Внимание! Это ознакомительный вариант работы с системой, войдите или зарегистрируйтесь.
Размещение рекламы | Пользовательское соглашение | Тарифы |





Институт повышения квалификации специалистов релейной защиты и автоматики

 
Онлайн Электрик > Электронная конференция «Электроэнергетика. Новые технологии»

Дата приоритета: 30.04.2013
Код ГРНТИ: 44.29.00
Сертификат участника: Скачать
Прислать статью

Методика сравнения вариантов электроснабжения нефтедобывающего предприятия

Паниковская Т.Ю., доцент, к.т.н., ВШЭиМ, УралЭНИН
Чечушков Д.А., аспирант, УралЭНИН
ФГОАУ ВПО УрФУ

     Сегодня основу малой энергетики России составляют более 50 тыс. различных источников малой генерации (ИМГ), только для Уральского федерального округа суммарная мощность ИМГ составляет более 3 ГВт.

     Источниками малой генерации обычно считаются станции, установленная мощность которых не превышает 30 МВт [1, 2], производящие от трех (электричество, тепло и холод) до одного вида энергии и использующие как традиционные невозобновляемые, так и альтернативные ресурсы.

     В российских условиях дополнительными стимулами строительства объектов малой генерации являются:

     - дефицит генерирующих мощностей в условиях роста потребления электрической энергии и тепла;

     - отсутствие необходимой сетевой инфраструктуры при расположении потребителей в отдаленных, труднодоступных и малонаселенных районах;

     - наличие местного дешевого топлива или альтернативных источников энергетических ресурсов;

     - ограниченная пропускная способность сетевого комплекса или большая ценовая надбавка, связанная с транспортом, распределением и сбытом ЭЭ;

     - постоянный рост цен на энергоресурсы при примерно равной стоимости выработки электроэнергии и тепла на крупных и небольших электростанциях.

     В качестве положительных качеств источников малой генерации стоит отметить значительно меньшие интервалы времени увеличения/снижения мощности по сравнению с традиционными синхронными генераторами. Таким образом, ИМГ целесообразно использовать не только для покрытия пиковых нагрузок, но и для целей противоаварийного управления в составе противоаварийной автоматики энергосистем районов, что позволяет снизить ущерб от отключения нагрузки потребителей.

Существуют несколько направлений использования ИМГ для противоаварийного управления, которые зависят от исполнения и мощности установки.

Первой стоит отметить возможность ликвидации термической (токовой) перегрузки линий передачи электроэнергии, если существует возможность подключения источников на параллельную работу с сетью. В соответствии с [3], перегрузки оборудования по току, допустимая продолжительность которых превышает 20 минут должны ликвидироваться диспетчерским персоналом вручную. В случаях, когда перегрузка оборудования превышает эти пределы, она должна ликвидироваться устройствами противоаварийной автоматики. При аварийном отключении ЛЭП в некоторых участках системы электроснабжения увеличится токи, протекающие по линиям. В такой ситуации источник, работающий на выделенную нагрузку, может быть использован для снижения термической перегрузки линии. Эффективность ликвидации перегрузки по току конкретной передачи с помощью ИМГ, подключаемого к системе по команде ПА, зависит от конфигурации сети и конкретного места подключения к сети самого источника ИМГ. Для оценки возможности можно определить коэффициент эффективности:

      (1)

     В работе исследовались несколько вариантов развития электрической сети предприятия нефтедобычи. Для каждого варианта развития существующей системы электроснабжения были составлены балансы мощности по данным предприятия (таблица 1).

     В случае рассмотрения нескольких вариантов организации параллельной работы станции удельные капиталовложения были разделены на следующие составляющие: 1 – стоимость строительства самой станции; 2 – капиталовложения на организацию параллельной работы станции с электроэнергетической системой. Затраты на построение модульной станции составили 870 евро/кВт, что соответствует 34,91 тыс. руб./кВт. Затраты на организацию параллельной работы автономной газопоршневой электрической станции с внешней энергосистемой существенно зависят от варианта и уровня повышения надежности питания потребителей.

