Ветро - дизельные электростанции

1. Лекционная презентация по теме «Ветро-дизельные электростанции»

по курсу «Проектирование и
эксплуатация ВЭС»
Разработчик ст.преп. Дерюгина Г.В.
2022 г.
1

2. ТЭК России

Производство электроэнергии
Охват территории
ОЭС
ОЭС
10%
децентр.
2/3
1/3
децентр.
90%
(85%
населен.)
Состояние ОЭС:
износ линий электропередачи в ОЭС превышает 25%, подстанций - 45%.
Проблемы энергоснабжения изолированных потребителей
низкая плотность населения;
большие логистические расходы, связанные с транспортировкой дизельного топлива для
ДЭС на дальние расстояния;
низкая плотность транспортной инфраструктуры;
высокая стоимость самого топлива.
2

3. Энергоснабжение регионов России

• 65% территории России вне централизованного энергоснабжения;
•более 50% регионов страны энергодефицитны (региональная энергетическая
безопасность )
3

4. Сектор децентрализованной электроэнергетики современной России

более 50 тыс. электростанций,
из них около 47 % ДЭС
- Общая мощность генераторов порядка 17 ГВт
(8% от всей установленной мощности страны)
-Общая годовая выработка электроэнергии достигает 5% от
общей выработки в стране.
-В стоимости электроэнергии от ДЭС доля топливной
составляющей (для работы на дизельном топливе) доходит до
80-85% (оптовая отпускная цена на дизельное топливо в некоторых регионах
достигает 105 тыс.руб./т)
-Стоимость производства электроэнергии колеблется от 15 до
150 руб/кВт.ч. (Для снижения тарифов на электроэнергию для конечного
потребителя государство вынуждено
перекрестное субсидирование)
вводить
дотации
и
применять
4

5. Факторы, обуславливающие широкое применение ДГУ и ДЭС в изолированных районах

• Низкие удельные капиталовложения.
Стоимость отечественных ДГУ открытого исполнения мощностью от 50 кВт
на 2020 г. составляет порядка 5700 руб./кВт установленной мощности с
тенденцией уменьшения стоимости при увеличении номинальной мощности
ДГУ. При этом стоит отметить, что комплектация ДГУ импортным дизельным
двигателем может увеличивать стоимость ДГУ в 2–3 раза.
• Возможность технической реализации в любых условиях.
Энергоснабжение с помощью ДЭС возможно организовать в любых
климатических условиях и в местах с полным отсутствием инфраструктуры, в
том числе при нецелесообразности применения ВИЭ
• Полная диспетчеризируемость ДЭС и простота
резервирования.
Отпуском электроэнергии ДЭС легко управлять как в большую, так и в
меньшую сторону. ДЭС может выступать как гарантированный источник
электроснабжения при наличии топлива.
5

6. Недостатки ДЭС в изолированных районах:

Дороговизна топлива и его транспортировки, высокая себестоимость электроэнергии.
Отпускная цена на дизельное топливо (ДТ) с нефтебаз, согласно информации открытых тендеров, может
составлять порядка 40–50 тыс. руб. за тонну. По существующим оценкам, доля транспортной
составляющей в конечной стоимости поставки ДТ может составлять 60–80%.
Ограниченный диапазон регулирования нагрузки ДГУ.
Оптимальной считается загрузка ДГУ в пределах 40–80% от номинальной мощности, а допустимой
загрузкой – 30–100%. Длительная работа ДГУ на малую нагрузку недопустима, т.к. приводит к неполному
сгоранию топлива и коксованию поршневых колец, а также повышенному расходу топлива.
Экологический ущерб.
Работа ДГУ сопровождается выбросами в атмосферу множества загрязняющих веществ: диоксида
углерода (CO2),окиси углерода (CO), оксидов азота (NOx), углеводородов (CxHy), сажи (С), двуокиси серы
(SO2) и т.д.
Ограничения по отпуску электроэнергии в установленные часы.
В связи с необходимостью оптимизации расходов на электроснабжение малых потребителей отпуск
электроэнергии в ряде случаев осуществляется только в определённые часы суток, что приводит к
снижению качества жизни населения и сдерживает развитие экономики региона.
Зависимость от надёжности поставок топлива.
В связи с тем, что большая часть потребителей в децентрализованных зонах с ДЭС расположены в
труднодоступных местах без развитой транспортной инфраструктуры, время от времени возникают
чрезвычайные ситуации, связанные с угрозой перебоев в поставках ДТ.
Опасность экологических катастроф.
Существуют и риски возникновения нештатных ситуаций, связанных с транспортировкой и хранением ДТ.
В качестве примера можно привести розлив нефтепродуктов и загрязнение почв, подземных и наземных
вод и т.д.
Состояние децентрализованных систем электроснабжения многих регионов – высокий
уровень износа большей части ДЭС, усреднённая величина которого, составляет 75%.
6

7. Удельный расход у. т. на отпуск электрической энергии в децентрализованных регионах РФ в 2019 г. (г.у.т./кВт·ч)

Удельный расход у. т. на отпуск электрической энергии
в децентрализованных регионах РФ в 2019 г. (г.у.т./кВт·ч)
Средневзвешенное значение по всем объектам генерации в РФ -476 г у.т./кВт·ч
Паспортные данные ДГУ – 250-300 г.у.т./кВт.ч
7

8. Удельная фактическая стоимость выработки электроэнергии и одноставочный тариф на электроэнергию в 2018 году

8

9. Причины повышенной себестоимости энергии в изолированных районах

• необходимость завозить дорогое топливо из других
районов в труднодоступные места (транспортная
составляющая стоимости топлива может достигать 70 – 80 %);
• ограниченная навигация дорожного, речного, морского и
воздушного транспорта;
• высокий уровень износа основного генерирующего
оборудования и линий передач;
• эксплуатация оборудования в сложных климатических
условиях;
• высокие значения «удельного расхода условного топлива
на отпуск электрической энергии от ДЭС;
• низкая оснащенность процесса производства и
потребления топлива и энергии средствами
автоматизированного учета и управления.
Величина субсидий на электроэнергию в изолированных
районах РФ в 2019 г. составила 20 млрд. руб.
9

10. Объемы субсидирования в 2019 г. на душу населения на примере отдельных населённых пунктов на территории изолированных и

удаленных районов РФ
По объемам субсидий на душу населения, лидирующие позиции
занимают Камчатский край (102,79 тыс. руб. на человека в год), Республика
Саха (Якутия) (88,72 тыс. руб. на чел. в год), Амурская область (79,6 тыс. руб.
на чел. в год) и Сахалинская область (67,92 тыс. руб. на чел. в год).
10

11.

Международный и российский опыт показывает, что
применение установок на основе ВИЭ для энергоснабжения
изолированных и труднодоступных территорий является
эффективным способом энергообеспечения потребителей, как с
экономической, так и с экологической точек зрения.
Эффекты от внедрения энергоустановок на базе ВИЭ в
децентрализованных регионах РФ:
• Повышение энергетической безопасности отдаленных регионов РФ за
счет повышения самообеспеченности «местными» ресурсами;
• Существенно сократить потребление дорогого органического топлива
(зависит от % замещения с помощью ВИЭ дизельной распределенной
генерации, которая может быть до 50-60% без систем аккумуляции и
выше с системами аккумуляции);
• Приближение объектов производства и потребление энергии позволит
снизить на 10-15% потери энергии на транспортировку и распределение
энергии и, следовательно повысит надежность системы
энергоснабжения и снизит стоимость энергии у конечного потребителя,
• Улучшит экологическую ситуацию в этих зонах за счет снижения вредных
выбросов в окружающую среду.
11

12.

