Статья:

Анализ применения программного обеспечения Homer Pro для выполнения расчетов ветродизельных комплексов на примере с. Новиково Сахалинской области

Конференция: VIII Студенческая международная научно-практическая конференция «Технические и математические науки. Студенческий научный форум»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Шигина А.В., Шигин А.А., Вареникова О.Б. Анализ применения программного обеспечения Homer Pro для выполнения расчетов ветродизельных комплексов на примере с. Новиково Сахалинской области // Технические и математические науки. Студенческий научный форум: электр. сб. ст. по мат. VIII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 8(8). URL: https://nauchforum.ru/archive/SNF_tech/8(8).pdf (дата обращения: 25.06.2022)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 24 голоса
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Анализ применения программного обеспечения Homer Pro для выполнения расчетов ветродизельных комплексов на примере с. Новиково Сахалинской области

Шигина Анна Викторовна
магистрант, НИУ «МЭИ», РФ, г. Москва
Шигин Антон Андреевич
магистрант, НИУ «МЭИ», РФ, г. Москва
Вареникова Ольга Борисовна
магистрант, НИУ «МЭИ», РФ, г. Москва

 

В настоящий момент на территории Дальневосточного региона генерация электроэнергии в зоне децентрализованного электроснабжения построена преимущественно на основе дизельных электростанций малой мощности. В свою очередь, для повышения энергетической и экономической эффективности реализуются проекты внедрения ветряной генерации в существующие сети удаленных населенных пунктов (с. Новиково, п. Никольское, п. Тикси, п. Усть-Камчатск) [1]. При проектировании ветродизельных комплексов (ВДК) возникают две основные подзадачи:

1. Расчет ветроэнергетического потенциала и выбор ветроэнергетических установок (ВЭУ);

2. Моделирование параллельной работы и оптимизация состава ветроэнергетического и дизель-генераторного оборудования по критериям энергетической и экономической эффективности.

Для выполнения первой из обозначенных подзадач существует ряд различных методик (ФЛЮГЕР-XXI, RISO и др.) и узкоспециализированных программных комплексов (WindPRO, Meteodyn, WindFarmer, WindSim, OpenWind, WAsP и др.).  Вторая подзадача зачастую выполняется с использованием стандартных программ, реализующих методы математического программирования (MS Excel, MathCad и др.), и различных сред компьютерного моделирования (MATLab, SolidWorks и др.) [2]. 

Программное обеспечение Homer Pro (Hybrid Optimization of Multiple Electric Renewables - Гибридная Оптимизация Нескольких Возобновляемых Источников Электроэнергии) позволяет решить обе подзадачи проектирования ВДК. Homer Pro обладает функционалом для моделирования, оптимизации и анализа изменчивости технологического процесса производства тепловой и электрической энергии в электроэнергетических системах с несколькими различными генераторными установками. Описание и анализ возможностей Homer Pro приведем на примере ВДК в селе Новиково, введенного в коммерческую эксплуатацию в 2016 году.

Работа с программным комплексом начинается с задания местоположения проектируемой системы по географическим координатам, для с. Новиково - 46°21′с. ш. 143°21′ в. д. Тогда при расчетах автоматически будет использованы ряды данных, характеризующих ресурсы возобновляемой энергетики и климатические условия в данной точке земной поверхности.

Далее необходимо создать модель автономной системы электро- и теплоснабжения, включающей в себя источники питания, электрическую и тепловую нагрузку, а также линии связи между ними.

Добавление в модель как электрической, так и тепловой нагрузки производится либо заданием одного из стандартных графиков нагрузки (требуется выбор пикового месяца, характера потребителя и значения среднегодовой нагрузки), либо загрузкой текстового файла, каждая строка в котором соответствует среднему значению часовой/минутной нагрузки.

Установлено, что потребляемая мощность села Новиково не превышает 500 кВт, имеет выраженный годовой ход с максимумом в зимний (в среднем 320 – 350 кВт) и минимумом в летний (210 – 250 кВт) период с локальным максимумом в период путины в августе (310 – 320 кВт в среднем и до 500 кВт в максимуме) и не имеет перспективы увеличения электропотребления [3].

В Homer Pro существует возможность выбора генераторного оборудования из обширной базы данных, которая в основном представлена моделями иностранных производителей.

Источником электроэнергии для с. Новиково является местная ДЭС, укомплектованная двумя дизель-генераторными установками CAT марки С 18 номинальной мощностью 508 кВт и 3406 номинальной мощностью 256 кВт, причем последний включается в работу лишь в летний сезон. Полезный отпуск электроэнергии ДЭС равен приблизительно 2.13 млн кВт·ч/год. Теплоснабжение поселка Новиково осуществляется местной котельной, работающей на каменном угле. Оцененная в работе мощность котельной составляет около 300 кВт, а время работы – с октября по май [3].

Среди эксплуатационных характеристик для генераторного оборудования указываются: минимальный уровень нагрузки, уровень нагрева, срок эксплуатации, минимальное время запуска. Также необходимо указать основные параметры топлива, такие как: удельная теплота сгорания, плотность, содержание углерода и серы. Для расчета экономической части модели требуется ввести данные за кВт установленной мощности, величину капиталовложений, стоимость строительства и установки оборудования, затраты на обслуживание и эксплуатацию. Для уточнения расчетов и определения экологическое воздействия устройства на окружающую среду заполняется информация в разделах Кривая топлива, Выбросы вредных веществ, Обслуживание. В разделе Режим работы задается время включения/выключения каждого из генераторов и периодичность их работы в течение года.

При добавлении в модель ВЭУ требуются кривая зависимости вырабатываемой мощности от скорости ветра, срок эксплуатации, высота ступицы, а также экономические показатели аналогичные дизель-генераторным установкам. Данные по потерям ВЭУ уточняют технические расчеты, а по обслуживанию – экономические.

Если же при проектировании ВДК не задано дизель-генераторное или ветроэнергетическое оборудование, то в поле область поиска можно ввести предполагаемые значения установленной мощности. При расчете модели будут рассмотрены генераторы, с каждым из указанных значений установленной мощности.

Результаты расчета модели, приведенные в табличном виде (рис. 1), отражают информацию по структуре генерирующих мощностей, экономической части, общесистемным показателям, и всем добавленным в модель техническим устройствам. Дополнительно можно посмотреть подробные показатели для всех возможных вариантов компоновок ВДК, а именно суммарные денежные затраты, движение денежных средств, электричество, суммарный расход топлива, доля возобновляемых источников энергии, выбросы вредных веществ.

 

Рисунок 1. Результаты расчета модели ВДК с Новиково

 

В результате проделанной работы можно отметить следующие преимущества и недостатки рассматриваемой программы для узкоспециализированных целей ветроэнергетики.

Во-первых, предполагается возможность как оценочных расчетов энергетических комплексов при малом количестве исходных данных, так и технико-экологических и экономических расчетов при задании большого числа входной информации. При этом производится расчет и сравнительная оценка всех возможных вариантов структуры системы исходя из количественных диапазонов входящих в модель технических устройств. Оптимизационные задачи решаются путем ранжирования вариантов по уровню экономической эффективности.

Во-вторых, существуют ограничения по вводу исходных данных для ветровых ресурсов и электрической нагрузки, состоящие в необходимости введения часовых или минутных данных за годовой период. Кроме того, в случае отсутствия интересующего для рассмотрения оборудования среди стандартных, для построения модели используются аналогичные технические устройства, приведенные к требуемым по ряду параметров. Так, например, при построении модели ВДК с. Новиково вместо ВЭУ Vestas V27 использовалась Vergnet GEV MP-R, а вместо дизель-генератора CAT C18 – GenSet. Как следствие, результаты моделирования приобрели дополнительную погрешность. Также ПО не предусматривает идентификацию качества поставляемой потребителю электроэнергии.

Таким образом, можно сделать вывод о простоте использования ПО Homer Pro для расчетов ВДК при разных уровнях исходной информации, однако при наличии большого числа ограничений.

 

Список литературы:
1. Стратегия социально-экономического развития Дальнего Востока и Байкальского региона на период до 2025 года утв. распоряжением Правительства РФ № 2094-р от 28.12. 2009.
2. Дерюгина Г. В., Малинин Н. К. Основные характеристики ветра. Ресурсы ветра и методы их расчета: уч. пособие. - М.: МЭИ, 2012. – 258 с.
3. Официальный сайт ПАО «Передвижная энергетика» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://передвижная-энергетика.рф (дата обращения 25.08.2018).