НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ В З Манусов А

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ В. З. Манусов, А. К. Киргизов, Дж. С. Ахьёеев Построение и оптимизация энергетического комплекса с распределенной генерацией на основе возобновляемых источников энергии и методов искусственного интеллекта (на примере Республики Таджикистан)

Актуальность работы *В 2 связи с дороговизной нефтепродуктов и ликвидацией объединенной энергосистемы Средней Азии в Республики Таджикистан перестали использовать дизельные установки. *В качестве альтернативы предложен новый путь развития, заключающийся в переходе к использованию местных нетрадиционных возобновляемых источников энергии, включая малые гидроэлектростанции. *Одной из проблем малых гидроэлектростанций (МГЭС) является снижение генерации активной мощности с увеличением их высоты расположения над уровнем моря. *Возникает также проблема регулирования и оптимизации реактивной мощности в электрических сетях для удаленных электропотребителей в связи с рельефом местности.

Актуальность работы *В следствие неравномерности выработки электроэнергии источниками малой генерации в стране необходимо исследовать возможность проектирования и установки средств аккумуляции электрической энергии. *В связи с малой инерционностью динамических источников электроэнергии, к которым относятся малые ГЭС и ветрогенераторы в работе исследованы режимы динамической устойчивости локальной энергосистемы Горно - Бадахшанской Автономной Области (ГБАО). *Дана предварительная технико – экономическая оценка фундаментального перехода энергосистемы Таджикистана на малые источники возобновляемой энергии с возможностью использования локальных ресурсов и ее аккумулирования. 3

Цель и задачи работы *Объект исследования – электроэнергетическая система и распределительные электрические сети Республики Таджикистан. * Цель работы - энергоэффективние режимы локальной электроэнергетической системы Таджикистана и удаленных электропотребителей. Для достижения поставленной целы решены и решаются следующие задачи: * впервые обоснована классификация малых распределенных источников энергии, включая возобновляемые источники энергии; *выполнен анализ энергетического баланса Республики Таджикистан на основе возобновляемых и нетрадиционных источников; 4

5 *разработать рекомендации по проектированию эксплуатации малых высокогорных ГЭС; и *исследовать установившиеся режимы локальной энергосистемы и распределительных электрических сетей; *дать рекомендации по повышению энергоэффективности этих режимов и дать их технико - экономическую оценку; *обоснование сбалансированого электропотребления на основе гибридного энергокомплекса.

6 *предложена новая адаптивная классификация гидроэлектростанций с отнесением их мощности к классу микро, мини и малых на основе функции принадлежности с учетом условий Таджикистана; *разработаны предложения по оптимизации потоков реактивной мощности и накопителям электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии; * предложен HUB, как энергетический Республики Таджикистан построенный «зеленой» (без углеродной) энергии распределенными источниками. комплекс на 100% с её

7 * *повышение энергоэффективности генерации активной мощности в Таджикистана; условиях высокогорных районов *повышение качества функционирования и режимов высокогорных электрических сетей и локальных энергосистем; *использования тиристорных компенсаторов (СТАТКОМ) и иных накопителей реактивной мощности для сохранения ее балансов и регулирования напряжения.

8 Категории ГЭС Страны и организации Италия ОЛАДЭ (междунаро дная организация стран Латинской Америки Россия Новая Зеландия Австрия, Испания, Италия, Канада, Франция МАЛЫЕ ГЭС 5 10 30 30 -50 5 МИНИ ГЭС 0. 5 1 1 10 2 МИКРО ГЭС 0. 1 0. 1 Япония 20 0. 1

9

10

11

12 Режимы ГЭС на высоте выше 1000 м над уровнем моря Выдача номинальной мощности МГЭС в основном связано с его расположением над уровнем моря , так как при работе на высоте выше 1000 м ухудшается охлаждающая способность воздуха, которая приводит к вынужденному уменьшению выдаваемой мощности(активной) генератора. Снижение мощности МГЭС в зависимости от высоты Наименование Марзич Сомон Ванч Рушан Хорог Намад- Ак-Су МГЭС Высота МГЭС над уровнем моря, м гут 1000 Мощность в % 100 от номинальной Булункул 1288 1815 1981 2075 2524 3576 3744 98 96 94 93 88 81 75

