Оценка перспективности использования ветродизельных электростанций для электроснабжения НПС

Введение 4
1 Перспективы использования возобновляемых источников энергии в автономных электроэнергетических системах 8
1.1 Проблемы традиционных источников энергии в децентрализованных системах электроснабжения 10
1.2 Особенности нетрадиционных источников энергии 14
1.3 Автономное электроснабжение районов крайнего Севера с использованием возобновляемых источников энергии 16
2 Использование ветродизельных электростанций в настоящее время 19
2.1 Варианты построения ветродизельных электростанций 19
2.2 Ветродизельные электростанции в районе крайнего Севера. ВДЭС Амдерма 31
3 Электроснабжение нефтеперекачивающих станций 34
3.1 Особенности схем электроснабжения НПС 34
3.2 Основное электрооборудование НПС 37
4 НПС в условиях крайнего Севера 41
4.1 Актуальность использования ВДЭС в качестве основного источника энергии для электроснабжения НПС 41
4.2 ВДЭС НПС Пайяха-Бухта Север 44
4.2.1 Основные этапы проектирования ветродизельной электростанции и методика оценки экономической эффективности проекта 45
4.2.2 Проектирование ветродизельной электростанции 48
4.2.3 Результаты эффективности использования ВДЭС в качестве основного источника энергии для электроснабжений НПС 57
Заключение 61
Список сокращений и условных обозначений 62
Список терминов 64
Список использованных источников 65
Приложение А 72
Приложение Б 73
Приложение В 74
Приложение Г 75
Приложение Д 76

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность темы. Одними из наиболее эффективных средств транспортировки нефти и нефтепродуктов по территории России являются магистральные трубопроводы. Магистральные нефтепроводы и нефтепродуктопроводы – инженерные сооружения, состоящие из подземных, подводных, наземных и надземных трубопроводов протяженностью свыше 50 км диаметром от 219 до 1220 мм включительно и связанных с ними нефтеперекачивающих станций (НПС), хранилищ нефти (нефтепродуктов) и других технологических объектов, обеспечивающих транспортировку, приемку, сдачу этих видов продукции потребителям или перевалку ее на другой вид транспорта.
В Российской Федерации система трубопроводного транспорта занимает 90% объемов всей перекачки нефти, нефтепродуктов и газа, а сама стоимость транспортировки практически в десять раз меньше, чем в любом другом виде транспорта. Согласно данным Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий на конец 2021 года протяженность магистральных нефтепроводов в России составила 46,7 тыс. км, при средней их длине около 1000 км.
В системе магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов насосные станции, помимо самого трубопровода и вспомогательных систем, являются краеугольным камнем всей системы трубопроводного транспорта в целом.
Расположение станций проектируется на основе результатов гидравлических расчётов. В основном, станции располагаются, на расстоянии 50 – 150 км друг от друга. Сами по себе НПС являются частью магистральной трубопроводной системы, но являются наиболее энергозатратной её частью.
Однако, некоторая часть промысла добычи нефти и газа располагается в удаленных регионах с децентрализованной энергосистемой. Такие предприятия, зачастую, автономны. НПС же в силу своего расположения может находиться слишком далеко от ближайших источников энергии, что создает трудности при проектировании её системы электроснабжения и приводит к дополнительным капитальным затратам на строительство линий электропередач. Основными проблемами энергоснабжения таких, изолированных от энергосистем, потребителей являются дальний транспорт топлива для локальных дизельных электростанций (ДЭС) и зависимость от его поставок. В наиболее труднодоступных районах эти проблемы усугубляются многозвенной транспортной схемой и ограниченностью сроков сезонного завоза. Одним из перспективных направлений развития автономного энергоснабжения, позволяющих в значительной степени решить проблемы ДЭС, является возобновляемая энергетика, в частности ветроэнергетика. Более 30% всех ДЭС расположено в северных районах, в которых доля ДЭС в суммарной выработке электроэнергии достигает 12-15% в отличие от других регионов, где этот показатель в основном не превышает 1%. Дизельные электростанции и котельные зачастую находятся в неудовлетворительном состоянии. Моторесурс практически исчерпан: износ агрегатов достигает 80-90%.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Перспективы использования возобновляемых источников энергии в автономных электроэнергетических системах

