Содержание к диссертации
Введение
1 Общие сведения, анализ топливно-энергетического комплекса (тэк) нигерии и постановка задачи иследованния 13
1.1 Общие географические и климатические сведения 13
1.2 Общие экономические сведения 17
1.3 Современное состояние топливно-энергетического комплекса Нигерии 26
1.4 Анализ современного состояния использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Нигерии 37
1.5 Использование ВИЭ для надежного электроснабжения децентрализованных потребителей Нигерии 39
1.6 Выводы по первой главе и постановка цели задач исследований 42
2 Методы расчета валовых ресурсов возобновляемых источников энергии и их оценка в Нигерии 45
2.1 Особенности информационного обеспечения расчетов ресурсов ВИЭ в Нигерии ; 45
2.2 Определение валового ресурса солнечной энергетики (СЭ) Нигерии 50
2.3 Определение валового ресурса ветровой энергетики (ВЭ) Нигерии 56
2.4 Определение валовых гидроэнергетических ресурсов Нигерии 63
2.5 Выводы по второй главе 76
З Автономные микроэнергосистемы на базе виэ: классификация, анализ основных структурных схем, основные принципы проектирования 78
3.1 Классификация и основные структурные схемы микроэнергосистем на базе ВИЭ 78
3.2 Основные способы аккумулирования энергии в МС на базе ВИЭ и определение аккумулирующей емкости 87
3.3 Основные стадии проектирования МС на базе ВИЭ и основные принципы выбора ее структурной схемы 90
3.4 Выбор структурной схемы МС на базе ВИЭ для северных районов Нигерии и методика определения ее основных параметров 98
4 Выбор микроэнергосистемы на основе возобновляемых источников энергии для электроснабжения автономного потребителя северо-восточной геополитической зоны Нигерии 106
4.1 Общие сведения о типовом регионе СВГЗ 106
4.2 Оценка валовых ресурсов ВИЭ типового региона СВГЗ 109
4.3 Определение электрической нагрузки основных населенных пунктов типового региона СВГЗ 119
4.4 Выбор параметров микроэнергосистем (МС) на основе ВИЭ, предназначенных для энергоснабжения основных населенных пунктов типового региона СВГЗ 131
4.5 Выводы по четвертой главе 146
5 Финансово - экономическая эффективность микроэнергосистемы на основе возобновляемых источников энергии СВГЗ 147
5.1 Анализ экономической эффективности МС типового региона СВГЗ 147
5.2 Критерии финансово-экономической эффективности 162
5.3 Результаты расчета финансово-экономической эффективности
164
Заключение 171
Литература 174
Приложения. 183
- Анализ современного состояния использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Нигерии
- Определение валового ресурса солнечной энергетики (СЭ) Нигерии
- Основные способы аккумулирования энергии в МС на базе ВИЭ и определение аккумулирующей емкости
- Определение электрической нагрузки основных населенных пунктов типового региона СВГЗ
Введение к работе
В настоящее время в мире все больше и больше обсуждается проблема перехода к устойчивому развитию сообщества нации развитых, развивающихся и слаборазвитых стран или регионов со своими географическими, национальными и историческими особенностями. Одним из общих определяющих параметров устойчивости развития любой страны является энергетика (энергоресурсы, потребление, выработка, установленная мощность и т.п.). Создание устойчивой системы энергообеспечения потребителей - необходимое условие обеспечение устойчивого экономического, политического и индустриального развития общества.
До сегодняшнего дня в мире более 80% всей потребляемой человеком энергии приходится на долю органического топлива. Тем не менее, осознание того, что этот ресурс рано или поздно закончится, говорит о принятии определенных мер для существенных структурных изменений в ресурсной основе всего мирового энергетического сектора.
Сокращение запасов органического топлива усугубляется нерациональным и некомплексным использованием сырья, а также загрязнением окружающей среды. Эта тенденция, а также постоянный рост потребности в энергии выдвигают требования поиска альтернативных источников энергии и эффективного использования имеющихся ресурсов. По мнению многих специалистов в качестве последних могут служить возобновляемые источники энергии (ВИЭ).
