных источников энергии, является; одной из важнейших задач вытекающей из федерального закон «Об энергосбережении» N 28-ФЗ от 3 апреля 1996 г. во всех регионах России, в частности и для Тамбовской области. Федеральный закон "Об энергосбережении" N 28-ФЗ от 3 апреля 1996 г. Принят Государственной Думой 13.03,96 г: «...закон действует на всей территории Российской Федерации. Объектом государственного регулирования в области энергосбережения являются отношения, возникающие в процессе деятельности, направленной на: ... развитие:добычи и,производства альтернативных видов топлива, способных заменить энергетические ресурсы более дорогих и дефицитных видов...».
Отдельные исследования Л.А. Перовой, Н.А. Петелиной, Э.А. Мовсу-мовым в основном направлены на возможность использования того или иного нетрадиционного источника. Однако возможность использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии можно оценить только при их совместном рассмотрении с традиционными. Эта проблема нуждается в более глубоком изучении. Поэтому исследования, направленные на разработку мето-
дики использования возобновляемых источников энергии-при построению рациональной системы электроснабжения, являются актуальными.
Целью работы является повышение эффективности функционирования электрических систем и исследование возможности: рациональной доли: замещения традиционных энергоресурсов энергией солнца, ветра, биогаза при энергоснабжении мелких потребителей на примере Тамбовской области.
Из поставленной цели вытекают следующие задачи исследования:
определить гелиоэнергетические, ветроэнергетические, биогазовые ресурсы Тамбовской области;
разработать. методику синтеза рациональной структуры энергопотребления различных энергоресурсов, включая нетрадиционные возобновляемые источники энергии;
оптимизировать структуру энергопотребления основных районов Тамбовской области.
Идея работы заключается в использовании способов и средств взаимного замещения традиционных энергоресурсов, энергией солнца, ветра, биогаза, путем введения весовых коэффициентов учитывающих интенсивность использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии с учетом местных метеорологических условий:
Научная новизна исследования состоит в следующем:
разработана; для Тамбовской области методика оптимизации структуры энергопотребления различных энергоресурсов, включая нетрадиционные возобновляемые источники энергии;
определены статистические характеристики, математические зависимости и оценен потенциальный ресурс солнечной, ветровой и биогазовой знеріии;
оптимизирована структура электроснабжения и энергоресурсов для каждого района Тамбовской области.
Практическая ценность. Определена полезная удельная энергия ветра, биогаза, солнца для районов Тамбовской области. Полученный материал в виде математических зависимостей, таблиц, графиков и прикладных программ явля-
7 ется основой для проектных и инженерно-технических разработок использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Для административных районов определена рациональная структура потребления основных энергоресурсов. Показано место нетрадиционных возобновляемых источников энергии в этой структурен возможность при их применении снижения потребления традиционных энергоресурсов. Разработанная методика оптимизации структуры позволяет.решить задачи, связанные с перспективным.планированием системы энергоснабжения традиционными источниками энергии с альтернативными источниками, а также снижением вредных выбросов в окружающую среду.
Методы и объекты исследования. В работе использован комплексный подход исследования, включающий метод математической статистики, метод синтеза рациональной структуры системы электроснабжения средних и. мелких предприятий, теорию математического моделирования; и инженерного эксперимента, программную реализацию решения задач на основе использования метода линейного программирования.
Достоверность положений, результатов и выводов подтверждена: формулировкой задач исследования, сделанной исходя из всестороннего анализа работы различных типов потребителей и энергоносителей; математическим обоснованием разработанных зависимостей; представленной выборкой экспериментальных данных,, полученных в реальных условиях при помощи современных измерительных приборов; хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований1 с доверительной вероятностью 0,95 (относительная погрешность не превышает 5%).
