Разработка моделей оптимизации режимов генерирующих объектов и энергетической системы Волгоградской области с учетом развития зарядной инфраструктуры для электротранспорта

На панели «Россия электромобильная. Электромобиль как драйвер развития бизнеса» обсуждения предприниматели и участники обсудили перспективы использования электромобилей и связанную с этим экономию. Для того, чтобы повысить количество электромобилей на дорогах, необходимо развивать транспортную электро-инфраструктуру в регионах. Планируется провести полную модернизацию и переоборудование трамвайной и троллейбусной инфраструктуры, а также построить 40 станций зарядки электроавтомобилей в течение 12 лет. Модернизация будет проводиться в три этапа, включающих в себя реконструкцию кабельной и трамвайной линий, улучшение станций и депо, строительство новых линий и приобретение новых трамваев с тремя моторными тележками и модернизацию старых односекционных трамваев [33]. В 2023 году благодаря федеральной субсидии в Волгоградской области будут закуплены 20 электробусов, что позволит расширить сеть маршрутов и обновить троллейбусный парк. Это продолжение работы муниципалитета по развитию экологичного транспорта, машины приобретаются за счет целевой безвозвратной субсидии в рамках государственной программы «Развитие транспортной системы», входящей в национальный проект «Безопасные качественные дороги». Кроме того, до 2025 года основой транспортной сети Волгограда станут маршруты электротранспорта, выпустят 100 новых электробусов на замену автобусам и троллейбусам, а также закупят 300 новых автобусов для «ВПАТП № 7». После полной зарядки аккумуляторных батарей электробусы смогут проехать не менее 80 километров. Планируют также проложить новые трамвайные и электробусные. В ходе работ, также будет происходить модернизация оборудования имеющихся энергодобывающих предприятий и распределительных подстанций.

Несмотря на значительный рост количества электрозаправочных станций в России с 2017 по 2023 годы (более чем в 33 раза), недостаточное число станций все еще не удовлетворяет спрос на электромобили в рамках российского автопарка. Даже в 2023 году на каждую электрозаправочную станцию приходилось 71 электромобиль в России, в то время как в Германии соотношение составляло лишь 14 машин на одну станцию. В связи с быстрым расширением автопарка электромобилей, необходимо принимать меры для развития соответствующей инфраструктуры и поддержки спроса на электромобили.

Перед энергохозяйством промышленных предприятий поставлены следующие экономические задачи: обеспечение надежности и высокого качества энергоснабжения, снижение удельных норм расхода энергии, оптимизация режимов работы энергооборудования, повышение эффективности энергетического комплекса.

Анализ эксергетических параметров помогает идентифицировать ключевые вариабельные факторы, которые влияют на термодинамическую эффективность ТЭЦ, а также сужает диапазон вариации параметров [3]. Кроме того, при определении этих факторов учитываются два условия: во-первых, В каждом элементе системы технические потери эксергии определяют максимальную долю потерь, которые могут быть устранены, что ставит ограничения на вариацию технологических и конструктивных значений, во-вторых, сложную систему можно разбить на более простые подсистемы, состоящие из элементов, не зависящих друг от друга.

Любое изменение эксергетической эффективности отдельного элемента модели сказывается на эффективности всей системы за счет увеличения или уменьшения необходимой эксергии E¢ на входе в систему при сохранении постоянной эксергии на выходе E¢¢, либо изменения E¢¢ при E¢=idem.

В случае первого и второго варианта изменение эффективности системы будет следующим:

,    (1)

,    (2)

где he – эксергетический КПД системы до изменения потерь эксергии в i-ом элементе модели; DE¢ – изменение количества подводимой к системе эксергии вследствие изменения эффективности i-го элемента; DE¢¢ – изменение полезного эффекта на выходе из системы.

Структурный коэффициент для применения в эксергетическом анализе.

,     (3)

Эксергетический КПД системы без отводов и подводов равен произведению эксергетических КПД каждого ее элемента.

,    (4)

При этом, элементы, соединенные параллельно, объединяются в единый сложный элемент последовательной структуры. Метод моделирования сложных энергетических систем был разработан М. Трайбусом. Данный метод заключается в разбиении энергоблока на подсистемы, состоящие из ряда последовательно соединенных зон, формирующих параллельные, сходящиеся или расходящиеся цепочки. Например, элементы, работающие в одном режиме и зависящие от общих переменных, могут быть объединены в одну зону. Глубина декомпозиции зависит от типа задачи, которую необходимо решить.

Основными принципами метода моделирования являются описанные ниже. Модель энергоблока состоит из зон, соединенных в последовательности и ограниченных контрольной поверхностью, как показано на рисунке. Каждая зона содержит элементы, которые являются частью установки и работают в соответствии с комплексом переменных воздействий ij x на зону, где i является числом зон модели (i = 1, 2, …, N), а j - числом переменных каждой зоны ( j = 1, 2, …, Li). Для каждой зоны вводятся соответствующие характеристики входящих элементов i ig z, где gi - число элементов, входящих в зону (i = 1, 2, …, N; gi = 1, 2, …,Ki).

Рис. Структурная схема энергоблока

К первому и следующим блокам модели извне подводятся энергия и некоторые потоки вещества if u, где f – число подводимых извне потоков (i = 1, 2, …, N; f = 1, 2, …, R). Все эти потоки имеют соответствующую характеристику wf, которой может быть тариф на потребляемое топливо, электроэнергию, теплоту или воду.

Разработана математическая модель для расчета эксергетических показателей и КПД подсистем генерирующих объектов. Модель является эффективным инструментом, который позволяет выполнять анализ производительности и эффективности работы систем генерации, определяя потери энергии, которые могут быть использованы для повышения экономической эффективности производства электроэнергии. Полученные результаты исследования, могут быть использованы для разработки рекомендаций по оптимизации режимов работы генерирующих объектов ТЭЦ.