CC BY
73
УДК 621.398 ББК 32.965.7 С 37
Симанков В.С.
Доктор технических наук, профессор, директор института информационных технологий и безопасности университетского комплекса Кубанского государственного технологического университета, Краснодар, тел. (861) 275-11-10, e-mail: vs@simankov.ru Бучацкий П.Ю.
Старший преподаватель кафедры автоматизированных систем обработки информации и управления инженерно-физического факультета Адыгейского государственного университета, Майкоп, тел. (8772) 59-39-11, e-mail: butch_p99@mail.ru
Программный модуль определения возможных объемов вовлечения возобновляемой энергии в региональный энергобаланс
(Рецензирована)
Аннотация
Рассматриваются вопросы создания программного расчетно-теоретического модуля определения возможных объемов вовлечения возобновляемой энергии в региональный энергобаланс. Предложена его структура. Проектирование реляционной структуры базы данных (БД) выполнена с учетом требований целостности данных предметной области и интеграции с геоинформационными системами ( ).
возобновляемых источников энергии в энергосистемах Краснодарского края и Республики Адыгея.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, база данных, геоинформационные системы,
.
Simankov V.S.
Doctor of Technical Sciences, Professor, Director of Institute of Information Technologies and Safety of University Complex, Kuban State University of Technology, Krasnodar, ph. (861) 275-11-10, e-mail: vs@simankov.ru Buchatskiy P.Yu.
Senior Lecturer of Department of Automated Systems of Processing Information and Control of Engi-neering-Physics Faculty, Adyghe State University, Maikop, ph. (8772) 59-37-32, e-mail:
butch_p99@mail.ru
The program module to determine the possible volume of renewable energy involved in a regional energy balance
Abstract
The paper deals with creation of the program rated theoretical module to determine the possible volume of renewable energy involved in a regional energy balance. Its structure is proposed. Design of relational structure of the database (D) is executed taking into account requirements of data integrity of subject domain and integration with geoinformation systems (GIS). An application of a program complex to assess the use of renewables in power supply systems of Krasnodar Territory and the Adyghea Republic is shown as an example. Keywords: renewables, database, geoinformation systems, graphic interpretation.
Одной из важнейших характеристик обеспечения жизнедеятельности и развития региона является эффективность функционирования систем энергообеспечения. Повышение энергоэффективности и энергобезопасности, переход к рациональной модели потребления ресурсов являются приоритетами стратегического развития региона. Внедрение нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) в энергобаланс региона - необходимое условие реализации указанной стратегии. В связи с этим актуальным является разработка методики комплексной оценки потенциала НВИЭ и вовлечения их в энергобаланс региона.
В странах Евросоюза к 2020 году планируется снизить 20% энергопотребления за счет мер по повышению энергоэффективности и не менее 20% генерации должно быть основано на использовании возобновляемых источников энергии (ВИЭ) [1]. Установленная мощность генерации возобновляемой энергии в мире (без учета крупных ГЭС) к 2011 году достигла 390 ГВт, обеспечивая 8,2% мирового потребления электроэнергии. Использование возобновляемой генерация в структуре потребления электроэнергии в России не превышает 0,8% [2].
Возобновляемая энергетика давно является базой для технологического развития. Несмотря на успешное развитие традиционной энергетики в нашей стране, которая владеет большим количеством ископаемого топлива, а также длительности инвестиционных циклов в энергетике, необходимо развивать генерацию на базе возобновляемых источников энергии, иначе технологическое отставание может стать непреодолимым [1, 2].
Рис. 1. Структура программного модуля
Важным преимуществом использования ВИЭ является удешевление технологических решений, идущее очень высокими темпами. На начальном этапе для привлечения инвесторов необходим тариф в размере 6-7 рублей. Однако при этом рост расходов для конечных потребителей к 2020 году не превысит 2%, т.к. суммарный объем генерации такого типа составит не более 3-4% от общей выработки. Кроме того, тариф на возобновляемых источников энергии не будет расти так же быстро, как тариф для традиционных источников энергии. В процессе совершенствования технологических решений возобновляемой энергетики наблюдается снижение удельной стоимости киловатта энергии. За последние десять лет стоимость солнечной электроэнергии снизилась в десять раз. Для ветровой энергетики снижение было не столь существенным, но все равно более значительным, чем для традиционных технологий.
