Обоснование мощности ветроэнергетической установки при совместной работе с малой ТЭЦ

Рассматривался вопрос выбора электрической мощности ветроэнергетической установки (ВЭУ) при совместной работе с газотурбинной установкой (ГТУ). Анализировалась проблема повышения эффективности энергоснабжения небольших городов путем создания комбинированных источников на базе малых теплоэлектроценталей (ТЭЦ) и ВЭУ.

Предложена схема комбинированного источника, которая включает в себя установку, работающую на органическом топливе, и установку, работающую за счет возобновляемого источника энергии – ветра. Для определения эффективности источника была разработана математическая модель, с помощью которой рассчитывались количественные и экономические показатели. В качестве исходных данных выступали: суточный график электрических нагрузок; график тепловых нагрузок отопления, вентиляции и ГВС; среднемесячные температура и скорость ветра; зависимость изменения электрической мощности ВЭУ от скорости ветра. На основе данной математической модели был произведен расчет комбинированного источника (ГТУ мощностью 2,5 МВт и ВЭУ мощностью 100 кВт). Годовая выработка электроэнергии на ГТУ составила 26 717,703 МВт·ч/год, на ВЭУ – 92,917 МВт·ч/год. Кроме того, определены экономические показатели: чистый дисконтированный доход (ЧДД), индекс доходности, внутренняя норма доходности и срок окупаемости.

Произведен сравнительный анализ срока окупаемости предложенной схемы в зависимости от изменения установленной мощности ВЭУ от 100 кВт до 1 500 кВт. В ходе анализа полученных значений ЧДД и срока окупаемости был сделан вывод о том, что по мере увеличения мощности ВЭУ экономическая эффективность энергокомплекса снижается. Это связано с увеличением капиталовложений в ВЭУ, изменением стартовой скорости ВЭУ, а также снижением выработки электрической энергии за счет ВЭУ. Доказана целесообразность использования в комбинированной схеме ВЭУ мощностью 100–300 кВт, при этом срок окупаемости составит около 10 лет.

1. Филиппов, С.П. ТЭЦ в России: необходимость технологического обновления Текст / С. П. Филиппов, М. Д. Дильман // Теплоэнергетика. – 2018. – № 11. – С. 5–22.

2. Стенников, В.А. Интегрированные схемы энергоснабжения на базе ТЭЦ и ВЭС Текст / В.А. Стенников, С.В. Жарков, И.В. Постников, А.В. Пеньковский // Промышленная энергетика. – 2016. – № 11. – С. 57–62.

3. Николаев, Ю.Е. Оценка экономических показателей интегрированной схемы энергоснабжения на основе малой ТЭЦ и ВИЭ Текст / Ю. Е. Николаев, В.Ю. Игнатов // Проблемы совершенствования топливно-энергетического комплекса: сб. науч. тр. Вып. 9. Совершенствование энергетических систем и теплоэнергетических комплексов: материалы XIV Международной научно-технической конференции. Саратов, 30 октября – 1 ноября 2018 г. – 2018. – С. 129–133.

4. Габдерахманова, Т.С. Анализ схем автономного электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии Текст / Т.С. Габдерахманова, Л.Б. Директор // Промышленная энергетика. – 2015. – № 4. – С. 48–51.

5. Дорошин, А.Н. Многофакторный анализ эффективности энергокомплексов на основе возобновляемых источников энергии для энергообеспечения автономного потребителя / А.Н. Дорошин, В.И. Виссарионов, Н.К. Малинин // Вестник МЭИ. – 2011. – № 2. – С. 45–53.

6. Марченко, О.В. Анализ совместного использования энергии солнца и ветра в системах автономного энергоснабжения / О.В. Марченко, С.В. Соломин // Промышленная энергетика. – 2016. – № 9. – С. 39–43.

7. Gangoli Rao, A., F.S.C.van den Oudenalder, Klein, S.A. Natural gas displacement by wind curtailment utilization in combined-cycle power plants Text / A. Gangoli Rao et al. // Energy. – 2019. – Vol. 168. – P. 477–491.

8. Lund H, large-scale integration of wind power into different energy systems Text / H. Lund // Energy. – 2005. – Vol. 30. – P. 2402–2412.

9. Pensini, A. Economic analysis of using excess renewable electricity to displace heating fuels / A. Pensini et al. // Energy. – 2014. – Vol. 131. – P. 530–543.

10. Пат. № 2557049 РФ, МПК51 F01K3/22. Способ работы паротурбинной установки / Жарков С.В., Кейко А.В., Постников И.В., Пеньковский А.В.; заявители и патентообладатели Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Систем Энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской Академии Наук. – № 2012115355/06; заявл. 17.04.2017; опубл. 20.07.2015.

11. Соснина, Е.Н. Технико-экономический анализ применения ветро-дизельных электростанций для электроснабжения энергоудаленных поселений / Е.Н. Соснина и др. // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2016. – Т. 112. – № 1. – С. 65–72.

12. Денисов, Р.С. К вопросу обоснования состава и параметров оборудования ветро-дизельной электростанции / Р.С. Денисов // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2014. – Т. 151. – № 11. – С. 72–77.

13. Елистратов, В.В. Ветродизельные электростанции для автономного энергоснабжения северных территорий России / В.В. Елистратов, М. А. Конищев // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2014. – Т. 151. – № 11. – С. 62–71.

14. Сибгатулин, А.Р. Оптимизация состава оборудования на основе возобновляемых источников энергии в системах электроснабжения автономных потребителей небольшой мощности / А.Р. Сибгатуллин, В.В. Елистратов // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2016. – № 23–24. – С. 51–67.

15. Cao K.K. Expanding the horizons of power-toheat: cost assessment for new space heating concepts with Wind Powered Thermal Energy Systems / K.K. Cao et al. // Energy. – 2018. – Vol. 164. – P. 925–936.

16. Дерюгина, Г.В. Исследование факторов и математических моделей, влияющих на проектные показатели энергоэффективности ветродизельных комплексов / Г.В. Дерюгина и др. // Вестник КРСУ. – 2017. – № 8. – С. 44–48.

17. Грибков, С.В. Ветро-солнечно-дизельные комплексы электроснабжения малых мощностей как основа развития ВИЭ в России / С.В. Грибков // Возобновляемая энергетика XXI век: энергетическая и экономическая эффективность. – 2016. – С. 124–128.

18. Безруких П.П., Безруких П.П. (мл.), Грибков С.В. Ветроэнергетика: Справочно-методическое издание / Справочно-методическое издание / Под общей редакцией П.П. Безруких. – М.: «ИнтехэнергоИздат», «Теплоэнергетика», 2014. – 304 с.

19. Официальный сайт NASA. Электронный ресурс. – Режим доступа: https://power.larc.nasa.gov/. – (Дата обращения: 21.02.2019).

20. Стационарные газотурбинные установки: справочник / Л.В. Арсеньев и др.. – Ленинград: «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1989. – 120 с.