Реализация работы. Научные: и практические результаты диссертационной работы использованы в ГНУ ВИИТиН в виде рекомендаций, позволяющих получить рациональную систему электроснабжения. Ожидаемая экономия средств за счет рациональной структуры энергопотребления составит около 6,5 млн. руб./год. При возможном применении альтернативных источников энергии экономится 45,84 ГВт-ч в год., за счет чего в Тамбовской области возможно
8 предотвратить экологический ущерб, за счет снижения вредных выбросов от
замещаемых традиционных источников энергии. Материал, используемый в диссертационной работе, применяется в учебном процессе ТГТУ по дисциплинам: «Режим работы и потребители СЭС», «История развития энергетики», «Электроснабжение сельскохозяйственных потребителей»
Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на научных конференциях ТГТУ (г. Тамбов, 2002-2003 гг.); на всероссийской научно-технической конференции по энергосбережению (г. Новомосковск, 2002 г.); на всероссийской научно-технической конференции на тему «Энергосбережение и энергоснабжение в сельском хозяйстве» ВИЭСХ (г. Москва, 2003 г.); на международной конференции по энергосбережению на тему «Estimation of a power-wind potential» (г. Алжир, 2003г.); на всероссийской научно-технической конференции на тему: «Электроэнергетика, энергосберегающие технологии» (г. Липецк, 2004 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка использованной литературы и приложений. Общий объем диссертации 144 с, в том числе 127 с. основного текста, 20 рисунков, 28 таблиц, список литературы из 159 наименований.
Мировой опыт использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии
Практически во всех странах мира наращивается выработка электрической и тепловой энергии на базе нетрадиционных возобновляемых источников - солнечных, ветровых, геотермальных, энергии малых водных потоков (малых рек); использования биомассы и др. Абсолютная величина выработки энергии от подобных источников невелика. В энергобалансе России в 1995 г. на ее долю приходилось менее 2 %. В мире величина выработки энергии от нетрадиционных возобновляемых источников должна вырасти с 0,4 % (1990 г.) до 1,0 % (2005 г.) от общего количества энергии. Несмотря на столь малый объем, для некоторых регионов, особенно оторванных от энергосистем, подобные; источники; энергии -единственный путь обеспечения местных инфраструктур электричеством и теплом. Развитие нетрадиционной энергетики связано с постоянным; удорожанием и истощением традиционных энергоресурсов - нефти, газа, угля, обострившимися проблемами экологии, необходимостью надежного и эффективного энергоснабжения отдаленных, труднодоступных и специфических потребителей. В России имеется целый ряд регионов, которые не присоединены к централизованной системе энергоснабжения. Там проживает около 20 млн. человек, а электроэнергия вырабатывается в основном на дизельных энергетических установках с использованием дорогого привозного топлива. К тому же, в последние-десятилетия-одной из насущных проблем стало энергоснабжение предприятий сельских районов.. Только в Тамбовской области насчитывается; более 3210 таких предприятий. Энергоснабжение большинства из них заключается в обеспечении электроэнергией и теплом жилого дома (или нескольких домов) и производственной базы. Нагрузка фермерского хозяйства-относительно мала, но, как правило, для подключения к энергосистеме требуется;. строительство высоковольтной линии; электропередачи и понизительной подстанции.
Потенциальные возможности использования нетрадиционных возобновляемых источников как в России, так и в Тамбовской области достаточно велики. На территории России и других стран CHF имеется более 30 районов, где возможно.широкомасштабное:использование групп ветроэнергетических установок (ВЭУ) [24]. Среди них Курильские острова, Сахалин, Дальний Восток, север России, нижнее течение В ол ги, Дона; Лены, Средняя Азия и Казахстан. Для ряда районов ветроэнергетика уже сейчас может быть конкурентоспособной и окупиться зачетыре-пять лет [24]. Экономическая и экологическая эффективность ВЭУ на большей-части территории РФ может быть обеспечена путем эксплуатации средних и крупных ветроагрегатов с горизонтальной и вертикальной осями вращения при небольших; скоростях ветра (2 - 5 м/с) [3 2]. По данным метеостанций; на Камчатке средняя, скорость ветра держится на уровне 5 - 8 м/с [33]: Природный комплекс Калининградской области обладает ветровым потенциалом (5 м/с), который может быть использован разработанными в России ВЭУ; номинальная мощность достигается при скорости ветра 10 - 12 м/с. Разработана схема размещения ВЭУ с позиции скорости ветра: на побережье Балтийского моря и материковой части области [34]. Ветроэнергетический потенциал атмосферы над территорией бывшего СССР составляет более 30 тыс. кВт-ч/г., что в 1,5 раза больше энергетического потенциала [35]. Прогнозируемая потребность России к 2000 году, которая может быть обеспечена платежеспособным спросом, оценивается в 60-70 тыс. ветроагрегатов, в том числе больше 90% мощностью до 10 кВт [8].
