Сессия: «SMART GENERATION. Распределенная и возобновляемая энергетика»

Д о к л а д

«Об эффективности использования гибридных комплексов на базе газопоршневых,

ветровых и солнечных электростанций»

Авторы: В.Г. Николаев, д.т.н. (НИЦ АТМОГРАФ), В.В. Харченко (ВИЭСХ), д.т.н., А.В. Кулаков (ИнтерРАО), В.В. Николаев (НИЦ “АТМОГРАФ”)

Докладчик: Николаев Владимир Геннадьевич, д.т.н. ……….…………… научно-информационный Центр «АТМОГРАФ»

Тел./факс: 8-499-744-41-63, E-mail: atmograph@gmail.com

Основные направления деятельности НИЦ “АТМОГРАФ”: •  авиация и космос: моделирование параметров атмосферы – внешних условий полета; планирование авиационных маршрутов и эшелонов; безопасность взлета- посадки, регулярность и экономическая эффективность авиационных перевозок; международная (ИСО/ТК 20/ПК 6) и государственная стандартизация; •  малая и возобновляемая энергетика: - определение ветровых и солнечных энергоресурсов на территории РФ и стран СНГ; - расчет энергетической и экономической эффективности использования ветровых, солнечных и гибридных и традиционных энергоустановок и оборудования; - выбор и реализация оптимальных вариантов энергоснабжения; •  строительство: ветровые нагрузки на здания и сооружения, аэрация городов; пассивное энергоснабжение и энергосбережение; •  экология: распространение загрязнений в атмосфере, трансграничные переносы; • образование, информационно-справочное обеспечение, пропаганда и

распространение передовых технологий в указанных областях

ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ База метеоданных СССР и РФ о ветре База актинометрических данных СССР и РФ "ФЛЮГЕР XXI" (© НИЦ "АТМОГРАФ") "ФАЭТОН" (© НИЦ "АТМОГРАФ") УТВЕРЖДЕНИЯ: ► Россия богата ветровой и солнечной энергией. ГРЕХ их не использовать ! ► Россия богата газом. ГРЕХ использовать его нерационально ! ► в децентрализованных регионах России есть дефицит либо неэффективное энергоснабжение ► база энергоснабжения децентрализованных регионов – ГПУ, ГТУ, ДЭС. ВОПРОС :

Могут ли энергокомплексы на базе газопоршневых, ветровых и солнечных электростанций быть энергетически и экономически эффективными для энергоснабжения России

МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ на примере г. Керчь, Республика Крым – есть ветер, солнце и газ для ГПУ

Этап 1. Определение графиков нагрузки и мощности ВЭС, ФЭС и ГПУ Моделирование по методике НИЦ “АТМОГРАФ” по гелио- метео- и аэро- данным ВЭУ - FL 2500 (2.5 МВт, башня 100 м), произв. Фурландер Технолоджи (Украина) ФЭУ - КПД 14%, произв. Китай, ГПУ 2,25 МВт, двиг. ГДГ49 произв. "Трансмашхолдинг» Покрытие дефицита нагрузки (25–30 МВт) без солнца и ветра обеспечивают 12 ГПУ

Сезонные нагрузки в Керчи, Средние сезонные значения удельной мощности в районе Керчи приведенных к годовому МАХ ФЭУ ВЭУ

Экономическая целесообразность ввода ВЭУ и ФЭУ может быть достигнута за счет: ● экономии и эффективного использования газа за счет отключения части ГПУ при покрытии их нагрузки мощностями ВЭУ.

