CC BY
105
УДК 621.315.1
Ю.В. Лебедева, Н.Ю. Шевченко, Г.Г. Угаров
КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ МЕТЕОВОЗДЕЙСТВИЯМ И ИХ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
Предложены три концепции развития воздушных линий электропередачи 110-500 кВ, работающие в сложных метеорологических условиях. Составлены математические модели показателей экономической эффективности для данных концепций.
Вариант развития линий электропередачи, гололедно-ветровые нагрузки, надежность, экономичность
J.V. Lebedeva, N.J. Shevchenko, G.G. Ugarov
CONCEPTS OF AIR ELECTRICITY TRANSMISSION SYSTEMS UNDER EXTIEMC WEATHER EFFECTION AND ITS ECONOMIC ESTIMATION
Three concepts of air electricity, transmission systems 110-500 kv development. Working under complex weather conditions. Some mathematical models, showing economic effectivity for these concepts are given.
The way of developing electricity transmission systems, net discount income. ice-wind load, reliability, economy
Г лавная проблема современной России - модернизация экономики с целью встраивания в мировую экономику. Без развития электроэнергетики эта проблема не решаема. Основой электроэнергетики являются её транспортные артерии - воздушные линии электропере-
дачи. Техническое состояние ВЛЭП требует и развития, и модернизации. Главное при этом обеспечение надежности и экономической эффективности.
Предлагается рассматривать тенденции развития ВЛЭП 110-500 кВ, в сложных метеорологических условиях, в виде трех концепций.
Первая концепция развития ВЛЭП характерна для стран с развитой экономикой и предполагает большие капитальные вложения в механическую часть ВЛ с целью увеличения надежности.
Основные особенности первой концепции развития ВЛ:
— имеется нормативно-правовая база, позволяющая управлять надежностью экономическими методами;
— на величину ущерба влияет удельная стоимость электроэнергии ууд, которая определяется в зависимости от числа отключений п и длительности перерывов электроснабжения
1пер;
— все конструктивные элементы линии закладываются с высокой механической прочностью, при этом максимально сокращаются пролеты между опорами. Используется оборудование с повышенной устойчивостью к гололедно-ветровым воздействиям [2] ;
— в зависимости от категории потребителей, установлены уровни надежности, определяемые периодом повторяемости Т, равному механической прочности с пределом исключения 10%. Разным уровням надежности соответствует различная стоимость электроэнергии (дифференцированные тарифы Цдифг).
Рекомендуемые СИГРЕ периоды повторяемости [1] даны в табл. 1:
Таблица 1
Рекомендуемые периоды повторяемости для первой концепции
г-уровень надежности Период повторяемости Т, лет Вероятность непревышения климатиче ских нагрузок Р Срок службы ВЛ Тсл, лет Напряжение ВЛ, кВ Надежность принятых расчетных нагрузок Рпроек
1 50 0,98 50 110-220 0,36
2 150 0,9933 50 330 и выше 0,72
3 500 0,998 50 330 и выше 0,9
Оптимальный уровень надежности ВЛЭП для первой концепции достигается при минимальной сумме затрат З^ на комплекс мероприятий по увеличению надежности и покрытию ущерба У^.
Т
расч
Зч = X(К% + Иэ, + Цдиф г ’ (А1н] р + у%) - ад ^ тт, (1)
1=1
где 1 — уровень надежности; К^ — капиталовложения в у вариант развития ВЛЭП; Иэ^ -издержки на эксплуатацию; Д1н , Д1хх — нагрузочные потери электроэнергии и потери холостого хода; у = Звост ^ + употр ^ — ущерб, состоящий из затрат на восстановление поврежденных ВЛ и затрат на компенсацию ущерба от аварийных ограничений потребителя электроэнергии; а д = (1 + Е)1-1 — коэффициент дисконтирования, Е — норма дисконта.
Вторая концепция характерна для стран с переходной экономикой, поэтому они в силу недостатка средств бедности идут по пути обеспечения требуемой надежности за счет старых технологий. Основным средством противодействия гололедно-ветровым нагрузкам на ВЛЭП является плавка гололеда со всеми известными негативными последствиями.