О необходимости масштабного использования ВИЭ сегодня упоминается в серьезных государственных и международных программах, в специальной и популярной литературе, также о них много говорится на различных форумах и конференциях. По инициативе ЮНЕСКО постоянно проводятся мероприятия, призывающие обратить внимание различных стран мира на необходимость и важность поддержки внедрения ВИЭ в практику, и это имеет за собой теоретические и практические основания. А в целом энергообеспечение на основе ВИЭ имеет для каждой страны существенную целесообразность и актуальность.
Энергия возобновляемых источников поистине огромна и превышает объем годовой добычи всех видов углеводородного сырья. Важно отметить то, что их использование возможно практически во всех регионах мира, в том числе и в Нигерии.
Положительной стороной ВИЭ является и то, что их использование не изменяет энергетический баланс планеты, что и послужило причиной бурного развития нетрадиционной энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии. ВИЭ играют значительную роль в решении трех глобальных проблем, стоящих перед человечеством: энергетика, экология и продовольствие.
Несмотря на то, что в Нигерии имеются огромные запасы углеводородных энергоресурсов, здесь также базируются и огромные запасы возобновляемых источников энергии, особенно солнечных и малых гидроэнергетических ресурсов. Однако доля их участия в энергетическом балансе страны оставляет желать лучшего и в настоящее время составляет не более 3 %.
В настоящее время существенным препятствием для социально-экономического развития Нигерии является проблема электроснабжения населения, которая наиболее остро стоит в северном регионе страны, поэтому автором именно этот регион Нигерии был выбран для исследования возможностей его автономного электроснабжения. Причинами не обеспеченности населения северных регионов страны электроэнергией послужили: удаленность этих регионов от единой энергетической системы (ЕЭС) Нигерии, отсутствие электрических станций в данном регионе, критически высокая степень износа основных производственных мощностей электростанций ЕЭС Нигерии (до 48,5%); высокие потери электроэнергии при ее транспортировке по межрегиональным и региональным электросетям (до 30%); сильно изношенное состояние почти половины электрических сетей страны. Одним из путей решения этой проблемы является автономное энергоснабжение за счет использования местных ВИЭ, которыми как показали исследования, проведенные в данной работе, особенно богат именно этот регион страны.
Альтернативная энергетика для Нигерии - это важная и разноплановая проблема. Доведение доли использования ВИЭ в целом по Нигерии до 20 30% от общего энергобаланса страны смогло бы сыграть важную роль при полном исчерпании ископаемых ресурсов, которыми также богата страна. А совместная межгосударственная деятельность специалистов в области нетрадиционных технологий, а также с зарубежными специалистами, повысила бы стимул к внедрению таких технологий в энергетику региона. При этом решилась бы проблема рационального и эффективного использования топливно-энергетических ресурсов страны и уменьшения вредного воздействия энергетического сектора на окружающую среду и главным для этого считается необходимость применения соответствующего государственного регулирования с целью создания условий для привлечения инвестиций развитие ВИЭ.
Актуальность темы диссертационной работы определяется тенденцией развития энергетики Нигерии и необходимостью решения энергетических проблем, связанных с энергосистемой региона, и, прежде всего, проблем энергоснабжения труднодоступного от централизованной системы потребителя. При этом достичь высокого социального эффекта и минимального воздействия на окружающую среду.
Целью диссертационной работы является комплексные анализ и обоснование возможностей эффективного использования ВИЭ в микроэнергосистемах для энергообеспечения автономного потребителя северных районов Нигерии. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
1) Проведение оценки валовых ресурсов ВИЗ в Нигерии с целью определения потенциала и расчета технико-экономической целесообразности использования ВИЗ в северо-восточной геополитической зоне Нигерии.
2) Проведение районирования Нигерии по потенциалу ВИЗ и выявление регионов благоприятных для их комплексного использования;
3) Проведение анализа особенностей микроэнергосистем на основе ВИЗ и технических схем с учетом специфики регионов;
4) Выявление основных базовых принципов проектирования и технико-экономического обоснования строительства автономных систем энергоснабжения на основе ВИЗ;
5) Разработка методики обоснования выбора микроэнергосистем на основе ВИЗ для децентрализованного потребителя северо-восточной зоны Нигерии и выявления их эффективности.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- оценены и определены теоретические возможные к использованию энергоресурсы возобновляемых источников северо-восточной геополитической зоны Нигерии;
- проведено районирование территории Нигерии, благоприятные для комплексного применения ВИЗ;
- сформулированы основные принципы и стадии проектирования микроэнергосистем на основе ВИЗ;
- обоснована возможность комплексного использования ВИЗ для электроснабжения автономного потребителя на севере Нигерии.