● работы ГПУ на оптимальных КИУМ (50–100 %) за счет своевременного (с учетом текущей мощности ВЭУ и ФЭУ выключения или включения в большего или меньшего числа ГПУ

Этап 2. Выбор оптимального соотношения мощностей ВЭУ и ФЭУ с ГПУ

Показатели оптимальности: замещение газа, дисконтированные себестоимость электроэнергии, период окупаемости энергокомплекса (ГПУ+ВЭУ+ФЭУ), чистый доход

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 3 6 9 12 15 18 21 24

Часы суток

Удельн

.нагрузка,

кВт

/кВт

ЗимаВеснаЛетоОсеньГод

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 3 6 9 12 15 18 21 24

часуд

.мощность ФЭУ,

кВт

/кв.м Год

ЗимаВеснаЛетоОсень

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Час

Рвэс

ГОДЗимаВеснаЛетоОсень

ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПАРАМЕТРЫ ЗАДАЧИ

► Число значимых параметров задачи > 20, число возможных вариантов – тысячи ► возможные погрешности расчета даны выше, суммарные могут достигать > 100% Многопараметрический расчет и анализ выбора оптимального состава ЭК проведен программой "Восток" (© НИЦ "Атмограф")

№ Факторы Себестоимость, $/кВт·ч

Окупаемость, лет

Капзатраты, $/кВт

Факторы влияния на экономические показатели ГПУ (без ВЭУ и ФЭУ)  1 Количество ГПУ в ЭК 1,00 1,19 1,00 1,66 1,00 1,68

2 Мощности базовых ГПУ в ЭК 1,00 1,07 1,00 1,33 1,00 1,22 3 Ресурсы ГПУ (мото-часы) 1,00 1,31 1,00 3,82 1,00 5,78 4 Число запусков-остановок ГПУ 1,00 1,13 1,00 1,83 1,00 1,62 5 Разные расходы топлива на ГПУ 1,00 1,05 1,00 1,62 1,00 1 6 Разброс цен на топливо 1,00 1,26 1,00 4,44 1,00 1 7 Диапазоны работы ГПУ по параметру КИУМ 1,00 1,02 1,00 1,57 1,00 1,4 8 Разброс удельных капзатрат на ГПУ 1,00 1,06 1,00 1,38 1,00 1,4 9 Разброс удельных затрат на эксплуатацию ГПУ 1,00 1,09 1,00 1,31 1,00 1 Факторы влияния ВЭС и ФЭС на ЭК    1 Разное осреднение функций F(V) 1,00 1,02 1,00 1,02 1,00 1,03 2 Разное осреднение скоростей ветра 1,00 1,02 1,00 1,02 1,00 1,03 3 Разное соотношение мощностей ГПУ 1,00 1,03 1,00 1,09 1,00 1,11 4 Разные периоды измерения на ВИК (для ВЭУ) 1,00 1,08 1,00 1,32 1,00 1,30 5 Расхождение данных метеостанций и ВИК 1,00 1,12 1,00 1,39 1,00 1,43 6 Учет числа включений-выключений ГПУ 1,00 1,12 1,00 1,12 1,00 1,30 7 Погрешности определения скоростей 1,00 1,05 1,00 1,26 1,00 1,32 8 Вариации высот башен ВЭУ 1,00 1,03 1,00 1,00 1,00 1,04 9 Разные типо-размеры базовых ВЭУ 1,00 1,09 1,00 1,05 1,00 1,03 10 Разброс удельных капзатрат на ВЭУ и ФЭУ 1,00 1,08 1,00 1,23 1,00 1,23 11 Разброс удельн. затрат на эксплуатацию ВЭУ и ФЭУ 1,00 1,02 1,00 1,02 1,00 1,03 12 Разные модели нагрузки 1,00 1,07 1,00 1,75 1,00 1,08 13 Коэффициент дисконтирования >100% >100% >100% >100% >100% >100% 14 Реализация избытка мощности ВЭС >100% >100% >100% >100% >100% >100%

РЕЗУЛЬТАТЫ

► MIN себестоимость ЭлЭн ЭК - при соотношении мощностей пакетов ГПУ 1.0:0.8:0.60:0.2:0.05, ► ВЭУ и ФЭУ экономят газ, увеличивающейся с ростом соотношения мощностей ВЭУ и ФЭУ и ГПУ (параметр ε) до 70% и 57% при ε = 2, но не улучшает экономических показателей ЭК ► рост сроков окупаемости ТОК и падении ЧДД с ростом параметра ε. При больших значениях ε когенерационный режим использования избыточной энергии ВЭУ и ФЭУ повышает ТОК и ЧДД

