Оптимальная стратегия электропотребления при наличии собственной фотоэлектрической генерации

Размещено на http://www.allbest.ru

Оптимальная стратегия электропотребления при наличии СОБСТВЕННОЙ фотоэлектрической генерации

Ременюк Н.В., Минина В.А., Самойленко В.О.

ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента

России Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург, Россия

n.v.remenyuk@mail.ru, ver.minina@gmail.com

Аннотация

Состояние вопроса: В связи с постепенным распространением распределенной фотоэлектрической генерации в отдельных энергосистемах в составе ЕЭС актуальным является исследование ее влияния на стратегию электропотребления в условиях розничного рынка электроэнергии и мощности. При наличии у потребителей собственной фотоэлектрической генерации оптимальная стратегия электропотребления зависит как от факторов, влияющих на мощность генерации и выработку электроэнергии, так и от параметров розничного рынка.

Материалы и методы: При проведении исследования использовались методы математического анализа и оптимизации. При выполнении расчетов проводилось математическое моделирование покрытия графиков нагрузок фотоэлектрической генерацией.

Результаты: Подготовлены рекомендации по оптимизации графика электрической нагрузки при наличии собственной фотоэлектрической генерации с учетом сезонности, зависимости энергетических режимов генерации от погодных условий, степени соответствия поясного и истинного солнечного времени, выбора ценовых категорий розничного рынка.

Выводы: На основе проведенного анализа были сделаны выводы об оптимальной стратегии электропотребления в условиях розничного рынка электроэнергии при наличии потребительской фотоэлектрической генерации. Данные рекомендации актуальны для потребителей электроэнергии, а также для энергосбытовых и сетевых компаний при планировании технико-экономических показателей деятельности.

Ключевые слова: возобновляемые источники энергии (ВИЭ); солнечная энергетика; фотоэлектрическая генерация; суточный график потребления энергии; суточный график солнечной генерации; рынки электроэнергии.

Abstract

Background: Due to the gradual spread of distributed photovoltaic (PV) generation in certain power systems of the United Power System, the issue of its influence on the strategy of power consumption in the retail electricity market is urgent nowadays. In case when consumers have their own PV generation, the optimal power consumption strategy depends upon factors influencing PV power and energy output as well as parameters of retail electricity market.

Materials and Methods: The study includes methods of mathematical analysis and optimization. The calculations were carried out by means of a mathematical simulation of the coverage of the load graphs by PV generation.

Results: A guide for optimizing the electric load schedule using consumer's photovoltaic generation was made. The seasonality, the dependence of the energy generation modes upon weather conditions, the correspondence of local time and local solar time, and the price categories of the retail market are considered.

Conclusions: Based on the analysis, the conclusions about the optimal strategy of electricity consumption in the retail electricity market in case when consumers have their own PV generation were made. These recommendations are relevant for consumers, for energy retailers and grid companies when planning technical and economic performance indicators.

Key words: renewable energy sources; solar energy; photovoltaic power generation; daily curve of energy consumption; daily curve of solar generation; energy markets.

Введение

Одним из самых перспективных видов генерации на основе ВИЭ является фотоэлектрическая генерация [1]. В ходе работы был проведен анализ погодных условий Уральского региона в разные времена года на примере города Екатеринбурга. Дневная сумма солнечной энергии здесь составляет в летнее время 5,72 кВт*ч/м² [2], что является средним показателем по России. К тому же, в [3] было показано, что регион обладает значительным потенциалом для внедрения фотоэлектрической генерации, что и происходит в настоящее время.

Постепенное распространение распределенной фотоэлектрической генерации в отдельных энергосистемах в составе ЕЭС вносит коррективы в стратегию электропотребления в условиях розничного рынка электроэнергии и мощности. Исследование этого влияния и анализ факторов, влияющих на оптимальную стратегию электропотребления, представлены в данной работе. Исследование проводилось для потребителей 1 и 2 ценовых категорий, составляющих примерно 70%, от общего объема потребления юридическими лицами. электрический нагрузка генерация энергетический

Методика расчета

Исследование проводилось на основе фотоэлектрической панели CETC NES36-5-60M мощностью 60 Вт. Для фотоэлектрической панели была определена мощность для 4 сезонов. Расчеты выполнялись по формуле (1):

где - максимальная мощность панели, (Вт);

- интенсивность прямого излучения в течение дня, (Вт/м²);

- мощность инсоляции на земной поверхности на одном квадратном метре, (Вт/ м²).

На следующем этапе проводилось математическое моделирование покрытия графиков нагрузок фотоэлектрической генерацией. Для этого строились графики цен на электроэнергию для двух ценовых категорий:

1 ценовая категория - расчеты по данному тарифу осуществляются для объемов потребления, определенных в целом за месяц. По первой ценовой категории рассчитывается большинство потребителей.

2 ценовая категория - расчеты осуществляются для каждой зоны суток отдельно. Далее все полученные стоимости суммируются. Вторую ценовую категорию выбирают те потребители, которые имеют преимущественно внепиковый характер работы.

Также был рассчитан сдвиг астрономического времени точки потребления электроэнергии в положительную/отрицательную сторону относительно поясного времени между крайними координатами часовых поясов России по формуле (2). Например, для крайних точек 5 часового пояса (западная точка - Оренбургская область, восточная - Ханты-Мансийский Автономный округ (ХМАО)) расчет выглядит следующим образом:

где Долгота - координата граничной точки (восточная «?», западная «+»), (град); - номер часового пояса.

Для Оренбургской области расчет выглядит следующим образом:

Для ХМАО:

Таким образом, разница во времени между крайними точками 5 часового пояса составляет:

Результаты расчета представлены в таблице 1.

Графики генерации со сдвигом, совмещенные с графиками ценовых категорий представлены на рис. 1-4.

Можно заметить, что в разное время года продолжительность светового дня меняется и, соответственно, меняется мощность и выработка солнечной генерации. Минимум и максимум генерации приходятся на дни зимнего и летнего солнцестояния, соответственно. Стоит также сказать, что на выработку солнечной энергии влияют такие факторы, как погодные условия: облачность, осадки, температура воздуха и т.д.

Для оценки возможности покрытия графиков нагрузок фотоэлектрической генерацией были построены графики долей покрытия нагрузки для 4 сезонов. Они показаны на рис. 5-8.

Таблица 1 - Сдвиг времени между крайними координатами часовых поясов России

Рисунок 1-4 - Графики ФЭ генерации для 4 сезонов, совмещенные с графиками ценовых категорий, со сдвигом астрономического времени точки потребления электроэнергии в положительную (зап.) и отрицательную сторону относительно поясного времени

Выводы и рекомендации

Исходя из полученных графиков генерации со смещением астрономического времени точки потребления электроэнергии в положительную или отрицательную сторону относительно поясного времени и графиков покрытия нагрузки фотоэлектрической генерацией, можно сделать следующие выводы:

1. Для потребителей 1 ЦК:

В данном случае временной сдвиг не влияет на оптимальность потребления электроэнергии, т.к. на протяжении всего дня цена на энергию стабильна.

2. Для потребителей 2 ЦК (2 зоны):

При расчете потребителей по данной ЦК наилучшим вариантом является сдвиг точки потребления энергии в положительную сторону, т.е. в сторону западной границы часового пояса. Тогда при самой высокой цене на энергию ФЭ генерацией будет покрываться: в зимнее и осеннее время года до 70% и 90% нагрузки соответственно, а в летнее и весеннее - до 100% нагрузки.

3. Для потребителей 2 ЦК (3 зоны):

В летнем периоде выгоден сдвиг времени точки потребления ЭЭ в отрицательную сторону (в сторону восточной границы часового пояса). В этом случае в утренние пиковые часы (7:00-11:00), где ЭЭ самая дорогая, ФЭ генерацией можно покрыть от 80 до 100% нагрузки, т.е. ФЭ панелью за это время будет вырабатываться от 48 до 60 Вт*ч, а, в общем, за эти 5 часов - 280 Вт*ч.

Для остальных периодов аналогично, выгодно смещение в отрицательную сторону. Тогда пик мощности будет попадать на период высокой стоимости ЭЭ, тем самым позволяя покрыть наиболее дорогую ЭЭ. В осенний и зимний период нагрузка покрывается лишь частично, но и это дает значительную экономию.

Рис. 5-8 - Графики покрытия нагрузки фотоэлектрической генерацией для 4 сезонов

Рекомендации: при сдвиге времени точки потребления ЭЭ в отрицательную сторону, следует использовать ФЭ генерацию для покрытия нагрузки, рассчитываемой по 2 ЦК с 3 зонами. А в случае, когда сдвиг происходит в положительную сторону - для 2 ЦК с 2 зонами.

Можно заметить, что в зимний и осенний сезоны пик нагрузки острее, по сравнению с летом и весной. В связи с этим зимой и осенью нагрузку необходимо планировать точнее, так как от этого сильно зависят затраты на оплату электроэнергии. Здесь же можно отметить, что графики ФЭ генерации зимнего и осеннего сезонов схожи друг с другом, так же, как и графики летнего и осеннего сезонов. Это отличается от сезонности потребления электроэнергии: зима-весна, лето-осень, что также необходимо учитывать при планировании.

Список литературы

[1] Картамышева Н.С., Картамышева Е.С., Вахрушин И. А., Трескова Ю.В. Экологические последствия развития солнечной энергетики [Текст] // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы III междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2015 г.). -- СПб.: Свое издательство, 2015. -- С. 59-62.

[2] Сайт российского производителя солнечных батарей «SOLBAT-Солнечные батареи» [Электронный ресурс] // URL: http://www.solbat.su/meteorology/insolation

[3] Ременюк Н.В., Минина В.А., Самойленко В.О. Определение фактических характеристик фотоэлектрической генерации // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием (Екатеринбург, 12-16 декабря 2016г.). Екатеринбург : УрФУ, 2016. -742с.

Размещено на Allbest.ru