Существенным преимуществом возобновляемой энергетики является отсутствие топливной составляющей. После окончания периода окупаемости почти любого объекта возобновляемой энергетики идет резкое снижение тарифа в силу того, что инвестиции уже возвращены, а затрат на топливо нет. Поэтому дальше тариф для ВИЭ становится значительно ниже, чем для других видов генерации.
Для определения возможных объемов вовлечения ВИЭ в региональный энергобаланс разработан программный расчетно-теоретический модуль, который включает в себя математические модели энергоустановок на ВИЭ, динамическое моделирование и расчет показателей эффективности их использования в различных климатических и географических условиях, обработку, обобщение и визуализацию результатов моделирования в виде интерактивных карт в составе геоинформационной системы. Структура программного модуля представлена на рисунке 1. Он состоит из следующих блоков: ввода, хранения и предобработки данных; моделирования, оценки эффективности и принятия решений; визуализации результатов.
Разработаная структура базы данных, входящая в состав блока работы с данными, отвечает требованиям целостности данных предметной области и интеграции с геоин-формационными системами (рис. 2) [3].
В данном ммодуле структурированы данные о географических объектах мониторинга (координаты, принадлежность району), объектах источниках энергии, потребителях энергии, видах объектов возобновляемой энергетики (ветровой, солнечной, геотермальной и биоэнергии), текущие данные мониторинга существующих объектов малой энергетики и возможных вариантов установки, текущие данные мониторинга влияния на экологическое состояние. Для каждого вида энергоресурса представлены определенные параметры (скорость ветра, количество солнечных дней, уровень воды, объем выработки биоэнергии). Учтены связи источников и потребителей энергии.
Проведенные авторами оценочные расчеты позволяли определить структуру полезных объемов вовлечения ВИЭ в региональный энергобаланс [4]. В качестве примера рассмотрено применение программного комплекса для оценки использования возобновляемых источников энергии в энергосистемах Краснодарского края и Республики Адыгея. Графическая интерпретация объемов возобновляемой энергии представлена на рисунке 3 [5].
Результатом работы программы явилась таблица распределения районов Краснодарского края и Республики Адыгея по возможным объемам вовлечения ВИЭ в энергобаланс региона. На ее основе выполнена графическая интерпретация (рис. 4) [6].
Район
Код района РК
Название
Тип_объекта
Код типа объекта РК
Название
Объект
Код объекта РК
Код_района Название Код_типа_объекта Адрес Широта_координата_Х Долгота_координата_У Высота_координата_7 РРасстояние_ближ_н_п РК2 РК1
А А
Источник_энергии
Код источника Код объекта Потенциал_или_действ Код вида источника Код_объекта РК1 РК2
В и д_и сточ н и ка_э н е р ги и Статистика_выработки
Код вида источника РК Код статистики РК
Название Дата
Код_в и д а_и сточ ник Кол-во выработки Код вида источника РК1
Параметры_загрязнения
Код параметра РК
Код источника Код объекта Вид параметра Вредное вещество Ед_измерения Количество
Гелиоэнергия
Код гелионергетики РК
Код_источника Код_объекта Среднегодовая_солнечная_акт Среднесуточная_солн_акт РК1
Ветроэнергия
Код ветроэнергии РК
Код_источника Код_объекта Среднегодовая_\/_ветра Среднемесячная_\/_ветра РК1
Контроль_ветроэнергии
Дата Код_ветроэнергии Код_источника Скорость_ветра Направление ветра РК1
Г идроэнергия
Код гидроэнергетики РК
Код_источника
Код_объекта РК2
Годовой сток
Мах перепад высот
Код вида
Код_вида_гидро РК1
Г идрообъект
Код вида гидро РК
Вид_гидрообъекта Ширина Глубина Название
Контроль_гелиоэнергетики
Код_ге л иоэ н е р гети ки Код_источника Дата Солнечная активность Ед_измерения Код_гелионергетики РК1
Биоэнергия
Код БИО РК
Код_источника
Код_объекта РК2
Среднегодовой объем
Код вида БИО
Среднемесячный объем
Расстояние установл от БИО
Код_вида_БИО РК1
Вид_БИО
Код вида БИО РК
Название
Контроль_гидроэнергетики
Дата Код_гидроэнергетики Код_источника \/_течения тіп_точка высоты тах_точка высоты РК1
Г еотермальная_энергетика
Код геотермальной энергетики РК
Код источника Код объекта Среднегодовой объем Код вида Геот Среднемесячный объем Расстояник от ГЕО Код_вида_ГЕОТ Код_объекта
Вид_Геотерм
Код вида ГЕОТ РК
Название
РК1
РК2
Волновая_энергетика
Код волновой энергетики РК
Код источника Код объекта Среднегодовой объем Характерная высота волны Ср. период_колебаний_по_мин Код_объекта
Контроль_волновой
Дата Код_источника Объем волновой Код_волновой_энергетики РК2
Контроль_БИО_топлива
Дата Код_биотоплива Код_источника Объем_биотоплива КодБИО РК1
Контрольгео
Дата
Код_ГЕОТ_энергетики Код_источника Объем ГЕОТ Код_геотермальной энергетики
►
Рис. 2. Структура базы данных программного модуля
РАДИАЦИОННЫЙ
■'\Х%
)
--
)
Рис. 3. Распределение объемов возобновляемой энергии по видам
) )
Рис. 4. Распределение районов Краснодарского края и Республики Адыгея по возможным объемам вовлечения ВИЭ в энергобаланс региона
С использованием программного модуля определено, что для энергоснабжения в средней климатической зоне Краснодарского края наилучшей является гелиоветровая автономная система с фотоэлектрическим генератором, ветроэлектрическим агрегатом и накопителем электрической энергии.