Таблица 1 - Балансы мощности электрической сети рассматриваемого предприятия

Составляющие баланса

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

Выработка генераторами ГПЭС, МВт

43,6

43,6

43,6

29,8

Собственные нужды ГПЭС, МВт

0,5

0,5

0,5

0,5

Выдача мощности с шин ГПЭС, МВт

43,1

43,1

43,1

29,3

Нагрузка ПС 35 кВ в зоне электроснабжения ГПЭС, МВт

33,2

33,2

33,2

28,7

Потери мощности в сети рассматриваемого предприятия, МВт

1,0

1,1

1,1

0,6

Относительные потери мощности в сети предприятия, %

2,3

2,5

2,5

2,0

Выдача мощности в сеть ЭЭС, МВт

8,9

8,8

8,8

-

     Для укрупненной оценки строительства источника распределенной генерации была предложена математическая модель, в которой численно оцениваются главные факторы: повышение надежности электроснабжения и качества электроэнергии [4, 5].

     В представленной математической модели выделены четыре основных фактора.

     1. Стоимость затрат в первый год эксплуатации – фактор F1 (таблица 2).

Таблица 2 - Результаты расчета F1

№ вар.

k1, тыс. руб.

k2, тыс. руб.

СЭКС, тыс. руб.

СТопл.ЭЭ, тыс. руб.

D(P), тыс. руб.

C(ΔW), тыс. руб.

F1, тыс. руб.

1

8,86

34,91

48 560,9

64 283

297 408

64 322

2 155 799

2

11

34,91

48 560,9

64 283

296 821

64 733

2 267 666

3

10,66

34,91

48 560,9

64 283

296 821

64 733

2 249 986

4

4,33

34,91

48 560,9

44 063

186 411

62 321

2 011 015

      Где k1 - стоимость удельных капиталовложений на строительство станции; k2 – стоимость удельных капиталовложений на организацию параллельной работы станции с энергосистемой; СЭКС – годовые издержки на эксплуатацию оборудования; C(ΔW) – издержки на возмещение потерь электроэнергии; СТопл.ЭЭ – стоимость покупного топлива для электроэнергии; D(P) – доход от снижения покупной электроэнергии.

     2. Повышение качества электроснабжения (стабилизация отклонений по напряжению):

      (2)

В соответствии с проведенными расчетами значение составляет ΔV≈|0,41| кВ или ±4%. Такие незначительные отклонения могут достигаться за счет регулирования напряжения источниками генерации небольшой мощности.

Возможность выработки реактивной мощности небольшим источником генерации позволяет поддерживать напряжения на выводах ИМГ практически постоянным. Регулирование достигается за счет применения специальных устройств возбуждения. Для исследования работы источника ИМГ проводилось моделирование в среде Matlab/Simulinlk, сеть 110 кВ моделировалась как трехфазный программируемый источник напряжения [6].

Источник ИМГ моделировался как синхронная машина, мощность источника составила 90% от нагрузок подстанций месторождения. Были приняты следующие изменения напряжения в точке подключения источника:

     - в исходном режиме напряжение изменяется в пределах допустимого: ±5% от номинального;

     - начиная со второй секунды напряжение в сети снижается ниже допустимого;

     - с 5 секунды напряжение в сети повышается и восстанавливается на допустимом уровне;

     - начиная с 8 секунды напряжение повышается и выходит за верхний предел.

Ниже на графиках представлены результаты математического моделирования (рис. 1), где прерывистой линией показаны результаты моделирования без регулирования напряжения/реактивной мощности, сплошной – результаты моделирования с регулированием напряжения/реактивной мощности.

Рис. 1. А) изменение напряжения в сети в о.е; б) изменение реактивной мощности источника ИМГ в о.е.

     3. Оптимизация потерь электрической энергии за рассматриваемый период:

     (3)

     4. Повышение надежности электроснабжения – минимизация математического ожидания от перерывов в электроснабжении [4]

     (4)

     где ω – параметр потока отказов, γ– стоимость удельного ущерба от ограничения нагрузки, ε – доля отключаемой нагрузки.

Доход от повышения надежности электроснабжения, связанного со снижением ущерба от перерывов питания, при расчетах учитывается как по длительности, так и по количеству отключений. На рисунках 2 и 3 приведены оценки потерь предприятия от простоя оборудования связанного с отключением электрической энергии по вине сетевой компании.

Рис. 2. Количество отключений по вине сетевой компании.

По результатам анализа статических данных для исследуемого предприятия можно отметить, что средний ущерб от потери питания для предприятия составляет 56 086 тыс.руб./год, поэтому при повышении надежности системы электроснабжения данного предприятия будем ориентироваться на это же значение.

