Стоимость передачи электроэнергии и условия экономичности ее транспорта в энергосистему Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

э к о н о м и к а э н е р г е т и к и

УДК 621.311

СТОИМОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И УСЛОВИЯ ЭКОНОМИЧНОСТИ ЕЕ ТРАНСПОРТА В ЭНЕРГОСИСТЕМУ

Засл. деят. науки и техники Республики Беларусь, докт. техн. наук, проф. ПОСПЕЛОВ Г. Е.

Белорусский национальный технический университет

Стоимость передачи электроэнергии учитывает капиталовложения и стоимость потерянной электроэнергии в следующем виде:

С = аЩх АРтр С РТ РТ

(1)

где оК\1 - ежегодные отчисления от стоимости линии; % - коэффициент, учитывающий экономическое влияние линии на окружающую среду; РТ -электроэнергия, переданная за год; АРтр - стоимость потерянной электроэнергии за год.

Вместо (1) можно записать

С =

= о-Щг , РтРУ

РТ

и2Т С082 ф

(2)

где г0 - удельное активное сопротивление на 1 км линии.

P

р

Рис. 1. Зависимость стоимости передачи электроэнергии от передаваемой мощности

Отсюда найдем

По выражению (2) на рис. 1 построены зависимости стоимости передачи электроэнергии (кривая С), стоимости потерь электроэнергии (прямая 1) и стоимости ежегодных отчислений от капитальных затрат (кривая 2).

Передаваемая экономическая мощность Рэ, при которой будет минимальное значение стоимости передачи электроэнергии, определится из уравнения

ас = аК'/х , г0тр/ ----1--

СР

Рэ2Т и Т С082 ф

= 0

Рэ = и С08 ф

Г0тР '

(3)

Подставляя значение Рэ в выражение (2), получим минимальное значение стоимости передачи электроэнергии:

21

с„ =

ит С08 ф

л/аК1ХтрГ)

(4)

С

С

или

См = 2УаК1рОТ (5)

l UT cos ф ' 1 '

Дальность передачи l не влияет на экономическую мощность, а влияет на КПД ЛЭП

Р

P P АР0

^ =-----0—

Р + АР Р + АР01 р ' АР0 +1

р

где АР0 - удельные потери мощности на 1 км ЛЭП; -р = 1э - эквивалент-

АР0

ная длина [1].

Эквивалентная длина 1э - длина, при которой потери мощности равны передаваемой мощности Р, а КПД ЛЭП будет

л = —— = 05 1 1э +1 '

Эквивалентная длина 1э изменяется в зависимости от передаваемой мощности.

Оптимальной передаче экономической мощности свойственно значение /к, которое названо [2] критериальной длиной:

-Роэ ,

где удельные потери мощности при Р = Рэ составляют

->2

АР0э=тт2Э°2 • (6)

= Рэ Г0 = аК1%

U2 cos2 ф -Р ' Следовательно, критериальная длина рассчитывается по формуле

UC0S(PJarKр =Ucosф ГЖ: . (7)

к аК% Г v '

-Р

Таким образом, эквивалентная длина 1э при передаче мощности, равной экономической мощности, становится критериальной длиной, определяемой формулой (7). Понятие критериальной длины используется [2] для оптимизации параметров электрических сетей.

Зная критериальную длину, можно найти экономический КПД

1к

^э=щ:,

при котором стоимость передачи электроэнергии будет минимальной.

Если принять экономический КПД для ЛЭП в качестве фиксированного, то соответствующая длина определится равенством

l = i Пэ к'

Ориентируясь на значение КПД % > 0,9, для каждой структуры расщепленных проводов можно определить длину l0,9, для которой передаваемая мощность равна Рэ и = 0,9:

/ _ 1-091 - 4

/о-9 " 0,9 9 •

Длина /0,9 дает информацию о том, что при Р = Рэ: если l < l0,9, то 1э > 0,9, а если l > l0 9, то 1э < 0,9.

Полученные соотношения позволяют определить граничную длину, до которой выгодно передавать электроэнергию от удаленного источника стоимостью 1 кВт-ч С при заданной стоимости электроэнергии С2 в приемной системе. Граничная длина определяется равенством

См + С1 = С^

где

С - 2/УаА'х/охР

См UT cos ф .

Разница (С2 - С1) свидетельствует об экономии на 1 кВт-ч за счет передачи электроэнергии в приемную систему (со стоимостью 1 кВт-ч - С2) от другого удаленного источника (со стоимостью 1 кВт-ч - С1).

Тогда граничная дальность передачи 1г, при которой экономия (С1 - С2) покрывается минимальной стоимостью передачи электроэнергии, определится равенством

2WаКГ/-//отР

UT cos ф

Отсюда

- C1-C2.