0

10

20

30

40

50

60

70

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00

Рвиэ / Ртэс

экономия

газа

, %

ФЭУ (ЭлЭн)ФЭУ (ЭлЭн +ТЭн)ВЭУ (ЭлЭн)ВЭУ (ЭлЭн +ТЭн)

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0,040

0,045

0,050

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00

Рвиэ / Ртэс

Сб ЭлЭн,

$/кВтч

ФЭУ (ЭлЭн)ФЭУ (ЭлЭн +ТЭн)ВЭУ (ЭлЭн)ВЭУ (ЭлЭн +ТЭн)

Рис. 3. Зависимость замещения газа от

соотношения мощностей ВЭУ или ФЭУ и ГПУ (параметра ε)

Рис. 4. Зависимость себестоимости ЭлЭн СбСЭдЭн ЭК на базе ВЭУ или ФЭУ от параметра ε

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00

Рвиэ / Ртэс

Ток,

лет

ФЭУ (ЭлЭн)ФЭУ (ЭлЭн +ТЭн)ВЭУ (ЭлЭн)ВЭУ (ЭлЭн +ТЭн)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00

Рвиэ / Ртэс

ЧДД,

$/кВт ФЭУ (ЭлЭн)

ФЭУ (ЭлЭн +ТЭн)ВЭУ (ЭлЭн)ВЭУ (ЭлЭн +ТЭн)

Рис. 5. Зависимость ТОК (периода окупаемости ЭК) от параметра ε

Рис. 6. Зависимость чистого дисконтиро-ванного дохода ЧДД от параметра ε

ВЫВОДЫ

Выработка электроэнергии на энергокомплексе ГПУ с ВЭУ и/или ФЭУ в условиях Керчи, как и в других районах Крыма, могла бы стать энергетически и экономически эффективной для собственника такого комплекса при наличии у него прав поставщика и продавца газа на внутреннем и внешнем рынках С учетом мощности установленных в Крыму мобильных электростанций (337 МВт) и повсеместного наличия на территории полуострова ресурсов для эффективного использования ВЭУ или ФЭУ совместно с ГПУ или ГТУ суммарная годовая экономия газа и экономический эффект при их внедрении может достигать 80 млн м3 (до 5% от суммарного потребления газа) стоимостью в ценах 2016 г. до 114 млн рублей

Существенный рост ЧДД гибридного энергокомплекса при экспортной продаже газа, замещенного ВЭУ и ФЭУ позволяет при разумном перераспределении ЧДД позволяет ограничивать рост тарифов на электроэнергию SMART GENERATION на базе ВИЭ в России невозможна без SMART LEGISLATION, а SMART LEGISLATION в России в отношении ВИЭ невозможна без STRATEGIC STATE POLICI, которая в настоящее время, к сожалению, отсутствует …

Global Energy Interconnection GEI. Информация к размышлению GEI – встречный план Парижским решениям, главная цель которых – ограничение выбросов и предотвращение глобального потепления к концу 21 столетия не более чем на 2,0°С, при стремлении не превысить 1,5°С GEI создана при ООН по инициативе Китая как платформа для реализации энергетического уклада будущего, основанного на широкомасштабном использования ВИЭ во всем мире, создание континентальных и глобальной электрических сетей ультравысокого напряжения и соединении энергетических и информационных технологий (Smart Grid).

Продекларирована цель достичь доли ВИЭ в глобальной структуре генерирующих мощностей к 2030 г. около 30%, а к 2050 году – 90 %

Созданы теоретическая и технологическая основы и организационная структура реализации GEI и разработан проект Плана действий и механизма глобального контроля за ходом реализации GEI.

В связи с этим России до 2020 г. предстоит определиться на предмет: ► согласия с предложенной картиной энергетического уклада будущего ► роли России в будущем энергетическом укладе ► роли России в механизме реализации GEI

Спасибо за внимание.

Готовы к сотрудничеству.

Тел./факс: 8-499-744-41-63

E-mail: atmograph@gmail.com

Site: https://sites.google.com/site/atmograph/