Основные особенности второй концепции развития ВЛ:
- из-за отсутствия правовой базы нет возможности регулировать надежность экономическими методами. Не учитывается уровень надежности потребителей различных категорий. Нормативными документами не регламентируется число отключений;
- период определения расчетных нагрузок, равный 25 годам, не связан со сроком службы основного оборудования, поэтому не отражает истинного уровня надежности;
- плавка гололеда негативно влияет на экологию окружающей среды и повышает себестоимость передачи электроэнергии в зимний период за счет увеличения потерь электроэнергии.
Критерий экономичности для второй концепции можно представить в виде
Т
З) = Ё[К) + И0 + Ц(Д^««0 + Д*плав гол,) + У,,] - ад ^ ШП , (2)
1=1
где Д^плав.гол о - потери электроэнергии на плавку гололеда, кВт-ч/год;
Д^техн. = Д"^ .| + Д’^х - технологические потери.
Третья концепция. В связи с переходом экономики России к рыночным отношениям повышаются требования к надежности электроэнергетики и, в частности, воздушных линий электропередачи. Основная суть данной концепции состоит в компромиссе затрат на создание линии и её эксплуатацию.
Третья концепция для России должна стать на период модернизации основной. Возникает задача управления надежностью экономическими методами. Уровень надежности должен определяться категорийностью потребителей.
Основные особенности третьей концепции развития ВЛ:
- для управления надежностью экономическими методами необходимо усовершенствовать нормативно-правовую базу, в том числе разработать дифференцированные тарифы на электроэнергию для потребителей разной категории надежности, утвердить номинальное число отключений и длительность перерывов электроснабжения для потребителей разной категории надежности. Можно предложить следующие периоды повторяемости (табл. 2):
Таблица 2
Рекомендуемые периоды повторяемости для третьей концепции
г-уровень надежно- сти Период повторяемости Т, лет Вероятность непревышения климатических нагрузок Р Срок службы Тсл, лет Напряжение ВЛ, кВ Надежность принятых расчетн. нагрузок, Рпроек
1 25 0,96 50 110 0,13
2 35 0,97 50 220 0,235
3 50 0,98 50 330 и выше 0,36
- поставщики и потребители строят свои отношения на договорной основе. Оценка затрат позволяет обосновать отпускную стоимость электроэнергии при установленном в договоре уровне надежности, а оценка ущерба - точку отсчета для определения размера штрафа [3]. Правильно установленный уровень надежности минимизирует убытки как поставщика, так и потребителя энергии;
-механическая прочность ВЛ увеличивается за счет высокотехнологичного оборудования, способного противостоять гололедно-ветровым ситуациям [1];
-в период эксплуатации может частично применяться плавка гололеда как дополнительное средство повышения надежности работы ВЛ с использованием автоматизированной системы наблюдения за гололедной нагрузкой.
Критерий экономичности для третьей концепции:
Т
А расч
3 = Ё (К 1ч + + Цдиф ч ' (Д^техн ] + Д^пл.гол.] ) + У110 ) ад ^ Ш1П . (3)
1=1
Выводы
1. Предложены три концепции развития ВЛЭП 110-500 кВ, работающие в сложных метеорологических условиях, выделены их отличительные особенности.
2. Разработаны математические модели показателей экономической эффективности для трех концепций развития ВЛЭП.
ЛИТЕРАТУРА
1. Яковлев Л.В. Критерии проектирования воздушных линий электропередачи. Стандарт СЕ1 60826 / Л.В. Яковлев, Р.С. Каверина // Линии электропередачи 2008: Проектирование, строительство, опыт эксплуатации и научно-технический прогресс: Третья Рос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Новосибирск, 2008, С. 7-12.
2. Диагностика, реконструкция и эксплуатация воздушных линий электропередачи в гололедных районах / И.И. Левченко, А.С. Засыпкин, А. А. Аллилуев, Е.И. Сацук. М.: Изд. дом МЭИ, 2007. 448 с.
3. Березнев Ю.И. О проблеме обеспечения надежности электроснабжения / Ю.И. Березнев // Энергетик. 2007. № 10. С. 24-25.
В1В Ь10 ОЯАРИУ
1. Yakovlev, L.V. Criteria of planning of open-wires of electricity transmission. Standard of CEI 60826 / L.V. Yakovlev, R.S. Kaverina//Linii of electricity transmission 2008: Planning, building, experience of exploitation and scientific and technical progress. Third Russian with international participation nauchno-prakticheskaya conference. Novosibirsk, 2008, P. 7-12.
