Научная статья на тему 'Развитие систем электроснабжения изолированных территорий России с использованием возобновляемых источников энергии'

Развитие систем электроснабжения изолированных территорий России с использованием возобновляемых источников энергии Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
2704
525
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИЗОЛИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ / ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ / ВИРТУАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ / КОГЕНЕРАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ / ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ / ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ / ISOLATED POWER SUPPLY SYSTEMS / RENEWABLE ENERGY SOURCES / VIRTUAL POWER PLANTS / COGENERATION PLANTS / WIND TURBINES / PHOTOVOLTAIC CELLS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Суслов Константин Витальевич

ЦЕЛЬ. Обоснование развития и оптимизация изолированной системы электроснабжения. МЕТОДЫ. В статье анализируется специфика систем электроснабжения изолированных территорий и населенных пунктов в России. Рассмотрен пример оптимизации структуры генерации для изолированной системы электроснабжения с точки зрения минимизации затрат на выработку электроэнергии. Обосновано, что такая проблема может решаться в виде смешанной задачи целочисленного линейного программирования. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Формулируется комплекс задач для анализа и управления режимами изолированных систем электроснабжения с учетом современных тенденций и средств. Сочетание традиционных генерирующих установок и генераторов на возобновляемых источниках энергии, накопителей энергии и потребителей с неравномерной нагрузкой приводит к необходимости рассмотрения таких изолированных систем на основе принципов виртуальной электростанции. Также приведен пример многокритериальной оптимизации состава генерирующих мощностей изолированной системы электроснабжения с точки зрения минимизации затрат на топливо, выбросов в атмосферу и капитальных затрат на сооружение генераторов. Приведен пример решения задачи нахождения оптимального состава генераторов для изолированной системы электроснабжения. ВЫВОДЫ. На основе проведенного анализа исследована целесообразность применения генераторов на базе возобновляемых источников энергии в удаленных изолированных территориях России.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Суслов Константин Витальевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DEVELOPMENT OF POWER SUPPLY SYSTEMS OF RUSSIAN ISOLATED TERRITORIES USING RENEWABLE ENERGY SOURCES

The PURPOSE of the paper is to justify the development and optimization of the isolated power supply system. METHODS. The article analyzes the features of power supply systems of the isolated territories and settlements in Russia. An example of generation structure optimization of the isolated power supply system in terms of power generation costs minimization is reviewed. It is proved that this problem can be solved in the form of the mixed problem of integer linear programming. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. The complex of tasks for the analysis and mode control of the isolated systems of power supply has been formulated taking into account current trends and means. The combination of traditional generating installations and generators based on renewables, energy storage and consumers with uneven loading requires to treat such isolated systems on the basis of virtual power plant principles. An example of multicriteria optimization of the structure of generating capacities of the isolated power supply system in terms of minimization of fuel costs, atmospheric emissions and capital costs of generator construction has been provided. An example of solving the problem of finding the optimum composition of generators for the isolated power supply system has been given. CONCLUSIONS. The application feasibility of renewable source-based generators in the remote isolated territories of Russia has been investigated on the basis of the conducted analysis.

Текст научной работы на тему «Развитие систем электроснабжения изолированных территорий России с использованием возобновляемых источников энергии»

Оригинальная статья / Original article УДК 621.3

DOI: 10.21285/1814-3520-2017-5-131 -142

РАЗВИТИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ИЗОЛИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ РОССИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

