Совершенствование методов принятия решений по вводу мощностей автономных солнечно-дизельных установок (на примере Республики Тыва)

Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0
Кенден Кара-кыс Вадимовна
Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………….. 4
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ
ЭНЕРГИИ В АВТОНОМНЫХ СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ …….. 11
1.1 Особенности АСЭС и пути их совершенствования на примере Республики
Тыва ……………………………………………………………………………………………………………. 11
1.2 Перспективы использования солнечной энергии в Республике Тыва ………….. 17
1.3 Анализ методической и нормативной базы для решения задач по вводу
СДУ …………………………………………………………………………………………………………….. 21
1.4 Структурная схема и математические модели элементов СДУ …………………… 24
1.5 Обзор математических методов оптимизации и программно-вычислительных
комплексов при создании СДУ ……………………………………………………………………… 27
Выводы по главе 1………………………………………………………………………………………… 35
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЫХОДНЫХ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ………………………………………………………………………………… 37
2.1 Методы получения данных о распределении величины интенсивности СИ на
территории России ……………………………………………………………………………………….. 37
2.2 Методика оценки интенсивности СИ на горизонтальную поверхность ………. 40
2.3 Метод расчёта выходных энергетических параметров ФЭП……………………….. 47
2.4 Описание компьютерной имитационной программы моделирования
математической модели ФЭП ……………………………………………………………………….. 54
Выводы по главе 2………………………………………………………………………………………… 57
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПО ВВОДУ
МОЩНОСТЕЙ АВТОНОМНЫХ СОЛНЕЧНО-ДИЗЕЛЬНЫХ
УСТАНОВОК …………………………………………………………………………………………….. 58
3.1 Методики оптимизации структуры и параметров СДУ ………………………………. 58
3.1.1 Методика расчёта выработки электроэнергии элементами при различных
режимах функционирования СДУ …………………………………………………………………. 58
3.1.2 Метод роя частиц при оптимизации структуры и параметров СДУ ………….. 64
3.1.3 Описание программы для ЭВМ при оптимизации структуры и параметров
СДУ …………………………………………………………………………………………………………….. 67
3.2 Интеллектуальная поддержка принятия решений при выборе площадки
размещения элементов СДУ ………………………………………………………………………….. 69
Выводы по главе 3………………………………………………………………………………………… 77
ГЛАВА 4. ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ ПО ВВОДУ МОЩНОСТЕЙ
СОЛНЕЧНО-ДИЗЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ПОСЕЛКОВ
РЕСПУБЛИКИ ТЫВА ……………………………………………………………………………….. 78
4.1 Оценка интенсивности СИ и районирование Республики Тыва по солнечным
зонам …………………………………………………………………………………………………………… 78
4.2 Расчеты прогнозируемых выходных энергетических характеристик ФЭП в
АСЭС ………………………………………………………………………………………………………….. 80
4.3.1 Оптимизация структуры и параметров СДУ на примере поселка Кызыл-
Хая………………………………………………………………………………………………………………. 83
4.3.2 Оптимизация структуры и параметров СДУ на примере поселка
Кунгуртуг…………………………………………………………………………………………………….. 85
4.4 Обоснование выбора площадок для размещения элементов СДУ ……………….. 87
Выводы по главе 4………………………………………………………………………………………… 91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………………………………….. 93
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ …………………………………….. 95
ПРИЛОЖЕНИЕ А …………………………………………………………………………………….. 111
ПРИЛОЖЕНИЕ Б …………………………………………………………………………………….. 112
ПРИЛОЖЕНИЕ В …………………………………………………………………………………….. 113
ПРИЛОЖЕНИЕ Г …………………………………………………………………………………….. 114
ПРИЛОЖЕНИЕ Д …………………………………………………………………………………….. 115

