МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВДЭС НА КАМЧАТКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
|
ПАСПОРТ ОБЪЕКТА 13
ВВЕДЕНИЕ 14
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ РФ 17
1.1 Актуальное состояние энергетики РФ 17
1.2 Тенденции развития энергетики мира 20
1.3 Законодательная поддержка и тенденции развития ВИЭ в РФ 24
1.4 Выводы к первой главе 27
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
ИЗОЛИРОВАННЫХ РЕГИОНОВ РФ 29
2.1 Анализ развития и состояния объектов генерации в изолированных
регионах 29
2.2 Особенности энергоснабжения изолированных регионов 36
2.3 Модернизация объектов генерации в изолированных территориях 37
2.4 Выводы ко второй главе 41
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ АРКТИЧЕСКОЙ ВДЭС . 42
3.1 Методика проектирования ВДЭС для условий Арктики с использованием
геоинформационных технологий 42
3.2 Состав и особенности ВДЭС для условий Арктики 47
3.3 Выводы к третьей главе 54
ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИС ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ 55
4.1 Актуальность использования геоинформационных технологий 55
4.2 Формирования слоев ГИС при проектирования ВДЭС в сложных
климатических условиях 57
4.3 Методика проектирования ГИС слоев 61
4.4 Выводы к четвертой главе 66
ГЛАВА 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВДЭС В КАМЧАТСКОМ КРАЕ в
пОСЕЛКЕ ТИЛИЧИКИ 67
5.1 Анализ энергоснабжения Камчатского края 67
5.1.1 Ветроэнергетика Камчатского края 72
5.2 Характеристика дизельных станций с. Тиличики 76
5.3 Логистика и доставка оборудования в с. Тиличики 81
5.4 Анализ графиков нагрузки 82
5.5 Определение площадки строительства ВЭС 83
5.5.1 Природно-климатические особенности региона строительства 83
5.5.2 Определение ВЭР 87
5.5.3 Определение зоны строительства ВЭС 94
5.6 Определение ВЭУ для ВДЭС с. Тиличики 99
5.6.1 Параметры ВЭУ 99
5.6.2 Компоновка ВДЭС и генеральный план объекта 102
5.7 Фундамент ВЭУ 103
5.8 Вывод по пятой главе 107
ГЛАВА 6. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЕКТА 109
6.1 Определение стоимостных показателей 109
6.2 Расчет экономических показателей 111
6.3 Вывод к шестой главе 117
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 118
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 120
ПРИЛОЖЕНИЯ 124
ВВЕДЕНИЕ 14
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ РФ 17
1.1 Актуальное состояние энергетики РФ 17
1.2 Тенденции развития энергетики мира 20
1.3 Законодательная поддержка и тенденции развития ВИЭ в РФ 24
1.4 Выводы к первой главе 27
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
ИЗОЛИРОВАННЫХ РЕГИОНОВ РФ 29
2.1 Анализ развития и состояния объектов генерации в изолированных
регионах 29
2.2 Особенности энергоснабжения изолированных регионов 36
2.3 Модернизация объектов генерации в изолированных территориях 37
2.4 Выводы ко второй главе 41
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ АРКТИЧЕСКОЙ ВДЭС . 42
3.1 Методика проектирования ВДЭС для условий Арктики с использованием
геоинформационных технологий 42
3.2 Состав и особенности ВДЭС для условий Арктики 47
3.3 Выводы к третьей главе 54
ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИС ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ 55
4.1 Актуальность использования геоинформационных технологий 55
4.2 Формирования слоев ГИС при проектирования ВДЭС в сложных
климатических условиях 57
4.3 Методика проектирования ГИС слоев 61
4.4 Выводы к четвертой главе 66
ГЛАВА 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВДЭС В КАМЧАТСКОМ КРАЕ в
пОСЕЛКЕ ТИЛИЧИКИ 67
5.1 Анализ энергоснабжения Камчатского края 67
5.1.1 Ветроэнергетика Камчатского края 72
5.2 Характеристика дизельных станций с. Тиличики 76
5.3 Логистика и доставка оборудования в с. Тиличики 81
5.4 Анализ графиков нагрузки 82
5.5 Определение площадки строительства ВЭС 83
5.5.1 Природно-климатические особенности региона строительства 83
5.5.2 Определение ВЭР 87
5.5.3 Определение зоны строительства ВЭС 94
5.6 Определение ВЭУ для ВДЭС с. Тиличики 99
5.6.1 Параметры ВЭУ 99
5.6.2 Компоновка ВДЭС и генеральный план объекта 102
5.7 Фундамент ВЭУ 103
5.8 Вывод по пятой главе 107
ГЛАВА 6. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЕКТА 109
6.1 Определение стоимостных показателей 109
6.2 Расчет экономических показателей 111
6.3 Вывод к шестой главе 117
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 118
