научный журнал «Актуальные исследования» #36 (63), сентябрь '21

К вопросу о выборе напряжения ЛЭП для малых электростанций

Рассмотрен вопрос выбора оптимального напряжения ЛЭП при транспортировке электроэнергии малых электростанций.

Аннотация статьи
мощность
удельная стоимость
радиус эффективности
малая электростанция
минимизации затрат
напряжение
Ключевые слова

В работе [1] при рассмотрении вопроса оптимизации территориального размещения малых электростанций (ЭС) была получена зависимость для определения радиуса эффективности электростанции Rэфф – расстояния, на котором энергообеспечение локального потребителя за счет уже существующей поблизости ЭС будет дешевле строительства новой ЭС на месте потребления:

    (1)

и зависимость для расчета оптимального сечения проводов ЛЭП:

    (2)

где Rэфф – радиус эффективности, км

РЭС уд – удельная стоимость строительства ЭС, долл/Вт

РЛЭП уд - удельная стоимость строительства ЛЭП, долл/км.

N – мощность, Вт

U – напряжение ЛЭП, В

Ппри уд – удельная стоимость провода, долл/км·мм2

Т – рассматриваемый период времени, час

r0 - удельное сопротивление провода, Ом*мм2/км

τ - тариф на электроэнергию, долл/Вт·ч

Кобщ =  

tgφ - коэффициент реактивной мощности (0,6)

Кф² - коэффициент заполнения графика:

Kф² = (1 + 2Кз)/3K

Кз - коэффициент заполнения графика (при отсутствии данных о форме графика нагрузки обычно принимается значение - 0,3; тогда: Kф² = 1,78)

КL - коэффициент, учитывающий распределённость нагрузки по линии (0,37 - для линии с распределённой нагрузкой)

+0,03 = 0,15

εн – нормативный коэффициент эффективности использования капитальных вложений (в энергетике – εн = 0.12).

В формулах (1) и (2) мощность N – независимая переменная, а все остальные параметры, кроме напряжения ЛЭП U, однозначно определяются конкретными условиями решаемой задачи. В отличие от них, напряжение U в этих формулах должно назначаться произвольно, или по нормам [2], предназначенным для мощностей, существенно превышающих мощности малых ЭС.

В настоящей статье рассматривается вопрос технико-экономического обоснования выбора U для ЛЭП малых ЭС с использованием критерия минимизации общих приведенных затрат на строительство и эксплуатацию ЛЭП. Такие приведенные затраты состоят из стоимости строительства ЛЭП с ежегодными эксплуатационными издержками (первое слагаемое в формуле (3)) и ежегодными потерями электроэнергии в ЛЭП (второе слагаемое в формуле (3)).

    (3)

Удельная стоимость ЛЭП в формуле (3) может быть представлена в виде функции U (рис. 1), как аппроксимация[1] современных стоимостей ЛЭП [3, 4]:

РЛЭП уд = 4015,5*U0,1603    (4)

где 4015,5 – размерный коэффициент = 

Подставив (4) в (3), и дифференцируя, будем иметь:

Подставив (4) в (3), и дифференцируя, будем иметь:

Рис. 1. РЛэп.уд = f(U)

Откуда, сокращай на L и приравнивания нулю, после упрощения получим уравнение для оптимального значения мощности ЛЭП, U:

    (5)

Подставив в (5) значение Fопт из (2), получим:

или:

Откуда:

      (6)

Рис. 2. Оптимальные диапазоны напряжения ЛЭП, U для разных мощностей ЭС, N

Используя (6), можно рассчитать оптимальные значения напряжений, U для различных значений мощности N. Такие расчеты для значений входящих в нее параметров, приведенных в таблице 1[2], показаны в таблице 2 и на рис. 2.

Таблица 1

 =

0,15

б/р

РЭС.уд =

3

долл/Вт

Т =

8760

час/год

Кобщ =

0,895696

б/р

τ =

0,000145

долл/Втч

r0 =

28

Ом*мм2/км

Рпр.уд =

30

долл/км*мм2

Таблица 2

Оптимальные значения напряжения ЛЭП, Uопт, для разных N

Диапазон N, кВт

0 - 4

4 - 100

100 - 180

Uопт, В

380

6000

10000

Интересно сравнить сечения проводов в различных диапазонах оптимальных значений напряжения ЛЭП. Результаты таких расчетов по формуле (2) для оптимальных диапазонов U показаны на рис. 3.