© К.В. Суслов1

Иркутский национальный исследовательский технический университет, Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Обоснование развития и оптимизация изолированной системы электроснабжения. МЕТОДЫ. В статье анализируется специфика систем электроснабжения изолированных территорий и населенных пунктов в России. Рассмотрен пример оптимизации структуры генерации для изолированной системы электроснабжения с точки зрения минимизации затрат на выработку электроэнергии. Обосновано, что такая проблема может решаться в виде смешанной задачи целочисленного линейного программирования. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Формулируется комплекс задач для анализа и управления режимами изолированных систем электроснабжения с учетом современных тенденций и средств. Сочетание традиционных генерирующих установок и генераторов на возобновляемых источниках энергии, накопителей энергии и потребителей с неравномерной нагрузкой приводит к необходимости рассмотрения таких изолированных систем на основе принципов виртуальной электростанции. Также приведен пример многокритериальной оптимизации состава генерирующих мощностей изолированной системы электроснабжения с точки зрения минимизации затрат на топливо, выбросов в атмосферу и капитальных затрат на сооружение генераторов. Приведен пример решения задачи нахождения оптимального состава генераторов для изолированной системы электроснабжения. ВЫВОДЫ. На основе проведенного анализа исследована целесообразность применения генераторов на базе возобновляемых источников энергии в удаленных изолированных территориях России.

Ключевые слова: изолированные системы электроснабжения, возобновляемые источники энергии, виртуальные электростанции, когенерационные установки, ветрогенераторы, фотоэлектрические преобразователи.

Формат цитирования: Суслов К.В. Развитие систем электроснабжения изолированных территорий России с использованием возобновляемых источников энергии // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 5. С. 131-142. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-5-131-142

DEVELOPMENT OF POWER SUPPLY SYSTEMS OF RUSSIAN ISOLATED TERRITORIES USING RENEWABLE ENERGY SOURCES K.V. Suslov

Irkutsk National Research Technical University,

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russian Federation.

ABSTRACT. The PURPOSE of the paper is to justify the development and optimization of the isolated power supply system. METHODS. The article analyzes the features of power supply systems of the isolated territories and settlements in Russia. An example of generation structure optimization of the isolated power supply system in terms of power generation costs minimization is reviewed. It is proved that this problem can be solved in the form of the mixed problem of integer linear programming. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. The complex of tasks for the analysis and mode control of the isolated systems of power supply has been formulated taking into account current trends and means. The combination of traditional generating installations and generators based on renewables, energy storage and consumers with uneven loading requires to treat such isolated systems on the basis of virtual power plant principles. An example of multicriteria optimization of the structure of generating capacities of the isolated power supply system in terms of minimization of fuel costs, atmospheric emissions and capital costs of generator construction has been provided. An example of solving the problem of finding the optimum composition of generators for the isolated power supply system has been given. CONCLUSIONS. The application feasibility of renewable source-based generators in the remote isolated territories of Russia has been investigated on the basis of the conducted analysis.

Keywords: isolated power supply systems, renewable energy sources, virtual power plants, cogeneration plants, wind turbines, photovoltaic cells

1Суслов Константин Витальевич, кандидат технических наук, профессор кафедры электроснабжения и электротехники, e-mail: souslov@ istu.edu

Konstantin V. Suslov, Candidate of technical sciences, Professor of the Department of Electrical Power Supply and Electrical Engineering, e-mail: souslov @ istu.edu

For citation: Suslov K.V. Development of power supply systems of Russian isolated territories using renewable energy sources. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no. 5, pp. 131-142. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-5-131-142

Введение

Значительная часть территории регионов России в силу своего географического положения не охвачена централизованным электроснабжением. Районы децентрализованного энергоснабжения занимают около 60% площади Российской Федерации и находятся в основном в северных регионах страны. В этих районах расположено много небольших изолированных населенных пунктов. Их электроснабжение обеспечивается главным образом на базе дизельных электростанций, использующих дорогое привозное топливо. На сегодняшний день насчитывается более 5000 таких электростанций, которыми вырабатывается около 1,8 млрд кВтч электроэнергии [1]. Между тем, во многих случаях имеются возможности реализовать электроснабжение потребителей на основе возобновляемых источников электроэнергии - ветровых электростанций, малых ГЭС, электростанций на биомассе и т.д. В настоящее время такие возможности используются незначительно: на долю возобновляемой энергети-

ки приходится всего около 10% в общем объеме электроэнергии, вырабатываемой электростанциями малой мощности [2]. Исследования показывают, что в большинстве случаев использование возобновляемых источников электроэнергии экономически целесообразно. При этом, учитывая нестационарность производства электроэнергии ветровыми электростанциями и малыми ГЭС, целесообразно рассматривать также накопители электрической энергии. Актуальны также управление электропотреблением и активизация роли потребителей в этом процессе.