К числу важнейших направлений развития систем энергоснабжения изолированных потребителей, обеспечивающих повышение качества и экономической эффективности электро- и теплоснабжения за счет снижения потребления топлива, наряду с реконструкцией, является применение возобновляемых источников энергии.
Проекты сооружений, использующих возобновляемые источники энергии (ВИЭ) в нашей стране пока не являются коммерчески привлекательными проектами [1]. Вместе с тем, в ряде случаев, особенно для суровых северных условий, окупаемость проектов сооружения конкретных ВИЭ может быть обеспечена сокращением дотаций из бюджета на энергоснабжение потребителей за счет снижения потребления дорогого привозного дизельного топлива [1-4]. Поэтому использование ВИЭ в первую очередь целесообразно в удаленных населенных пунктах с высокой стоимостью топлива и наилучшими показателями потенциала возобновляемых энергоресурсов.
В наиболее развитых странах использование ВИЭ является приоритетным направлением [2, 4, 5]. В настоящее время на рынке альтернативной энергетики доминируют компании из США, Европы, Китая и Японии.
Основу современной энергетики составляют:
- тепловые электростанции - 67%;
- гидроэлектростанции - 15%;
- атомные электростанции - 17%;
- ВИЭ - <1%.
Современной тенденцией развития энергетики является стремление к сбалансированности энергорайонов, повышение надежности электроснабжения потребителей. Дефицит энергоресурсов сегодня называют главным сдерживающим фактором дальнейшего экономического роста страны [3]. Для поддержания роста ВВП России должны появляться новые производственные мощности, что без увеличения потребления электроэнергии невозможно, между тем дефицит электроэнергии постоянно нарастает [4]. Более того, доля затрат на энергетику составляет значимую часть себестоимости продукции и услуг, производимых отечественными предприятиями, и дальнейший неоптимальный рост цен на энергоносители может привести к неконкурентоспособности наших производителей.
В отличие от большой энергетики, которая наращивает свои мощности привлечением значительных инвестиций, малая энергетика способна за считанные месяцы увеличить мощности для непосредственных потребителей, тем самым закрыв часть проблем и позволив большой энергетике перенаправить освободившиеся мощности в другую сферу [1]. Важное место в стратегии развития электроэнергетики занимают автономные системы электроснабжения (АСЭ). В последнее время АСЭ получают все более широкое распространение в системе электроснабжения не только специального, но и общего применения.
Указанные электроэнергетические системы используются почти во всех областях народного хозяйства. Их самыми большими потребителями являются топливно-энергетический, агропромышленный и машиностроительный комплексы страны [2]. Области применения таких систем охватывают различного рода электроагрегаты (стационарные, судовые, передвижные) и управляемые электромеханические системы (строительно-дорожные, транспортные, ветроэнергетические установки и малые ГЭС, генераторы, которые работают на статические преобразователи частоты и электромашинные агрегаты), системы бесперебойного питания ответственных потребителей, в том числе современных вычислительных комплексов. Необходимость в АСЭ возникает там, где технически невозможно или экономически невыгодно использовать централизованное электроснабжение, например, на передвижных или труднодоступных объектах, отдаленных от больших электрических систем [5].
АСЭ находят широкое применение в промышленности, строительстве, сельском и коммунальном хозяйствах. Они работают на предприятиях, в аэро-, морских и речных портах, в энергоблоках больниц, в фермерских хозяйствах, в системах аварийного энергоснабжения, на объектах оборонного комплекса - везде, где необходима электроэнергия, а сеть или отдалена, или работает с перебоями.
Основу малой энергетики в настоящее время составляют до 50 тысяч различных, преимущественно дизельных электростанций , составляющих более 98 % от общего числа, средней единичной мощностью – 340 кВт и суммарной мощностью 17 млн. кВт, что является 8 % от общей установленной мощности, вырабатывающих до 50 млрд. кВт·ч и потребляющих 17 млн. тонн условного топлива в год [1].
Основными препятствиями для развития автономной энергетики являются:
- отсутствие работающих экономических механизмов и мер, стимулирующих ее развитие, в том числе слабая проработанность правил продажи электроэнергии и мощности малой генерации на розничном рынке;
- плохая приспособленность структур российской электроэнергетики и производства тепла к расширению участия в них малых энергетических установок (как на основе традиционных видов топлива, так и ВИЭ);
- отсутствие механизмов тарифной поддержки малой генерации в сфере ЖКХ, в итоге - отсутствие заказчика на использование малой генерации в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ);
- сложности технологического присоединения генерирующих установок к единой сети;
- затрудненность в получении квот на природный газ для малых генерирующих установок.
Накопившиеся проблемы в энергоснабжении изолированных потребителей требует решения следующих задач:
- развитие систем энергоснабжения изолированных потребителей, снижение объемов завозимого топлива в труднодоступные и северные районы и уменьшение зависимости энергоисточников в этих районах от сезонного завоза топлива;
- улучшение технического состояния энергетического хозяйства изолированных потребителей, снижение удельных расходов топлива и повышение экономической эффективности систем энергоснабжения;
- уменьшение бюджетных дотаций и расходов на энергоснабжение изолированных потребителей.
Проблема электроснабжения автономных потребителей имеет особую значимость, поскольку большая часть ее территории находится в суровых климатических зонах, и требования к надежности систем электроснабжения должны быть очень жесткими. Теплоснабжение населенных пунктов и промышленных предприятий также зависит от надежности систем электроснабжения и качества поставляемой энергии.