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы,
сформулированы цель и задачи исследования, приведены основные результаты,
составляющие предмет научной новизны, практическая значимость работы и
личный вклад автора, приведена структура диссертации.
В первой главе представлены особенности и пути совершенствования
АСЭС на примере Республики Тыва: характеристики ДЭС, удельная
установленная мощность на одного человека, годовое потребление дизельного
топлива и выработка электрической энергии. Анализ местных возобновляемых
энергоресурсов на территории Тывы позволил обосновать возможность
использования в АСЭС ФЭП совместно с накопителями энергии.
Приведено описание структурной схемы и элементной базы СДУ. Обзор
математических методов для решения оптимизационных задач показал, что для
СДУ наиболее приемлемым является метод роя частиц. По результатам анализа
имеющихся методов для исследования СДУ обоснована необходимость
усовершенствования математической модели ФЭП, разработки методики
оптимизации структуры и параметров СДУ.
Во второй главе усовершенствована математическая модель ФЭП,
позволяющая определять выходные энергетические характеристики ФЭП
в зависимости от географических и климатических факторов места установки
ФЭП, технических характеристик ФЭП. Модель ФЭП была реализована
в программной среде имитационного моделирования Delphi 7.
Для условий Республики Тыва проанализирована возможность
использования различных методик оценки интенсивности солнечного
излучения, учитывающих процессы поглощения и рассеяния излучения
в зависимости от исходных данных. Сравнительный анализ позволил за основу
выбрать метод Берда для оценки интенсивности солнечного излучения в местах
полн
установки СДУ. Интенсивность солнечного излучения гор, Вт/м2 на
горизонтальную поверхность:
прдиф
полн гор + гор
гор =,
1− з · а
пр
гор = · Ɵ · пр ,(1)
диф1пр
гор = (E- гор ) · Ɵ · диф ,
прдиф
где гор , гор – интенсивность прямого и диффузного СИ, Вт/м2; E –
интенсивность солнечного излучения, проходящего на верхнюю границу
атмосферы, Вт/м2; rз, rа – значения альбедо подстилающей поверхности и
атмосферы; Ɵ – зенитный угол Солнца, град.; kпр,kдиф – вводимые поправочные
коэффициенты прямого и диффузного солнечного излучения.
На рисунке 1 представлены наблюдаемые данные по изменению сумм
интенсивности прямого и диффузного солнечных излучений на
горизонтальную поверхность с актинометрической станции, расположенной
в г. Кызыл 15 июля 2020 г. и значения, полученные расчетным путем
с вводимыми поправочными коэффициентами. Сопоставление расчетных
значений интенсивности солнечного излучения с наблюдаемыми данными
актинометрической станции показало удовлетворительную сходимость
с погрешностью, не превышающей 10–15 %.
Максимальная мощность, которую способна генерировать ФЭП в реальных
условиях, варьируется в пределах от 0 до 120 % её пиковой мощности, указанной
в технических характеристиках ФЭП при Standard Test Conditions (STC) ФЭП.
Анализ работ, посвящённых оценке параметров ФЭП, показал, что на реальное
значение выработки электроэнергии ФЭП, прежде всего, влияет интенсивность
СИ, температура окружающей среды, технические характеристики ФЭП и способ
ориентации ФЭП.
Вт/м2
300
3456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
-100
Время,час
значения с поправочными коэффициентаминаблюдаемые данные

а)
Вт/м2
250
150
0
3456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Время, час
значения с поправочными коэффициентаминаблюдаемые данные

б)
Рисунок 1 – Изменение сумм интенсивности солнечного излучения на
горизонтальную поверхность для актинометрической станции
в г. Кызыле 15 июля 2020 г.:
а) прямое солнечное излучениеб) диффузное солнечное излучение
Предложенная математическая модель ФЭП, позволяющая учитывать
перечисленные выше параметры, в общем виде представлена следующей системой
выражений:
пр
гордиф ( + Ɵ)( − Ɵ)
полн
след=+ гор+ полн
гор;
Ɵ
пр диф ( + )( − )
полн
накл = гор+ гор+ полн
гор;
Ɵ
Ф
полн
= · ( КЗ+ · ( − )) ;
(2)

О
КЗ+ · ( − )
= + ·( − ;
ХХ
( )−1

= Ф − ;

ММ
=
ХХ
Ф
− , · − · ( + );

где – интенсивность полного солнечного излучения при STC,
полн
Вт/м2; накл– интенсивность полного солнечного излучения на наклонную
полн
поверхность, Вт/м2; след – интенсивность полного солнечного излучения для
следящей за Солнцем поверхности, Вт/м2; полн – интенсивность полного
солнечного излучения на выбранную поверхность, Вт/м2; β – угол наклона
поверхности, град.; ξ – угол падения лучей на наклонную поверхность, град.;
– температура при STC, °С; T – температура окружающей среды, °С;

КЗ – ток КЗ ФЭП при STC, А; IФ – фотоэлектрический ток, А; IO – обратный

ток насыщения ФЭП, А; ХХ– напряжение ХХ ФЭП при STC, В;
U – температурное напряжение, В; kU, kI – температурные коэффициенты тока
T

и напряжения; I – реальный ток ФЭП, А; U – реальное напряжение ФЭП, В.
В качестве допущений в модели ФЭП принято, что спектральная
чувствительность ФЭП и внутренние потери энергии, связанные с возможным
затенением ФЭП или их частей, не учитываются.
Выходная расчетная мощность ФЭП в точке максимальной мощности при
STC отличается на величину не более  1,5 % от значений мощности завода-
изготовителя. Аналогичная точность получена и при определении тока
короткого замыкания и напряжения холостого хода. Сравнение полученных
вольтамперных ФЭП характеристик с данными завода-изготовителя
свидетельствуют о достаточно высокой точности моделирования. Модель ФЭП
реализована в программной среде имитационного моделирования Delphi 7.
Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
В третьей главе представлены методика оптимизации структуры
и параметров СДУ, учитывающая изменения реальных энергетических
характеристик ФЭП, графиков нагрузки потребителей и осуществляющая поиск
оптимального соотношения генерирующих мощностей, выбор оптимального
единичного типоразмера оборудования; методика принятия решений при
выборе площадки для размещения элементов СДУ с использованием теории
многокрительной оптимизации и метода экспертных оценок.
В качестве целевой функции СДУ принят критерий минимума
себестоимости электрической энергии, учитывающий выработку электрической
энергии ФЭП при различных режимах функционирования СДУ, руб./кВт∙ч:

( общ − ФЭП ) · СДЭС + ФЭП · СФЭП
ССДУ =→ ,(3)
общ

где СДЭС – себестоимость электрической энергии, генерируемой ДЭС,
руб./кВт·ч.; СФЭП – себестоимость электрической энергии, производимой ФЭП,
руб./кВт∙ч; Wобщ– общее годовое потребление электрической энергии поселком,
кВт·час;WФЭП– выработка электрической энергии ФЭП, кВт·час.
В задаче оптимизации требуется выбрать структуру и параметры СДУ,
в которой независимыми оптимизируемыми переменными выступают общие
установленные мощности ФЭП и ДГ (или число ФЭП/ДГ заданного
типоразмера) и емкость АБ (или число АБ заданного типоразмера).
На оптимизируемые параметры СДУ накладываются следующие
ограничения:
З
ДГ ≥ , ДГ ≥ 2,
Л(4)
АБ ≥ ФЭП − ПЛ ,
З
где – максимальное значение нагрузки потребителей в зимнее время,
кВт; ДГ – общая установленная мощность ДГ, кВт; ДГ – количество
Л
ДГ, шт; WФЭП– суточная выработка электроэнергии ФЭП в летнее время,
Л
кВт·ч;WП – суточное потребление электроэнергии нагрузкой потребителей в
летнее время, кВт·ч; WАБ – общая запасенная электроэнергия всеми АБ, кВт·ч.
Выбор общей установленной мощности ФЭП по максимуму нагрузки
в зимний период является неоправданным, т.к. выработка ФЭП в этот период
будет минимальной, что повлечёт большие расходы на установку ФЭП
большой мощности Анализ баланса потребляемой и генерируемой ФЭП
электрической энергии показал, что эти значения наиболее близки друг другу
с марта по октябрь. Поэтому общую установленную мощность ФЭП выбирают
исходя из усредненных графиков нагрузок потребителей в заданные месяцы.
Процедура использования метода роя частиц для решения задачи
оптимизации СДУ включает следующие шаги обновления:
1.Вычисляются значения целевой функции, полученные в результате
итераций из обновления каждой переменной СДУ с учётом своей текущей
позиции Xi по выражению:

( +1) ( +1)
= + ,(5)
2.Скорость переменных на итерации обновляется с помощью
выражения:
( +1)( )( )( )( )( )( )( )(6)
= + 1 · 1 · ( − ) + 2 · 2 · ( − ),

где φ1, φ2 – коэффициенты ускорения; α1, α2 – однородно распределенные
( )
случайные числа в диапазоне [0;1]; – наилучшие позиции каждой
переменной,соответствующейминимумувзначениях целевой
(k)
функции; gbid – наилучшая глобальная позиция для всех переменных СДУ,
соответствующей минимуму в значениях целевой функции.
Разработанная структурная схема методики оптимизации СДУ
представлена на рисунке 2. Для проведения оптимизационных исследований
методика была реализована в программной среде MATLAB. Получено
свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Рисунок 2 – Структурная схема методики оптимизации СДУ
Выбор площадки для размещения элементов СДУ является важным
стратегическим решением на этапе строительства и эксплуатации СДУ.
Поэтому процесс выбора площадки для размещения элементов СДУ состоит из
рассмотрения потенциальных противоречивых критериев и анализа нескольких
возможных вариантов. При этом понимая важность решения этого вопроса,
лица, принимающие решения (ЛПР), должны выбрать площадку, не только
подходящую для нынешних условий, но и достаточно гибкую в процессе
модернизации СДУ.
Для решения задачи принятия решений при выборе площадки
размещения элементов СДУ выбран многокритериальный подход, основанный
на экспертной оценке. Многокритериальный подход заключается в свертке
всех критериальных свойств (КС) в единый (комплексный критерий
эффективности).
Для многокритериальной оценки применяются различные формы

свертки: средняя арифметическая ср.А , средняя гармоническая Г∗ , и др.


ср.А =∑ =1 при ∑ =1 = 1;(7)
−1

Г∗ =(∑ =1)∑ =1 = 1;(8)

где F*– оценочный функционал, представленный единым комплексным
(скалярным) критерием; eij – оценка i-го частного КС в j-м варианте; n – число
частных КС; vi – весомость частного КС. У оптимального варианта F* значения
должны быть наибольшими из всей совокупности вариантов.
В четвертой главе произведено районирование территории Республики
Тыва по солнечным зонам; рассчитаны прогнозируемые значения изменений
интенсивности солнечного излучения и выходные энергетические
характеристики ФЭП «SilaSolar 200 Вт» при различных способах ориентации
ФЭП для изолированного поселка Республики Тыва. На примере двух поселков
республики представлены практические результаты оптимального выбора
параметров и структуры СДУ, произведен выбор площадки для размещения
элементов СДУ для изолированного поселка Республики Тыва.
В качестве примера рассмотрен поселок Качык с географическими
координатами 96.4237925 В.Д. и 49.9369615 С.Ш. Значения температуры
окружающей среды получены с ближайшей метеостанции № 3607 «Эрзин».
Ввиду отсутствия актинометрической станции для этого поселка рассчитаны по
разработанной методике прогнозируемые значения изменений интенсивности
СИ и мощности ФЭП «SilaSolar 200 Вт» для 15-ого июля при различных
способах ориентации ФЭП (рис. 3).
Вт/м2