Для электроснабжения потребителей в прибрежной зоне Азовского и Черного морей оправдано применение гелиоветроволноэнергетических установок.
Повышение энергетических и экономических показателей таких комплексов получено за счет совмещения решения задач снижения дефицита электроэнергии, функций берегозащиты и экологической защиты.
Анализ ветрового потенциала исследованных территорий показывает, что строительство ветровых электростанций реально возможно в большинстве их районов. Наи-
большим потенциалом обладают районы, прилегающие к побережью Азовского и северо-западной части Черного морей: Ейский (257 млн. кВтч), Темрюкский
(250 млн. кВтч), Щербиновский (230 млн. кВтч), Каневской (229 млн. кВтч), Приморско-Ахтарский (172 млн. кВтч). В Предгорной зоне наиболее целесообразно использовать потенциал районов плато Лаго-Наки (175 млн. кВтч) и Армавирского коридора: Новокубанский район (58 млн. кВтч), г. Армавир (35 млн. кВтч) и Отрадненский район (179 млн. кВтч).
Примечания:
1. Market Observatory for Energy. Key Figures /
Directorate-General for Energy. European Commission, 2011. 40 pp. URL:
http://eeas.europa.eu (
Представительства Европейского Союза в России)
2. .
энергетике // РБК daily. 13.12.2012. URL: www.rbcdaily.ru
3. . ., . .,
. . -ного использования возобновляемых ис//
Открытое образование. 2011. № 2. С. 203206.
4. . ., . .
эффективности вовлечения нетрадиционных возобновляемых источников энергии в
// -ского государственного университета. Сер. Естественно-математические и техниче-. , 2012. . 2 (101). С. 123-132. URL: http://vestnik.adygnet.ru
5. Атлас Республики Адыгея / Центр геоин-формационных технологий Адыг. гос. унта. Майкоп, 2005.
6. . ., . . -
ция системных исследований на основе неформальных подходов: монография. М.: Бином Пресс, 2012. 358 с.
References:
1. Market Observatory for Energy. Key Figures /
Directorate-General for Energy. European Commission, 2011. 40 pp. URL:
http://eeas.europa.eu (Official site of European Union Diplomatic Representatives in Russia)
2. Kozlov M. Five myths about renewable energy // RBK daily. 13.12.2012. URL: www.rbcdaily.ru
3 Vasilyev P.V., Glotova T.V., Chernetsov V.I. Information system of complex use of energy renewables in the Penza region // Open Education. 2011. No. 2. P. 203-206.
4. Simankov V.S., Buchatskiy P.Yu. Efficiency assessment of involvement of nonconven-tional renewable energy sources in energy balance of the region // The Bulletin of the Adyghe State University. Series Natural-Mathematical and Technical Sciences. 2012. Iss. 2 (101). P. 123-132.
URL: http://vestnik.adygnet.ru
5. Atlas of Adyghea Republic / The Center of Geoinformation Technologies, Adyghe State University, Maikop, 2005.
6. Simankov V.S., Shpekht I.A. Automatization of system researches on the basis of informal approaches: monograph. M.: Bin Press, 2012. 358 pp.