- проведено технико-экономическое обоснование целесообразности использования микроэнергосистем на основе ВИЗ на севере Нигерии.
Достоверность полученных результатов и выводов в работе, обеспечивается:
• Применением доставленных и широко известных методик и подходов, применяемым в научно-технических основах использования ВИЗ.
• Отклонением многолетних климатических данных от наземных метеостанций и спутниковых данных от НАСА, составлявшееся от ± 2% до ± 10%.
Практическая значимость работы. В результате проведенной работы была получена основная информация по валовым ресурсам ВИЭ и их распределению по территории Нигерии, что позволяет оценить перспективность их использования в любом регионе страны. Также в работе разработан подход и выбрана схема микроэнергосистемы (МС) на базе ВИЭ для автономного электроснабжения выбранного типового региона, расположенного на северо-востоке страны. Разработанную схему МС на базе ВИЭ можно рассматривать в качестве типовой для электроснабжения других регионов Нигерии.
Личный вклад автора определяется разработкой к выбору и обоснованию типовой схемы микроэнергосистемы на базе ВИЭ для электроснабжения автономных потребителей различных районов Нигерии, а также методики определения основных элементов этой схемы.
Апробация работы. Результаты выполненной работе докладывались и обсуждались на конференциях: The Proceedings of the International Scientific Conference on POWER INDUSTRY AND MARKET ECONOMY (Ulaanbaatar, Mongolia, 2005); Двенадцатой международной научно - технической конференций студентов и аспирантов (Москва 2006); International Conference and Exhibition on Power and Telecommunications (ICEPT 2006) Proceedings "Exploiting Energy and Communication Potentials for Sustainable Development", Lagos, Nigeria, October, 2006; и тринадцатой международной научно -технической конференций студентов и аспирантов (Москва 2007) а так же на научных конференциях и заседаниях кафедры НиВИЭ МЭЙ (ТУ).
Публикации. По основным результатам диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Она содержит 173 страницы машинописного текса, 37 рисунков, 50 таблиц и список цитируемой литературы из 97 наименований.
Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:
1. Бойи Джимо, Виссарионов В.И.. Малая гидроэнергетика Нигерии. / Вестник МЭИ. 2007, №3. с 93 - 99.
2. Бойи Джимо, Виссарионов В.И. Анализ состояния современной энергетической системы Нигерии. - М: МЭИ, 2006. - 15с; ил; библогр.: 6 назв., деп. в ВИНИТИ РАН 14.03.2006, № 257 -В2006.
3. Бойи Джимо, Виссарионов В.И., Анализ производства и потребления электроэнергии в Нигерии./ Труды двенадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез. докл. том 3. - М.: Издательство МЭИ, 2006, с.392.
4. Бойи Джимо, Виссарионов В. И., Расчет солнечной энергии для электроснабжения автономного потребителя / Труды двенадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез. докл. том 3. - М.: Издательство МЭИ, 2006, с.394
5. Бойи Джимо, Виссарионов В.И., Оценка возобновляемых источников энергии на территории Нигерии./ Труды тринадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов: Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез. докл. том 3. - М.: Издательство МЭИ, 2007, с.347
6. Vassarionov V.I., Boyi J. Potentials of Solar and Wind Power Resources in Nigeria I the proceedings of the international scientific conference on Power Industry and Market Economy Ulaanbaatar, May 4-7,2005. Ppl71 -177.
7. Boyi, J., Jibril, Y., Muazu, M.B., Solar radiation characteristics and potentials as renewable energy source in Nigeria./the proceedings of International Conference on Exploiting energy and communication potentials for sustainable development, Nigerian Society of Engineers, ICEPT 2006, Lagos, October, 2006. Pp.33 - 39.