а)
Вт

б)
Рисунок 3 – Прогнозируемые значения параметров на различные поверхности
в п. Качык для 15-ого июля:
а) изменений интенсивности солнечного излучения;
б) мощности ФЭП «SilaSolar 200 Вт»
На примере поселка Кызыл-Хая представлены результаты оптимизации
структуры и параметров СДУ. В поселке Кызыл-Хая функционируют два ДГ
с установленными мощностями 100 и 200 кВт. Общая численность населения
на 01.01.2020 г. составила 1341 человек. Максимум нагрузки в зимнее время
равен 170 кВт. Потребление дизельного топлива за 2020 г. составило в среднем
120 тонн; годовая выработка электрической энергии – 388 МВт·ч, при этом
себестоимость электрической энергии от ДЭС равна 46,32 руб./кВт·ч.
Ввиду высокой стоимости систем слежения за Солнцем и с целью
повышения эффективности использования ФЭП при оптимизации структуры
и параметров СДУ для этого поселка выбран наклонный способ ориентации
ФЭП, ориентированной строго на юг.
В результате оптимизации структуры и параметров СДУ в поселке
Кызыл-Хая получены следующие структура и параметры элементов СДУ,
представленные в таблице 1.

Таблица 1 – Оптимальные структура, параметры элементов СДУ п. Кызыл-Хая
Элементы СДУФЭПАБДГ
Тип элементаDELTA BST 300-24M DUOGX12-230АД180-Т400
Количество элементов,
4136582
шт.
Мощность/Емкость АБ,
кВт/кА·час124151360

Сравнение технико-экономических показателей существующей ДЭС
с полученной в результате оптимизации структурой и параметрами СДУ
в п. Кызыл-Хая, представлеными в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты оптимизации структуры и параметров СДУ
в п. Кызыл-Хая
Суммарные установленныеГодоваяГодовой
мощности (емкость)выработкарасходСебестоимость
элементов, кВт (кА·час)электро-топлива,электрической
Вариантэнергии,тоннэнергии, руб./кВт
ФЭПАБДГ
МВт
ДЭС–30012046,32
СДУ12415136063,632,21

Технико-экономические показатели полученной структуры и параметров
СДУ в Кызыл-Хая представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Технико-экономические показатели для оптимальной структуры
СДУ п. Кызыл-Хая
ПоказателиЗначение
Капитальные затраты, тыс. руб.36180
Ежегодные издержки, тыс. руб.1596
Денежный эквивалент «вытесненному» топливу, тыс. руб.2555,95

Использование СДУ в АСЭС поселке Кызыл-Хая дает возможность
снизить потребление дизельного топлива на 47 %.
Поселок Кунгуртуг имеет общую численность населения 1505 человек
(на 01.01.2020 г.), в котором функционируют три ДГ с установленными
мощностями 100, 200 и 400 кВт. ДЭС работает с 6 утра до 01 ночи или 19 часов
в сутки. В январе максимум нагрузки составил 700 кВт, а минимум – 400 кВт.
В июле максимум нагрузки составил 420 кВт, а минимум – 300 кВт.
Потребление дизельного топлива за 2020 г. составило 220 тонн, годовая
выработка электрической энергии – 532 МВт·ч, при этом себестоимость
электрической энергии равна 51,12 руб./кВт·ч.
В результате оптимизации структуры и параметров СДУ в поселке
Кунгуртуг получены следующие структура и параметры элементов СДУ,
представленные в таблице 4.

Таблица 4 – Оптимальные структура, параметры элементов СДУ п. Кунгутуг
Элементы СДУФЭПАБДГ
Тип элементаDELTA BST 300-24M DUOGX12-230АД360-Т400
Количество элементов,
99322262
шт.

Мощность/Емкость АБ,
298512720
кВт/кА·час

Сравнение показателей существующей ДЭС с полученной в результате
оптимизации структурой и параметрами СДУ в Кунгуртуг представлены
в таблице 5.

Таблица 5 – Результаты оптимизации структуры и параметров СДУ в п.
Кунгуртуг
Суммарные установленныеГодовая
Годовой
мощности (емкость)выработка
расходСебестоимость
элементов, кВт (кА·час)электро-
Варианттоплива,электрической
энергии,
тоннэнергии, руб./кВт
МВт
ФЭПАБДГ
ДЭС–70022051,12
СДУ2985127208826,79
Технико-экономические показатели полученной структуры и параметров
СДУ в Кунгуртуг представлены в таблице 6.

Таблица 6 – Результаты расчетов технико-экономических показателей для
оптимальной структуры СДУ п. Кунгуртуг
ПоказателиЗначение
Капитальные затраты, тыс. руб.109159,28
Ежегодные издержки, тыс. руб.5287,24
Денежный эквивалент «вытесненному» топливу, тыс. руб.6142,5

Использование СДУ в АСЭС поселка Кунгуртуг дает возможность
снизить потребление дизельного топлива более чем на 60 %.
Произведен выбор площадки для размещения элементов СДУ
с использованием теории многокрительной оптимизации и метода экспертных
оценок на примере поселка Кунгуртуг (Республика Тыва). Анализ территории
вокруг поселка позволил предложить четыре варианта размещения площадок,
представленных на рисунке 4:

Рисунок 4 – Общий вид п. Кунгуртуг со спутника с вариантами
размещения площадок для СДУ
Вариант № 1 – площадка без лесного массива, расположенная в северной
части поселка и требующая предварительного выравнивания рельефа,
с ограниченной возможностью дальнейшего расширения СДУ.
Вариант №2 – достаточно ровная площадка без лесного массива
с возможностью дальнейшего расширения СДУ, расположенная в западной
части поселка.
Вариант № 3 – площадка, расположенная в восточной части поселка
и требующая предварительного выравнивания рельефа местности,
с возможностью дальнейшего расширения СДУ при условии вырубки деревьев.
Вариант № 4 – ровная площадка с небольшим лесным массивом,
с возможностью дальнейшего расширения СДУ, расположенная в южной части
поселка.
Для выбора варианта площадки для размещения элементов СДУ на
основе обобщения имеющегося опыта и опроса шести компетентных экспертов
был определен перечень и определены весомости КС методом ранговой
корреляции (табл. 7):

Таблица7 – Оценки весомостей КС
№КСВесомость КС vi
1Максимум удобства монтажа и обслуживания СДУ0,255
2Максимум благоприятного рельефа местности и качества
0,175
грунта
3Максимум удобства компоновки ФЭП0,167
4Минимум воздействия на окружающую среду0,07
5Максимум возможности дальнейшего расширения СДУ0,118
6Максимум возможности ориентации преимущественно на юг
0,215
и отсутствия высоких препятствий для СИ

Коэффициент конкордации (согласованности) мнений экспертов С = 0,54,
подтвердил согласованность мнений экспертов с ранжированием КС. Для
оценки значимости коэффициента конкордации определено значение квантили
распределения χ2C =16,2. При числе степеней свободы 5 и уровне значимости
α =0,05 определено табличное значение квантили распределения χ2табл =11,2.
Поскольку χ2C ≥ χ2табл, то с достоверностью 95 % можно утверждать, что
коэффициент согласия значим и имеет место согласованность экспертов.
Получены оценки эффективности вариантов по каждому из КС
и многокритериальные оценки эффективности вариантов, рассчитанные для
среднеарифметической и гармонической форм свертки (табл. 8).
Исследования показали, что ошибки σF средней гармонической формы
целевой функции значительно меньше, чем у арифметической формы, при тех
же самых ошибках в определении νi и eij. Эта форма обладает большей
разрешающей способностью при сравнении близких по своим свойствам
объектов с невысокой точностью оценок vi и eij. Кроме того, средняя
гармоническая форма весьма резко занижает оценки целевой функции
у вариантов площадок, имеющих низкие показатели по отдельным свойствам.
Таблица 8 – Многокритериальная оценка эффективности вариантов площадок
для размещения элементов СДУв п. Кунгуртуг
Оценки весомостей КСФорма
№v1=0,255 v2=0,175 v3=0,167 v4=0,07 v5=0,118 v6=0,215сверткиE*
вариантаОценка частных критериев eij∗
ср.А Г∗
10,8120,6870,50,66700,5620,5780
20,4170,81210,7290,50,8120,70,628
30,6870,27110,29200,250,4640
40,5830,72900,81210,6250,5850

Анализ результатов сравнения вариантов площадок для размещения
элементов СДУ при многокритериальной оценке эффективности позволяет
выбрать 2-й вариант площадки для поселка Кунгуртуг, у которого наибольшие
значения целевой функции.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложена методика расчёта интенсивности солнечного излучения,
основанная на методе Берда и дающая минимальные расхождения расчетных
значений с наблюдаемыми данными 10–15 %.Согласно результатам расчета
среднегодовых значений интенсивностисолнечного излучения на
горизонтальную поверхность, произведено районирование территории
Республики Тыва по двум солнечным зонам.
2. Усовершенствована математическая модель ФЭП, позволяющая
получить выходные энергетические характеристики ФЭП с учётом
интенсивности солнечного излучения, температуры окружающей среды,
технических характеристик и способа ориентации ФЭП в зависимости от
географической широты места расположения ФЭП, времени года и суток.
3. Для проведения расчётов и визуального отображения результатов
и графиков на ЭВМ математическая модель ФЭП была реализована
в программной среде имитационного моделирования «Delphi 7». Рассчитаны
прогнозируемые значения изменений интенсивности солнечного излучения
и мощности ФЭП «SilaSolar 200 Вт» для ряда изолированных поселков
Республики Тыва.
4. Выполнена оценка влияния реальной величины выработки
электрической энергии ФЭП и графиков нагрузки потребителей на режимы
работы АБ и ДГ.
5. Разработана методика оптимизации структуры и параметров СДУ
с учётом изменения реальной величины выработки электрической энергии
ФЭП и графиков нагрузки потребителей. Методика реализована в программной
среде «MATLAB». Получены практические результаты расчета оптимальной
структуры и параметров СДУ в поселках на территории Республики Тыва:
себестоимость электрической энергии составила 26 руб./кВт в поселке
Кунгуртуг и 32 руб./кВт в поселке Кызыл-Хая; денежный эквивалент
«вытесненному» топливу составил в поселке Кунгуртуг 2555,95 тыс. руб., в
поселке Кызыл-Хая – 6142,5 тыс. руб.
6. Разработана методика выбора площадки для размещения элементов
СДУ с использованием теории многокрительной оптимизации и метода
экспертных оценок. Представлены результаты обоснованного выбора
оптимального варианта площадки для размещения СДУ в поселке Кунгуртуг.

Актуальность темы исследования. В силу своего географического
положения около 60–65 % территории России не охвачены централизованным
электроснабжением и характеризуются наличием рассредоточенных
потребителей, электроснабжение которых обеспечивается преимущественно от
дизельных электростанций (ДЭС). Низкий уровень развития транспортной
инфраструктуры и многозвенность процесса завоза топлива обуславливают
высокие потери электрической энергии и многократное ее удорожание,
эксплуатация, как правило, устаревших и физически изношенных
децентрализованных источников приводит к недостаточной надежности
энергоснабжения и неоправданно высоким финансовым затратам. Поэтому в
современной децентрализованной энергетике многофакторность и специфическая
сложность проблем выдвигает энергетическую безопасность в ряд наиболее
важных составляющих национальной безопасности регионов, а соответственно в
целом всей страны. Одним из эффективных вариантов совершенствования
автономных систем электроснабжения (АСЭС) на сегодняшний день является их
построение с ориентацией на местные возобновляемые энергоресурсы. В
частности, Республика Тыва отличается высоким солнечным потенциалом и
перспективным направлением в развитии изолированных поселков,
функционирующих от ДЭС, является применение фотоэлектрических
преобразователей (ФЭП) в составе автономных энергосистем, позволяющих
снизить топливную составляющую в себестоимости, вырабатываемой
электрической энергии и повышении их технико-экономической эффективности.
Поэтому актуальной темой настоящего исследования является
совершенствование методов принятия решений по вводу мощностей автономных
солнечно-дизельных электроустановок (СДУ).
Степень разработанности. Методам принятия решений по вводу
мощностей автономных СДУ посвящены работы таких ученых как: В.И.
Виссарионов, Н.И. Воропай, В.В. Елистратов, Б.В. Лукутин, С.Г. Обухов, К.В.
Суслов, В.А. Тремясов, С.К. Шерьязов, A.Alcayde, AkbarMaleki, R. Banos, C. Gil,
J.Gomes, F. Manzano-Agugliaro, F.G. Montoya, D.Suchitra, B. Tushar, R. Utthra, R.
Jegadeesan. В работах ученых предложены различные подходы к учету
стохастического характера генерируемой мощности ФЭП, разработаны
математические модели элементов СДУ, приведены критерии оценки
экономической эффективности использования СДУ в АСЭС. Однако некоторые
вопросы с использованием СДУ в АСЭС требуют более тщательной проработки, а
именно, недостаточно полно изучены:
 влияние географических и климатических факторов места установки
ФЭП, технических и механических характеристик ФЭП на выходные
энергетические характеристики ФЭП;
 влияние изменений реальных энергетических характеристик ФЭП и
графиков нагрузки потребителя на режимы работы электрогенерирующих
элементов СДУ и технико-экономические показатели СДУ;
 учет комплекса технико-экономических, климатических и
экологических критериев при выборе площадки для размещения элементов СДУ.
Объект исследования – солнечно-дизельные установки в составе АСЭС.
Предмет исследования – методы принятия решений по вводу мощностей
автономных СДУ.
Цель диссертационной работы – совершенствование методов принятия
решений по вводу мощностей из условия минимальной себестоимости
электрической энергии СДУ с возможностью учитывать изменения реальной
величины выработки электрической энергии ФЭП и графиков нагрузки
потребителя, и выбор площадки для размещения элементов СДУ, позволяющих
учитывать комплекс технико-экономических, климатических и экологических
критериев.
Для достижения цели решены следующие задачи:
1. Выполнен анализ параметров, влияющих на реальные выходные
энергетические характеристики ФЭП; проведен выбор математических методов
оптимизации СДУ и программно-вычислительных комплексов (ПВК),
соответствующих требованиям поставленных задач в диссертационной работе.
2. Усовершенствована математическая модель ФЭП и создан ПВК для
определения выходных энергетических характеристик ФЭП в зависимости от
географической широты места расположения ФЭП, времени года и суток.
3. Выполнены оценка интенсивности солнечного излучения (СИ) и расчёт
прогнозируемых значений выходных энергетических характеристик ФЭП в
поселках и районирование территории Республики Тыва по солнечным зонам.
4. Произведена оценка влияния реальной величины выработки электрической
энергии ФЭП и графиков нагрузки потребителей на режимы работы
аккумуляторных батарей (АБ) и дизельных генераторов (ДГ).
5. Разработана методика оптимизации структуры и параметров СДУ,
учитывающая изменения реальной величины выработки электрической энергии
ФЭП и графиков нагрузки потребителя. Создан ПВК, реализующий оптимизацию
СДУ для ряда поселков Республики Тыва с использованием метода роя частиц.
6. Предложена методика принятия решений при выборе площадки для
размещения элементов СДУ для изолированного поселка Республики Тыва.
Методы исследования. В процессе выполнения исследований
использовались вероятностно-статистические методы анализа данных, теория
исследования операций, теория принятия решений, методы оценки
экономической эффективности технических решений, математические методы
оптимизации, методы экспертных оценок.
Научная новизна и положения, выносимые на защиту:
 усовершенствована математическая модель ФЭП, позволяющая
определить выходные энергетические характеристики ФЭП с учетом
интенсивности СИ, температуры окружающей среды, технических характеристик
и способа ориентации ФЭП в зависимости от географической широты места
расположения ФЭП, времени года и суток. Создан ПВК, реализующий
математическую модель ФЭП.
 разработана методика оптимизации структуры и параметров СДУ из
условия минимальной себестоимости электрической энергии, и создан ПВК,
отличающийся возможностью учитывать изменения реальной величины
выработки электрической энергии ФЭП и графиков нагрузки потребителя и
осуществляющий поиск оптимального соотношения генерирующих мощностей,
выбора оптимального единичного типоразмера оборудования.
 предложена методика принятия решений при выборе площадки для
размещения элементов СДУ, учитывающая комплекс технико-экономических,
климатических и экологических критериев с использованием теории
многокрительной оптимизации и метода экспертных оценок.
Практическая значимость работы.
На основе усовершенствованной модели ФЭП и методики оптимизации для
удобства использования и повышения эффективности выполнения расчетов
создан ПВК для проведения исследований выходных параметров ФЭП.
Разработана методика оптимизации структуры и параметров СДУ и,
реализующий её, ПВК, который позволяет выполнять оптимизацию СДУ в АСЭС
при проектировании.
Результаты диссертационной работы использованы в деятельности
Министерства топлива и энергетики Республики Тыва (приложение А).
Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры
«Общеинженерные дисциплины» ФГБОУ ВО «Тувинский государственный
университет» при проведении занятий по курсу «Возобновляемые источники
энергии» (ВИЭ) (приложение Б).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной
работы докладывались и обсуждались: на международном научно-практическом
форуме «Природные ресурсы и экология Дальневосточного региона», Хабаровск,
2012 г.; на Всероссийской научно-технической конференции с международным
участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования
энергоресурсов», Благовещенск, 2013 г., 2015 г., 2019 г.; на XIX Всероссийской
научно-технической конференции «Энергетика: эффективность, надежность,
безопасность», Томск, 2013 г., 2018 г., на Всероссийской научно-практической
конференции с международным участием «Актуальные вопросы энергетики»,
Омск, 2018 г., на Всероссийской научной конференции с международным
участием и XI научной молодежной школы «Возобновляемые источники
энергии», Москва, 2018 г., на ежегодной научно-практической конференции
молодых ученых, аспирантов и студентов Тувинского государственного
университета, Кызыл, 2012 г., 2017 г., 2019 г.
Диссертант участвовал в выполнении научно-исследовательских работ:
«Технико-экономическая оценка возможности использования ВИЭ на территории