Наличие большого количества рассредоточенных потребителей, электроснабжение которых может осуществляться только от автономных источников энергии, и проблемы в существующей децентрализованной системе энергообеспечения требуют решения актуальных вопросов развития и оптимизации электроснабжения изолированных потребителей.

Проблемы и направления развития изолированных систем электроснабжения

На формирование, развитие и функционирование систем электроснабжения в изолированных районах большое влияние оказывают следующие особенности таких территорий2:

- малоосвоенность, преобладание небольших населенных пунктов, что обуславливает незначительный уровень электропотребления и, соответственно, исключает использование крупных генерирующих установок;

- большая площадь с низкой плот-

ностью электрических нагрузок, что вызывает увеличение затрат на централизованное электроснабжение за счет повышенной стоимости транспортировки электрической энергии;

- энергетика отдаленных территорий, как правило, базируется на дальнепривозном жидком топливе со сложным, трудоемким и сезонным способом доставки (высокой транспортной составляющей), что приводит к высокому удельному весу топливной составляющей при производстве

Коновалова Л.П. Электроснабжение децентрализованных потребителей Томской области с использованием возобновляемых источников энергии: дисс.....канд. техн. наук; 05.09.03. Томск, 2007. 202 с. / Konovalova L.P. [Power

supply of decentralized Tomsk region consumers based on renewable energy sources.]. Candidate's Dissertation in technical sciences, 05.09.03. Tomsk, 2007, 202 p.

электроэнергии;

- невысокий технический уровень энергохозяйства с высокой степенью износа оборудования, что приводит к низким экономическим характеристикам энергоисточников;

- суровые природно-климатические условия.

Все перечисленные особенности приводят к низкому уровню надежности энергообеспечения потребителей.

Учитывая нестационарный характер выработки электроэнергии, наличие накопителей электроэнергии, управление электропотреблением, а также повышенные требования потребителей к качеству электроэнергии и надежности электроснабжения вследствие широкого использования современной бытовой техники, режимы работы такой системы электроснабжения и управление ими, в том числе в аварийных условиях, представляют непростую проблему, требующую исследований.

Технико-экономической оценке энергоснабжения изолированных потребителей посвящено достаточно много работ (например, [1, 3, 4]), где дается либо экономическое обоснование эффективности подключения к централизованному энергоснабжению, либо рассматривается возможность использования местных малых источников энергии. Приводятся зоны целесообразности централизованного и децентрализованного электроснабжения в зависимости от тарифов на электроэнергию и стоимости дизельного топлива. Такой подход позволяет на региональном уровне выявить те зоны, для которых необходимо проведение детальной оценки применения того или иного технологически возможного и экономически допустимого варианта энергоснабжения. На локальном уровне определяются конкретные варианты энергоснабжения каждого потребителя, очередность ввода энергоисточников, состав оборудования, необходимые инвестиции. Результаты исследований для различных регионов позволяют сформировать предложения по перспективным направлениям научно-технического прогресса в области

малой энергетики, оценить целесообразные масштабы внедрения, рынок оборудования экономически привлекательных проектов.

Очевидным путем повышения энергоэффективности таких зон является максимальное использование альтернативных и местных энергоресурсов, реализация которого невозможна без комплексного анализа альтернативных вариантов развития энергетики с оценкой их технико-экономической эффективности.

Использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в качестве альтернативы традиционным источникам энергии стало приоритетным направлением энергетической политики экономически развитых стран мира. Энергетическая стратегия России на период до 2030 г. предусматривает замещение 20 млн т у. т. традиционных энергоносителей за счет ВИЭ [5]. Достижение этой отметки невозможно без комплексного рассмотрения научного, экономического и технологического аспектов внедрения установок, использующих ВИЭ. Внедрение технологий возобновляемой энергетики при рациональном использовании может оказать помощь в энергообеспечении районов со слабой топливной базой и плохими транспортными условиями, решить проблему эффективного использования потребляемых ресурсов и вовлечения в энергетический баланс регионов неиспользуемых источников энергии и ресурсов, улучшить экологическую обстановку в местах производства тепловой и электрической энергии, что будет способствовать ускоренному экономическому развитию регионов и улучшению социально-бытовых условий жизни населения. С учетом изложенных особенностей изолированных территорий в России системы электроснабжения таких территорий приобретут специфические черты в характере их электрических режимов и управления ими в различные сезоны года и в разное время суток. Данные особенности предъявляют новые требования к качеству электроэнергии, надежности и, соответственно, к формализации задач.

Учитывая нестационарный процесс выработки электроэнергии возобновляемыми источниками, наличие накопителей электроэнергии, управление электропотреблением и активизацию роли потребителей в этом процессе, а также повышенные требования потребителей электроэнергии к качеству электроэнергии и надежности электроснабжения, режимы работы таких систем электроснабжения и управления ими представляют собой проблему, требующую серьезных исследований.

Тенденции изменения энергообеспечения как со стороны источников, так и со стороны потребителей представлены в табл. 1.

Как видно из информации, представленной в табл. 1, требуется детальный учет графиков нагрузки и режимов генерации, параметров электрических режимов системы электроснабжения. В частности необходимы:

• исследование факторов нестационарности режимов систем электроснабжения, определяемой переменным характером работы ветроэнергетичеких установок и малых ГЭС в различные сезоны года и время суток;

• оптимизация долгосрочных (год, месяц, неделя) и суточных режимов совместной работы электростанций с переменным характером работы, традиционных электростанций и накопителей энергии;

• мониторинг и управление уровнями напряжений в распределительной сети, особенно в узлах подключения ответственных потребителей;

• совместная оптимизация режимов системы электроснабжения и активных потребителей;

• исследование проблем устойчивости генераторов системы электроснабжения и противоаварийного управления для обеспечения устойчивости и живучести системы;

• автоматизация процессов восстановления системы электроснабжения изолированной территории после аварий;

• исследование и обеспечение надежности электроснабжения изолированных территорий.

Условно проблему обоснования развития и оптимизации изолированной системы электроснабжения можно представить в виде следующей структуры (табл. 2).

Таблица 1

Новые тенденции в электроснабжении в России

Table 1

New tendencies in power supply in Russia_

Источники / Sources Потребители / Consumers

Новые технологии генерации (газотурбинные установки, ветрогенераторы, фотоэлектрические панели и др.) / New generation technologies (gas turbine plants, wind turbines, photovoltaic panels, etc.) Появление новых бытовых электроприемников с повышенными требованиями к качеству электроэнергии и надежности электроснабжения / Emergence of new household electric receivers with enhanced requirements for electrical energy quality and power supply reliability

Использование накопителей электроэнергии / Use of power storage Специфические требования со стороны промышленных потребителей / Specific requirements of industrial consumers

Таблица 2

Обоснование развития изолированных систем электроснабжения

Table 2

Rationale for the development of isolated power supply systems_

Задачи / Tasks Требования / Requirements

Выбор типа и структуры источников генерации / Selection of the type and structure of generation sources • Требования со стороны потребителей / Consumer requirements • Наличие топливных ресурсов / Availability of fuel resources • Низкие капитальные затраты / Low capital costs • Низкие эксплуатационные расходы / Low operating costs • Возможности бесперебойного обеспечения топливными ресурсами / Possibilities of uninterrupted fuel resources supply • Климатические условия / Climatic conditions • Требования по надежности / Reliability requirements