Основные положения, выносимые на зашиту:
1 - результаты анализа возможных путей решения проблем устойчивого электроснабжения локальных потребителей северо-восточной Нигерии;
2 - результаты анализа оценки энергопотенциала ВИЭ Нигерии и выявление районов, пригодных для комбинированного их использования;
3 - основные принципиальные схемы и структурно-функциональные схемы для проектирования и строительства систем на основе ВИЭ;
4 - методика определения параметров и обоснования эффективности комбинированного использования энергоустановок на основе ВИЭ в северо-восточной Нигерии;
5 - результаты технико-экономической оценки целесообразности использования систем электроснабжения на основе ВИЭ в северовосточной Нигерии.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Виссарионову В.И.; д.т.н., профессору Малинину Н.К.; Дерюгиней Г.В.; Кузнецовей В.А.; к.т.н. Пугачеву Р.В. и Кунакину Д.Н. за постоянную помощь, внимание и доброжелательную поддержку в работе, а также коллективу кафедры НиВИЭ МЭИ (ТУ).
Анализ современного состояния использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Нигерии
В настоящее время доля возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в энергетическом балансе ЭЭС Нигерии ничтожно мала и их использование в основном осуществляется на экспериментальном уровне. Вопросами изучения возможностей энергообеспечения разных регионов страны от энергокомплексов на базе ВИЭ и выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию и применению энергоустановок на базе ВИЭ в Нигерии занимаются несколько научных исследовательских учреждений, среди которых наиболее заметны: Национальная комиссия по энергетике (National Energy Commission, NEC), Центр исследований по энергетике Сокото (Sokoto Energy Research Centre, SERC), Фонд солнечного фотоэлектричества (Solar Electric Light Fund, SELF). В выше указанных учреждениях были проведены исследования по изучению возможностей использования ВИЭ в ТЭК Нигерии (см. табл. 1.6) и разработаны различные установки, перечень и характеристики которых приведены в таблице 1.7.
Результаты исследований выявили большие потенциальные возможности использования ВИЭ в решении энергетических проблем ЭЭС Нигерии. Особенно это касается электроснабжения сельских местностей, удаленных от ЭЭС Нигерии. Импульсом для интенсивного развития ВИЭ в Нигерии должна стать разработка государственной программы развития нетрадиционной энергетики, как неотъемлемой части топливно энергетического сектора. [8,14, 15, 16] 1.5 Использование ВИЭ для надежного электроснабжения децентрализованных потребителей Нигерии
Самым уязвимым звеном сельской инфраструктуры Нигерии, как и во многих других странах, является энергоснабжение. Из-за плохого состояния ЭЭС Нигерии PHCN экономически нецелесообразно передавать от 10 до 100 кВт электрической мощности отдельным потребителям, особенно наиболее удаленным от ЭЭС, так как потери в ЛЭП могут достигать 45% от передаваемой мощности.
Во многих селах, особенно в северных регионах Нигерии, нет систем водоснабжения и энергоснабжение там осуществляется от автономных среднемощных дизельных/бензиновых генераторов, которые работают не более четырех - шести часов в сутки, а для приготовления пищи население использует в качестве топлива древесину, приводящие к таким экологическим последствиям, как обезлесение и опустынивание. Использование различных видов ВИЭ для таких потребителей с одной стороны позволит решить экологические проблемы, с другой энергетические, связанные с обеспечением энергией потребителей. Одно из главных достоинств ВИЭ в таких районах заключается в том, что ВИЭ находятся непосредственно в местах их использования. При этом можно использовать в качестве энергоресурса различные виды возобновляемых источников - солнечную, ветровую, органические отходы животноводства и сельского хозяйства, энергию малых горных и предгорных водотоков и др.
Одним из существенных недостатков ВИЭ является непрогнозируемый, переменный приход первичной энергии, что приводит к ненадежному энергоснабжению от энергетической установки на базе ВИЭ. Для повышения надежности энергоснабжения при использовании в качестве источника энергии ВИЭ рекомендуется комплексное использование нескольких видов возобновляемых источников путем создания микроэнергосистем (МС). Особенность объединения энергоустановок на базе ВИЭ связана также с проблемой аккумулирования и резервирования энергии. Для формирования МС необходимо, прежде всего, знать характеристику данного района: энергоресурсы ВИЭ и их распределении по району, характерные черты потребителей.