Весь текст будет доступен после покупки

1. 3атопляев, Б. С. Место малой энергетики в энергетическом балансе России / Б. С. 3атопляев, И.Я. Редько // Малая энергетика, 2004. – №1. – С.4–11
2. Удалов, С. Н. Возобновляемые источники энергии : учебник / С. Н. Удалов. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2009. – 432с.
3. Возобновляемая энергия в России. От возможности к реальности. // О ОЭСР/МЭА, 2004, – 120 с
4. Григораш, О. В. Автономные системы электроснабжения на возобновляемых источниках энергии / О. В. Григораш, П. Г. Корзенков // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2013. – № 93. – С. 646–658.
5. Попель О. С. Автономные энергоустановки на возобновляемых источниках энергии / О. С. Попель // Энергосбережение. – 2006. – № 3. – С. 70–75.
6. Быков, Е. Н. Энергосбережение и энергоэффективность с использованием возобновляемых источников энергии / Е. Н. Быков, В. В. Елистратов, К. Л. Пруненко // Материалы Ямальского инновационного форума. – Новый Уренгой 13–15 октября. – 2010 г.
7. Таймырский район принял северный завоз горючего // GpArctic : [сайт]. – 2022. – 14 окт. – URL: https://goarctic.ru/news/taymyrskiy-rayon-prinyal-severnyy-zavoz-goryuchego/ (Дата обращения 24.03.2023).
8. Елистратов В. В. АВТОНОМНОЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ ТЕРРИТОРИЙ РОССИИ ЭНЕРГОКОМПЛЕКСАМИ НА БАЗЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ / В. В. Елистратов // Энергетический вестник. – №21. – С. 42–49.
9. Голубчиков С. Е. Энергетика севера: проблемы и пути их решения / С. Е. Голубчиков // Энергия. – 2002. – N 11. – С. 35–39.
10. Елистратов, В. В. Ветродизельные электростанции для автономного энергоснабжения северных территорий России / В. В. Елистратов, М. А. Конищев // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. – 2014. – № 11(151). – С. 62–71.
11. Лукутин Б. В., Муравлев И. О., Плотников И. А. Системы электроснабжения с ветровыми и солнечными электростанциями: учебное пособие / Б. В. Лукутин, И. О. Муравлев, И. А. Плотников – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2015. – 128 с.
12. Бобров, А. В. Электроснабжение северных населенных пунктов на основе ветродизельных комплексов : специальность 05.14.01 «Энергетические системы и комплексы» : дисертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Бобров Алексей Васильевич ; СФУ. – Красноярск, 2010. – 186 с.

Весь текст будет доступен после покупки