Выбор конфигурации и параметров сети / Selection of network configuration and parameters • Экономическая целесообразность / Economic feasibility • Географические особенности местности / Geographical features of the area • Выбор места установки генераторов / Selection of generator location • Требования по надежности / Reliability requirements

Оценка надежности электроснабжения / Power supply reliability evaluation • Соответствие показателям надежности (частота отказов, вероятность отказов, частота преднамеренных отключений, продолжительность отказов) / Compliance with reliability indicators (failure rate, probability of failure, frequency of intentional shutdowns, duration of failures)

Оценка качества электроэнергии / Electrical energy quality evaluation • Соответствие нормативным документам / Compliance with regulatory documents

В структуру изолированных систем электроснабжения в качестве основных генерирующих мощностей могут входить: дизель-генераторы, мини ГЭС, микротурбины, системы когенерации, электростанции на биомассе, ветрогенераторы, фотоэлектрические преобразователи, микротурбины и др.

Стохастический характер генерации при использовании возобновляемых источников энергии имеет большое влияние при выборе генерирующих источников. Но появившиеся в последнее время современные накопители электрической энергии позволяют сгладить графики электрической нагрузки и, соответственно, решить данную

проблему.

Состав генерирующих мощностей выбирается исходя из специфических требований промышленных потребителей (например, буровые установки) и бытовых, наличия топливных ресурсов (попутный газ, большое количество дней солнечного сияния, ветровые характеристики). Также большое влияние для условий северных территорий России оказывают климатические условия (прежде всего низкие температуры).

В табл. 3 представлены задачи управления режимами изолированных систем электроснабжения.

Таблица 3

Задачи планирования и управления режимами

Table 3

Schea luling tasks and regime control

Режим / Regime Задачи / Tasks

Долгосрочное планирование режимов / Long-term planning of regimes • Настройка защит и автоматики / Automation and protection setting • Планирование ремонтов и т.д./ Repair scheduling, etc. • Учет сезонности потребления и выработки Электроэнергии / Season-wise account of electrical energy consumption and generation • Анализ надежности / Reliability analysis

Суточное управление режимами / Daily control of regimes • Оптимизация суточных режимов / Optimization of daily regimes • Анализ надежности / Reliability analysis

Оперативное управление режимами / Operating control of regimes • Оценка состояния / Status evaluation • Расчет режимов / Mode calculation • Оценка надежности / Reliability evaluation

Автоматическое управление режимами / Automated control of regimes • Автоматическое регулирование частоты системы, уровней напряжения и загрузки связей / Automated control of system frequency, voltage levels and network loading

Пример оптимизации структуры изолированной системы электроснабжения

Поскольку изолированная система электроснабжения включает активных потребителей, генерирующие мощности, накопители электроэнергии, то она работает по принципу виртуальной электростанции [6]. Работа виртуальной электростанции обеспечивается единой системой управления. В данном случае принцип виртуальной электростанции имеет прежде всего техническое назначение (регулирование частоты, поддержание уровня напряжения, поддержание требуемого качества электроэнергии). Для изолированных систем созданы модели для оптимизации системы управления распределенной генерацией, включающей, в том числе, и возобновляемые источники энергии [7, 8]. Такие модели позволяют оптимизировать работу сети по различным параметрам.

Рассмотрим пример оптимизации структуры генерации для изолированной системы электроснабжения с точки зрения минимизации затрат на выработку электроэнергии. Проблема развития таких систем может быть решена в виде смешанной задачи целочисленного линейного програм-

мирования.

В идеальном случае рассматривается многокритериальная задача. Но с целью упрощения целесообразно в качестве основного критерия рассмотреть стоимость топлива, расходуемого на производство электрической энергии, переведя остальные критерии в ограничения.