Рис. 3. Fопт = f(N) при разных U

Также, используя (1), можно рассчитать уточненное значение радиуса эффективности ЭС, Rэфф для оптимальных диапазонов U (табл.). Результаты таких расчетов Rэфф показаны на рис. 4.

Рис. 4. Rэфф = f(N) при различных U и РЛЭП уд

Таким образом, мы полностью решили задачу, поставленную в работе [1], продолжением которой является настоящая статья: рассчитать радиус эффективности Rэфф для потребителя мощностью N, на границе которого приведенная стоимость строительства ЛЭП от уже существующей ЭС равна приведенной стоимости строительства новой ЭС непосредственно у потребителя. Одновременно были решены вопросы оптимизации сечения проводов ЛЭП и ее напряжения.

Для того, чтобы убедиться в правильности решения этой задачи, в заключение, используя все полученные выше результаты, рассчитаем приведенные стоимости этих двух сравниваемых вариантов.

В первом варианте удельная стоимость, в соответствии с формулой (1) будет равна:

    (7)

Результаты расчетов , выполненных по зависимости (7), для тех же значений параметров, что и ранее, приведены в таблице 3.

Таблица 3

N, кВт

3,970595

97,57118

176,4951

U, В

380

6000

10000

N, Вт

3970,595

97571,18

176495,1

Fопт, мм2

27,80104

43,26726

46,95932

РЛЭП уд

10500

14500

17000

Rэфф, км

1,050975

18,5285

28,76265

Пуддолл/Вт

0,45

0,45

0,45

Во втором варианте – строительства ЭС, приведённая стоимость определяется выражением [1]:

,

в соответствие с которым, она для всех рассматриваемых нами случаев, для которых Рэс уд = 3 долл/Вт = const, будет одна и та же, равная:

=0,15*3 = 0,45

То есть, выполненная оптимизация сечения проводов ЛЭП, F и ее напряжения, U, для соответствующих значений Rэфф обеспечивает равенство:

ВЫВОДЫ

Предложенный в статье метод позволяет рассчитать оптимальное напряжение ЛЭП, соответствующее мощности потребителя и выделить диапазоны мощности, соответствующие используемым сегодня на практике напряжениям ЛЭП: 0,38, 6 и 19 кВ.

При использовании одновременно с этом метода оптимизации сечения проводов ЛЭП [1], это дает возможность оптимизировать территориальное размещение малых электростанций, при котором каждая из них располагается от потребителя на расстоянии, меньшем соответствующего радиуса эффективности.

[1] Для такой аппроксимации не требуется особая точность, так как она необходима только для выделения соответствующих диапазонов мощности для оптимальных значений U, из которых реально используется на практике всего несколько значений: 0,38, 6, 10 …кВ.

[2] Также, как и в [1] все расчеты в настоящей статье сделаны для конкретных параметров малых ГЭС, но вся методика может успешно применяться и для любых других ЭС.

Текст статьи
  1. Петров Г. Н. Оптимизация территориального размещения малых электростанций. Актуальные исследования, № 35, 2021 г. С 9-16.
  2. Справочник по проектированию электроэнергетических сетей. Под ред. С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро. М.; Энергоатомиздат, 1985. 318 с.
  3. Определение стоимости строительства ВЛ по укрупненным показателям. Самоучитель сметчика. https://abk-63.ru/article/opredelenie-stoimosti-stroitelstva-vl-po-ukrupnennym-pokazatelyam
  4. Прайс на строительство ВЛ. http://elektromaster-ufa.ru/prajs-na-stroitelstvo-vl.html
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 25 сентября по 01 октября
Осталось 5 дней до окончания
Публикация электронной версии статьи происходит сразу после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии журнала
05 октября
Загрузка в eLibrary
05 октября
Рассылка печатных экземпляров
13 октября