Ветроэлектрический парк "Заполярный" (10 ветроагрегатов) - работает в составе местной энергосистемы и обеспечивает надежность электроснабжения насосной станции Усинского гидроузла. Место размещения ВЭУ "Заполярная - 30 км восточнее г.Воркуты в предгорьях Полярного Урала..Общая проектная мощность - 2,5 МВт
В 1997 году в Архангельской=области было установлено 3 ветроагрегата BWC EXCEL мощностькьпо 10 кВт - в деревнях Красное (2 шт.) и Козлы (1 шт.). Деревня. Красное расположена на острове Никольское (один из самых больших островов в дельте реки Северная Двина) в 15 км на северо-запад от Архангельска. Смонтирована ВЭУ мощностью 10 кВт Московской области в деревне Пятница Солнечногорского района в качестве резервной электростанции на деревообрабатывающем предприятии. Ещё 8 ветротурбин В WC EXCEL установлены на демострационном объекте в, деревне Ржавка Солнечногорского района Московской области. Аналогичная: 10 кВт энергоустановка смонтирована в фермерском хозяйстве "Альфа-фермер" Челябинской области в поселке Мирный для.энергоснабжения небольшой молочной фермы. В Ростовской области есть электростанция, работающая в составе "Ростовэнерго", известная как ВЭС-300. В ее составе 10 ветротурбин мощностью по 30 кВт каждая. По инициативе Минтопэнерго России и местного руководства в 20 км от г. Элисты пущена в эксплуатацию ВЭС мощностью 1000 кВт. В Калининграде осуществляется; российско-датский проект, направленный на решение энергетических проблем региона путем сооружения ветропарка из 21 ВЭУ в районе пос. Куликово. Произведен монтаж ВЭУ мощностью 600 кВт.[158]:
Для России на период 2002-2010 гг. планируется внедрение солнечных фотоэлектрических установок в объеме 2,36 МВт с выработкой 3,77 млн. кВт-ч. Установленная мощность гелионагревательных систем определена в объеме 69,89 Гкал/ч при выработке энергии на 111,82 тыс. Гкал, что обеспечивает замещение органического топлива в количестве 15,99 тыс. т у.т. Средние удельные капитальные затраты 9,3 тыс. руб./кВт установленной мощности. Также запланирована выработка электрической энергии на основе биомассы в объеме установленной мощности в 152,02 МВт, а производство тепловой энергии 2753 74;тыс. Ркал, что обеспечивает, суммарное замещение органического топлива в количестве 686,37 тыс. т. у.т.[157].
Для эффективного использования альтернативных источников требует-ся умение рассчитать возможности выработки энергии от подобных источников с учётом района, а также оценить экономическую целесообразность выработки энергии возобновляемыми источниками по сравнению с использованием органического топлива.
В настоящее время сложилось единое мнение, что ветер как источник энергоресурсов переходит из разряда прогнозируемых в разряд реальных источников, способных вносить определенный вклад в топливно-энергетический; баланс (ТЭБ) страны.. Технический потенциал выработки электроэнергии ветроэнергетическими установками (ВЭУ) в мире составляет 20000 ТВт-ч в год-. [6]. Мощность установок достигла 2700 МВт. Количество ветроагрегатов различных конструкций и назначения превышает 2,4 млн. [7, 8]. Реальные возможности ВЭУ составляют И - 13 % всех возобновляемых источников энергии. В перспективе они смогут покрыть до 3% общего энергопотребления [9]. Наметилась тенденция к заметному использованию ветроэнергетического потенциала в ТЭБ, увеличению единичной мощности ветроагрегатов с одновременным совершенствованием их конструкции: уменьшение массы лопастей; возрастание прочности, полная автоматизация управления,, групповое: размещение ВЭУ в виде станций, продвижение подобных комплексов в шельфовую зону морей [10]. Исследуется возможность интеграции ВЭУ в европейскую энергосистему в объеме более 20 % от общего производства электроэнергии [11], рассматривается возможность получения электролизного водорода с применением ВЭУ. Общие вет-роэнергоресурсы в Европе оцениваются; в 1436 МВт электрической!мощности на ветродвигателях, что соответствует производству 4655 ТВт-ч/год. По самым заниженным оценкам; возможна" годовая выработка,350 ТВт-ч. Прогноз перспективного развития- ВЭУ к 2010 году показывает, что ежегодный прирост ВЭУ может составить 1 ГВт. К 2030 году реально получение суммарной мощности 100 ГВт, при которых ВЭУ будут покрывать 10% энергопотребления Европы [12].