1. Предложена методика расчёта интенсивности СИ, основанная на методе
Берда и дающая максимальные расхождения расчетных значений с
наблюдаемыми данными для актинометрической станции в г. Кызыле около 9 %.
Согласно результатам расчета среднегодовых значений интенсивности СИ на
горизонтальную поверхность, произведено районирование территории
Республики Тыва по двум солнечным зонам.
2. Усовершенствована математическая модель ФЭП, позволяющая
определить выходные энергетические характеристики ФЭП с учетом
интенсивности СИ, температуры окружающей среды, технических характеристик
и способа ориентации ФЭП в зависимости от географической широты места
расположения ФЭП, времени года и суток.
3. Для проведения расчётов и визуального отображения результатов и
графиков на ЭВМ математическая модель ФЭП была реализована в программной
среде имитационного моделирования «Delphi 7». Рассчитаны прогнозируемые
значения изменений интенсивности СИ и мощности ФЭП «SilaSolar 200 Вт» для
ряда изолированных поселков Республики Тыва.
4. Выполнена оценка влияния реальной величины выработки электрической
энергии ФЭП и графиков нагрузки потребителей на режимы работы АБ и ДГ.
5. Разработана методика оптимизации структуры и параметров СДУ с
учетом изменения реальной величины выработки электрической энергии ФЭП и
графиков нагрузки потребителя. Методика реализована в программной среде
«MATLAB». Получены практические результаты расчета оптимальной структуры
и параметров СДУ в поселках на территории Республики Тыва: себестоимость
электрической энергии составила 26 руб./кВт в поселке Кунгуртуг и 32 руб./кВт в
поселке Кызыл-Хая; денежный эквивалент «вытесненному» топливу составил в
поселке Кунгуртуг 2555,95 тыс. руб., в поселке Кызыл-Хая – 6142,5 тыс. руб.
6. Разработана методика выбора площадки для размещения элементов СДУ
с применением многокритериального подхода с использованием теории
многокрительной оптимизации и метода экспертных оценок. Представлены
результаты обоснованного выбора оптимального варианта площадки для
размещения СДУ в поселке Кунгуртуг.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Читать

    Читать «Совершенствование методов принятия решений по вводу мощностей автономных солнечно-дизельных установок (на примере Республики Тыва)»

