Тепловое аккумулиров ание энергии

Оптимальная доля установок базисной нагрузки

В методике разд. 1.3.2 принято, что доля установок базис­ной нагрузки в системе задана. Это условие применимо только в том случае, если в систему с данными энергетиче­скими установками включается дополнительная теплоакку­мулирующая установка. Рис. 1.13 позволяет также устано­вить, в какой области будет экономичным тот или иной тип установок базисной либо пиковой нагрузки. Однако найти оптимум на основе этой методики не удается, поскольку должно быть исследовано и обратное влияние аккумулирова­ния энергии на оптимальную долю установок базисной на­грузки. Если, например, аккумулирование энергии лимити­руется количеством избыточной энергии установок базисной нагрузки, то оптимальная доля установок базисной нагрузки может^быть увеличена. Вопрос, как и ранее, состоит в том, в какой степени годовые затраты энергии и пиковая нагрузка будут экономично покрываться аккумулирующими установ­ками. При этом дополнительным переменным параметром является доля установок базисной нагрузки,

На рис. I.14 представлен трехмерный график распределе­ния годовых потребностей в энергии для типичной энергети­ческой системы в зависимости от доли установок базисной нагрузки Nq/Nkакс и емкости аккумулятора Еяк. Плоскость А характеризует энергию, производимую установками базисной нагрузки за год. Она не зависит от емкости аккумулятора и возрастает линейно вплоть до минимальной годовой нагрузки N мяк (в примере Nmkh/N макс — О, 25). Для Nt > Nmkh годовые потребности в энергии лимитируются трапецеидальной на­грузкой, и наклон этой плоскости уменьшается. Плоскость А пересекает плоскость С (полная годовая потребность в энер­гии) при Ncp (в примере Ncp/N макс — О, 50). Для покрытия полной годовой потребности в энергии при помощи установок базисной нагрузки и аккумулятора с т]ак = 100 % необходима установленная мощность базисной нагрузки Ncp (на графике принято Г)ак =1).

Поверхность В, соответствующая сумме базисной нагрузки и аккумулированной энергии, ограничивается областью

Миин/Л^макс ^ А^б/Л/макс ^ 1- РаЗНОСТЬ В —А, ТЭКИМ обрЭЗОМ,

равна Лак, и пересечение с заданной Ne дает кривую, идентич­ную кривой на рис. 1.6. Она возрастает с постепенным замед­лением при увеличении емкости Еак аккумулятора и лимити­руется либо ограничением избытка энергии, либо ограниче­ниями характеристик разрядки. Левый край поверхности В
лежит на плоскости Л, а правый — на плоскости С. С по­мощью рис. 1.14 могут быть найдены три составляющие го­довой потребности В энергии, зависящие ОТ Nt/Nмакс и £ак (расстояния по ординате):

— энергия установки базисной нагрузки Лб (плоскость Л);

— аккумулированная энергия Лак (поверхность В минус пло­скость Л);

— энергия пиковой установки Л„ (плоскость С минус поверх­ность В).

Имеются две области, где нагрузка определяется двумя пе­ременными, и одна область, где она зависит от трех величин. Границы этих областей лучше всего могут быть найдены с помощью проекции поверхностей рис. 1.14 на горизонтальную плоскость, как показано на рис. 1.15. Таким образом, можно различить следующие области:

Область I (Мб^Ммин). Л ак — 0; это значит, что нагрузка покрывается только базисной и пиковой установками (без аккумулирования).

Область II (между линиями а и с). При этом нагрузка покрывается установками базисной нагрузки, аккумулирую­щими и пиковыми (общий случай). В области II а аккуму­лирующая установка недогружена, т. е. аккумулятор исполь­зуется не полностью. Однако в области II b (меежду кривыми бис) этого недостатка уже нет.

Область III (между с и iV макс )• в этом случае пиковые установки полностью замещены аккумулирующими установ­ками. Нагрузка покрывается базисными и аккумулирующими установками, т. е. за счет топлива установок базисной на­грузки. Кривая с служит пределом для N(,fNKZKc, справа от с установленная базисная нагрузка излишне высока (прини­мается, что учтен необходимый резерв). Случай с представ­ляет систему энергоснабжения с одним преобразователем

энергии в соответствии с разд. 1.3.1; для небольших систем или систем с недорогими аккумуляторами он может быть типичным. Здесь пиковые установки и их дорогостоящее топ­ливо (нефть или газ) замещаются полностью.