Постановка задачи о рациональном соотношении между различными источниками энергии при электроснабжении потребителей
Третья подсистема. Тепловая энергия поступает к потребителю от тепловой электростанции. Эта схема полностью повторяет первую с той лишь раз- ницей, что вырабатывается и передается потребителю не электрическая, а тепловая энергия.
Четвертая подсистема. Местная" котельная или местная теплогенери-рующая установка обеспечивает потребителя тепловой энергией. Данная схема повторяет вторую схему. Наличие или отсутствие определенных элементов в схеме зависит от вида используемого органического топлива. Например, если вместо нефтепродуктов используется уголь, то, как правило, исчезают потери на перерабатывающем«заводе, но возрастают потери при транспортировке и хранении.
Пятая подсистема. Энергию потребитель получает за счет сжигания газа. Газ потребителю от места добычи передается через систему газопроводов и газораспределительных станций, где он преобразуется на теплогенерирующей установке в тепловую энергию. Потери происходят на всех уровнях транспортировки, в теплогенерирующих и энергоиспользующих установках.
Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки.. При рассмотрении энергообеспечения предприятий сельских районов следует учитывать сложившиеся структуры.. Часть сельских районов находится в зоне высокой концентрации электрических сетей, вблизи мощных газораспределительных пунктов или узловых железнодорожных станций. Все эти факторы снижают затраты на транспортировку энергоносителя. Кроме того, сложившаяся структура энергоснабжения накладывает ограничения на количество энергии используемых традиционных видов энергоносителей.
Использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии может рассматриваться как самостоятельная часть общей системы энергоснабжения. При этом следует учитывать, что солнечная энергия (при существующих условиях и техническом решении) может производить электрическую и тепловую энергию, ветровая энергия - электрическую и механическую (например, водоподъем), энергия биогаза (при существующих технических решений) может производить электрическую, тепловую, механическую энергию. Схемы энергоснабжения с нетрадиционными возобновляемыми, источниками также имеют свои достоинства и недостатки.
К достоинствам, несомненно, относится то, что каждая из схем с использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии исключает элементы, связанные с добычей, транспортировкой и переработкой органического топлива. Снижается радиус транспортировки энергии (как правило, за счет, отсутствия питающих сетей). К достоинствам биогаза, относится, возоб-новляемость, наличие местных источников сырья для получения топлива, снижение парникового эффекта, сокращение зависимости от поставщиков нефти и газа, снижение экологического ущерба от систем сбора органических отходов, обеспечение экологически замкнутой энергетической системы. Экологический фактор, который становится актуальным в настоящее время.
Недостатки: Поступление энергии от трех рассматриваемых источников носит циклический характер в течение года, сезона, суток. Следовательно, использование этих источников энергии будет накладывать определенные ограничения, связанные с определенным временем подачи энергии потребителю из-за неравномерности подачи солнечной, и ветровой энергий во времени дня, суток, года.
