Содержание к диссертации
Введение
1 Топливно-энергетический комплекс мьянмы проблемы и перспективы 13
1.1 Общие сведения о Мьянме 13
1.2 Современное состояние топливно-энергетического комплекса 18 Мьянмы
1.3 Анализ перспектив использования возобновляемых источников энергии в топливно-энергетическом комплексе Мьянмы 25
1.4 Выводы по первой главе 31
2 Постановка задачи 34
2.1 О бщие положения 34
2.2 Разработка и исследование методов определения оптимальных параметров и режимов работы энергокомплексов на базе возобновляемых источников энергии 35
2.3 Разработка и исследование методов определения экономической эффективности энергокомплексов на базе возобновляемых источников энергии 49
2.4 Выводы по второй главе 51
3 Исследование информационного обеспечения расчётов по выбору и обоснованию параметров и режимов энергокомплексов на базе возобновляемых источников энергии для условий мьянмы 52
3.1 Современное информационное обеспечение гелиоэнергетических, ветроэнергетических и гидроэнергетических расчетов в мире и Мьянме 52
3.2 Типизация регионов Мьянмы по ресурсам солнечной энергетики, ветровой энергетики и малой гидроэнергетики 60
3.3 Исследование энергетических характеристик типовых сельских потребителей в регионах Мьянмы и их особенности 63
3.4 Выводы по третьей главе 70
Исследование ресурсов малой гидроэнергетики северных горных регионов мьянмы 72
4.1 Использование геоинформационных систем для оценки ресурсов малой гидроэнергетики северных горных регионов Мьянмы 72
4.2 Исследование валового гидроэнергетического потенциала малой гидроэнергетики северных горных регионов Мьянмы 78
4.3 Исследование технико-экологического потенциала малой гидроэнергетики северных горных регионов Мьянмы 83
4.4 Исследование эколого-экономического потенциала малой гидроэнергетики северных горных регионов Мьянмы 87
4.5 Выводы по четвертой главе 90
5 Исследование эффективности использования энергокомплексов на базе возобновляемых источников энергии для электроснабжения иповых автономных сельских потребителей в горных регионах мьянмы 93
5.1 Исследование эффективности использования энергокомплекса на базе солнечных фотоэлектрических установок и малой гидроэлектростанции для электроснабжения поселка Зирадан 93
5.2 Исследование эффективности использования энергокомплекса на базе солнечных фотоэлектрических установок, малой гидроэлектростанции и ветроэнергетических установок для электроснабжения поселка Матупи 106
5.3 Выводы по пятой главе 118
Заключение 120
Список литературы 1
- Анализ перспектив использования возобновляемых источников энергии в топливно-энергетическом комплексе Мьянмы
- Разработка и исследование методов определения оптимальных параметров и режимов работы энергокомплексов на базе возобновляемых источников энергии
- Типизация регионов Мьянмы по ресурсам солнечной энергетики, ветровой энергетики и малой гидроэнергетики
- Исследование эколого-экономического потенциала малой гидроэнергетики северных горных регионов Мьянмы
Анализ перспектив использования возобновляемых источников энергии в топливно-энергетическом комплексе Мьянмы
Под руководством нового правительства в Мьянме начались серьзные политические и экономические реформы, благодаря которым иностранные инвестиции увеличиваются и экономика Мьянмы развивается высокими темпами. В 2012 году ВВП Мьянмы составил 82,72 млрд долларов США.В 2013 году темп роста ВВП составил 6,5% [6]. На сельское хозяйство приходится 43 % ВВП, на промышленность – 20,5 %, сектор услуг – 36,6% в 2012 году. Трудовые ресурсы Мьянмы составляют около 32,53 млн. чел.. Приблизительно 70% трудовых ресурсов занято в сельском хозяйстве, 7% - в промышленности и 23% - в сфере торговли и услуг [6].
В 2010 году Мьянма подписала договоры с КНР и Таиландом о проекте по строительству глубоководного порта Тавой стоимостью 58 млрд США на южном побережье страны. После завершения указанного проекта он станет крупным транспортным узлом, соединяющий Юго-Восточную Азию и Южно-Китайское море через Андаманское море с Индийским океаном, через не будут проходить товарные потоки из стран Ближнего Востока, Европы и Африки, что будет содействовать экономическому росту в регионе АСЕАН [7]. Исходя из выше сказанного, при условиях правильной политики руководства страны, экономика Мьянма будет развиваться с огромной скоростью.
По экспертным экономическим оценкам [8, 9] в Мьянме ожидается четырехкратное увеличение ВВП к 2030 году. В настоящее время в Мьянме основным препятствием для развития экономики страны является нехватка электроэнергии (ЭЭ).
