наведено класифікацію зон електропостачання і їх градація по забезпеченості паливно-енергетичними ресурсами. Обґрунтовано необхідність підвищення ефективності енергопостачання і збільшення електрифікації ізольованих зон електроспоживання. Проведено аналіз різних способів електропостачання віддалених споживачів. Встановлена ​​низька ефективність електрифікації малих віддалених споживачів способом прокладки ліній електропередач. Наведено розрахунок, побудований графік залежності можливої ​​протяжності ліній електропередач від переданої потужності. Представлені альтернативні види малої розподіленої енергетики: Сонячна енергетика, біоенергетика, вітрові та приливні електростанції. Зроблено висновок про переважаючою поширеності дизельних електростанцій для електроживлення споживачів електроенергії у віддалених ізольованих зонах. Наведено позитивні якості дизельних електрогенераторів і проблеми, які потребують вирішення для підвищення ефективності їх експлуатації.

Анотація наукової статті з електротехніки, електронної техніки, інформаційних технологій, автор наукової роботи - Селіванов К.В.


ANALYSIS OF THE LAW DISCRIBUTED ELECTRICAL POWER SUPPLY METHODS

Classification of electrical power supply zones and their gradation by fuel and energy resources availability are given. Need for energy efficiency enhancement in insulated power consumption zones is proven. Analysis of various methods of power supply to remote consumers has been performed. Low efficiency of small remote consumers ' electrification by means of electrical power lines laying is established. The calculation is given; the diagram of probable power line length dependence on transmitted power is built. Alternative types of low distributed power production such as photovoltaics, bioenergetics, wind and tidal power plants are described. The conclusion on prevailing popularity of diesel power plants for electrical power supply to electrical power consumers in remote insulated zones is made. Advantages of diesel power generating units and challenging problems which should be solved for the purposes of operational efficiency enhancement are given.


Область наук:

  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології

  • Рік видавництва: 2017


    Журнал: Міжнародний науково-дослідний журнал


    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ СПОСОБІВ МАЛОГО розподілу ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ СПОСОБІВ МАЛОГО розподілу ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ»

    ?2. Nikulin O.V., Stenjashin V.Ju., Gazizullin A.R., Sharipov R.M. / Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlja JeVM № 2016661647 Direct Control TBN [The certificate on the state registration of the computer program]. Zajavl. 29.08.2016. Data registracii 17.10.2016. [In Russian]

    3. Mocohejn B.I., Parfenov B.M., Shpilevoj V.A. Jelektroprivod, jelektrooborudovanie i jelektrosnabzhenie burovyh ustanovok. [Electric, electrical and electricity supply drilling rigs] - Tjumen ', 1999. - 263 s. [In Russian]

    DOI: 10.23670 / IRJ.2017.55.173 Селіванов К.В.

    ORCID: 0000-0003-2938-5621, Кандидат технічних наук, Московський державний технічний університет ім. Н.е. Баумана АНАЛІЗ СПОСОБІВ МАЛОГО розподілу ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ

    анотація

    Наведено класифікацію зон електропостачання та їх градація по забезпеченості паливно-енергетичними ресурсами. Обґрунтовано необхідність підвищення ефективності енергопостачання і збільшення електрифікації ізольованих зон електроспоживання. Проведено аналіз різних способів електропостачання віддалених споживачів. Встановлена ​​низька ефективність електрифікації малих віддалених споживачів способом прокладки ліній електропередач. Наведено розрахунок, побудований графік залежності можливої ​​протяжності ліній електропередач від переданої потужності. Представлені альтернативні види малої розподіленої енергетики: сонячна енергетика, біоенергетика, вітрові та приливні електростанції. Зроблено висновок про переважаючою поширеності дизельних електростанцій для електроживлення споживачів електроенергії у віддалених ізольованих зонах. Наведено позитивні якості дизельних електрогенераторів і проблеми, які потребують вирішення для підвищення ефективності їх експлуатації.

    Ключові слова: електропостачання, зони електропостачання, лінії електропередач, мала розподілена енергетика, дизельні електростанції, якість електропостачання, електрифікація.

    Selivanov K.V.