    Публикации автора в научных журналах

    К.В. Кенден, К.Б. Сагаан-оол, Ю.Ч. Ондар //Омский научный вестник. – 2– № – С. 150
    Ресурсы гелиоэнергетики в Республике Тыва
    К.В.Кенден//Научно-техническиеведомостиСанкт-Петербургскогогосударственного политехнического университета. – 2– № 4(231) . – С. 7
    В.А. Тремясов, К.В. Кенден //Энергетика: управление, качество и эффективность использованияэнергоресурсов: Сборник трудов седьмой Всероссийской научно-техническойконференции с международным участием. – Благовещенск : ИздательствоАмГУ. – 2– С. 274
    К.В.Кенден, А.Э. Монгуш // Вестник Тувинского государственного университета.Технические и физико-математические науки. – 2015 – №3(26). – С. 93
    К.В. Кенден// Вестник Тувинского государственного университета. №3 Технические ифизико-математические науки. – 2– № 3 (34). – С. 20
    К.В. Кенден // Вестник Тувинского государственногоуниверситета. Технические и физико-математические науки. – 2– № 3 (46). – С. 52
    К.В.Кенден, С.М Сарыг-оол // Вестник Тувинского государственного университета.Технические и физико-математические науки. – 2– № – С. 31
    Фотоэлектрические и гидроэнергетические установки в системах автономного электроснабжения: монография
    В.А. Тремясов, К.В.Кенден // Красноярск: СФУ. – 2– 208 с.
    Анализ использования перспективных видов энергии в Республике Тыва
    К.В. Кенден // Вестник Тувинского государственногоуниверситета. Технические и физико-математические науки. – 2012 – № – С.68
    Анализ состояния энергоснабжения и исследование солнечного потенциала населенных пунктов Республики Тыва
    К.В. Кенден //Материалы IV республиканской научно-технической конференции «Развитиеинженерных технологий в строительстве и коммунальном хозяйстве». – Кызыл: РИО ТувГУ. – 2– С. 77
    Анализ экономической целесообразности применения ветроэнергетических установок в составе энергокомплексов
    О.А. Григорьева,В.А. Тремясов, К.В. Кенден // Природные ресурсы и экологияДальневосточного региона: материалы Международного научно-практическогофорума. – Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. Ун-та. – 2– С. 375
    Дизель-солнечные установки для электроснабжения отдаленных районов Республики Тыва
    К.В. Кенден, В.А. Тремясов //Энергетика: управление, качество и эффективность использованияэнергоресурсов: Сборник трудов седьмой Всероссийской научно-техническойконференции с международным участием. – Благовещенск: ИздательствоАмГУ. – 2– С. 274
    Использование солнечной энергии в системах электроснабжения населенных пунктов Тывы
    К.В. Кенден, В.А. Тремясов, А.В. Бобров // Энергетика: эффективность, надежность, безопасность: материалытрудов XIX Всероссийской научно-технической конференции / Томскийполитехнический университет, 4-6 декабря 2013 – Томск: Изд-во ООО «Скан» .– 2– Т.I. – C. 182
    Оценка надежности системы генерации малых ГЭС в изолированных энергосистемах
    В.А. Тремясов, К.В. Кенден, Т.В. Кривенко //Энергетика: управление, качество и эффективность использованияэнергоресурсов: Сборник трудов седьмой Всероссийской научно-техническойконференции с международным участием. – Благовещенск : ИздательствоАмГУ. – 2– С. 143
    Оптимизация структуры автономных солнечно-дизельных установок с аккумулированием электроэнергии
    В.А. Тремясов,К.В. Кенден,Т.В. Кривенко // Энергетика: управление, качество иэффективность использования энергоресурсов: сборник трудов восьмоймеждународной научно-технической конференции. – 2– С. 148
    Обзор методов расчета реальной вырабатываемой мощности фотоэлектрического преборазователя
    К.В. Кенден // В сборнике:Научные труды Тувинского государственного университета. Материалыежегодной научно-практической конференции преподавателей, сотрудников иаспирантов ТувГУ, посвященной Году экологии в Российской Федерации иГоду молодежных инициатив в Туве. – 2– С. 148
    Обзор методов оптимизации и программ моделирования автономных систем электроснабжения с использованием возобновляемых источников энергии
    К. В. Кенден, А. В. Кузнецов //Современные проблемы электроэнергетики и пути их решения : Материалы IIIВсероссийской научно-технической конференции, Махачкала, 21–22 декабря2018 года. – Махачкала: Дагестанский государственный техническийуниверситет. – 2– С. 218
    Перспективы развития децентрализованной энергетики в Республике Тыва
    С.А. Кужугет, К.В. Кенден // Актуальныевопросы энергетики: материалы Всероссийской научно-практическойконференции с международным участием. – 2– С. 185
    Электроснабжение села Тоолайлыг с использованием энергии малых рек
    С.А. Кужугет, К.В. Кенден // В сборнике: Актуальныепроблемы исследования этноэкологических и этнокультурных традицийнародов Саяно-Алтая. Материалы V-ой международной научно-практическойконференции молодых ученых, аспирантов и студентов. – 2– С. 176
    Использование энергии малых рек как альтернативный источник энергоснабжения села Тоолайлыг
    К.В., Кенден,С.А. Кужугет // В сборнике: энергетика: управление, качество и эффективностьиспользования энергоресурсов. Сборник трудов IX международной научно-технической конференции. – 2– С. 28

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Ольга Б. кандидат наук, доцент
    4.8 (373 отзыва)
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских... Читать все
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских диссертаций, дипломных и курсовых работ. Слежу за новинками в медицине.
    #Кандидатские #Магистерские
    566 Выполненных работ
    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ

    Последние выполненные заказы

    Другие учебные работы по предмету