Характеристика особенностей применения мульти-энергетических систем, которые позволяют улучшить целый комплекс показателей работы энергетической системы, основными из которых являются: оптимизация графиков перетоков электрической энергии и мощности.
Применение мульти-энергетических систем позволяет улучшить целый комплекс показателей работы энергетической системы, основными из которых являются: оптимизация графиков нагрузки генерирующих станций и сетевой инфраструктуры, повышение качества электрической энергии, повышение надежности энергоснабжения. Мульти-энергетические системы, посредством которых электричество, тепло, охлаждение, топливо, транспорт и т.д., оптимально взаимодействуют друг с другом на разных уровнях (например, в пределах района, города или региона), представляют собой важную техническую, экономическую и экологическую энергетические системы. Такие системы образуют отдельные системы с распределенной генерацией с множеством векторов энергии (DMG - распределенная мультигенерация). Первая ценовая зона (Европейская часть России, за исключением республики Коми, Архангельской и Калининградской областей, а также Урал) и Вторая ценовая зона (Сибирь) - территории, на которых возможна конкурентная торговля электрической энергией и мощностью, так как субъекты электроэнергетики не имеют возможности манипулировать ценами вследствие монопольного положения, вызванного ограниченной пропускной способностью сетей. Алгоритмическая реализация блоков преобразования одного вида энергии в другой или их накопление, основывается на том, что математическое описание выходных характеристик данных устройств с достаточной точностью можно реализовать системой или одним линейным дифференциальным уравнением первого или второго порядка с постоянными коэффициентами.Использование в системах энергоснабжения элементной базы, позволяющей накапливать и преобразовывать друг в друга различные типы энергоносителей, наряду с высокоразвитыми информационными системами, делает актуальным развитие таких технологий, как интегрированные системы энергоснабжения. Применение мульти-энергетических систем позволяет улучшить целый комплекс показателей работы энергетической системы, основными из которых являются: оптимизация графиков нагрузки генерирующих станций и сетевой инфраструктуры, повышение качества электрической энергии, повышение надежности энергоснабжения. Представлена функциональная схема мульти-энергетической сети, выполненная в среде MATLAB. Применение мульти-энергетических систем позволит решить ряд задач: 1.
Введение
Использование в системах энергоснабжения элементной базы, позволяющей накапливать и преобразовывать друг в друга различные типы энергоносителей, наряду с высокоразвитыми информационными системами, делает актуальным развитие таких технологий, как интегрированные системы энергоснабжения [1]. Применение мульти-энергетических систем позволяет улучшить целый комплекс показателей работы энергетической системы, основными из которых являются: оптимизация графиков нагрузки генерирующих станций и сетевой инфраструктуры, повышение качества электрической энергии, повышение надежности энергоснабжения.
Понятие мульти-энергетической системы
Мульти-энергетические системы, посредством которых электричество, тепло, охлаждение, топливо, транспорт и т.д., оптимально взаимодействуют друг с другом на разных уровнях (например, в пределах района, города или региона), представляют собой важную техническую, экономическую и экологическую энергетические системы. Сектора этих систем рассматриваются независимо. Это происходит как на оперативном уровне, так и на этапе планирования. Такие системы образуют отдельные системы с распределенной генерацией с множеством векторов энергии (DMG - распределенная мультигенерация). Они могут стать ключевым вариантом декарбонизации энергетического сектора, подходами, необходимыми для моделирования и соответствующие инструменты для их анализа зачастую имеют большую сложность. Аналогичным образом, идентифицировать нелегко системы, которые способны правильно учесть издержки и выгоды, связанные с различными типами МЭС по различным критериям.
Изолированные системы
В зависимости от пропускной способности объектов электросетевого хозяйства, и также наличия, либо отсутствия присоединения сетей к Единой национальной электрической сети, вся территория страны условно разделена на ценовые и неценовые зоны, а также изолированные энергорайоны (Рисунок 2) [2].
Рис.1 Ценовые и неценовые зоны
Первая ценовая зона (Европейская часть России, за исключением республики Коми, Архангельской и Калининградской областей, а также Урал) и Вторая ценовая зона (Сибирь) - территории, на которых возможна конкурентная торговля электрической энергией и мощностью, так как субъекты электроэнергетики не имеют возможности манипулировать ценами вследствие монопольного положения, вызванного ограниченной пропускной способностью сетей. Перетоки между ценовыми зонами, а также между ценовыми и неценовыми зонами являются незначительными.