Понятие микроэнергосистемы автономного энергоснабжения, работающей на ВИЭ можно представить как комбинацию устройств (установок), вырабатывающих электрическую и/или тепловую энергию с помощью: фото - и термопреобразователей, ветроэнергетических установок (ВЭУ), гидроэлектростанций (ГЭС) и других электростанций либо комбинации устройств (установок), преобразующих энергию ВИЭ в тепловую и электрическую энергию. И также преобразовательных подстанций для согласования параметров электрической и тепловой энергии с общими параметрами энергии в электрических и /или тепловых сетях, аккумуляторов, установок потребителей электрической и/или тепловой энергии.
Вместе с тем, объединение в одну энергосистему установок использующих нескольких различных по характеру возобновляемых источников, дает возможность выравнивать вырабатываемую энергию на длительных и коротких интервалах времени. Это связно, прежде всего, с разновременным характером прихода первичной энергии и наличием значительной случайной составляющей [18]. В практическом аспекте использования большой интерес представляет рассмотрение коротких интервалов наблюдения - годового, месячного, недельного, суточного, часового и более коротких интервалов. С изменением интервала наблюдения зависимости для оценки прихода энергии возобновляемых источников отличаются. Можно выделить характерные временные ряды в течение которых один источник возобновляемой энергии может выступать в качестве гарантированного (имеющего постоянный приход), а другой следует рассматривать как стохастический. Как, например, при краткосрочном (час, сутки) и среднесрочном (неделя, месяц) интервалах объединение гидравлической энергии с солнечной и/или ветровой обеспечивает довольно устойчивую систему, так как гидроэнергия может обеспечить демпфирование колебаний солнечной и/или ветровой энергии. Если же взять часовой интервал, то гарантированными источниками могут быть и солнечная и ветровая энергия.
В ходе исследований районов и площадей, которые отвечают требованиями на наличие ВИЭ, а также и комплексного их применения, можно будет подобрать для таких районов свою схему системы энергоснабжения на базе ВИЭ. Для осуществления эффективного энергообеспечения потребителей, необходимо расположение таких систем ближе к населенному пункту.
Определение валового ресурса солнечной энергетики (СЭ) Нигерии
На показатели солнечного излучения влияют такие параметры, как: географическая широта размещения района, время года (сутки), облачность, высота над уровнем моря. В зависимости от этих параметров значение интенсивности излучения Солнца в некоторых районах может превышать 1000 Вт/м2/ [25,26,27,28].
Исходная информация для определения валового ресурса солнечной энергии (СЭ) получена из базы данных НАСА и представляет собой среднемноголетние суммарные приходы солнечной радиации за сутки Э", кВт.ч/м, которые принимаются постоянными в /-ой зоне, площадь которой равна Fi (см. табл.2.1 и 2.2).
По данным табл. 2.2 была построена топограмма изолиний постоянных значений среднемноголетнего суммарного прихода солнечной радиации по территории Нигерии (см. рис. 2.2). Полученная карта имеет большое практическое значение, поскольку дает наглядную качественную и количественную информацию о приходе солнечной радиации на горизонтальную площадку, которая легко может быть использована при оценке эффективности применения солнечных установок в различных регионах Нигерии.
