Методика оценки эффективности внедрения источников распределенной генерации

Энергетика Российской Федерации в настоящее время претерпевает серьезные изменения. Ввиду роста нагрузок большое распространение получают источники распределенной генерации [1, 2]. В связи с этим встают вопросы проектирования, подключения, эксплуатации данных элементов системы [3].

Для повышения эффективности работы объектов электроэнергетики используются методы математической оптимизации [4]. Решаются вопросы оптимального распределения мощностей между генераторами электростанций [5, 6] в условиях промышленных систем электроснабжения [7]. При одновременной выработке тепловой и электрической мощности разработаны алгоритмы определения экономически целесообразных режимов работы котлоагрегатов и турбогенераторов тепловых электростанций [8, 9].

Кроме того, решаются вопросы определения оптимального местоположения источников распределенной генерации [10], их влияние на параметры режимов электрических сетей [11]. Уделено внимание экономически целесообразному выбору источников распределенной генерации в зависимости от числа и мощности [12]. Автором работы [13] разработан алгоритм, позволяющий осуществлять расчет параметров электрических сетей с источниками распределенной генерации. В статьях [14, 15] говорится об особенностях работы автоматики в таких сетях.

Немаловажной задачей является оценка эффективности внедрения источников распределенной генерации. Так, в [16] автором разработана модель, оценивающая эффективность сооружения объектов малой генерации, а в [17] приведена методика экономически целесообразного числа и мощности генераторов до 25 МВт.

Проблемы распределенной генерации рассматриваются и зарубежными учеными. В работе [18] авторы разрабатывают модель электрической сети, позволяющей снизить проблемы при подключении источников распределенной генерации к сети. В [19–21] рассматривается вопрос об экономически целесообразном размещении объектов распределенной генерации в сети. Автор диссертации [22] разработал систему, позволяющую планировать режимы работы сетей с источниками распределенной генерации. В [23] рассматривается вопрос об оптимальной мощности и местоположении генераторов с использованием иммунного алгоритма.

Таким образом, вопросы повышения эффективности работы источников распределенной генерации являются актуальными.

В данной работе предлагается методика оценки эффективности внедрения источников распределенной генерации в условиях действующих систем электроснабжения с использованием оригинального программного продукта КАТРАН-OptActivePower [24].

Теоретическая часть исследования

Одной из целей оценки эффективности является обоснование лучшего выбора на основе сопоставления финансовых затрат на реализацию указанных мероприятий и эффекта в виде экономии энергетических ресурсов при их обращении

Варганова А.В., Гончарова И.Н., Байрамгулова Ю.М., Ефимова В.А.

(производстве, транспорте, потреблении); необхо- димо конкретизировать последовательность и условия применения показателей для оценки вводимых мероприятий.

В данной работе для оценки эффективности установки источников распределенной генерации рассчитывается экономический эффект, определяемый по выражению

Эффект = З 1э/э – З 2э/э , (1)

где З1э/э – затраты без учета установки источников распределенной генерации, млн руб./год; З2э/э – за- траты с учетом установки источников распределенной генерации, млн руб./год.

Величина З1э/э определяется для существующей схемы и рассчитывается по выражению

З 1э/э

= З’ прием э/э + З’ генерацию э/э + З’ передачу э/э ,

где З’прием э/э, З’генерацию э/э, З’передачу э/э – затраты соответственно на прием мощности из энергосистемы, на генерацию мощности местными электростанциями, на потери мощности в элементах рас- пределительных сетей без дополнительных источников, млн руб./год.

З2э/э = З”прием э/э + З”генерацию э/э + + З”передачу э/э + З, э/э, З”передачу э/э – затраты со-

где З”прием э/э, З”генерацию ответственно на прием мощности из энергосистемы, на генерацию мощности местными электро- станциями, на потери мощности в элементах распределительных сетей c дополнительными источниками, млн руб./год; З – приведенные затраты на строительство и обслуживание генераторов, млн руб./год.

Затраты, учитывающие установку, являются дисконтированными и находятся по формуле

З = 0,12·К + И,                             (4)

где К – капитальные вложения в строительство источников распределенной генерации, млн руб./год; И – издержки на обслуживание, ремонт и потери мощности в сети, млн руб./год [25].

На рис. 1 приведена блок-схема алгоритма

Рис. 1. Блок-схема алгоритма оценки эффективности установки источников распределенной генерации

оценки эффективности установки источников распределенной генерации.

В качестве исходных данных для расчета используются технико-экономические модели генераторов, представляющие собой зависимость мощности на клеммах генератора от себестоимости единицы расходуемого энергоносителя [9].

Практическая часть исследования

Исследования проводились в условиях системы электроснабжения, структурная схема которой приведена на рис. 2. Предполагается установка источников распределенной генерации в три возможных узла подстанций № 9, 5 и 13. В каждую из точек могут быть установлены по 2 генератора мощностью по 10 МВт каждый.

Расчеты выполнены с использование программы КАТРАН-OptActivePower [24]. Результаты расчета приведены в таблице.

На рис. 3 представлена диаграмма, которая по- зволяет наглядно определить наиболее выгодное место установки источников малой генерации в условиях действующей системы электроснабжения.

Ввод генераторов на ПС № 5 и 9 и одновременный ввод на ПС № 5 и 9; № 9 и 13 считается неэффективным (срок окупаемости такого проекта будет более 8 лет) за счет повышения потерь мощности в распределительных сетях.

Наилучшие варианты связаны с вводом генераторов на подстанции № 13, так как именно эта точка распределительной сети ближе всего находится к нагрузке и имеет наибольшую нагрузку из трех приведенных узлов.

Таким образом, можно спрогнозировать оптимальный ввод в эксплуатацию источников распределенной генерации в заданной сети при необходимости ввода всей мощности: 1-й этап – ввод генераторов в районе ПС №13; 2-й этап – ввод генераторов районе ПС № 5; 3-й этап – ввод генераторов в районе ПС № 9.

Рис. 2. Упрощенная схема рассматриваемой сети

Расчет эффективности внедрения источников распределенной генерации

№	Вариант схемы подключения	К, млн руб./год	З, млн руб./год	ΣЗ, млн руб./год	Эффект, млн руб./год	Рекомендации
1	Без ввода генераторов	0	0	5467,53	0	—
2	С вводом генераторов во всех пунктах	58,8	11,48	5420,57	46,97	Эффективно
3	Ввод в районе ПС № 5	19,6	3,83	5469,48	–1,94	Неэффективно
4	Ввод в районе ПС № 9	19,6	3,83	5530,56	–63,03	Неэффективно
5	Ввод в районе ПС № 13	19,6	3,83	5410,96	56,58	Эффективно
6	В районе ПС № 5 и 13	39,2	7,66	5405,9	61,64	Эффективно
7	Ввод в районе ПС № 5 и 9	39,2	7,66	5526,35	–58,82	Неэффективно
8	Ввод в районе ПС № 9 и 13	39,2	7,66	5475,42	–7,89	Неэффективно

Рис. 3. Диаграмма оценки эффективности места установки источников малой генерации

Заключение

Разработанный алгоритм позволяет определять основные показатели эффективности работы распределительной сети с источниками распределенной генерации. Рассчитываются капитальные вложения на генераторы, приведенные затраты, учитывающие издержки на эксплуатацию, обслуживание и ремонт. Оценивается эффект от введения в эксплуатацию источников распределенной генерации, на основании которого можно осуществлять планирование ввода в эксплуатацию источников энергии и оценивать неэффективные точки подключения в сети. Разработанный алгоритм предназначен для проектно-исследовательских институтов и отделов планирования промышленных и городских энергохозяйств.