2. Diagnostics, reconstruction and exploitation of open-wires of electricity transmission in ice-storm districts / I.I. Levchenko, A.S. Zasypkin, A.A. Alliluev, E.I. Sacuk. - M.: the Publishing house of MEI, 2007. - 448 s.: silt.
3. Bereznev, Yu. And. About the problem of providing of reliability of power supply / Yu. And. Bereznev // power engineering Specialist, 2007. --N 10. --N. 24-25.
Лебедева Юлия Витальевна -
ведущий инженер кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» ГОУ ВПО Камышинский технологический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета Шевченко Наталья Юрьевна -преподаватель кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» ГОУ ВПО Камышинский технологический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета Угаров Геннадий Григорьевич -доктор технических наук, профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Саратовского государственного технического университета
Lebedeva Julia Vitalievna -
leading engineer of the Department of “Electric supply of industrial enterprises” of Kamyshin Institute of Technology (branch) of state educational institution of higher professional education Volgograd State Technical University. Shevchenko Nataliya Jurievna -teacher of the Department of “Electric supply of industrial enterprises” of Kamyshin Institute of Technology (branch) of state educational institution of higher professional education Volgograd State Technical University.
Ugarov Gennadiy Grigoryevich -Doctor of Technical Sciences. Professor of the Department of “Electric supply of industrial enterprises” of Saratov State Technical University.
УДК 621.311
Ю.М. Хлебалин ТЕПЛОФИКАЦИЯ И ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
Показана оценка эффективности теплофикации энтальпийным и эксергетическим методами. Рассмотрены результаты сравнения этих методов с учетом первого и второго законов термодинамики.
Теплофикация, второй закон термодинамики, энтальпийный и эксергетический методы
Y.M. Khlebalin
DISTRICT HEATING COGENERATION AND THE LAW OF ENRGY
DEGRADATION
The cost efficiensy of the cogeneration of the enthropy and exergy method are demonstrated. Considering first and second law of thermodynamics the results are discussed.
Second law of thermodynamics, district heating cogeneration, enthropy and exergy method
Теплофикация - это комбинированное производство электрической и тепловой энергии на основе централизованного теплоснабжения. Производство электроэнергии на ТЭЦ с отпуском теплоты потребителям из отборов турбин определяет термодинамическую сущность теплофикации. Экономичность теплофикации оценивается на основе техникоэкономических расчетов по комбинированной (ТЭЦ) и раздельной (КЭС и РК) схемам выработки электрической и тепловой энергий. Экономия топлива от теплофикации в общем виде запишется [1]:
ДВ = Вразд - Вкомб = ВкЭС + Врк - ВтэЦ, (1)
где Вразд, Вкомб - расходы топлива в раздельной и комбинированной схемах; ВкэС, Врк, ВтЭц -расходы топлива на КЭС, РК и ТЭЦ.
Термодинамическая сущность теплофикации до настоящего времени формулируется различно в зависимости от принятых методов анализа систем теплоэнергоснабжения и единого мнения в этом вопросе среди теплофикаторов нет. В статье рассматриваются два метода анализа комбинированных установок: энтальпийный и эксергетический. Исторически сложились два различных подхода к оценке термодинамической сущности теплофикации с позиций использования энтальпийного метода [2, 3] и эксергетического [4-6]. Основные различия энтальпийного и эксергетического методов в условиях теплофикации указанные в табл.1, вызвали длительные дискуссии.
Таблица 1
Энтальпийный метод Эксергетический метод
1. Метод основан на первом законе термодинамики и не учитывает второй закон. 1. Метод учитывает, как первый, так и второй законы термодинамики.
2. Энергия системы не зависит от параметров окружающей среды. 2. Эксергия зависит от параметров окружающей среды.
3. Энергия системы всегда больше нуля. 3. Эксергия при параметрах окружающей среды равна нулю.
4. Максимальные потери энергии в холодном источнике (конденсаторе) теплоэнергетической установки. 4. Минимальные потери эксергии в холодном источнике (конденсаторе) теплоэнергетической установки.
5. Минимальные потери энергии в котлоагрегате. 5. Максимальные потери эксергии в котлоагрегате от необратимости горения топлива и тепломассообмена.