Полученные данные являются первым шагом на пути создания Атласа ресурсов солнечной энергии для регионов Нигерии. Из табл.2.2 и рис.2.2 видно, что величина солнечного излучения по территории Нигерии различна (хотя различия не существенны от 4,3 до 6,7 кВт-ч/м2-сут) и зависит от климатических и географических специфик разных регионов страны. Наиболее солнечным регионом является север страны (солнечная радиация 5,8 кВт-ч/м -сут). Значительная часть территории Нигерии (около 30% от всей территории Нигерии), в основном южные районы страны, характеризуются поступлением солнечной радиации от 4,8 до 5,5 кВгч/м2-сут. На всей остальной территории среднегодовые суммы солнечной радиации оказываются равными 5,8-6,5 кВт-ч/м2 сут. Приведенные данные в табл.2.2 и на рис.2.2 позволяют сделать вывод о том, что на всей территории Нигерии использование солнечной энергии является экономически выгодным, особенно на севере страны, где особенно остро стоит вопрос энергоснабжения населения. Практически все разработанные сегодня в мире методы расчета ресурсов СР на поверхности земли базируются на следующий методический прием. Учитывая, что большинство актинометрических станций в мире измеряет, как правило, приход солнечной радиации на неподвижную горизонтальную приемную площадку (ПП), то именно величина прихода СР на горизонтальную площадку и принимается в качестве количественной меры оценки ресурсов СР, как в точке A ((p0,yf), так и для заданной территории S (км2). Далее полученные данные для горизонтальной ПП пересчитываются по эмпирическим формулам, предлагаемым разными авторами на произвольно ориентированную ПП с тем или иным по уровню детализации и учетом различных факторов, влияющих на приход СР. В связи с этим особое значение приобретают методы расчета прихода СР на горизонтальную ПП, которые и определяют собой сегодня валовые ресурсы (потенциал) солнечной энергии на земле [28,29]. Под валовым потенциалом солнечной энергии (СЭ) или удельного солнечного излучения (СИ) заданной территории S обычно понимается среднемноголетняя величина СЭ, поступающей на горизонтальную ПП площадью в 1 м2 за период равный одному календарному году - Э%, ч . \м -год) Пусть требуется рассчитать валовые ресурсы СЭ для заданной территории Нигерии, площадь которой S (км2) предварительно была разделена на п=86 представительных зон, в каждой из которых был определен по базе данных НАСА среднемноголетний суммарный приход СР ЭГР на горизонтальную территорию і-й зоны площадью Ft (км2). Т.е. Валовой потенциал солнечной энергии, приходящей на горизонтальную поверхность всей территории Нигерии, за год составляет г\гар J " 1906,644-1012 кВт-ч.
Основные способы аккумулирования энергии в МС на базе ВИЭ и определение аккумулирующей емкости
Поскольку поступление первичных возобновляемых энергоресурсов неравномерно во времени, то это приводит к неравномерности графика производства энергии энергоустановками на базе ВИЭ. А в свою очередь неравномерность графика потребления энергии вызывает не 86 согласование этих процессов. Таким образом, возникает проблема перераспределения получаемой от ВИЭ энергии во времени. Существует несколько способов обеспечения согласования процессов производства и потребления производимой энергии от ВИЭ [64, 66, 61, 74]:
- недоиспользование энергии возобновляемых источников путем сброса излишков при превышении производства над потреблением;
- накопление излишков энергии в периоды максимума прихода ВИЭ и отдача в периоды минимумов, т.е. использование принципа аккумулирования;
подстраивание процесса потребления под процесс производства.
Первый способ управления хоть и является простым и дешевым, но было бы расточительно безвозвратно терять существующий поток ВИЭ. Третий способ управления предполагает создание специальных типов нагрузок, имеющих обратную связь. Это возможно при наличии у потребителя нескольких видов нагрузки разной категории (секционирование нагрузки). Второй способ управления не предъявляет специальных требований ни к нагрузке, ни к энергоустановке, так как система аккумулирования может принимать на себя все колебания. Особенно эффективен этот метод при использовании ВИЭ с большими пульсациями прихода энергии во времени.
Наиболее распространенным способом обеспечения согласования процессов производства и потребления производимой энергии от ВИЭ является аккумулирование энергии. Аккумулирующая система (АС) является частью системы энергоснабжения, она должна работать как в нормальных режимах - заряда, хранения, разряда, так и аварийных, т.е. при резких сбросах, набросах нагрузки, качаниях и отключениях генерирующих мощностей и.т.д. В аварийных режимах АС должна достаточно быстро выдавать или потреблять требуемое количество энергии и обладать достаточной маневренностью и аварийной емкостью для демпфирования колебаний нагрузки. Маневренностью АС считается время переключения из режима заряда в режим разряда и наоборот. Вопросы аккумулирования энергии возобновляемых источников энергии подробно изложены в [21, 68, 69, .70, 71,].
В работе [19, 72, 73] было отмечено, что режим работы АС определяется из сравнения графиков производства и потребления производимой энергии от ВИЭ, а ее емкость определяется СА= ) РА(0 d(t), (3.1) о где tpa6 - время работы АС (выбирается как наибольшее из времени заряда и времени разряда АС), РАО) - мощность заряда или разряда АС в / - ый момент времени. Согласно конструктивным особенностям АС полностью не разряжается, поэтому полная емкость АС С„А должна быть больше, чем требуемая для аккумулирования энергии в данной МС СА, т.е. С„А С А (3.2)
Значение емкости АС до которой допускается ее разряд, т.е. минимальной емкости АС Слшн = С„А - СА, различный для разных типов АС и является одной из основных технических характеристик АС. Например, для электрохимических аккумуляторов Слшн может достигать 0,3- С„А [73]. Полная энергоемкость АС с учетом аварийной составляющей может быть определена как: где Сас - резервная емкость АС, предназначенная для повышения надежности МС в случае аварийных ситуаций.
Прежде всего, емкость АС должна быть такова, чтобы обеспечивать регулирующие и частотоформирующие функции автономной МС. Для того чтобы определить и оптимизировать работу АС целесообразно использовать в качестве временного интервала / - один час и интервала осреднения - один год Т. Поэтому необходимо, чтобы в течение всего периода времени Т для каждого /-ого часа имелась следующая информация: суммарная мощность всех энергоустановок МС на базе ВИЭ - -Рмсі; нагрузка потребителя Рш\ разница APt АР г Рпг РЖІ при і = /,.., 8760 ч (3.4) от где Pvci =\,P?yji- суммарная мощность всех m энергоустановок, входящих в состав данной МС, в / - ый момент времени; /v. - мощность у -ой энергоустановки МС в / - ый момент времени. Обозначим также через РА""", РА"ШХ, РА - соответственно минимальная, максимальная и рабочая мощности АС. Примем допущение, что КПД разряда постоянен и равен щс. При определении АР І по (3.4) возникают следующие ситуации: 1. Если АР І 0, то при этом возникает избыток энергии, производимой МС, который поступает на заряд АС и аккумулируется в зависимости от соотношения между избытком мощности APj и остаточной емкостью АС:, т.е. величина аккумулирующей мощности в этот момент времени составит АРАІ: а) если ЛРІ РАтах- РАи то АС заряжается на АРАі= АРи б) если ЛРІ РАтах- РАи то АС заряжается на АРАі= РАтах- РАІ.. 2.Если ЛРІ 0, то нагрузка потребителя превышает суммарную мощность всех энергоустановок МС. Недостаток энергии для потребителя поступает при разряде АС. В этом случае состояние аккумулирующей системы зависит от величины Xt
Определение электрической нагрузки основных населенных пунктов типового региона СВГЗ
Для определения варианта электроснабжения и требуемой электроэнергии необходимо иметь информацию о графиках электропотребления или изменения потребляемой мощности (графики нагрузки).
Так как электропотребление является случайной величиной, то для ее определения должен быть выбран метод прогнозирования с учетом социально-экономических характеристик типового региона.
На сегодняшний день имеется ряд методик для получения графиков нагрузки потребителя. Одни методы основываются на проведении соответствующих измерений, накапливая статистические данные, другие методы основаны на методе экспертной оценки (опрос респондентов). Однако и первые и вторые методы имеют свои плюсы и минусы и соответствующие погрешности. Первые методы являются весьма трудоемкими, требующие большого числа наблюдаемых объектов и длительного времени наблюдений [86].
В данной работе для получения графика нагрузки с большой надежностью рассматривались объекты электроснабжения населенных пунктов с одинаковыми социально-экономическими условиями и расположенные в одной СВГЗ. Метод основан на определении графика нагрузки разных секторов энергопотребления (бытовой, сельское хозяйство, коммерческие точки и общественные услуги) с учетом специфических социально-экономических характеристик в рассматриваемом регионе. При этом необходимо учитывать возможность увеличения количества электроприборов у потребителей и времени их использования.
В качестве основного населенного пункта для расчетов нагрузки децентрализованного электроснабжения был выбран населенный пункт Гашуа, по которому имеется полная информация, необходимая для расчетов нагрузки.
Определение нагрузки для других населенных пунктов рассматриваемого региона возможно с помощью метода аналогии.
В СВГЗ, где находится рассматриваемый регион, можно выделить три основных сектора: бытовой, общественные услуги, коммерческий. Расчет графика нагрузки для каждого сектора у Q=l, ,$) проводится отдельно, для расчета проводим типизацию потребителей в каждом секторе.
Бытовой сектор.
