Абасс Ахмед Зкеар Абасс. Исследование режимов гибридных систем электроснабжения с использованием возобновляемых источников энергии (на примере Республики Ирак)

Краткое описание

Абасс Ахмед Зкеар Абасс. Исследование режимов гибридных систем электроснабжения с использованием возобновляемых источников энергии (на примере Республики Ирак);[Место защиты: ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет»], 2021

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Абасс Ахмед Зкеар Абасс
На правах рукописи

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ГИБРИДНЫХ СИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
(НА ПРИМЕРЕ РЕСПУБЛИКИ ИРАК)
Специальность 05.14.02 -
Электрические станции и электроэнергетические системы
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель:
Кандидат технических наук, доцент Дмитрий Анатольевич Павлюченко
Новосибирск - 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ И ОЦЕНКА СОЛНЕЧНОГО
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА
ИРАКА 11
1.1 Особенности электроэнергетики Ирака 11
1.2 Производство электроэнергии в Ираке 14
1.3 Передача и распределение электроэнергии в Ираке 18
1.4 Анализ режимов электропотребления и дефицита электроэнергии в
Ираке 19
1.5 Анализ географических и климатических условий Ирака 27
1.6 Оценка энергетических ресурсов возобновляемых источников
энергии в Ираке 31
1.7 Определение солнечного энергетического потенциала различных
регионов Ирака 33
1.8 Определение перспективных районов размещения солнечных
энергетических установок 36
Выводы по главе 1 37
ГЛАВА 2 ОБЗОР СОЛНЕЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ 39
2.1 Анализ технических и экономических параметров компонентов
солнечной энергетической системы 39
2.2 Гибридная технология 42
2.2.1 Фотовольтаические тепловые гибридные солнечные
коллекторы 42
2.2.2 Гибридное производство электроэнергии на основе солнечного
и ископаемого топлива 45
2.3 Гибридные электростанции с комбинированным циклом (ISCCS)...46
Выводы по главе 2 52
ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИБРИДНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С
КОМБИНИРОВАННЫМ ЦИКЛОМ 54
3.1 Перспективы использования солнечной энергии в Ираке 54
3.2 Разработка математической модели определения оптимального места
размещения гибридной электростанции с комбинированным циклом 56
3.3 Разработка математической модели оценки эффективности
гибридной электростанции с комбинированным циклом 71

3.4 Анализ результатов моделирования 77
3.5 Оценка экономической и экологической эффективности предлагаемых
мероприятий 83
Выводы по главе 3 94
ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЮЖНОГО ИРАКА С ГИБРИДНОЙ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЕЙ С КОМБИНИРОВАННЫМ ЦИКЛОМ 96
4.1 Постановка задачи 96
4.2 Характеристика объекта исследования 97
4.3 Моделирование исходного режима 101
4.4 Моделирование режима с гибридной электростанцией с
комбинированным циклом 107
4.5 Анализ балансов активной мощности 120
4.6 Оптимизация режима системы электроснабжения по реактивной мощности с гибридной электростанцией с комбинированным циклом 122
4.7 Сравнительный анализ методов оптимизации режима по реактивной
мощности 127
Выводы по главе 4 137
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 139
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 142
ПРИЛОЖЕНИЕ А анкета проведения экспертизы 158
ПРИЛОЖЕНИЕ Б акты внедрения научных результатов диссертации 163

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные результаты работы отражены в следующих положениях:
1. Выполнен анализ актуального состояния
электроэнергетической системы Ирака. Показано, что в настоящее время, в 2021 году, Ирак по-прежнему страдает от острой нехватки электроэнергии для населения и промышленности. Отмечается, что 90% заводов и муниципальных зданий все еще не работают.
Спрос на электроэнергию в Ираке в 2007 году составлял 11000 МВт, в 2013 году - 16 000 МВт и летом 2018 года - 24 500 МВт. Ожидается, что этот спрос увеличится до более 30000 МВт в 2022 году. Суммарные потери электроэнергии при передаче и распределении составляют около 40-50% системных потерь в Ираке.
2. Обоснована необходимость модернизации
электроэнергетической системы Ирака на основе построения электрических станций, использующих экологически чистую солнечную энергию вследствие климатических и географических особенностей региона и имеющегося дефицита электрической энергии.
Ежедневно в Ираке сжигают 800000 баррелей топлива в день для производства электроэнергии самыми примитивными, опасными для окружающей среды методами, загрязняющими её вредными веществами. Объем инвестиций, необходимых для использования солнечной энергии, оценивается в $300/кВт, что в дальнейшем сократится до $70/кВт в год.
3. Предложен способ построения гибридных электрических станций с комбинированным циклом как наиболее перспективный для газоносных южных районов Ирака.
Показано, что дополнение парогазового цикла солнечной энергией позволяет существенно увеличить общий коэффициент полезного действия электростанции. КПД существующей в Басра газотурбинной электростанции составляет ~ 38%.

140
Предложенная модель гибридной электростанции с комбинированным циклом показала рост КПД с 38% до 55%.
4. Разработана многофакторная модель определения оптимального места размещения гибридных электрических станций с комбинированным циклом на основе обработки экспертных данных.
Обработка результатов парных сравнений, а также последующая оценка согласованности мнений экспертов (расчет коэффициентов согласованности и конкордации) выполнены в среде Matlab.
В ходе анализа полученных результатов был выбран тип гибридной электростанции с комбинированным циклом в г. Басра как имеющий максимальный итоговый рейтинг среди всех городов и провинций Ирака.
5. Разработана методика оценки эффективности гибридной электростанции с комбинированном циклом на основе расчета её энергетических характеристик. В качестве прототипа принята газовая электростанция г. Басра мощностью 200 МВт.
Для рассмотренной электростанции предлагается модернизации путем добавления комбинированного цикла. Схема дополнена двумя паровыми турбинами мощностью 75 МВт, 65МВт.
6. Выполнен анализа потокораспределения и устойчивости с использованием программного комплекса ETAP для объекта исследования - фрагмента системы электроснабжения Южного Ирака (г. Басра) с предложенной гибридной электростанцией с комбинированным циклом.
7. Показано, что предложенные эвристические алгоритмы являются эффективными методами оптимизации режима системы электроснабжения по реактивной мощности.
В работе предлагаются и сравниваются три метода: генетический алгоритм, империалистический конкурентный алгоритм, оптимизация пути мотылька.

141
8. Показано, что основными преимуществами предложенной схемы гибридной электростанции с комбинированным циклом ISCCS являются экономия топлива, снижение спроса на электроэнергию в пиковый период, а также сокращение выбросов углерода.
Ожидаемая годовая экономия топлива в пересчете на баррель нефтяного эквивалента составляет около 115 350 бнэ/год; сокращение выбросов углерода СО2 составит около 170 672 т/год.