    ORCID: 0000-0003-2938-5621, PhD in Engineering, Bauman Moscow State Technical University ANALYSIS OF THE LAW DISCRIBUTED ELECTRICAL POWER SUPPLY METHODS

    Abstract

    Classification of electrical power supply zones and their gradation by fuel and energy resources availability are given. Need for energy efficiency enhancement in insulated power consumption zones is proven. Analysis of various methods of power supply to remote consumers has been performed. Low efficiency of small remote consumers 'electrification by means of electrical power lines laying is established. The calculation is given; the diagram of probable power line length dependence on transmitted power is built. Alternative types of low distributed power production such as photovoltaics, bioenergetics, wind and tidal power plants are described. The conclusion on prevailing popularity of diesel power plants for electrical power supply to electrical power consumers in remote insulated zones is made. Advantages of diesel power generating units and challenging problems which should be solved for the purposes of operational efficiency enhancement are given.

    Keywords: electrical power supply, electrical power supply zones, electric power lines, low distributed power production, diesel power plants, electrical power supply quality, electrification.

    Енергопостачання в цілому можна назвати кровоносною системою народного господарства і економіки Росії.

    Основною частиною енергопостачання є електрифікація, значимість якої важко переоцінити для населення країни і народного господарства. Велика площа держави, мала населеність деяких областей і наявність віддалених промислових і ресурсовидобувних підприємств, проблеми генерації і передачі електроенергії залишають проблему електрифікації актуальною і зараз.

    На даний момент існує поділ електропостачання по централізації на три зони:

    • економічно розвинена зона централізованого (об'єднаного) електропостачання;

    • зони, які не належать до загальної системи електропостачання з великим власним централізованими енерговузла;

    • ізольовані зони з невеликими енерговузла і (або) власними джерелами малої розподіленої енергетики.

    Предметом дослідження даної статті є проблеми електропостачання ізольованих зон з невеликими енерговузла і малої розподіленої електроенергетикою. До цієї групи споживачів електроенергії відносяться малонаселені області, віддалені і малі підприємства різних галузей народного господарства, що знаходяться в ізольованих зонах. Географічне розташування споживачів даного виду - переважно Далекий Схід, Сибір і райони Півночі. В областях з високою і середньою щільністю населення також існують підприємства, ізольовані від центрального електропостачання, прикладом можна привести лісозаготівельні підприємства. Причиною ізоляції є їх значна віддаленість від населених пунктів і розпорошена географія лісозаготівель.

    Існує градація ізольованих зон електроспоживання [1] за ступенем забезпеченості паливно-енергетичними ресурсами (ПЕР):

    1. Зони, що володіють власними великими ПЕР, їх освоєними родовищами, і здатні самостійно забезпечувати свою потребу в електроенергії (Xaнти-Мансійський, Ненецький і Ямало-Ненецький

    автономні округи, Республіка Комі, Мурманська і Тюменська області та ін.);

    2. Зони, що не мають власних великих ПЕР, але добре забезпечені ними за рахунок розвиненої інфраструктури, великих ліній електропередач (ЛЕП) з донорських суміжних областей;

    3. Зони з відсутністю власних ПЕР і утрудненою їх доставкою в необхідних обсягах.

    Неелектрифіковані ізольовані зони мають високу промислову значимість, на їх території

    розташовані такі важливі галузі народного господарства, як підприємства аграрного комплексу (сільськогосподарські угіддя, області активного землеробства, скотарства, оленеводства і хутрового звірівництва, рибальства і мисливського промислу) і сировинного сектора (видобуток руди, дорогоцінних металів, вуглеводнів і лісозаготівлі).

    Забезпечення надійного та якісного електро- і енергопостачання малих віддалених поселень і виробничих областей, розпорошених по території Росії в даний момент, є технічною і економічною проблемою.

    Одним з варіантів вирішення цієї проблеми може бути їх підключення до централізованих джерел електроенергії шляхом будівництва ліній електропередач (ЛЕП) невеликої потужності або за допомогою використання електроенергії, отриманої з альтернативних джерел.

    Можливість будівництва ЛЕП до споживача електроенергії визначається двома найважливішими критеріями - встановлена ​​потужність об'єкта електрифікації та його віддаленість від найближчого пункту приєднання до централізованої ЛЕП.