Ветродизельные комплексы (ВДК) – комплекс,
имеющий в составе ветроэлектрическую установку
(или ветроэлектрическую станцию) и дизельгенераторную установку (дизельгенераторную
станцию).
ДЭС обеспечивает гарантированное питание
электропотребителей,
а
ветроэнергетическая
установка (ВЭУ) позволяет сократить затраты на
топливо и снизить вредные выбросы в окружающую
среду.
Также
в
состав
ВДК
могут
входить
преобразователи электроэнергии, аккумуляторы и
балластная нагрузка.
12

13. Преимущества ДЭС перед другими типами ЭС:

• высокий КПД (до 0,35-0,4) и, следовательно, малый удельный
расход топлива (240-260 г/кВт.ч) (зарубежные -215 г/кВт.ч);
• быстрота запуска (единицы-десятки секунд), полная
автоматизация всех технологических процессов, возможность
длительной работы без технического обслуживания (до 250 часов и
более);
• малый удельный расход воды (или воздуха) для охлаждения
двигателей;
• компактность, простота вспомогательных систем и
технологического процесса, позволяющие обходиться минимальным
количеством обслуживающего персонала;
• малая потребность в строительных объемах (1,5-2 м3/кВт),
быстрота строительства зданий станции и монтажа оборудования
(степень заводской готовности 0,8-0,85);
• возможность блочно-модульного исполнения электростанций,
сводящая к минимуму строительные работы на месте применения.
13

14. Недостатки ДЭС:

высокая стоимость привозного дизельного топлива,
зачастую трудности и перебои в доставке топлива,
необходимость постоянной дозаправки,
высокий уровень шума,
вредные выбросы,
ограниченный по сравнению с электростанциями централизованных
систем срок службы (ресурс).
В среднем, срок службы ДГ составляет от 2 до 10 лет. Это зависит от рабочего ресурса
оборудования и условий эксплуатации (качество топлива, температура охлаждающей воды
и т.д.). После истечения рабочего ресурса проводится капитальный ремонт установки,
предполагающий замену изношенных комплектующих деталей и узлов. До полного вывода
оборудования из строя выполняется около 2-3 капитальных ремонтов.
Минимальная нагрузка, с которой могут работать отечественные дизельные
генераторы (ДГ), обычно указывается в паспорте оборудования как 20-30%
номинальной мощности ДГ, однако на практике после длительной эксплуатации
составляет 40-70% номинальной мощности. Следовательно, необходима и в
настоящее время действует программа модернизации ДЭС. Новые ДГ возможно
эксплуатировать совместно с ВЭС, поскольку они имеют лучшую степень
автоматизации.
14

15. Причины и последствия тяжелых режимов работы ДГ

bуд, г/кВт·ч
360
340
320
300
280
260
240
220
200
NДЭС, кВт
170
240
310
380
450
520
590
660
730
Расходная характеристика топлива
800
15

16. Преимущества ВДК:

- Снижение затрат на дорогостоящее дизельное топливо и
масло для ДЭС, за счет замещения выработки ДЭС
выработкой ВЭС — экономия расходов местного бюджета и
потребителей в удаленных районах;
- Сдерживание тарифа на электроэнергию при включении в
тариф ветроэнергетической выработки с более низкими
операционными затратами;
- Замещение высоко изношенных объектов генерирующего
хозяйства современным энергоэффективным и
экономичным оборудованием;
- Улучшение экологической ситуации и снижение вреда
окружающей среде;
- Повышение надежности энергоснабжения — срок службы
оборудования составляет от 20 лет.
16

17. Цели при создании ВДЭК

• ВДЭК с существующими генерирующими и
распределительными системами (модернизируемый ЭК)
цель внедрения ВЭС в ЭК (т.е. ДЭС) - минимизация
стоимости энергии за счет уменьшения потребления
топлива (часто — самый дорогой элемент в удаленных
площадках) и увеличение мощности системы для
обеспечения растущих потребностей в энергии.
• Вновь создаваемый ВДЭК
реализуются как рентабельная альтернатива другим
вариантам, например, удлинение распределительной сети.
17

18. Уровни использования ВЭУ в составе ВДК

уст.
Уровень использования ВЭС по мощности =
Уровень использования ВЭС по энергии =
Уровень
Низкий
Средний
Высокий
Особенности
ДЭС работает постоянно
ВЭС разгружает ДЭС
ВЭС участвует в покрытии основной нагрузки
Отсутствует общая система управления
ДЭС работает постоянно
При больших скоростях ветра: подключаются
вторичные нагрузки или/и снижается выработка на
ВЭС
Требуется относительно простая система
управления
При больших скоростях ветра:
ДЭС отключается
Необходимы дополнительные решения для
регулирования частоты и напряжения
Требуется сложная система управления