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 120
ПРИЛОЖЕНИЯ 124
Мировая энергетика стремительно преображается, происходит энергопереход, который влияет не только на энергетическую сферу, но на экономику стран и мира, окружающую среду и мир в целом, по средством внедрения экологически чистых объектов возобновляемой энергетики. Одним из важных элементов энергоперехода РФ - децентрализация, заключающаяся в развитии распределенной энергетики в изолированных системах энергоснабжения. Актуально - определить новые решения в области производства, строительства и хранения электроэнергии с одновременным развитием умных сетей. Основное свойство развития изолированных систем энергоснабжения - близость к потребителю качественной энергии с минимальными затратами и субсидированием арктических и труднодоступных регионов. Таким образом, в работе отражены актуальные элементы энергоперехода РФ с целью улучшения энергетической, социальной и экологической сферы.
Цель работы - разработать методику для проектирования ВДЭС, адаптированной к суровым климатическим условиям с использованием геоинформационных технологий, интегрирующих базы данных, необходимые для автоматизации, совершенствования и упрощения проектирования энергокомплексов на базе ВИЭ с использованием ветрового ресурса в условиях недостаточных климатических данных.
Задачи исследования:
1. Провести аналитику современного развития энергетики, в частности ВИЭ, в мире и в РФ, определив основные тенденции. Сделать анализ современного состояния энергоснабжения в изолированных и труднодоступных регионах РФ, определив основные проблемы, и определить метод их решения, изучить политические особенности в отношении развития данных территорий. Дать оценку современному энергоразвитию рассматриваемых территорий.
2. Изучить рынок геоинформационных технологий, проанализировать базы данных для создания слоев. Определить необходимые параметры для ГИС- пространства, слои. Определить алгоритм работы в ГИС на примере одной из систем.
3. Создать методику проектирования Арктической ВДЭС с использованием
геоинформационных технологий. Изучить особенности при
проектировании, строительстве и эксплуатации ВДЭС в условиях холода. Методика должна содержать первостепенное решение проблем энергоустановок, этапы проектирования и строительства с учетом актуальных предпосылок к энергопереходу в РФ, созданию современных технологий энергоснабжения для изолированного энергоснабжения.
4. Запроектировать Арктическую ВДЭС по разработанной методике в Камчатском крае. Определить ДЭС для модернизации станции. Определить состав ВДЭС, разработать строительный план и схему работы станции, определить экономическую эффективность.
Перечень публикаций по теме работы:
1. Elistratov V.V., Bogun I.V., Kasina V.I. Optimization of Wind-Diesel Power
Plants Parameters and Placement for Power Supply of Russia’s Northern Regions Consumers 2019 16th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems, ELMA 2019 - Proceedings, № 8771647. DOI:
10.1109/ELMA.2019.8771647 (SCOPUS);
2. V.V Elistratov, I.V Bogun, V.I Kasina. Development of a Geoinformation System for the Design of Wind Power Facilities in the Russian Arctic Conditions. 4th International Scientific Conference “Arctic: History and Modernity”. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 302 (1), 2019, 012064. DOI:10.1088/1755-1315/302/1/012064 (SCOPUS);
3. Касина В.И. Использование геоинформационных систем при создании проектов в ветроэнергетике (РИНЦ, Неделя науки СПбПУ: материалы научного форума с международным участием. Инженерно-строительный институт, 2018, стр. 110-112);
4. Касина В.И.. Перспективы развития энергоснабжения изолированных
территорий России (РИНЦ, Неделя науки СПбПУ 2017: материалы научного форума с международным участием. Инженерно-строительный институт. Кафедра водохозяйственного и гидротехнического
строительства, 2017, стр. 318-321);
5. Касина В.И., Богун И.В. Создание слоя состояния энергоснабжения в ГИС для арктической зоны РФ (РИНЦ, Неделя науки СПбПУ 2019: материалы научного форума с международным участием. Инженерно-строительный институт, 2019, стр. 263-266);
6. Касина В.И., Богун И.В. Стратегия развития использования возобновляемых источников энергии (РИНЦ, Гидроэлектростанции в XXI веке: сборник материалов V Всероссийской научно-практической конференции, 2018, стр. 456-464).