    Існує параметр, визначений ГОСТ Р 54149-2010 «Норми якості електричної енергії в системах електропостачання загального призначення», на допустиме коливання напруги в лініях електропередач, яке повинно бути в межах ± 5%. Відхилення напруги щодо оптимального значення може бути виражене формулою [2,3]

    Р х I х 1 0 5 (1)

    ді% = ----

    з х Б х і 2 х у

    де:

    - відхилення напруги щодо номінального значення,%;

    Р - потужність передачі, кВт; - довжина лінії електропередач, м;

    с - коефіцієнт, що характеризує втрату напруги в лінії електропередачі;

    з * 2

    ь - перетин дроту, мм;

    і - номінальна напруга в лінії електропередачі, В;

    у - питома провідність матеріалу дроту, сім (м / (Ом х мм2)).

    Мінімальний перетин провідника (проводу) в ЛЕП невисокої потужності (до 160 кВт) частіше визначається фактором механічної міцності. Характеристики міцності ЛЕП повинні протистояти механічних пошкоджень і навантажень, створюваним вітром, снігом і обмерзанням. Мінімально задовольняє навантажувальним характеристикам є провід з перетином не нижче мм2. Лінії електропередач з проводами

    даного перетину розраховані для передачі потужності до 160 кВт. Загальноприйнятим є виконання ЛЕП малої потужності в сільській або малонаселеній пересіченій місцевості з алюмінієвого дроту, питома провідність якого у = 32,2 Сім (м / (Ом х мм2)).

    Визначальним фактором будівництва ЛЕП від місця підключення до споживачів можна визначити за формулою

    (2)

    1 ~ РхЮ5 '

    Залежність можливої ​​протяжності ліній електропередач з даними показниками від передавався потужності представлена ​​на графіку (рис. 1).

    З графіка видно, що використання більш високого розподільного напруги дозволяє збільшити протяжність ЛЕП при однаковому навантаженні і перетині провідника. На жаль, нескінченне збільшення напруги не представляється можливим; так, при 36 кВ лінію з навантаженням в 250 кВт і тими ж характеристиками можливо протягнути на 125 км, однак в цьому випадку ЛЕП працюватимуть з низьким коефіцієнтом завантаження, в режимах, близьких до режиму холостого ходу.

    Для більшості електроспоживачів в зонах відсутності ПЕР і слаборозвиненою інфраструктури електрифікація за допомогою будівництва ЛЕП недоцільна з огляду на дорожнечу будівництва і подальшої експлуатації ЛЕП.

    км;

    120: 00

    . 103.04

    100: 00 80:00 60:00 40:00 20:00 0:00

    -|-ЛЕП 6кВ -ЛЕПЮкВ Рис. 1 - Протяжність ліній електропередач в залежності від переданої потужності

    Альтернативою будівництва ЛЕП є використання малої розподіленої електроенергетики (МРЕ). МРЕ набула широкого поширення в ізольованих зонах електропостачання зі складною географією. На даний момент МРЕ включає близько 50 000 тис. Електростанцій, чия загальна потужність складає 17 млн. КВт. Загальна генерація електростанцій МРЕ становить 5% вироблюваної електроенергії в країні [4].

    Широке поширення в МРЕ отримали дизельні електростанції (ДЕС) завдяки великому діапазону вироблюваної потужності від 2кВт до 2,5 МВт; в залежності від необхідного обсягу електроспоживання вибирається ДЕС відповідної потужності. Мала питома витрата палива на одиницю виробленої енергії і поширеність дизельного палива збільшують рентабельність вироблюваної електроенергії даним методом. До переваг ДЕС перед іншими альтернативними джерелами електроенергії можна віднести високий ресурс роботи (в середньому до 40 000 мотогодин безперервної роботи), високу мобільність, простоту монтажу і експлуатації, високу надійність і ремонтопридатність.

    Незважаючи на значний термін успішної служби, ДЕС мають ряд недоліків і труднощів при експлуатації, від успіху вирішення яких залежить ефективність подальшого застосування зазначеного методу електрогенерації. Високий ступінь зношеності парку експлуатованих генераторів і відсутність можливості компенсації нерівномірності електроспоживання значно знижують ККД даного способу електрогенерації. Сукупність одержуваного невисокого ККД роботи ДЕС і весь час підвищується ціна на дизельне паливо і логістичні витрати його поставок, що виникають при забезпеченні їх роботи, ще більше піднімають собівартість виробленої ними електроенергії.