На рис. 1.16 показано распределение установленной мощ­ности N уст/Ммакс В зависимости ОТ N б/Ломакс И EaK/N макс:

— мощность установки базисной нагрузки N6/NaaKC сно­ва представлена плоскостью А (теперь имеющей наклон 45°);

— мощность N раз/Ломакс, покрываемая аккумулирующими установками, определяется расстоянием по ординате между поверхностью В и плоскостью А

— мощность пиковой установки Nn/Nuакс определяется рас­стоянием между поверхностями С и В.

Рассматривая области на рис. 1.15, можно заметить, что поверхность Сц (зависящая от трех величин часть поверх­ности С) имеет «горб», так как установленной мощности раз­рядки аккумулирующих установок в общем случае не будет полностью хватать при максимальном потреблении N макс, как уже отмечалось в разд. 1.3.2 и видно на рис. 1.9 и 1.11. Пол­ная годовая стоимость производства энергии (ПГСЭ) теперь

Рис. 1.17. Полная годовая стои­мость производства энергии ПГСЭ в зависимости от доли установок базисной нагрузки Na/N макс И ОТ - НОСИТеЛЬНОЙ емкости аккумулятора

Ейк/Л/ макс*

Ot — абсолютный минимум ПГСЭ (рав­ный 100%).

может быть оценена по распределению годовых потребностей в энергии (рис. 1.14) и по установленной мощности (рис. 1.16):

ПГСЭ == АбЬб + Аэк (b6/raK) + Anb„ + N бСбаб +

""Ь ^раз^ах^ак ~f" ^ (1*^)

где & — стоимость топлива, туЭк— эффективность (КПД) акку­мулирования, с—удельные капитальные затраты, a — амор­тизационные отчисления; индексы: б — базисная нагрузка, ак — аккумулирование, п — пиковая нагрузка, раз — разряд­ка. Значения ПГСЭ (минимальная стоимость принята за 100%) показаны на рис. 1.17 для принятых значений капи­тальных затрат и стоимости топлива в зависимости от доли установок базисной нагрузки N6/NKaK<: и относительной ем­кости аккумулятора £ак/Л/маКс. Из рассмотрения графика можно сделать следующие выводы:

1. В области I (только установки базисной нагрузки плюс пиковые) СТОИМОСТЬ снижается С увеличением Nб/Амакс* Она возрастает с EaK/NM3Kc, так как аккумулирующие установки исключаются из работы, поскольку установки базисной на­грузки не располагают избыточной энергией.

2. В области II относительный оптимум 0 (соответствую­щий минимальным затратам) при £ак = 0, расположенный между мощностями базисной нагрузки и пиковой установки, соответствует Иб/Л/маКс = 0,52 (Nn/NM3Kc = 0,48). Если это значение Л^б/Л^иакс сохраняется постоянным, а Еяк изменяется, то относительный оптимум Ог соответствует Еяк = 1,5. Абсо­лютный ОПТИМУМ 03 соответствует Ng/Ммзкс = 0,55 и Еак/N макс== 2,0 (а из рис, 1.16 получаем Аб/Амакс = 0,33 и Nn/Nu, КС = 0,14)..

3. В области III существует относительный оптимум 04 (когда действуют только установки базисной нагрузки и теп­ловой аккумулятор, ІУп/А(макс=0) на кривой С при Ne/NMaKi= = 0,58 и EaK/NMaKc = 2,4).

Таким образом, нахождение оптимального размера тепло­аккумулирующих установок в общем случае представляет собой двухпараметрическую оптимизационную задачу. При этом профили суточных нагрузок, полученные по данным для целого года (или нескольких лет), КПД аккумулирующей установки и характеристики работы аккумулятора исполь­зуются в качестве исходных параметров, а определяются оптимальные значения емкости аккумулятора Еак, относи­тельной мощности установки базисной нагрузки Л(б/Л? макс, мощности разряда аккумулятора Npa3/NM3Kc и мощности пи­ковой установки (Vn/Л^макс.