     Целевая функция включает вышеназванные составляющие с учетом весовых коэффициентов, которые пока предлагается устанавливать экспертным путем.

Рис. 3. Значения ущерба для предприятия из-за отключений электроэнергии

На основании экспертной оценки весовые коэффициенты были приняты равными 0,6; 0,05; 0,05; 0,3 соответственно.

Таблица 3 - Значения целевых коэффициентов по вариантам

     № вар.

F1, тыс.руб.

F2, %

F3, о.е.

F4, тыс.руб.

F, тыс.руб.

1

2 155 799

0,41

1

56 086

1 310 305

2

2 267 666

0,41

1,1

56 086

1 377 425

3

2 249 986

0,4

1,1

56 086

1 366 817

4

2 011 015

0,33

0,6

56 086

1 223 435

Выводы. При сравнении вариантов по результатам, представленным в таблице 3, лучшим является вариант №4, так как ГПЭС обеспечивает покрытие основной нагрузки нефтяного месторождения и значительно снижает ущерб от перерывов в электроснабжении. При проведении дальнейших расчетов предполагается более детальный учет факторов повышения надежности электроснабжения и качества электроэнергии.

Предлагаемая модель учитывает только часть особенностей и ситуаций, возникающих при оценке влияния распределенной генерации на свойства ЭЭС. Отдельной проблемой для рационального развития и управления электроэнергетических систем с распределенной генерацией является разработка принципов оптимизации режимов, которые должны учитывать новые регулирующие свойства энергопотребителей, их независимость от диспетчерских решений, анализ устойчивой работы ИМГ.

     ЛИТЕРАТУРА

1. Guan F.H., Zhao D.M., Zhang X., Shan B.N., Liu Z. Research on Distributed Generation Technologies and its impacts on Power System // 2009 SUPERGEN Conference, Nanjing, China. 2009. S02P0557.

2. Воропай Н.И. Распределенная генерация в электроэнергетических системах // Международная научно-практическая конференция « Малая энергетика-2005», 2005.

3. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. – 304 с.

4. Будовский В.П. Риск дефицита мощности энергосистемы // Электричество. – 2009. – № 8. – С. 12-17.

5. Бартоломей П. И. Паниковская Т. Ю., Чечушков Д. А. Анализ влияния распределенной генерации на свойства ЭЭС // Сб. тр. объединенного симпозиума «Энергетика России в 21 веке – Восточный вектор». Иркутск. – 2010. – С. 4-5.

6. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. М.: ДМК Пресс; СПБ.: Питер, 2008. – 288 с.



Библиографическая ссылка на статью:
Паниковская Т.Ю., Чечушков Д.А. Методика сравнения вариантов электроснабжения нефтедобывающего предприятия // Онлайн Электрик: Электроэнергетика. Новые технологии, 2013.–URL: http://www.online-electric.ru/articles.php?id=84 (Дата обращения: 21.08.2017)

Библиографическая ссылка на ресурс "Онлайн Электрик":
Алюнов, А.Н. Онлайн Электрик: Интерактивные расчеты систем электроснабжения / А.Н. Алюнов. - Режим доступа: http://online-electric.ru.








Дистанционые курсы
Повышение квалификации по программе БС-6 "Безопасность строительства и качество устройства электрических сетей и линий связи" (удостоверение гос. образца)
www.online-electric.ru

Профессиональная переподготовка
Дистанционные курсы профессиональной переподготовки по программе «Проектирование, монтаж и эксплуатация систем электроснабжения»
www.online-electric.ru

SaaS, Облачные вычисления, программа расчета, пример расчета, Электроснабжение загородного дома, промышленных предприятий, электроснабжение дома, коттеджа, квартиры, электроснабжение зданий, цеха, города, микрорайона. Проект электроснабжения, электрификация, электрофикация, система электроснабжения, схемы электроснабжения, учебник по электроснабжению, договор электроснабжения, расчет электроснабжения, надежность электроснабжения, категории электроснабжения, промышленное электроснабжение, электрификация сельского хозяйства, проектирование электроснабжения онлайн!
Побелитель Конкурса Электросайт года                  
© ОНЛАЙН ЭЛЕКТРИК: Онлайн расчеты электрических систем Online-electric.ru, 2008-2017
© А.Н. Алюнов, 2008-2017 Свидетельство №16066 от 23.08.2010 года