На основании сказанного оптимизируемую функцию можно записать в следующем виде [9]:

n

min ^ С, {ир ) , (1)

i=1

ограничения:

n

Z pi=^; (2)

i=1

uPmmn * р * и?™; ,=~n. (3)

где С - стоимость топлива; i - номер интервала дискретизации графика нагрузки;

п - число интервалов дискретизации графика нагрузки; u - бинарная переменная, зависящая от функционирования каждого генератора, 1 - работает, 0 - не работает; р - суммарная нагрузка изолированной

системы; р - мощность, вырабатываемая

каждым генератором.

При проведении расчетов был принят приоритет выработки электроэнергии от генераторов, работающих на базе ВИЭ. Шаг дискретизации принят 1 час. В данной работе рассмотрена система без применения накопителей электрической энергии.

В качестве тестовой была рассмотрена изолированная система электроснабжения. В данной системе имеется нагрузка с установленной мощностью 25 МВт, которая задана в виде недельного графика.

Генераторы, установленные в данной изолированной системе, имеют следующие установленные мощности:

- ветрогенераторы - 10 MВт;

- фотоэлектрические преобразователи - 2,5 МВт;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

- когенерационные установки - 25

МВт.

График работы ветрогенераторов и фотоэлектрических преобразователей определялись графиками ветровой нагрузки и инсоляцией.

Было исследовано четыре сценария с различными мощностями генерирующих установок:

1) основной сценарий с базовыми параметрами, приведенными выше;

2) с увеличенной до 5 MВт долей фотоэлектрических преобразователей;

3) с увеличенной до 25 MВт ветро-генерацией;

4) с увеличенной долей возобновляемых источников: ветрогенераторы - 25 МВт, фотоэлектрические преобразователи - 5 МВт.

Для заполнения графиков нагрузок приоритетно выбирается энергия, выработанная установками на базе ВИЭ. Остальная нагрузка покрывается с помощью коге-нерационных установок.

На рис. 1-4 показан вклад разных типов генераторов (фотоэлементов, ветрогенераторов и когенерационных установок) в покрытие недельного графика нагрузки.

Время, час/Time, hours

Рис. 1 Заполнение графика нагрузки мощностью, выработанной различными типами

генераторов для сценария № 1 Fig. 1 Filling the load curve with the power generated by different types of generators

for the scenario no. 1

О1

О 20 40 60 80 100

Время, час I Time, hours

Рис. 2 Заполнение графика нагрузки мощностью, выработанной различными типами

генераторов для сценария № 2 Fig. 2 Filling the load curve with the power generated by different types of generators

for the scenario no. 2

0

0 20 40 60 80 100

Время, час/Time, hours

Рис. 3 Заполнение графика нагрузки мощностью, выработанной различными типами

генераторов для сценария № 3 Fig. 3 Filling the load curve with the power generated by different types of generators

for the scenario no. 3

Бремя, час/Time, hours

Рис. 4 Заполнение графика нагрузки мощностью, выработанной различными типами

генераторов для сценария № 4 Fig. 4 Filling the load curve with the power generated by different types of generators

for the scenario no. 4

Можно отметить, что дальнейшее увеличение генерации при помощи фотоэлементов не приведет к снижению стоимости топливной составляющей, поскольку вклад данного типа генерации мал. Данное обстоятельство связано с климатическими условиями и длиной светового дня.

Для принятия решения о структуре генерирующих источников недостаточно лишь критерия о минимальной стоимости топлива для генераторов в изолированной системе электроснабжения. В целях оптимизации структуры генерации была решена многокритериальная задача. Были исследованы следующие оптимизируемые параметры:

- стоимость топлива;

- выбросы в атмосферу С02, NOx;

- капитальные затраты на сооружение генераторов.

Данные по загрязнению окружающей среды для различных технологий рассчитаны на основании данных, представленных в [10].

Результаты исследований для четырех вышеприведенных сценариев представлены в табл. 4. Все данные приведены в относительных единицах, за базисные значения приняты максимальные величины для каждого показателя.

Графическая интерпретация данной многокритериальной задачи в виде оптимизационной диаграммы представлена на рис. 5. Наилучшим решением в таком случае является сценарий с наименьшей площадью.

Сравнительный анализ различных сценариев Comparative analysis of different scenarios

Таблица 4 Table 4

Сценарий / Scenario Стоимость топлива*/ Fuel cost* Выбросы в атмосферу / Atmospheric emissions Капитальные затраты / Capital costs Выработка электрической энергии за неделю / Energy generation per week

CO2 NOx Когенерационная установка, МВтч / CHP, MWh ВИЭ, МВтч / RES, MWh

1 1 1 1 0,52 1221 635

2 0,79 0,96 0,96 0,56 1168 683

3 0,62 0,76 0,76 0,95 915 1214

4 0,60 0,74 0,74 1 868 1272

*В стоимость топлива включены транспортные расходы / Transportation costs are included in the fuel cost.

Рис. 5. Графическая интерпретация результатов оптимизации для различных сценариев Fig. 5. Graphical interpretation of optimization results for different scenarios

Из анализа табл. 4 и графической интерпретации результатов оптимизации (см. рис. 5) очевидно, что наилучшим вариантом является сценарий № 1 несмотря на

высокие капитальные затраты. В то же время следует отметить, что удвоение генерации от ВИЭ уменьшает выбросы всего на 25%.

Заключение

Таким образом, в результате проведенного анализа определена обоснованность применения генераторов на базе ВИЭ в удаленных изолированных территориях России. Сочетание традиционных генерирующих установок и генераторов на возобновляемых источниках энергии, накопителей энергии и потребителей с нерав-

номерной нагрузкой приводит к необходимости рассмотрения таких изолированных систем на основе принципов виртуальной электростанции.

Приведен пример решения задачи нахождения оптимального состава генераторов для изолированной системы электроснабжения.

Библиографический список

1. Суржикова О.А. Проблемы и основные направления развития электроснабжения удаленных и малонаселенных потребителей России // Вестник науки Сибири. 2012. № 3 (4). С. 103-108.

2. Соснина Е.Н., Кечкин А.Ю., Филатов Д.А. Вопрос электроснабжения потребителей, удаленных от сетевой инфраструктуры // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. 2014. № 5 (107). С. 100-105.

3. Иванова И.Ю., Тугузова Т.Ф., Попов С.П. Развитие малой энергетики на северо-востоке России: проблемы, эффективность, приоритеты // Малая энергетика - 2006: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (г. Москва, 21-24 ноября 2006 г.). М.: Изд-во ОАО «Малая энергетика», 2006. С. 1-6.

4. Селиванов К.В. Анализ способов малого распределенного электроснабжения // Международный научно-исследовательский журнал. 2017. № 1 (55).

4. 4. С. 107-110.

5. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года; утв. распоряжением Правительства Российской Федерации от 13.11.2009 г. № 1715-р [Электронный ресурс] // Сайт Министерства энергетики

PO. URL: http://minenergo.gov.ru/node/1026 (05.04.2017).

6. Othman M.M., Hegazy Y.G., Abdelaziz A.Y. Electrical energy management in unbalanced distribution networks using virtual power plant concept // Electric Power Systems Research. 2017. Vol. 145. P. 157-165.

7. Arai J., Yamazaki S., Ishikawa M., Ito, T. Study on a new power control of distributed generation in an isolated microgrid // IEEE Power & Energy Society General Meeting. 2009.

8. Morais H., Kadar P., Faria P., Vale Z.A., Khodr H.M. Optimal scheduling of a renewable micro-grid in an isolated load area using mixed-integer linear programming // Renewable Energy. 2010. Vol. 35. Issue 1. P. 151-156.