Реализация технико-экономической модели
Применение МЭС с промежуточным накоплением энергии позволяет решать задачи энергообеспечения на различных уровнях возникающих проблем [3, 4]. На государственном (макроэкономическом) уровне - это создание в короткие сроки энергорайонов, удаленных от энергосистем, с незначительными капитальными вложениями в строительство локальных сетей, обеспечение электроэнергией населения в условиях чрезвычайных ситуаций, а также улучшение экологической обстановки. На региональном уровне - это возможность получения дополнительных мощностей без строительства новых электростанций и ввода дополнительных трансформаторных подстанций. Для предпринимателей - это получение новых доходов за счет создания предприятий (с возможностью их электроснабжения) в тех местах, где ранее это было экономически невыгодно. Это возможность работы предприятия при отключении электроэнергии (аварии) на линиях электропередачи, а также снижение расходов на электроэнергию за счет ее накопления в режиме использования ночного тарифа.
Для исследования принципов функционирования данной системы с целью оптимизации ее работы по тем или иным целевым критериям, необходимо получить математическую модель энергетического хаба, как объекта управления.
При разработке функциональной схемы энергетического хаба для анализа работы энергетической системы с разными энергоносителями, учитывая их взаимное влияние, необходимо учитывать следующее: - Типы энергоносителей (электроэнергия, тепловая энергия, газ и т. п);
- Ограничение накладываемые на энергоносители по мощности, расходу, потери и нелинейности при передаче и преобразовании энергии;
- Приведение различных единиц измерения энергоносителей к единой системе измерения;
- Возможность технической реализации преобразования одного вида энергоносителя в другой;
- Особенности технической реализации накопления различных видов энергоносителей;
- При наличии тепловой части, эксергетическую составляющую энергетического баланса [5, 6];
- Ограничение по времени на запуск энергоносителей.
Алгоритмическая реализация блоков преобразования одного вида энергии в другой или их накопление, основывается на том, что математическое описание выходных характеристик данных устройств с достаточной точностью можно реализовать системой или одним линейным дифференциальным уравнением первого или второго порядка с постоянными коэффициентами. Также необходимо учитывать коэффициент преобразования одного вида энергии в другой.
Техническая реализация концепции мульти-энергетической системы представлена на рисунке 2.
Рис. 2 Функциональная схема для реализации в SIMPOWERSYSTEM системы MATLAB
В схеме видно, что основными объектами системы являются накопители и преобразователи энергии.
Программная реализация имитационной модели интегрированной системы для трех типов энергоносителей состоит из трех подсистем и имитационной модели панели управления. Подсистемы El_Sys, Heat_Sys, Gas_Sys моделирует работу по каналам электро-, тепло- и газоснабжению соответственно.
Элементы панели управления позволяют, в режиме реального времени управлять нагрузкой по всем каналам энергоснабжения, также управлять работами накопителей энергии, как при накоплении энергии, так и при ее отдаче.
Преобразователи электроэнергии в тепло, газа в тепло, и газа в электрическую энергию также имеют соответствующие органы управления.
Рис. 3 Программная реализация мульти-энергетической системы SIMPOWERSYSTEM системы MATLAB
Структурные схемы, реализованные в подсистемах El_Sys, Heat_Sys, Gas_Sys представлены на рисунках 4-6. Общими для всех структурных схем является имитационные блоки, реализующие нагрузку потребителя и связанные с ними органы управления. Также каналы накопления соответствующих видов энергии и связанных с ними органов управления. Преобразователи одного вида энергии в другую реализованы следующим образом: электричество в тепло, газ в тепло, газ в электроэнергию. В качестве номинальных данных взяты реальные номинальные данные водогрейного котла электрического, водогрейного котла на газе и газотурбинной установки. Преобразование различных видов энергии проводилось с учетом изменения коэффициента полезного действия преобразователя в зависимости от нагрузки.
Общими для всех структурных схем является имитационные блоки, реализующие нагрузку потребителя и связанные с ними органы управления. Также каналы накопления соответствующих видов энергии и связанных с ними органов управления. Преобразователи одного вида энергии в другую реализованы следующим образом: электричество в тепло, газ в тепло, газ в электроэнергию.
Рисунок 4 - Подсистема реализующая канал электроэнергии
Рис. 5 Подсистема реализующая канал тепловой энергии
Рис.6 Подсистема реализующая канал газа
В качестве номинальных данных взяты реальные номинальные данные водогрейного котла электрического, водогрейного котла на газе и газотурбинной установки. Преобразование различных видов энергии проводилось с учетом изменения коэффициента полезного действия преобразователя в зависимости от нагрузки. Элементы мульти-энергетической системы моделировались упрошенными алгебраическими уравнениями. Для возможности учета перераспределения потоков энергии все энергетические единицы приводились к одной системе (Дж). Это позволило учитывать перераспределение потоков энергии относительно друг друга без применения сложных математических моделей физических устройств. Данная имитационная модель позволяет исследовать режимы работы мульти-энергетической системы в статическом режиме в зависимости от исследуемых целевых функций.