    На даний момент собівартість 1 Вт генерується ДЕС перевищує тарифну вартість електроенергії для фізичних осіб. Більш високі розцінки на електроенергію для промислових споживачів не компенсують ситуацію, що склалася, через що дана галузь є дотаційною з боку держави.

    Ріст і розвиток будь-якої дотаційною галузі народного господарства безпосередньо залежать від фактичного стану економіки держави, спонсорує цю галузь, що згубно впливає на розвиток галузі і виключає позитивний вплив відкритого ринку.

    Спроби вирішити виникаючі труднощі при експлуатації ДЕС знайшли себе в розробках альтернативних способів отримання електроенергії і їх застосуванні в якості генеруючих засобів малої розподіленої енергетики. До найбільш поширених альтернативних джерел електроенергії можна віднести сонячні батареї, малі гідрогенераторного станції на гірських річках, вітрові електрогенератори, електрогенеруючі станції припливів і відливів, генератори на біопаливі та інші. Великого поширення і істотної частки в загальній кількості генерується електроенергії жоден з перерахованих вище способів не отримав.

    Основним недоліком більшості способів генерації альтернативної електроенергетики є необхідність прив'язки електричних станцій до джерел вироблення електроенергії. Так, якщо ДЕС можна легко транспортувати до місця безпосереднього електроспоживання, а паливо доставляти туди ж, то вітрові, приливні, гідрогенеруючих і інші види електрогенерації можуть розташовуватися тільки в певних місцях, які, як правило, своїм місцем розташування віддалені від споживача електроенергії. Виробляється ними потужність не постійна і залежить від зовнішніх факторів.

    Позбавлені недоліків прив'язки до місцевості і можуть виробляти необхідну потужність способи альтернативної електроенергетики на основі використання різних видів біопалив. Найпоширенішим із способів генерації електроенергії з використанням біопалив є електрогенератор, який працює на біопаливі. Зазвичай використовують в якості біопалива дизельне паливо з присадкою в 5-35% рослинної складової, наприклад, ріпакової олії, проте зустрічаються варіанти з використанням 100% рослинного біопалива.

    Використання і виробництво різних сумішей біопалив є нерентабельними при сучасній ціні на нафту в області 50 $. Також існує моральний аспект даної проблеми, що полягає в тому, що, коли в деяких областях Землі існує голод, доводиться засаджувати величезні площі рапсовими культурами, які виснажують землі і роблять їх непридатними протягом декількох наступних років для землеробства і

    виробництва сільськогосподарської продукції. Також процес виробництва палива на рапсовій олії або палива з додаванням ріпакової олії трудомісткий і технічно складний. Окремо варто відзначити, що використання біопалив вимагає адаптації двигунів і має побічні негативні ефекти, непритаманні дизельному і бензиновому паливу в чистому вигляді [5].

    У частині перетворення сонячної енергії в електроенергію досвід зарубіжних країн показав, що в даний момент використання сонячних батарей в якості генераторів електроенергії неефективно і в даний момент нерентабельно, в деяких випадках сонячні батареї, виробивши свій термін експлуатації і будучи демонтованими або заміненими на нові, за час експлуатації не компенсували своєю собівартістю в перерахунку витрачених коштів на еквівалент виробленої електроенергії. Незважаючи на збитковість сонячної електроенергетики, зараз ряд видатних вчених, серед яких нобелівський лауреат Жорес Алфьоров, вважають, що майбутнє електроенергетики якраз в перетворенні енергії Сонця. Сонячна енергетика буде розвиватися і з часом стане основною, вже сьогодні її рекордний коефіцієнт корисної потужності становить 40%, на початку досліджень по отриманню електроенергії з сонячної енергії в 1954 році ККД становив 6%. На даний момент в Росії частка одержуваної електроенергії за коштами перетворення сонячної енергетики зникаюче мала.

    Проведений аналіз способів електропостачання віддалених та ізольованих електроспоживачів та засобів малої розподіленої електроенергетики показав, що в даний момент основна частка виробництва електроенергії в цьому секторі припадає на ДЕС. Саме на підвищення ефективності роботи ДЕС, забезпечення якості генерується електроенергії і надійності їх роботи як самого значимого виробника малої розподіленої електроенергетики необхідно зосереджувати зусилля наукової думки і промислового виробництва.