В бытовом секторе типизация является результатом идентификации наиболее характерных типов домов. Население СВГЗ (в основном, в сельской местности) живет в двух типах домов:
1. Около 80 % населения живет в семейных домах: четыре семьи в одном доме, численность одной семьи в среднем - 5 человек, т.е. в доме в среднем проживает 20 человек. Семейный дом имеет: 8 спален, 4 зала, 2 туалета и 1 кухню, общий коридор. Для приготовления пищи в основном используется древесина и керосин.
2. 20% населения живет в индивидуальных домах. Индивидуальный дом имеет: 2 зала, 3 спальни, 1 кухню и 2 туалета. Численность 1 семьи составляет в среднем 5 человек.
Сектор общественных услуг.
К этой категории потребителей относятся: школа, мечеть, церковь, поликлиника (больница), полицейский участок, почтовое отделение, местное административное здание и прочее.
Сектор коммерческих потребителей.
В состав этой категории потребителей входят: рынок (базар), продуктовые магазины, видеозалы, мастерские (например, швейная и парикмахерская), киоск, гостиница и прочее.
Параллельно типизации потребителей по секторам рассматриваются все электроприборы, используемые в каждом секторе. В таблице 4.8 представлен перечень основных электроприборов, используемых в трех секторах рассматриваемого региона СВГЗ, и приведены номинальные мощности этих электроприборов.
Обеспеченность населения выше перечисленными электроприборами согласно социально-экономическим характеристикам СВГЗ:
- Радиоприемник, 60,8 % всего населения; - Телевизор, 14 % всего населения; - Телефон, в.т.ч. переносной, 1,1% всего населения; - Холодильник, 9,2% всего населения; - Видеоаппаратура, 12,5% всего населения; -Утюг, 13,2% всего населения; -Фен, 17,9% всего населения; - Компьютер, 0,56% всего населения; - Чайник, 0,9% всего населения; - Водонагреватель, 0,65% всего населения. Таблица 4.8 Стандартная мощность электроприборов и разных применений электроэнергии во всех секторах [7] Электроприборы Мощность (кВт) Лампа 0,05-0,1 Холодильник 0,15-0,2 Телевизор 0,1 Вентилятор (фен) 0,07-0,1 Магнитофон/радио 0,1 Видеоаппарат 0,1 Компьютер 0,1 Принтер/копия 0,15 Радиовещание 0,1-0,15 Микроскоп 0,05-0,1 Бойлер 0,5-1 Утюг 0,75-1 Зерновая мельница 0,5-1,5 Швейная машина 0,1-0,2
Предлагаемый метод расчета электрической нагрузки в рассматриваемом регионе СВГЗ происходит отдельно для каждого 1-ого населенного пункта по каждому сектору у. Предварительно выявляются все возможные виды нагрузок т по каждому сектору j (например, для бытового сектора - семейные и индивидуальные дома - т=2) и используемые электроприборы w для обеспечения этих нагрузок (w=l,.„,13 табл. 4.8). Все электроприборы по каждому сектору и виду потребителя учитываются отдельно, некоторые из них могут использоваться для разных потребителей во всех секторах, а некоторые для конкретного потребителя только в одном секторе (например, микроскоп только в секторе общественных услуг для потребителей - школа, поликлиника). Далее по каждому виду потребителя т рассматриваемого сектора j необходимо иметь исходную информацию: " АІі" распорядок дня w - ого применения электроприбора (табл. 4.8) (в относительных единицах - о.е.)у -ого сектора для интервала времени /; - nw - количество, используемых электроприборов w - ого применения электроэнергии с учетом JJw ( учитывает обеспеченность населения в каждом секторе электроприборами w - ого применения); Сії " отражает количество, работающих электроприборов w - ого применения электроэнергии, для интервала времени / в каждом секторе (если одновременно включены все nw электроприборы w-ow применения электроэнергии, то С!/=1 в слУчае если работает половина от п„ электроприборов - Cii= 0-5; в случае, когда все nw электроприборы выключены - рк- номинальная мощность электроприборов w - ого применения в каждом секторе (табл. 4.9). Характеристики энергопотребления каждого т потребителя 123 рассматриваемого сектора у записываются в таблицу 4.9- в зависимости от использования электроэнергии в течение одного дня.