Особенности применения мульти-энергетических систем
Структура себестоимости характеризуется удельным весом составляющих затрат в суммарной себестоимости. Структура себестоимости для энергетических производств отличается от структуры себестоимости для промышленности и различна для отдельных типов энергетических установок [7]. Так, в электроэнергетике наибольшие затраты приходятся на топливо, а в машиностроительном и металлургическом комплексах - на сырье и материалы, на ТЭС и котельной - на топливо, на предприятиях тепловых сетей - на амортизационные отчисления. Для каждого типа производства структура зависит от мощности, типа оборудования и масштаба производства.
Для каждого преобразователя был произведен расчет издержек. Для каждого преобразователя был произведен расчет издержек. Для расчета себестоимости были учтены следующие показатели: 1.Стоимость установки, руб.
2.Издержки на амортизацию, руб.
4.Издержки на ремонт, руб.
5.Прочие (1%от стоимости), 6.Срок службы, год
7.Норма амортизации
8.Издержки годовые 1 год, руб.
9.Издержки годовые, последующие года, руб.
10.Удельные капитальные вложения, руб.
11.Объем энергии произведенный с помощью основных фондов
12.Установленная мощность КВТ, годовая выработка электроэнергии
13.Капитальные затраты, руб.
Также был произведен расчет затрат при использовании накопителей. После расчета затрат бвла подсчитана себестоимость электроэнергии с учетом накопителя и без него (Рисунок 7).
Рис. 7 Себестоимость электроэнергии
Из расчета себестоимости можно сделать вывод, что цена за КВТ увеличилась с учетом установки накопителя. При этом система станет более надежной. Появляется возможность бесперебойного снабжения в аварийной ситуации.
Вывод
Использование в системах энергоснабжения элементной базы, позволяющей накапливать и преобразовывать друг в друга различные типы энергоносителей, наряду с высокоразвитыми информационными системами, делает актуальным развитие таких технологий, как интегрированные системы энергоснабжения. Применение мульти-энергетических систем позволяет улучшить целый комплекс показателей работы энергетической системы, основными из которых являются: оптимизация графиков нагрузки генерирующих станций и сетевой инфраструктуры, повышение качества электрической энергии, повышение надежности энергоснабжения.
В статье описана техническая возможность реализации МЭС. Представлена функциональная схема мульти-энергетической сети, выполненная в среде MATLAB. Рассмотрены накопители и преобразователи энергии.
Применение мульти-энергетических систем позволит решить ряд задач: 1.Энергоснабжение на изолированных территориях;
2.Обеспечение электроэнергией населения в условиях чрезвычайных ситуаций;
3.Улучшение экологической обстановки;
4.При применении нескольких типов энергоносителей можно менять стоимость за счет вариации;
5. Получение дополнительных мощностей без строительства новых электростанций и ввода дополнительных трансформаторных подстанций;
6.Сбор статистических данных.
В работе выполнен расчет себестоимости электроэнергии с учетом установки накопителей. Сделан обзор показателей эффективности. энергетический мощность электрический
Список литературы
Герасимов Д.О., Алгоритм расчета экономической эффективности строительства распределенной генерации, Герасимов Д.О., Уколова Е.В., // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири. Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 2016. С. 400-405.
Суслов К.В. Центральная система управления виртуальными электростанциями, Уколова Е.В., Суслов К.В., //Энергия-2016 Экономические аспекты развития энергетики. 2016. С. 75-76.
Уколова Е.В. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности. Smart Grid как инструмент повышения энергоэффективности//Молодежный вестник ИРГТУ. 2016. № 1. С. 26.
Муканина А.А., Герасимов Д.О., Суслов К.В. Concept energy hub is as part of integrated energy systems//Материалы VII Международной молодежной научно-технической конференции «Электроэнергетика глазами молодежи - 2016», том 3, КГЭУ. - с. 262-264
Воропай Н.И., Стенников В.А. Интегрированные интеллектуальные энергетические системы // Известия РАН. Энергетика. - 2014, № 1. - С. 64-73.
Мочалин С. М. Анализ методик оценки результативности деятельности предприятий. / С. М. Мочалин, В. В. Чувикова // Научный журнал «Проблемы экономики»: материалы III Международной научно-практической конференции «Экономические науки в России и за рубежом» - Москва, 2011.
Мочалин С. М. Система показателей для оценки результативности взаимодействия предпринимательских структур. / С. М. Мочалин, В. В. Чувикова // «Логистика - евразийский мост: материалы VI Междунар. научно-практ. конф.» - в 2 ч. - Красноярск, 2011. Ч1. С. 487-493.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
