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: [email protected]
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: [email protected]
Site: https://sites.google.com/site/atmograph/