13 Зависимость мощности от высоты расположения ГЭС

14 Гистограмма распределения мощности ветроустановок 35 30 Число городов 25 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 P, к. Вт 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250

15 Анализ возможности использования ветровой энергии При оценке энергетических возможностей ветра по городам Республики Таджикистан наиболее часто встречающаяся мощность ветроэлектрических установок (ВЭУ) от 10 до 30 к. Вт, хотя в некоторых случаях достигает 120 к. Вт. В соответствие с ранее указанными классами функций принадлежности ВЭУ следует отнести к классу МИКРО станций (определяемых формулой (2)). Следовательно, потенциал ветровой энергии не очень велик, но полезен для сельскохозяйственных районов, так как является распределенной генерацией.

16 Гистограмма распределения мощности солнечных источников энергии

17 Анализ возможности использования солнечной энергии Наряду с гидро и ветро ресурсами выполнена оценка солнечного потенциала, а именно ясность дней в году, ежедневное солнечная радиация в виде излучение к. Вт*ч/м 2 в день. Средняя мощность по городам находится от 1300 до 1600 к. Вт на солнечную станцию площадью 1000 м 2. Математическое ожидание составляет 1400 к. Вт. Рекомендуются гелио установки мегаваттного класса. По своей мощности и классификации станций возобновляемых источников энергии они относятся к классу МИНИ определяемые функцией принадлежности по формуле (3). Таким образом, солнечный потенциал Республики Таджикистан значительно выше ветрового.

18

19 *Исходя из графика снижение выработки активной мощности на МГЭС приводит к снижению выработки реактивной мощности этими станциями. *Для сохранения баланса по Р и Q необходимо привлечение к ее выработке других источников. *Для сохранения баланса необходимо включение в систему накопителей энергии (BESS - Battery Energy Storage System). *Для накопления энергии в BESS предложено использовать ветроэнергетические и солнечные источники энергии (ВИЭ), таким образом необходима создания гибридного энергокомплекса (HUB).

20 Расположение ЭЭС ГБАО

21

22 Иерархия целей компенсации реактивной мощности Для баланса реактивной мощности Для снижения потерь эклектической энергии в сети Для регулирования напряжения

23 * Размещения источников генерации Q где nf - количество компенсирующих устройств

24 Методы размещения компенсирующих устройств Традиционное Интеллектуальный поиск Генетический алгоритм Линейное программирование Метод роя частиц Нелинейное программирование

25

26 Схема электрической распределительной сети горных сельских районов

27 Выбор мощности СТАТКОМА Расчет установившегося режима показывает, что напряжение в наиболее удаленных узлах 9, U= 29, 35 к. В, а в узле 14, U=31, 1 к. В. При этом общие потери активной мощности в сети составляют ∆P= 1, 12 МВт. Так как напряжение у в узле 9 находится на пределе статической устойчивости, рассматривается возможность установки статического компенсатора с плавным регулированием реактивной мощности. После установки STATCOMA мощностью 1500 к. Вар в узле 9 напряжение в нем повышается до U=31, 2 к. В, а в узле 14 до U=33, 0 к. В. Суммарные потери активной мощности составили ∆P= 0, 81 МВт. Таким образом, общее снижение потерь активной мощности составило 26 %.

28 Потери в % на стороне 10 к. В транс- 0, 4 к. В трансформатора без КУ с КУ 17 15 14 13 Потери в % при подключении КУ в близи потребителя 12

29 Заключение Предложена и обоснована новая адекватная классификация ГЭС на основе теории нечетких множеств, как пересекающихся классов по мощности и расходу воды на примере Республики Таджикистан. Составлены уравнения уточненного баланса активной мощности с учетом снижения генерируемой мощности от высоты расположения ГЭС. Для поддержания баланса предложена использование гибридного энергокомплекса HUB на основе распределенных источников солнечной и ветровой энергии, а также накопителей энергии (BESS). С помощью алгоритма роевого интеллекта выполнена оптимизация выбора место размещения источников реактивной мощности; Интегрирования различных источников электроэнергии приведет к снижению ее стоимости, тем самим будет способствовать снижению уровня бедности населения.

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!