Цель работы - разработать методику для проектирования ВДЭС, адаптированной к суровым климатическим условиям с использованием геоинформационных технологий, интегрирующих базы данных, необходимые для автоматизации, совершенствования и упрощения проектирования энергокомплексов на базе ВИЭ с использованием ветрового ресурса в условиях недостаточных климатических данных.
Задачи исследования:
1. Провести аналитику современного развития энергетики, в частности ВИЭ, в мире и в РФ, определив основные тенденции. Сделать анализ современного состояния энергоснабжения в изолированных и труднодоступных регионах РФ, определив основные проблемы, и определить метод их решения, изучить политические особенности в отношении развития данных территорий. Дать оценку современному энергоразвитию рассматриваемых территорий.
2. Изучить рынок геоинформационных технологий, проанализировать базы данных для создания слоев. Определить необходимые параметры для ГИС- пространства, слои. Определить алгоритм работы в ГИС на примере одной из систем.
3. Создать методику проектирования Арктической ВДЭС с использованием
геоинформационных технологий. Изучить особенности при
проектировании, строительстве и эксплуатации ВДЭС в условиях холода. Методика должна содержать первостепенное решение проблем энергоустановок, этапы проектирования и строительства с учетом актуальных предпосылок к энергопереходу в РФ, созданию современных технологий энергоснабжения для изолированного энергоснабжения.
4. Запроектировать Арктическую ВДЭС по разработанной методике в Камчатском крае. Определить ДЭС для модернизации станции. Определить состав ВДЭС, разработать строительный план и схему работы станции, определить экономическую эффективность.
Перечень публикаций по теме работы:
1. Elistratov V.V., Bogun I.V., Kasina V.I. Optimization of Wind-Diesel Power
Plants Parameters and Placement for Power Supply of Russia’s Northern Regions Consumers 2019 16th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems, ELMA 2019 - Proceedings, № 8771647. DOI:
10.1109/ELMA.2019.8771647 (SCOPUS);
2. V.V Elistratov, I.V Bogun, V.I Kasina. Development of a Geoinformation System for the Design of Wind Power Facilities in the Russian Arctic Conditions. 4th International Scientific Conference “Arctic: History and Modernity”. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 302 (1), 2019, 012064. DOI:10.1088/1755-1315/302/1/012064 (SCOPUS);
3. Касина В.И. Использование геоинформационных систем при создании проектов в ветроэнергетике (РИНЦ, Неделя науки СПбПУ: материалы научного форума с международным участием. Инженерно-строительный институт, 2018, стр. 110-112);
4. Касина В.И.. Перспективы развития энергоснабжения изолированных
территорий России (РИНЦ, Неделя науки СПбПУ 2017: материалы научного форума с международным участием. Инженерно-строительный институт. Кафедра водохозяйственного и гидротехнического
строительства, 2017, стр. 318-321);
5. Касина В.И., Богун И.В. Создание слоя состояния энергоснабжения в ГИС для арктической зоны РФ (РИНЦ, Неделя науки СПбПУ 2019: материалы научного форума с международным участием. Инженерно-строительный институт, 2019, стр. 263-266);
6. Касина В.И., Богун И.В. Стратегия развития использования возобновляемых источников энергии (РИНЦ, Гидроэлектростанции в XXI веке: сборник материалов V Всероссийской научно-практической конференции, 2018, стр. 456-464).
В результате выполнения ВКР «Методика проектирования ВДЭС на Камчатке с использованием геоинформационных технологий» получены следующие результаты:
1. Проведен анализ состояния энергоснабжения изолированных и труднодоступных регионов РФ. Суммарная выработка электрической энергии генерирующими объектами в изолированных и труднодоступных регионах - около 1161 МВт-ч за год, установленная мощность - более 770 МВт. В настоящее время в России в изолированных и труднодоступных местах функционирует более 30 ЭК на базе ВИЭ (ВДЭС, СДЭС, ВЭС-СЭС- ДЭС) для автономного энергоснабжения удаленных потребителей.
