Перелік термінів і умовних позначок

 

DG – distributed generation, розосереджена генерація;

БКАЕ – блочно-комплексна автоматизована електростанція;

ГВП – гаряче водопостачання;

ГТУ – газотурбінна установка;

ДВЗ – двигун внутрішнього згорання;

ДГ – дизель-генератор;

ІВК-СЕС – інформаційно-обчислювальний комплекс систем електропостачання;

КВП – коефіцієнт використання палива;

КГУ – когенераційна установка;

ККД – коефіцієнт корисної дії;

КСЕС - комбіновані сонячно-електричні системи теплопостачання;

КСЕП – комбінована система електропостачання;

ЛЕП – лінії електропередач;

ПГУ – парогазова установка;

РГ – розосереджена генерація;

СК – система когенерації;

ТЕС – теплові електростанції

ТП – трансформаторна підстанція;

ЦЖ – центр живлення

 

ВСТУП

На сьогодні граничний ресурс роботи основного устаткування вітчизняних теплових електростанцій (ТЕС) складає 170 - 220 тисяч годин (20 - 25 років). Сьогодні 100 % устаткування вже відпрацювало 100 тисяч годин, а 50 % устаткування - граничний ресурс. Те саме можна сказати і у відношенні атомних електростанцій.

З іншого боку, як показують результати досліджень, в світовій енергетиці спостерігається стійка тенденція до збільшення виробництва і споживання енергії. Навіть з урахуванням значних структурних змін в промисловості і переході на енергозберігаючі технології, потреба в енергії в найближчі десятиліття збільшуватиметься. Наприклад, в 1998 році об'єм виробництва електроенергії в Україні склав 172 мільярди кВт∙год, а в 2006 році - 192 мільярди кВт∙год [33]. Наряду з цим, за 7 останніх років встановлені потужності електростанцій скоротилися з 53,4 мільйонів кВт (1991 рік), до 52,2 мільйонів кВт(2006 рік).

Несприятливу ситуацію в Україні посилює нерівномірний розподіл електрогенеруючих потужностей і споживання енергії по регіонах. Наприклад, в Запорізькій області на сьогоднішній день виробляється близько 30 % електроенергії від загального виробництва в країні. А у Волинській, Житомирській, Чернівецькій областях генеруючих потужностей практично немає. В результаті перетікань, а також унаслідок недовантаження і зносу місцевих мереж, втрати в регіональних енергосистемах досягають значної долі споживаної енергії.

В останні десятиліття у світовій енергетиці спостерігаються концептуальні зміни, характерні зсувом акцентів з жорстко централізованого енергопостачання при постійному збільшенні одиничної потужності генеруючого обладнання на користь використання установок порівняно невеликої потужності, які розміщують у безпосередній близькості від споживачів. Це явище отримало назву розосередженої генерації.

Підтвердженням такого сценарію розвитку енергетики є той факт, що від середини 80-х років минулого сторіччя до кінця 90-х років середня потужність введених електростанцій зменшилась від 600 МВт до 21 МВт. Згідно з прогнозами [1], до 2030 року доля розосередженої генерації у загальному обсязі споруджуваних потужностей генерації повинна становити не менше 25-30%.

Практична реалізація впровадження розосередженої генерації наштовхується на певний ряд суттєвих ускладнень. Енергетика України на сьогодні ще не готова до такого шляху розвитку. У зв'язку з цим ставиться задача розробки загальної концепції та створення практичних рекомендацій з інтеграції систем розосередженої генерації в існуючі системи енергопостачання. Зазначена проблема є комплексною і торкається таких аспектів: визначення оптимальних форм використання розосередженої генерації; розробка нових методів оцінки ступеню та характеру її впливу на існуючі системи електропостачання; техніко-економічне обгрунтування параметрів і зон розміщення нових джерел генерації; ефективне управління інтегрованими системами; створення нормативної та законодавчої баз; удосконалення системи тарифів на теплову та електричну енергію та ряд інших.

Існує необхідність розроблення методів та методик, які дозволяють враховувати наявність джерел розосередженої генерації при здійсненні оцінки основних параметрів режимів інтегрованих систем (наприклад, втрат потужності та енергії, показників якості електричної енергії, надійності, тощо), а також вирішувати задачі оптимального управління системами (наприклад, вибір оптимальних місць розмикання розподільчих електричних мереж, компенсація реактивної потужності, визначення засобів регулювання напруги).

Визначення та реалізація стратегії використання розосередженої генерації дозволить у значній мірі задовольнити інтереси постачальників та споживачів енергії, реалізовувати державну політику енергозбереження. Закордонний досвід може бути узагальнений, але його безпосередня реалізація в умовах України неможлива, або ж малоефективна внаслідок суттєвих відмінностей у структурі та умовах функціонування існуючих електричних та теплових мереж, при побудові яких не передбачались можливості включення до їх складу таких джерел генерації або систем акумулювання енергії.

Поширені на сьогодні технології розосередженої генерації при порівнянні з централізованою генерацією у багатьох випадках потребують для впровадження розподіленої генерації високих капітальних (грн. / кВт) і поточних витрат (грн. / кВт г). Проте додаткові переваги, такі як когенерація (одночасна генерація та використання теплової енергії), підвищення надійності, економічності розподілу, вже зараз роблять розосереджену генерацію вигідною в багатьох ситуаціях.

Мета даної роботи - дослідження методів та розроблення методик та алгоритмів обгрунтування доцільності створення та впровадження систем розосередженої генерації, когенераційних систем, оцінка їх ролі у загальній концепції розвитку вітчизняної енергетики, визначення стратегії та розробка практичних методів інтеграції розосередженої генерації в існуючі системи енергопостачання з урахуванням факторів, що впливають на вибір та розміщення джерел розосередженої генерації, визначення факторів, що впливають на ефективність впровадження.

Потребують вирішення задачі:

- визначення раціональних форм використання систем розосередженої генерації;

- створення загальної концепції інтегрування розподіленої генерації в існуючі системи електропостачання;

- розроблення методичного забезпечення оцінки техніко-економічних показників та визначення критеріїв оцінки ефективності впровадження систем розосередженої генерації;

- створення методичної та алгоритмічної бази для кількісної оцінки впливу джерел розосередженої генерації на режими електричних мереж, аналізу електромагнітної та термодинамічної сумісності;

- розроблення ефективних методів вибору параметрів, режимів та місць інтеграції джерел розосередженої генерації з електричними мережами розподільних енергокомпаній;

- дослідження моделей вибору оптимальних схем використання та локалізації джерел розосередженої генерації,

- розробка алгоритмів оптимального управління джерелами розподіленої генерації;

- аналіз та визначення вимог до структури та складу законодавчої та нормативно-технічної документації щодо інтеграції розосередженої генерації в системи енергопостачання.

До розглянутих в роботі задачдосліджень відносяться:

- аналіз ефективності використання джерел розосередженої генерації для досягнення мінімізації втрат активної потужності за умови наявних у споживачів, або у постачальників джерел генерації, тобто без додаткових капіталовкладень;

- оцінка ефективності застосування джерел розосередженої генерації для досягнення мінімізації втрат активної потужності з урахуванням капіталовкладень;

- визначення економічної доцільності використання джерел розосередженої генерації з урахуванням плати за енергоносії;

- розробка рекомендацій щодо вибору джерел розосередженої генерації та їх оптимального розміщення.

Теоретичною і методологічною основою даної роботи є наукові розробки кафедри електропостачання з питань ефективного управління енерговикористанням, впровадження систем розосередженої генерації, аналізу їх впливу на режими систем електропостачання.

В роботі здійснено:

- розгляд загальних проблем з впровадження джерел розосередженої генерації;

- порівняльний аналіз ефективного, за обраними критеріями, розміщення генеруючих установок;

- забезпечення розв’язання задач за допомогою методів математичного програмування;

- залучення інформаційно – обчислювального комплексу ІВК – СЕС до проведення розрахунків режимів та аналізу значної кількості варіантів схем.

Проведені дослідження дозволяють зробити висновки щодо можливості врахування впливу використання джерел розосередженої генерації на втрати електричної енергії в мережах при електропостачанні об’єктів та груп споживачів, на якість електроенергії.

Показано, що для вибору потужності та оптимального розміщення генеруючих установок можливо використовувати розроблений на сьогодні підхід та математичний апарат вибору засобів компенсації реактивної потужності.

Здійснено порівняльні розрахунки для фрагментів розподільчих мереж. Надано приклади розрахунків з використанням оптимізаційних методів.

Одним з напрямів досліджень є створення математичного, методичного та алгоритмічного забезпечення комплексу задач управління інтегрованими системами з метою підвищення економічності, надійності та якості електропостачання;

У першому розділі розглядається існуючий стан систем тепло та електропостачання. Розглянуто напрямки застосування когенераційних систем. Визначено техніко-економічн характеристики засобів когенерації, оцінено їх економічну ефективність з урахуванням співвідношення виробництва теплової та електричної енергії. Визначено основні напрямки досліджень з питань ефективного використання енергетичного потенціалу основних джерел тепло та електропостачання, їх інтеграції в системи електропостачання. Узагальнено та систематизовано основні показники електричного та теплового потенціалу когенераційних установок, в залежності від типу установок, а також досліджено тенденції споживання та зміни вартості основних видів палива.

В другому розділі здійснено адаптацію методів розрахунку втрат електричної енергії в розподільчих мережах з урахуванням впливу інтегрованих засобів розосередженої генерації. Розроблені математичні моделі адаптовано до включення задач оцінки та оптимізації до складу інформаційно-обчислювального комплексу ІВК- СЕС.

В третьому розділі досліджені методи оптимізації розміщення джерел розосередженої генерації. Здійснені розрахунки з оцінки ефективності зменшення втрат в розподільчих мережах з використанням запропонованих методів та ІВК-СЕС.

В четвертому розділі розділі розглянуто і запропоновано вирішення характерних задач вибору і оптимального розміщення джерел розосередженої генерації з застосуванням методів нелінійного програмування.

В п'ятому розділі запропоновано математичні моделі, розроблені для здійснення оцінки та оптимізації режимів напруги розподільчих електричних мереж, виходячи з мінімуму неякісної енергії і з урахуванням засобів розосередженої генерації. Зазначені моделі включаються до складу багатофункціонального інформаційно-обчислювального комплексу ІВК-СЕС. Приведені діаграми ілюструють принцип застосування запропонованих моделей.

За тематикою досліджень отримано патенти та свідоцтво [74-76]

В додатку надані основні принципи розроблення концепції побудови еко-smart будівель, концепції модернізації систем електро та теплопостачання на базі розосередженої генерації.

У виконанні науково-дослідної роботи приймали участь аспіранти: Бориченко О.В., Кулик О.В.; студенти: Заболотний С.В., Коваленко К.В., Косенко К.С., Кравченко О.М., Лопатюк А.В., Савченко А.С.