Развитие моделей и методов оценки надежности автономных систем генерации, использующих возобновляемые источники энергии

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………. 4
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ
СИСТЕМ ГЕНЕРАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ
ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ……………………………………………………………………………… 10
1.1 Общая характеристика проблемы надежности электроснабжения в
децентрализованных населенных пунктах ……………………………………………………….. 10
1.2 Ветровая и солнечная энергия в автономных системах генерации ………………. 15
1.3 Показатели надежности оборудования автономных систем генерации на
основе ВИЭ …………………………………………………………………………………………………….. 19
1.4 Анализ причин отказов и данные о показателях надежности оборудования
систем генерации на основе ВИЭ …………………………………………………………………….. 23
1.5 Сравнительный анализ методов оценки надежности автономных систем
генерации на основе ВИЭ ………………………………………………………………………………… 33
Выводы по главе 1 …………………………………………………………………………………………… 42
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ НАДЕЖНОСТИ
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК С ВОЗОБНОВЛЯЕМЫМИ ИСТОЧНИКАМИ
ЭНЕРГИИ………………………………………………………………………………44
2.1 Математическая модель надежности автономного ветродизельного комплекса
с применением динамического дерева отказов …………………………………………………. 44
2.2 Мультиматричный метод для расчета надежности солнечно-дизельной
установки………………………………………………………………………………………………………… 55
2.3 Модель объединенной системы для оценки надежности гибридного ветро-
солнечно-дизельного энергокомплекса ……………………………………………………………. 60
Выводы по главе 2 …………………………………………………………………………………………… 63
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ
РЕШЕНИЙ СИСТЕМ ГЕНЕРАЦИИ НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ
ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ С УЧЕТОМ НАДЕЖНОСТИ ………………………………… 65
3.1 Критерий экономической эффективности технических решений ………………… 65
3.2 Оценка ущерба из-за недоотпуска электроэнергии автономными системами
генерации на основе ВИЭ ………………………………………………………………………………… 69
3.3 Метод многокритериального выбора эффективного технического решения… 72
Выводы по главе 3 …………………………………………………………………………………………… 81
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ГЕНЕРАЦИИ ……………………………. 82
КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИЭ ……………………………….. 82
4.1 Оценка показателей надежности и экономической эффективности …………….. 82
автономного ветродизельного комплекса для электроснабжения поселка ………… 82
Воронцово Таймырского Долгано-Ненецкого района ………………………………………… 82
4.2 Анализ надежности и экономической эффективности солнечно-дизельной
установки для электроснабжения деревни Шадрино Енисейского района ………… 90
4.3 Анализ надежности и экономической эффективности солнечно-ветро-
дизельного энергокомплекса для электроснабжения поселка Арадан Ермаковского
района… ………………………………………………………………………………………………………….. 98
Выводы по главе 4 …………………………………………………………………………………………. 105
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………….. 107
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………………………….. 109
Приложение А ………………………………………………………………………………………………. 121
Приложение Б ……………………………………………………………………………………………….. 122
Приложение В ……………………………………………………………………………………………….. 123
Приложение Г ……………………………………………………………………………………………….. 124
Приложение Д ……………………………………………………………………………………………….. 125
Приложение Е ……………………………………………………………………………………………….. 126
Приложение Ж ………………………………………………………………………………………………. 127

1. Усовершенствован логико-вероятностный метод для оценки надежно-
сти автономного ветродизельного комплекса на основе ДДО, позволяющий учи-
тывать изменения погодных условий, аварийные отказы и послеаварийные ремон-
ты оборудования путем введения динамических операторов, реализуемых с по-
мощью марковских моделей. Данный метод отражает последовательность проис-
ходящих событий, зависимые процессы отказов, состояния резервных элементов
ВДК.
2. Предложен и реализован вероятностный мультиматричный метод для
расчета надежности автономной СДУ, учитывающий стохастический характер
солнечной радиации, режимы работы и отказы оборудования. Сформулирована
целесообразность дифференциации величин поступления солнечной энергии в те-
чение года на мульти-состояния.
3. Разработана модель надежности объединенной ветро-солнечно-
дизельной системы, позволяющая оценить математическое ожидание дефицита
мощности при снижении располагаемой мощности в системе и среднегодовой
недоотпуск электроэнергии потребителям при отказах различного числа генери-
рующих элементов с учетом погодных условий.
4. Создан комплекс программ, реализующих разработанные методы
оценки надежности АСГ на основе ВИЭ.
5. Проведена оценка надежности АСГ на основе ветровой и/или солнеч-
ной энергии для территории Красноярского края. Выявлено, что годовая ожидае-
мая выработка электроэнергии АСГ на основе ВИЭ отличается от реальной выра-
ботки электроэнергии, что вызвано неблагоприятными погодными условиями,
аварийными отказами и послеаварийными ремонтами оборудования системы ге-
нерации. Так годовая недовыработка электроэнергии автономного ВДК составля-
ет от 16 до 19 % от величины годового потребления электроэнергии поселком,
автономной СДУ – от 2 до 5%; гибридного ЭК на основе ВЭУ, ФЭП и ДГ – от 1
до 2 %.
6. Выполнена оценка экономической эффективности различных вариан-
тов схем АСГ на основе ВИЭ с учетом надежности. Сравнение полученных ре-
зультатов с учетом и без учета надежности показывает, что учет событий и про-
цессов, возникающих в реальной эксплуатации АСГ на основе ВИЭ, дает более
точную оценку ожидаемых результатов. Так приведенные затраты с учетом
надежности для оптимального варианта:
– автономного ВДК увеличились на 42,8 % и составили 16290,2 тыс. руб. (по
сравнению с расчетом без учета надежности – 9316,1 тыс. руб.).
– автономной СДУ увеличились на 6,8 % и составили 827,1 тыс. руб. (по
сравнению с расчетом без учета надежности – 771,2 тыс. руб.);
– автономного солнечно-ветро-дизельного ЭК увеличились на 1 % и соста-
вили 6946,1 тыс.руб. (по сравнению с расчетом без учета надежности – 6906,8
тыс. руб.).
Также учет недовыработки электроэнергии АСГ на основе ВИЭ уточняет
(корректирует) такие технико-экономические показатели, как стоимость произве-
денного кВт·ч электроэнергии, денежный эквивалент «вытесненному» дизельно-
му топливу.