Введение к работе
Актуальность темы. Высокая централизация электроэнергетики в России вызывает проблемы надежного и экономичного электроснабжения малых отдаленных потребителей, к которым относятся частные дома, деревни, поселки, объекты малого бизнеса и сельского хозяйства. Стремительный рост цен на электроэнергию при неизменно высокой длительности аварийных отключений в распределительных сетях ставят под угрозу устойчивое экономическое развитие энергодефицитных регионов со значительной долей сельского населения. В условиях большой протяженности территорий и неравномерного распределения ресурсов для снижения транспортных потерь в сетях, повышения надежности и снижения вредного воздействия на окружающую среду целесообразно построение системы распределенной генерации на основе локально доступных и возобновляемых ресурсов.
В то же время высокая удельная стоимость производимой электроэнергии с использованием ВИЭ и технологическая взаимосвязанность объема производства с переменными климатическими условиями требует оптимизации энергетического баланса потребителя. Разработка и применение эффективных средств энергосбережения в ЖКХ позволяет значительно снизить общий расход энергоресурсов. Использование средств автоматизации для управления всей системой жизнеобеспечения здания создает комфортные условия проживания и трудовой деятельности людей. Общее снижение электропотребления и частичная замена электрической энергии другими видами энергии позволяют обеспечить полное покрытие нагрузок за счет применения ВИЭ и исключить зависимость от внешней инфраструктуры.
Появление таких энергонезависимых потребителей в виде частных жилых домов и целых поселков получило широкое распространение в развитых странах. В России в настоящее время построено и эксплуатируется несколько энергоэффективных жилых объектов. К ним относятся поселок «Экодолье» в Оренбурге, активный дом в Наро-Фоминском районе Московской области, офисные здания некоторых крупных зарубежных компаний в Москве, Санкт-Петербурге и Самаре. Применение энергосберегающих решений и использование ВИЭ для осуществления электроснабжения дачных коттеджей и частных домов получает все большее распространение не только в южных, но и центральных областях страны.
Наряду с проблемой внешнего электроснабжения малых частных потребителей стремительное развитие электрических и электронных приборов требует нового взгляда на проектирование систем внутреннего электроснабжения. Существующие стандарты базируются на нормах 60-80-х годов и не претерпели значительных изменений. Сейчас необходим индивидуальный подход к каждому заказчику и увязка электрической схемы с планируемым к установке оборудованием, теплотехническими, сантехническими и дизайнерскими решениями.
Использование устаревшего принципа определения электропотребления и электрической нагрузки «сверху» общим коэффициентом спроса на всех
коммунально-бытовых потребителей дает высокую погрешность. Поэтому в новых условиях стремительной интеллектуализации электрооборудования необходимо разработать систему проектирования электрического хозяйства с возможностью учета индивидуальных особенностей каждого объекта. Задача значительно усложняется при создании автономного частного потребителя, требующего функционирования всех систем, включая циркуляционные насосы и наружное освещение.
С учетом прогнозируемого приближения цен на энергоносители в России к уровню мировых и растущего внутреннего спроса на электроэнергию тенденция ухода потребителей от централизованного электроснабжения усилится. В этой связи актуально доказать региональным органам власти, что для . улучшения электрообеспечения потребителей и решения задач энергосбережения необходимо изменение подходов к проектированию системы внешнего и внутреннего электроснабжения в жилищно-коммунальном хозяйстве.
Реализация подобных проектов требует правильной оценки возможностей каждого региона страны для автономного электроснабжения и построения модели электрообеспечения одного малого потребителя, которую можно будет перенести на целый поселок, район, область.
Целью работы является создание модели электрообеспечения малого потребителя на основе возобновляемых источников энергии при прогнозировании развития региональной энергосистемы.
В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:
1. Анализ состояния и тенденций развития электроэнергетики Российской
Федерации и систем электроснабжения малых потребителей.
-
Исследование европейского опыта проектирования, создания и эксплуатации энергонезависимых потребителей.
-
Установление технической и экономической целесообразности использования возобновляемых источников энергии для систем автономного электроснабжения на примере Брянской области.
-
Формулировка методологии расчета электропотребления региона в зависимости от состава потребителей и объема потребления.