    Список літератури / References

    1. Суржикова, О. А. Проблеми та основні напрями розвитку електропостачання віддалених і малонаселених споживачів Росії / О. А. Суржикова // Вісник науки Сибіру. - 2012. - № 3 (4). - С. 103-108.

    2. ГОСТ Р 54149-2010 «Норми якості електричної енергії в системах електропостачання загального призначення».

    3. Сівков, А. А. Основи електропостачання: навчальний посібник / А. А. Сівков, Д. Ю. Герасимов, А. С. Сайгаш // Томський політехнічний університет. - Томськ: Изд-во Томського політехнічного університету, 2012. - 180 с.

    4. Суринов, А.Е. Російський статистичний щорічник / Е. А. Сурін, Н. С. Бугакова і ін. // М .: Стат.сб. / Росстат. - Р76. 2015р. - 728 с.

    5. Селіванов, К. В. Проблеми діагностування дизелів лісозаготівельних машин працюють на біопаливі / Ю. А. Шамарін, В. І. Панферов, В. М. Корнєєв // М .: Лісовий вісник / Вісник Московського державного університету лісу. № 5 (81). - 2011р. - с. 46-49.

    6. Попель, О. С. Перспективні застосування відновлюваних джерел енергії - в світовій практиці і в Росії. Наукова конференція фонду Сколково. Презентація. [Електронний ресурс]. URL: http://www.gosbook.ru/node/36164 (05.11.2014).

    Список літератури англійською мовою / References in English

    1. Surzhikova, O.A. Problemy i osnovnye napravlenija razvitija jelektrosnabzhenija udalennyh i malonaselennyh potrebitelej Rossii [Problems and main directions of development of power supply in remote and sparsely populated Russian consumers] / O.A. Surzhikova // Vestnik nauki Sibiri [Bulletin Siberia Science]. - 2012. - № 3 (4). - P. 103-108. [In Russian]

    2. GOST R 54149-2010 «Normy kachestva jelektricheskoj jenergii v sistemah jelektrosnabzhenija obshhego naznachenija» [Power quality limits in public electrical systems]. [In Russian]

    3. Sivkov, A.A. Osnovy jelektrosnabzhenija: uchebnoe posobie [Fundamentals of electricity: a training manual] / A.A. Sivkov, D.Ju. Gerasimov, A.S. Sajgash; Tomskij politehnicheskij universitet. [Tomsk Polytechnic University] - Tomsk: Iz d-vo Tomskogo politehnicheskogo universiteta, 2012. - 180 P. [in Russian]

    4. Surinov, A.E. Rossijskij statisticheskij ezhegodnik [Russian Statistical Yearbook] / Surin E.A., Bugakova N.S. i dr. // 2015: Stat.sb. / Rosstat. - R76 M., 2015. - 728 P. [in Russian]

    5. Selivanov, K.V. Problemy diagnostirovanija dizelej lesozagotovitel'nyh mashin rabotajushhih na biotoplive [Problems logging diagnosing diesel cars running on biofuels] / Ju.A. Shamarin, V.I. Panferov, V.M. Korneev // M .: Lesnoj vestnik [Forest Gazette] / Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa [Bulletin of Moscow State Forest University], № 5 (81) - 2011. - P. 46-49. [In Russian]

    6. Popel ', O.S. Perspektivnye primenenija vozobnovljaemyh istochnikov jenergii - v mirovoj praktike i v Rossii [Prospective application of renewable energy sources - in the world and in Russia]. Nauchnaja konferencija fonda Skolkovo. Prezentacija [Scientific conference Skolkovo Fund. Presentation]. (Jelektronnyj resurs) [Electronic resource] URL: http://www.gosbook.ru/node/36164 (05.11.2014).


    Ключові слова: ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ /ЗОНИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ /ЛІНІЇ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧ /МАЛА розподілу ЕНЕРГЕТИКА /LOW DISTRIBUTED POWER PRODUCTION /ДИЗЕЛЬНІ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ /DIESEL POWER PLANTS /ЯКІСТЬ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ /ELECTRICAL POWER SUPPLY QUALITY /ЕЛЕКТРИФІКАЦІЯ /ELECTRIFICATION /ELECTRICAL POWER SUPPLY /ELECTRICAL POWER SUPPLY ZONES /ELECTRIC POWER LINES

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити