Автономная ветроэлектростанция и топливная электростанция

При совместном использовании ветроэнергетической установки с автономной топливной электростанцией первая используется как разгрузочный источник энергии. Вероятность энергообеспечения при этом очень высокая (приблизительно равна вероятности энергообеспечения при сетевом электроснабжении) и ограничивается только техническим состоянием преобразователей энергии.

Целесообразность применения ветроэнергетической установки для разгрузки топливной электростанции определяется экономией топлива. Однако, при этом неизбежны дополнительные затраты на сооружение ветроэнергетической установки.

Общие затраты на создание автономной системы электроснабжения (которые являются критерием оптимальности) при этом будут иметь следующие составляющие:

S = S_ВУ + S_ЭС + S_Т (10.34)

где: S_ВУ – стоимость ветроэнергетической установки, руб;

S_ЭС – стоимость топливной электростанции, руб;

S_Т – стоимость топлива, руб.

Так как стоимость топлива пропорциональна сроку эксплуатации автономной системы электроснабжения, то затраты необходимо учитывать за весь срок ее службы (10 лет).

Стоимость топливной электростанции зависит только от нагрузки и не изменяется в зависимости от стоимости ветроэнергетической установки и топлива. Это позволяет исключить последнее слагаемое из дальнейшего анализа. В этом случае целевую функцию можно представить в следующем виде:

S = S_ВУ + S_Т → min (10.35)

Стоимость топлива определяется через среднюю нагрузку по формуле:

(10.36)

где: k_Т – цена топлива, руб/кг;

t – время работы электростанции, час;

m – теплотворная способность топлива, кВт.ч/кг;

η_ЭС – к.п.д. электростанции.

С учетом этого, целевая функция при принятом критерии оптимальности приобретает следующий вид:

(10.37)

При ограничении

0.65Fη_ВУ v_j³ ≤ N_H (10.38)

Следует отметить, что цена топлива и удельная стоимость ветроэнергетической установки увеличиваются с течением времени, то есть, необходимо учитывать возможную инфляцию. При десятилетнем расчетном периоде эксплуатации автономной системы электроснабжения цена топлива уточняется следующим образом:

k_Тt = k_Т (1 + а) ^t (10.39)

На рисунке 10.7 в качестве примера показан график изменения целевой функции для климатических условий Ростовской области. При этом принято: k_BУ = 1,0 тыс. руб/м², k_Т = 15 руб/кг.

Как видно из приведенного рисунка, рабочая скорость ветра имеет оптимальные значения, которые определяют оптимальные размеры ветроколеса (ометаемую площадь). На рисунке 10.8 показан график целевой функции в зависимости от рабочей скорости ветра для среднесуточной нагрузки 500 Вт. Расчет рабочей скорости ветра для других значений среднесуточной нагрузки показал, что она остается низменной.

Рисунок 10.7. Реализация целевой функции оптимизации параметров