Потребители в принципе получают энергию по одной из рассмотренных схем.в п. 2.1.. С точки зрения получения конечного экономического и экологического эффекта имеет значения, будет ли, например, помещение предприятия отапливаться от нетрадиционных возобновляемых источников энергии (солнца, ветра, биомассы) или от электронагревательных приборов, получающего электрическую энергию от электростанции, тепловой станции, местной ДЭС. В каждом из конкретных случаев возникают различные затраты на получение единицы полезной энергии. Эта разница приведет к разной себестоимости получаемой; энергии, а, соответственно, и: производимой предприятием- продукции. Поэтому как для отдельного приёмника, так и; для предприятия, группы предприятий ив целом отдельного района может быть наиболее предпочтительным один источник энергии или группа источников, обеспечивающих потребителей данного района энергией; в, определенном процентном соотношении. В этом случае можно ожидать равнозначное получение: конечного эффекта при минимальных затратах, связанных с электроснабжением.
Большое возможное сочетание различных схем энергоснабжения и сочетаний долей энергоснабжения оттого или иного источника усложняет задачу поиска оптимального решения эмпирическим или экспертным путем:
Имеется, m источников электрическойл энергии (Ai,...,.. Am) и п потребителей этой? энергии (Вї,..., Вп). Заданы объемы производства электроэнергии каждым источником: щ и величина спроса (потребления) каждым потребителем bj (в общем случае под потребителем .имеется в виду конкретный технологический процесс, предприятие или какой-либо район). Решением в данной задаче является определение оптимальных потоков энергии (Ху) от каждого источника к каждому потребителю. Если найти издержки (c,j) на доставку того или иного вида энергии А; до Bj, то данную задачу можно свести к распределительной задаче линейного программирования [94,95].
Вероятностная оценка продолжительности солнечного сияния
В Тамбовской области газифицировано 80 % от общего числа абонентов, 20 % абонентов вообще не имеют газа либо пользуются незаконно привозным газом. Тенденция газифицированности в области отображена на рис.5.4. Потребитель получает газ от двух источников, это сетевой газ и привозной баллонный сжиженный газ. Населенные пункты, имеющие сетевой газ могут его использовать в приготовлении пищи, обогреве жилья, и для нагрева горячей воды. Потребитель, использующий сжиженный газ только в приготовлении пищи, а для отопления и нагрева воды применяются другие энергоносители. Существующий дефицит топлива можно уменьшить благодаря такому воспроизводимому и очень близкому источнику энергии, как биогаз. Из изложенного следует сделать вывод, что НВИЭ могут служить альтернативой традиционным источникам энергии.
Биогаз представляет один из продуктов анаэробного брожения навоза или птичьего помета при температуре 30-37С. В этих условиях под действием имеющихся в биомассе бактерий часть органических веществ разлагается с образованием метана (60-70%), углекислого газа (30-40%), небольшого количества сероводорода (0-3%), а также примесей водорода, аммиака и окислов азота. Биогаз не имеет неприятного запаха. Теплота сгорания его кубометра достигает 25 МДж, что эквивалентно сгоранию 0,6 л бензина, 0,85 л спирта, 1,7 кг дров или использованию 1,4 кВт»ч электроэнергии. При соблюдении оптимального температурного режима брожения, постоянном перемешивании сырья, своевременной загрузке исходного и выгрузке сброженного материала выход биога-за достигает 2-3 м сім реактора, а при использовании птичьего помета -6м. Можно привести и более доступный для понимания расчет: одна корова спо-собна обеспечить получение 2,5 м газа в сутки, свинья - 0,3 м , птица — 0,02 м.
В выполненном анализе энергетический потенциал, получаемый от живности и не определялся потенциал, который можно получить за счет растительной биомассы. Также в расчетах не учитывалась, стоимость высококачественного удобрения, получаемого в процессе сбраживания.
Совместное рассмотрение экономической целесообразности использования энергии солнца, ветра, биогаза и для различных административных районов области с учетом интенсивности нетрадиционных возобновляемых источников энергии позволило составить табл. 5.3; В графе «Допустимая стоимость...» при-водятся предельные значения стоимости 1 м солнечных, коллекторов (СК), 1 кВт ВЭУ, 1м биогазовой установки полученные по графическим і зависимостям (рис. 5.1-5.3). Стоимость органического топлива принималась уровню рассматриваемого района. В графе «Возможная выработка» приведен технический потенциал по выработке энергии 1 м солнечных коллекторов, 1 кВт ВЭУ (см. гл. 3,4), 1м3 биогазовой установки .
Данные табл.5.3 позволяют на уровне административного района решать вопрос целесообразности использования того или иного НВИЭ и оценивать возможное количество вырабатываемой энергии.
Определить рациональное соотношение можно используя метод линейного программирования. Для применения этого метода необходимо знать себестоимость производства и распределения энергии от всех рассматриваемых источников и все ограничения, которые накладываются на систему энергоснабжения.
Оценка себестоимости производства и распределения различных видов энергии. Электрическая: энергия при; питании от энергосистемы.. Себестоимость складывается из себестоимости выработки и её передачи потребителю. При этом себестоимость передачи следует разделить на две части: передача по питающим сетям и передача по распределительным сетям. Себестоимость выработки и передачи по питающим сетям оценивается системой «Тамбовэнер-го»; в 2003 году она составила 460 руб./МВт-ч (46 коп/кВт-ч). Себестоимость передачи: по распределительным сетям не может быть определена энергосистемой, так как в районных сетях отсутствует раздельный учет отпущенной энергии. Потому в качестве себестоимости передачи электрической энергии по распределительным сетям. принимались результаты расчета, выполненные в п. 2.3.
Общая себестоимость производства и распределения электрической энергии складывается из общей;части (46 коп/ кВт-ч ) и себестоимости распределения по районным сетям (с,) для каждого района (табл.2.3). Значения полной; себестоимости электрической энергии приведены в,табл;5.2;
Усредненная себестоимость производства и: передачи потребителю тепловой энергии от угольных котельных составляет 900 руб./Гкал (73 коп/кВт-ч). Только составляющая затрат на перевозку топлива изменяется от района к.району. В-табл.2.5 приведены,значения составляющей себестоимости-Сі производства тепловой энергии,. определяемые: затратами на перевозку топлива. Эта величина является- составляющей себестоимость по области І (73 - кои/ кВт-ч). Для районов с большими затратами на; перевозку угля; значение себестоимости больше 73 коп/ кВт-ч. Поэтому полная себестоимость производства и передачи тепловой энергии от угольных котельных рассчитывалась на основе увеличения, (уменьшения) средней величины (73 коп/ кВт-ч) на средневзвешенную (с учетом годовой І выработки тепловой энергии в районе) составляющую,, зависящую от транспортных затрат. Результаты расчетов приведены в табл.5.2.
Усредненная себестоимость производства и передачи потребителю тепловой1 энергии от газовых котельных, расположенных в сельских районах Тамбовской области, составляет 305 руб./Гкал:(22,8 коп/кВт-ч). В;этой? величине присутствует и себестоимость Сі передачи и. распределения природного газа: Она определена для районов области (табл.2.4). В базовой величине себестоимости І составляющая с і изменяется от района к району. По аналогии с расчетом полной;себестоимости,производства и передачи тепловой энергии от угольных котельных был проведен расчет полной себестоимости производства и: передачи тепловой энергии на газовых котельных (табл.5.2).
Определение рационального соотношения между различными источниками при энергоснабжении предприятий районов
Усредненная себестоимость производства и: передачи потребителю тепловой энергии от угольных котельных составляет 900 руб./Гкал (73 коп/кВт-ч). Только составляющая затрат на перевозку топлива изменяется от района к.району. В-табл.2.5 приведены,значения составляющей себестоимости-Сі производства тепловой энергии,. определяемые: затратами на перевозку топлива. Эта величина является- составляющей себестоимость по области І (73 - кои/ кВт-ч). Для районов с большими затратами на; перевозку угля; значение себестоимости больше 73 коп/ кВт-ч. Поэтому полная себестоимость производства и передачи тепловой энергии от угольных котельных рассчитывалась на основе увеличения, (уменьшения) средней величины (73 коп/ кВт-ч) на средневзвешенную (с учетом годовой І выработки тепловой энергии в районе) составляющую,, зависящую от транспортных затрат. Результаты расчетов приведены в табл.5.2.
Усредненная себестоимость производства и передачи потребителю тепловой1 энергии от газовых котельных, расположенных в сельских районах Тамбовской области, составляет 305 руб./Гкал:(22,8 коп/кВт-ч). В;этой? величине присутствует и себестоимость Сі передачи и. распределения природного газа: Она определена для районов области (табл.2.4). В базовой величине себестоимости І составляющая с і изменяется от района к району. По аналогии с расчетом полной;себестоимости,производства и передачи тепловой энергии от угольных котельных был проведен расчет полной себестоимости производства и: передачи тепловой энергии на газовых котельных (табл.5.2).
Себестоимость тепловой энергии от солнечных коллекторов. Наиболее сложно определить себестоимость производства и распределения энергии от нетрадиционных возобновляемых источников. В общем случае себестоимость определяется соотношением годовых эксплуатационных издержек и объемом произведенной полезной энергии. Не имея опыта эксплуатации подобных установок, а соответственно установленных хотя бы опытным путем норм отчислений на различные составляющие годовых издержек, трудно определить значение себестоимости. Нельзя воспользоваться и зарубежными данными, так как эти значения определены для конкретного района; Каждый район области (п. 3. 4) характеризуется различной плотностью поступления энергии от того или иного источника.
Используя зарубежные данные (п. 1), были приняты суммарные отчисления па ежегодные издержки равными 25,0 - 27,5% от капитальных вложений в установку, использующую нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Учитывая что установки маломощны и расположены в непосредственной близости от потребителя, а следовательно они имеют очень короткие сети, то величина отчислений позволит определить не заниженные значения себестоимости.
В качестве иллюстрации рассмотрим пример выполнения для Тамбовско-го района. Стоимость солнечных коллекторов составляет 2100 руб./м . Суммарная солнечная энергия, поступающая за год, составляет 1304,55 кВт-ч/м2 (п. 3.4). Коэффициент полезного действия установок составил 48% (п. 3.5). Для производственных установок к.п.д. равен 50%. следовательно в Тамбовском районе можно получить в год 522 кВт-ч/м при годовых издержках 578 руб./м . Результаты расчетов для остальных районов выполнены аналогично рассмотренному примеру и выведены в табл.5.5.
Аналогично предыдущему выполнем расчет для ВЭУ. Стоимость 1 кВт ВЭУ можно принять равной 18000 руб ./кВт [http://www.ngvrus.ru/]. Возможная выработка полезной энергии ВЭУ составляет 2949,6 кВт-ч/(год-кВт). Ежегодные издержки равны 4950 руб./кВт. В этом случае значение себестоимости не превышает 1,67 руб./ кВт-ч. Для остальных районов области результаты расчетов сведены в табл. 5.5.
Себестоимость тепловой энергии от биогаза. Аналогично предыдущему. Для определения стоимости установки биогаза можно принять равной 57000 руб./ м [http://www.ngvrus.ru/]. Коэффициент полезного действия установок, составляет 90% [http://www.ngvrus.ru/]. Выработка энергии биогазовой установ-кой равна 13687,47 кВт-ч/(год м ). Ежегодные издержки составят 15675 руб./м . В этом случае значение себестоимости составит 1,145 руб./ кВт ч. В табл. 5.5 приведены результаты расчетов для остальных районов области.
Для определения рациональной структуры системы электроснабжения удаленных предприятий необходимо учитывать сложившуюся ситуацию, чтобы построить такую систему кроме расчетных значений были взяты данные из организации «ТамбовЭнерго», «ТамбовРегионГаз», «ТамбовоблЭнерго» и «Облстатуправление». Результирующие значения данных для отдельных районов области приведены в табл. 5.6.
Для сопоставления целесообразности использования различных энергоресурсов, необходимо применять переводные коэффициенты. Предлагается; как было рассмотрено в п.5.1 использовав методику перевода энергоресурсов в условное топливо. Однако условное топливо учитывает только теплотворную способность энергоресурса, но не учитывает потери при передаче и производстве энергии. Тепловая энергия от солнечных коллекторов, биогазовых установок, электрическая от энергосистемы и ВЭУ по сути является полезной энергией, то есть поступающей непосредственно потребителю., Уголь и газ должны быть переработаны в котельных..