9. Voropai N.I., Suslov K.V., Sokolnikova T.V., Styczyn-ski Z.A., Lombardi P. Development of power supply to isolated territories in Russia on the bases of microgrid concept // IEEE Power and Energy Society General Meeting. 2012.

10. Ackermann T., Andersson G., Soder L. Distributed generation: a definition // Electric Power Systems Research. 2001. No. 57. P. 195-204.

References

1. Surzhikova O.A. Problemy i osnovnye napravleniya razvitiya elektrosnabzheniya udalennykh i malo-naselennykh potrebitelei Rossii [Problems and main directions of power supply development of remote and sparsely populated Russian consumers]. Vestnik nauki Sibiri [Bulletin of Siberian Science]. 2012, no. 3 (4), pp. 103-108. (In Russian)

2. Sosnina E.N., Kechkin A.Yu., Filatov D.A. Vopros elektrosnabzheniya potrebitelei, udalennykh ot setevoi infrastruktury [Questions of power supply of consumers removed from network infrastructure]. Trudy Nizhego-rodskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universi-teta im. R.E.Alekseeva [Transactions of NNSTU n.a. R.E. Alekseev]. 2014, no. 5 (107), pp. 100-105. (In Russian)

3. Ivanova I.Yu., Tuguzova T.F., Popov S.P. Razvitie maloi energetiki na severo-vostoke Rossii: problemy, effektivnost', prioritety [Development of small-scale power engineering in the northeast of Russia: problems,

efficiency, priorities]. Materialy Mezhdunarodnoi nauch-no-prakticheskoi konferentsii "Malaya energetika -2006" [Proceedings of the International Scientific and Practical Conference "Small-Scale Power Generation 2006"]. Moscow, OAO "Malaya energetika" Publ., 2006, pp. 1-6 (In Russian)

4. Selivanov K.V. Analiz sposobov malogo raspre-delennogo elektrosnabzheniya [Analysis of the low distributed electrical power supply methods]. Mezhdu-narodnyi nauchno-issledovatel'skii zhurnal [International Scientific Research Journal]. 2017, no. 1 (55), part 4, pp. 107-110. (In Russian)

5. Energeticheskaya strategiya Rossii na period do 2030 goda [Energy strategy of Russia for the period up to 2030]. Available at:

http://minenergo.gov.ru/node/1026 (05 April 2017).

6. Othman M.M., Hegazy Y.G., Abdelaziz A.Y. Electrical energy management in unbalanced distribution networks using virtual power plant concept // Electric Pow-

er Systems Research. 2017, vol. 145, pp. 157-165.

7. Arai J., Yamazaki S., Ishikawa M., Ito, T. Study on a new power control of distributed generation in an isolated microgrid // IEEE Power & Energy Society General Meeting. 2009.

8. Morais H., Kadar P., Faria P., Vale Z.A., Khodr H.M. Optimal scheduling of a renewable micro-grid in an isolated load area using mixed-integer linear programming // Renewable Energy 2010, vol. 35, issue 1,

Критерии авторства

Суслов К.В. проанализировал современное состояние проблемы, по результатам анализа осуществлена постановка задачи и предложены пути решения. Суслов К.В. несет ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Статья поступила 12.04.2017 г.

pp. 151-156.

9. Voropai N.I., Suslov K.V., Sokolnikova T.V., Styczyn-ski Z.A., Lombardi P. Development of power supply to isolated territories in Russia on the bases of microgrid concept // IEEE Power and Energy Society General Meeting. 2012.

10. Ackermann T., Andersson G., Soder L. Distributed generation: a definition // Electric Power Systems Research. 2001, no. 57, pp. 195-204.

Authorship criteria

Suslov K.V. has analyzed the current state of the problem, formulated the problem according to the analysis results and proposed the ways to solve it. Suslov K.V. bears the responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The author declares that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.

The article was received 12 April 2017

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.