2. В Камчатском крае эксплуатируется более 25 ДЭС, мощностью 72,5 МВт и выработкой энергии 125 МВт-ч в год. На нужды энергоснабжения доставляется более 30 тыс. т дизельного топлива. Стоимость электроэнергии производимой от ДЭС колеблется от 38 до 63 руб/кВт-ч.
3. В работе выполнен анализ геоинформационных систем для проектирования систем энергоснабжения на основе ВИЭ в изолированных зонах и предложено использование комплекса QGIS.
4. Разработана структура ГИС для проектирования ВДЭС в изолированной системе энергоснабжения с суровыми климатическими условиями, необходимые слои: административный, экономический, геологический, энергетический, климатический и ресурсный. Созданы слои в данном программном комплексе содержащие информацию о ветровом потоке на высоте 50 м и 100 м, данные ДЭС в изолированной системе энергоснабжения в девяти регионах (349 ДЭС) и представлены энергетические сети.
5. На основе разработанной методики запроектирован ветро-дизельный ЭК в с. Тиличики Камчатского края, состоящий из 12 ДГУ м суммарной
мощностью 11 МВт и 10 ВЭУ Ghrepower FD25-100 арктического исполнения мощностью 1,2 МВт.
6. В результате внедрения ВЭС доля замещения ДТ составила 27%, годовая выработка 6165 МВт-ч в год, КИУМ - 52,6%; себестоимость производства электроэнергии снизилась с 54 до 37 руб/кВт-ч
7. Капитальные затраты по проекту, включая проектно-изыскательные работы, оплату ветроэлектрического оборудования, строительно - монтажные работы, пуско-наладочные работы и доставку составили 346,5 млн. руб;
8. Простой срок окупаемости проекта составляет 4 года, дисконтированный - 8 лет; дисконтированный индекс доходности 1,86, чистая приведенная стоимость 297 млн. руб, внутренняя норма доходности равна 19,85%.
1. Проведен анализ состояния энергоснабжения изолированных и труднодоступных регионов РФ. Суммарная выработка электрической энергии генерирующими объектами в изолированных и труднодоступных регионах - около 1161 МВт-ч за год, установленная мощность - более 770 МВт. В настоящее время в России в изолированных и труднодоступных местах функционирует более 30 ЭК на базе ВИЭ (ВДЭС, СДЭС, ВЭС-СЭС- ДЭС) для автономного энергоснабжения удаленных потребителей.
2. В Камчатском крае эксплуатируется более 25 ДЭС, мощностью 72,5 МВт и выработкой энергии 125 МВт-ч в год. На нужды энергоснабжения доставляется более 30 тыс. т дизельного топлива. Стоимость электроэнергии производимой от ДЭС колеблется от 38 до 63 руб/кВт-ч.
3. В работе выполнен анализ геоинформационных систем для проектирования систем энергоснабжения на основе ВИЭ в изолированных зонах и предложено использование комплекса QGIS.
4. Разработана структура ГИС для проектирования ВДЭС в изолированной системе энергоснабжения с суровыми климатическими условиями, необходимые слои: административный, экономический, геологический, энергетический, климатический и ресурсный. Созданы слои в данном программном комплексе содержащие информацию о ветровом потоке на высоте 50 м и 100 м, данные ДЭС в изолированной системе энергоснабжения в девяти регионах (349 ДЭС) и представлены энергетические сети.
5. На основе разработанной методики запроектирован ветро-дизельный ЭК в с. Тиличики Камчатского края, состоящий из 12 ДГУ м суммарной
мощностью 11 МВт и 10 ВЭУ Ghrepower FD25-100 арктического исполнения мощностью 1,2 МВт.
6. В результате внедрения ВЭС доля замещения ДТ составила 27%, годовая выработка 6165 МВт-ч в год, КИУМ - 52,6%; себестоимость производства электроэнергии снизилась с 54 до 37 руб/кВт-ч
7. Капитальные затраты по проекту, включая проектно-изыскательные работы, оплату ветроэлектрического оборудования, строительно - монтажные работы, пуско-наладочные работы и доставку составили 346,5 млн. руб;
8. Простой срок окупаемости проекта составляет 4 года, дисконтированный - 8 лет; дисконтированный индекс доходности 1,86, чистая приведенная стоимость 297 млн. руб, внутренняя норма доходности равна 19,85%.