-
Вариантное проектирование системы электроснабжения «умного» дома.
-
Разработка модели среднесрочного развития энергосистемы Брянской области с учетом электрообеспеченности малых потребителей.
-
Доказательство экономической эффективности применения технологии ВИЭ для «умного» дома в Брянской области.
Методы научных исследований. При выполнении работы применялись статистические и вероятностные методы, ценологический анализ, математическая модель нечетких чисел. Произведено математическое моделирование и анализ структуры объектов традиционной и возобновляемой генерации в условиях Брянской области. Результатом теоретических
исследований явились разработанные прикладные математические модели, реализованные посредством различных программных средств. Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработана модель электрообеспечения малого потребителя и поселений на основе ВИЭ для Брянской области. В отличие от ранее разработанных моделей в её основе лежит теория нечетких множеств для учёта неопределённости при прогнозировании электропотребления.
-
Разработана методика выбора оптимального состава системы электроснабжения на основе ВИЭ малых населенных пунктов Брянской области, в основе которой лежит авторская модель электрообеспечения частного потребителя и малых поселений.
3. Предложены рекомендации по использованию разработанной модели и
методики в практике проектировщиков и разработчиков электрообеспечения
малых поселений Брянской области.
Практическая ценность. Представленная модель «умного дома» может быть эффективно использована в государственных программах строительства жилья на земельных участках для создания комфортных, экономичных и экологичных условий проживания людей. Разработаны практические рекомендации по снижению электропотребления малых потребителей, построению системы автоматизации и управления системой жизнеобеспечения, использованию возобновляемых источников энергии. Данные рекомендации представляют собой комплексный подход, который может быть использован собственниками при строительстве новых и реконструкции существующих домов.
Использование результатов диссертации. Разработанная модель электробеспечения малых потребителей, методика прогнозирования электропотребления и методология выбора оптимального состава системы электроснабжения на основе ВИЭ были использованы в рамках проектной и консультационной деятельности ООО «Энергомашкомплект» (г. Брянск), 000 «Электромонтажная компания» (г. Люберцы), ООО «Активити» (г. Москва), 000 «Интер РАО - Инжиниринг» (г. Москва), что подтверждается соответствующими актами.
Апробация работы. Основные положения диссертации, её отдельные решения и результаты докладывались на заседаниях кафедры ЭПП МЭИ (ТУ) в 20П, 2012, 2013 годах и обсуждались на ряде конференций и семинаров, в том числе: XLI Всероссийская научно-практическая конференция (с международным участием) с элементами научной школы для молодёжи «Федоровские чтения - 2011» (г. Москва, МЭИ (ТУ), 9-11 ноября 2011г.); XVI конференция по философии техники и семинар по ценологии «Общая и прикладная ценология» (г. Москва, МЭИ (ТУ), 11 ноября 2011г.); X международная научно-практическая интернет-конференция «Энерго- и ресурсосбережение - XXI век» (г. Орёл, ОГТУ, 1 марта - 30 июня 2012г.); Всероссийкая молодежная научная конференция «Малютовские чтения» (г. Уфа, УГАТУ, 7-9 ноября 2012г.); XIX ежегодная международная научно-
техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, НИУ МЭИ, 28 февраля - 1 марта 2013г.); VIII Молодёжная Международная научная конференция «Тинчуринские чтения» (г. Казань, КГЭУ, 27-29 марта 2013г.); VI Международная научно-техническая конференция «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике и промышленности» (г. Ульяновск, УЛГТУ, 21-22 апреля 2013г.).
В период с октября 2011 по март 2012 г. состоялась научная стажировка в Высшей школе Циттау/Гёрлитц (Германия), в рамках которой было проведено исследование структуры регионального электроснабжения, способов и условий для интеграции ВИЭ в энергосистему, особенностей инженерных систем реализованных энергонезависимых домов и поселений. Представленные результаты были одобрены немецкими коллегами, намечены пункты совместного научного сотрудничества.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, включённых в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ.
Объём и структура работы. Диссертационная работа изложена на 153 страницах машинописного текста, включая 32 таблицы и 27 иллюстрации. Список использованной литературы включает 150 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и 8 приложений.
