Влияние распределенной солнечной генерации на потери электроэнергии в электрических сетях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние распределенной солнечной генерации на потери электроэнергии в электрических сетях

Г.В. Шведов, С.Р. Чоршанбиев, И.А. Морсин

Аннотация

В настоящее время в Республике Таджикистан наблюдается высокий уровень потерь электроэнергии в электрических сетях. Например, в городских электрических сетях г. Душанбе относительные фактические потери электроэнергии за 2015 год составили 18,5 %. Для повышения эффективности работы энергосистемы Республики Таджикистан активно внедряется распределенная генерация. Республика имеет благоприятные условия для использования солнечной энергии за счет географического расположения и природно-климатических условий. Подключение к электрическим сетям солнечных электростанций являются одним из наиболее актуальных направлений для развития энергетики, однако остро встает вопрос влияния солнечной генерации на режимы распределительных электрических сетей и относительные потери электроэнергии. Для оценки влияния распределенной солнечной генерации были проведены измерения мощностей в электрических сетях г. Душанбе, от которых получают питание объекты здравоохранения, к которым подключены солнечные панели. При расчетах нагрузочных потерь электроэнергии применялись методы оперативных расчетов и средних нагрузок. В качестве инструмента моделирования использовалась программа РАП-10-ст. По результатам моделирования дан анализ влияния распределенной солнечной генерации на потери электроэнергии. Показано, что в некоторых случаях подключение солнечной генерации может приводить к увеличению относительных потерь электроэнергии. Результаты анализа влияния распределенной солнечной генерации на потери электроэнергии и предложенные варианты рационального подключения солнечной генерации к электрическим сетям позволят повысить эффективность работы электрических сетей г. Душанбе.

Ключевые слова: потери электроэнергии, распределенная генерация, распределительные электрические сети.

Abstract

Currently in the Republic of Tajikistan, there is a high level of electricity losses in electrical networks. For example, relative actual power losses in Dushanbe city networks for 2015 were equal to 18%. To increase the efficiency of the energy system of the Republic of Tajikistan, distributed generation is actively introduced. The Republic has favorable conditions for the use of solar energy due to geographical location and climatic conditions. The connection to the electric grids of solar power plants is one of the most urgent directions for the development of the power industry, but the problem of the influence of solar generation on the modes of distribution electric networks and relative losses of electricity is currently important. To assess the effect of distributed solar generation, measurements were performed in the power grids of the city of Dushanbe. Power grid with connected solar panels supplies health facilities. When calculating the load losses of electrical power, the methods of operational calculations and average loads were used. As a modeling tool, we used RAP-10-st software.Based on the simulation results, an analysis of the effect of distributed solar generation on power losses is given. The solutions of rational connection of solar generation to electric networks are introduced. As it shown, in some cases, the connection of solar generation can lead to relative power losses increase. The results of the analysis of the effect of distributed solar generation on power losses and the proposed options for rational connection of solar generation to electric grids will improve the efficiency of the electric grids in Dushanbe.

Keywords: Losses of electric power, distributed generation, distribution electric networks.

Введение

В настоящее время в Республике Таджикистан актуальным является вопрос экономичности работы электрических сетей. Это связано с высоким уровнем потерь электроэнергии в электрических сетях, который является одним из важнейших показателей эффективности работы электросетевых компаний. Для повышения эффективности работы энергосистемы Республики Таджикистан в Правительстве Республики Таджикистан был принят закон [1]. Но пока еще относительные потери электроэнергии в 2015 году в электрических сетях Республики Таджикистан составили 15,7 %; в городских электрических сетях г. Душанбе -- 18,5 % (при плановых 18,0 %) [2]. По мнению международных экспертов, относительные потери электроэнергии в электрических сетях на уровне 10 % можно считать максимально допустимыми с точки зрения физики транспорта электроэнергии по сетям [3].

1. Распределенная генерация в Республике Таджикистан

Республика Таджикистан, благодаря своему географическому расположению и природно-климатическим условиям, считается одним из наиболее подходящих регионов для применения солнечной энергии.

Она расположена между 36? 40? и 41? 05? северной широты, и вся территория находится в так называемом, «мировом солнечном поясе» (45 ? с.ш.-45 ? ю.ш.) [4] [5].

Число солнечных дней достигает 280-330 дней в году, общая продолжительность солнечного сияния -- 2100-3170 часов в год. По предварительным оценкам, потенциал солнечной радиации в Республике Таджикистан составляет 25 млрд. кВт•ч/год. С точки зрения специалистов в этой области 60-80% потребностей населения республики в течение 10 месяцев могут быть обеспечены солнечной энергий. В пересчете на условное топливо это составляет около 400 тысяч тонн условного топлива, что эквивалентно 460 млн. м³ газа или 528 тыс. тонна мазута. [6]. По укрупненным параметрам показатели интенсивности прямой солнечной радиации оцениваются от 10,3 кВт·ч/м² (июнь-июль) до 5,9 кВт т·ч/ м²(декабрь-январь) [7].

В районах и городах республики существует более 60 малых солнечных электростанций (солнечные батареи и панели) мощностью более 1500 кВт.

Подключения к электрическим сетям солнечных электростанций являются одним из наиболее актуальных направлений для развития энергетики, но остро встает вопрос влияния солнечной генерации на режимы распределительных электрических сетей и относительные потери электроэнергии.

2. Использованные материалы и методы

Для оценки влияния распределенной солнечной генерации были проведены измерения мощностей в течение 14 суток с помощью приборов типа «Ресурс=UF2М» в электрических сетях г. Душанбе (Республики Таджикистан) от которых получают питание объекты здравоохранения, к которым подключены солнечные панели:

- Объект Караболо период измерения с 18.07.16 г 23:⁰⁰ часов по 01.08.16 г 22:⁵⁰ часов.

- Объект Роддом № 1 период измерения с 11.08.16 г 23:⁰⁰ часов по 25.08.16 г 22:⁵⁰ часов.

Исходные данные солнечных панелей:

- Установленная мощность солнечных панелей 40 кВт;

- Класс установки сетевая;

-Солнечные панели 192 шт- (Kyocera);

-Максимальная вырабатываемая мощность 1 панели -210 Вт;

-Инверторы -4х10 кВт-(Kyocera);

-Угол наклона -30 є направлены строго на юг;

Принципиальная схема электроснабжения потребителя с присоединением солнечных панелей к сети 0,4 кВ приведена на рис. 1.

- узел 4 -- питающая потребительская линия;

- узел 5 -- подключения солнечных панелей;

- узел 6 -- ввод потребителя.

Рис.1. Принципиальная схема электроснабжения потребителя с присоединением солнечных панелей к сети 0,4 кВ.

Условно можно считать, что при отсутствии солнечной генерации график нагрузки в точке 4 был бы точно такой же, как фактический в точке 6. Поэтому для анализа влияния подключения солнечной генерации к шинам потребителя необходимо сопоставить конфигурации графиков нагрузки в точках 4 и 6.

Потери электроэнергии в линии 380 В и питающем трансформаторе 10/0,4 кВ рассчитывались в программе РАП-стандарт [8] методом средних нагрузок [9]:

(1)

где коэффициент коррекции, учитывающий различие конфигураций графиков активной и реактивной нагрузки (принимается 0,99); число часов в периоде; коэффициент формы графика нагрузки за период; активное сопротивление элемента сети; средний за период T ток в элементе сети.

3. Результаты анализа относительных потерь электроэнергии

В таблице 1 приведены результаты моделирования потерь электроэнергии в программе РАП-стандарт в питающем трансформаторе 10/0,4 кВ и кабельной линии 380 В до и после подключения солнечных батарей.

Как видно из таблицы 2 значения относительных потерь электроэнергии до и после подключения солнечных батарей практически не изменились.

Для выявление причин отсутствия снижения потерь электроэнергии после подключения солнечных батарей для первого объекта (Караболо) были в ручную рассчитаны потери электроэнергии методом средних нагрузок по (1) за каждые сутки периода измерений (таблица 2).

Сопоставляя значения относительных потерь электроэнергии до и после подключения солнечных батарей (таблица 2), можно заключить, что во все дни,

Таблица 1. Результаты моделирования потерь электроэнергии в программе Рап-стандарт

кроме 24 и 31 июля, наблюдается снижение потерь электроэнергии на 20-40 %. Однако 24.07.2016 и 31.07.2016 относительные потери электроэнергии, рассчитанные по графику нагрузки линии больше, чем потери, рассчитанные по графику нагрузки потребителя. Это объясняется следующим. Указанные даты являются выходными днями, следовательно, нагрузка значительно снизилась, однако, солнечная генерация осталась неизменной.

Таблица 2. Относительные потери электроэнергии в схеме электрической сети (рис. 1)

Рис. 2. Графики нагрузки линии в узле 4 по рис. 1. 24.07.2016 и 31.07.2016

Вследствие этого образовался обратный переток мощности от узла потребителя в сеть. Как видно по рис. 2 обратный переток мощности сопоставим с основной нагрузкой.

Рис. 3.

Поэтому при учете солнечной генерации значение переданной мощности от энергосистемы к потребителю существенно уменьшается из-за отрицательных составляющих значений активной мощности. Как следствие, относительные потери, рассчитанные по графику нагрузки линии превосходят потери, рассчитанные по графику нагрузки потребителя.

Для устранения увеличения потерь электроэнергии были смоделированы расчеты потерь электроэнергии при условии, что солнечная генерация будет в 2 раза меньше (таблица 3).

Таблица 3. Относительные потери электроэнергии в схеме электрической сети (рис.1.)

В результате моделирования потерь электроэнергии при уменьшении солнечной генерации в два раза устранены обратные перетоки мощности в выходные дни, что приводит к существенному снижению относительных потерь электроэнергии в выходные.

солнечный генерация мощность электроэнергия

Выводы

В результате проведенного анализа потерь электроэнергии, получено:

- непосредственное подключение солнечной генерации к распределительной сети может приводить к снижению энергоэффективности электросетевой компании, за счет роста потерь электроэнергии в относительных единицах от отпуска электроэнергии в сеть;

- в ряде случаев может возникать проблема избыточной солнечной генерации в выходные дни, приводящая к перетоку активной мощности от потребителя в энергосистему;

- для недопущения роста относительных потерь электроэнергии в электрических сетях с распределенной солнечной генерацией в выходные дни необходимо снижать величину солнечной генерации.

Список литературы