/ - (C - C2)UT cos ф (8)

Г 2V aKiX/0IP

Если l = 1г, то (С2 - С1) = См — экономия, создаваемая за счет минимальной стоимости передачи электроэнергии. При l < 1г (С2 - С1) > См, т. е. экономия превзойдет минимальную стоимость передачи электроэнергии. Для l > 1г (С2 - С1) < См, т. е. минимальной стоимости передачи электроэнергии от удаленного источника будет недостаточно для создания экономии (С2 - С1), т. е. транспорт энергии от удаленного источника не обеспечивает желаемой экономии.

Рассмотрим влияние передачи электроэнергии конечных устройств на стоимость и потерь на коронирование проводов, а также на КПД электропередачи (рис. 2), который в о. е. находится по формуле

1-1-^-^-^, (9)

где ЛРн - потери на нагревание в проводах ЛЭП;

АРН - 12р/ -10 3 - (j3F)2р/ -10 3 -PjJ -10

,-3

Р PF иф j3F cos ф ^cos ф АРк и АРт - потери на корону и в трансформаторах.

P 1 р -> 1

Рис. 2. Схема электропередачи

Согласно [3], при правильно выбранной конструкции проводов ДРк/Р составляет 0,005...0,01 на каждую тысячу километров линии; погонные относительные потери на корону составят

АР

—Р = (0,5... 1,0) -10-8/.

АРТ

Отношение -р в сумме для отправного и приемного концов не превышает 0,01 [3].

Отсюда значение КПД электропередачи:

Л = 1 -

РЛ1 -103

^фСОЭф

- (0,5... 1,0) -10-8/ - 0,01,

или

Л =

0,99Цр/э/ -10-3 - (0,5... 1,0) - 10-8/и

и

(10)

Из этой формулы видно, что конечные устройства электропередачи и потери на корону не должны оказывать существенного влияния на ее КПД.

Стоимость передачи электроэнергии для электропередачи (рис. 2) в соответствии с изложенным выше представится выражением:

«К/гАРтВ 0,5Р -10-8/ткРк РТ РТ РТ

+

0,01 РтВ

РТ

или

где

С = аА'/х +

С = РТ

Рг, /тВ и 2Т СО82 ф

+ АС,

(11)

АС=0,5 -ШЧР.

+

0,01тВ Т

Сравнение этого выражения с (2) показывает, что в (11) присутствует АС, которая не зависит от передаваемой мощности и при дифференцировании по мощности даст 0. Поэтому АС не окажет какого-либо влияния на полученные выше соотношения критериальных параметров и на характер зависимости стоимости передачи электроэнергии от передаваемой мощности (рис. 1).

На рис. 3 и 4* построены зависимости стоимости передачи электроэнергии на 1 км от передаваемой мощности для номинальных напряжений электропередачи соответственно 500 и 750 кВ. При этом кроме ЛЭП учитывались также конечные устройства и потери энергии холостого хода.

с. 1411. меня

сни.щлИ»

СЧ1 ■. ¿Л^Ч V*!

|>,еилцои

ко

. пи зд

йй11» т^й

Рис. 3. Зависимость стоимости передачи электроэнергии от передаваемой мощности для напряжения ЛЭП 500 кВ

* Рис. 3 рассчитан студентом Д. Г. Горячко, рис. 4 - студентом А. В. Рожковым.

Ж

с .стоя

м.'ЛХХМ!

и'лНШ

Рис. 4. Зависимость стоимости передачи электроэнергии от передаваемой мощности для

напряжения ЛЭП 750 кВ

Совокупность зависимостей рис. 3 и 4 определяет экономические области применения различных стандартных структур расщепленных проводов (СРП). Данные области дают возможность производить выбор конструкций проводов, их сечений и номинального напряжения ЛЭП. Более подробное описание возможностей этих экономических областей было сделано ранее [4].

ВЫВОДЫ

1. Зависимости стоимости передачи электроэнергии от передаваемой мощности позволяют оптимизировать выбор СРП ЛЭП и выяснить условия экономичности транспорта электроэнергии энергосистемы. Семейство этих зависимостей определяет экономические области применения стандартных СРП.

2. Учет конечных устройств электропередачи и потерь холостого хода дает в стоимости передачи электроэнергии некоторую добавку АС, которая не зависит от передаваемой мощности и не влияет на соотношения критериальных параметров ЛЭП.

ЛИТЕРАТУРА

1. Поспелов Г. Е. Элементы технико-экономических расчетов систем электропередач. -Мн.: Вышэйш. шк., 1967.

2. Поспелов Г. Е. Выбор сечения проводов электрических сетей по экономическому фактору // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2002. -№2.-С. 3-9.

3.Александров Г. Н. Установки сверхвысокого напряжения и охрана окружающей среды. - Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 351 с.

4. Поспелов Г. Е., Нгуен Бак Фук. Подход к предварительному выбору класса напряжения и сечения проводов при проектировании ЛЭП и исследовании развития электропередач // Энергетика. (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). -1997.-№ 11-12.-С. 3-11.

Представлена кафедрой электрических систем Поступила 20.05.2004