Объединенная энергосистема (ОЭС) Мьянмы покрывает всего 23% территории страны. ОЭС страны принадлежит Министерству электроэнергии Мьянмы. Централизованным снабжением электроэнергией обеспечено только 30% населения Мьянмы (в основном городского населения) [4, 10-12]. На рис.1.5 представлена ОЭС Мьянмы. В Мьянме находится около 64346 сельских населенных пунктов. Среди них только 7% подключно к ОЭС. Установленная мощность электростанций, работающих в ОЭС Мьянмы, составляет 3896 МВт на конец 2012 года. В таблице 1.1 представлено распределение установленной мощности по типу электростанций в энергосистеме Мьянмы [10].Удельное электропотребление в стране на 1 человека составляет всего 166 кВтч /год в 2012 году [4, 10-12] . Это в 20 раз меньше, чем в Китае и в 12 раз меньше, чем в Таиланде.
В настоящее время в ОЭС Мьянмы имеется 31 работающая электростанция: 20 гидроэлектростанций (ГЭС), 10 тепловых электростанций (ТЭС) на газе и 1 ТЭС на угле (смотри таблицы 1.2 и 1.3) [10]. В 2012 году указанные электростанции выработали 10,8 млрд.кВт.ч. ЭЭ, а потребность в ЭЭ данного года составляла 12,5 млрд.кВт.ч.. В таблице 1.4 представлена месячная выработка электроэнергии с 2009 года до 2012 года. На бытовое потребление приходится 41 % вырабатываемой ЭЭ, на промышленное потребление – 37 %, на коммерческое потребление – 21 % в 2012 году, на освещение площадей общественного пользования – 1 %. По экспертным оценкам [4, 10-13] в 2018 году потребность в ЭЭ Мьянмы увеличится в 2 раза по сравнению с потребностями 2012 года с ежегодным ростом 13% . На рис. 1.4 представлена ожидаемая потребность в ЭЭ Мьянмы до 2018 года [10]. Линии электропередачи (ЛЭП) в ОЭС страны постепенно расширяются год за годом. На рис. 1.5 представлены ЛЭП Мьянмы [4]. Большинство ЛЭП в ОЭС построено 30 лет назад. Потребление ЭЭ в провинции Янгон, которая расположена в южном части страны, составляет около 50 % вырабатываемой ЭЭ. Большинство ГЭС находятся далеко от провинции Янгон. В связи с этим около 30% вырабатываемой электроэнергии страны теряется в ЛЭП [10, 11].
Министерство электроэнергии Мьянмы уже объявило, что с первого апреля 2014 года устанавливается новый тарифный план на электроэнергию для потребителей, у которых есть связь с ОЭС [14]. По новому тарифному плану для бытового потребления стоимость 1 кВт.ч составляет 3,5 цента до объема потребления ЭЭ в 100 кВт.ч в месяц и 5 центов при объме потребления ЭЭ больше 100 кВт.ч. Для коммерческих и промышленных потребителей стоимость 1 кВт.ч составляет 10 центов до объема потребления ЭЭ в 5000 кВт.ч в месяц и 15 центов при объме потребления больше 5000 кВт.ч. До первого апреля 2014 года стоимость 1 кВт.ч для бытового потребления составляла 3,5 цента и для коммерческих и промышленных потребителей – 7,5 центов. Не смотря на повышение цены на ЭЭ с первого апреля в настоящее время потребление ЭЭ в стране резко увеличивается. В связи с этим топливно-энергетический комплекс (ТЭК) Мьянмы является энергодефицитным.
В состав системы распределенной энергетики Мьянмы входят многочисленные (93% всех сельских населенных пуктов) автономные сельские потребители малой мощности (до 10 кВт) и локальные энергосистемы мощностью в несколько сотен киловатт. Указанные потребители находятся во всех горных регионах и западных прибрежных регионов Мьянмы, электроснабжение которых осуществляется сегодня, в основном, от бензиновых (маломощных) и дизельных энергоустановок (мощностью в сотни киловатт). Они потребляют большие объмы дефицитного и постоянно дорожающего ископаемого невозобновляемого топлива.
Разработка и исследование методов определения оптимальных параметров и режимов работы энергокомплексов на базе возобновляемых источников энергии
Чтобы получить оптимальные параметры исследуемого ЭК необходимо произвести, а затем сравнить достаточно большое количество расчетов, сделанных по выше указанным уравнениям. Решение задачи осуществляется методом покоординатного поиска с заданными шагами ранжирования определяющих факторов - установленные мощности МГЭС,СФЭУ и ВЭУ и мкости АБ. Установленная мощность МГЭС, СФЭУ, ВЭУ ранжируется от 0 до 2 Р ах кВт с шагом в 1 кВт, а емкость АБ ранжируется от 0 до 2 эдин день кВт.ч с шагом в 0,05 эдин день кВт.ч.( эдин день - потребление ЭЭ за один день). Для поиска оптимальных значений установленной мощности МГЭС, СФЭУ, ВЭУ и емкости АБ в данной работе было разработана расчетная модель на основе Microsoft Excel с применением Visual Basic Application (VBA). Оптимальный состав установленные мощности МГЭС, СФЭУ, ВЭУ и емкости АБ получается при условии, когда суммарные дисконтированные затраты за рассматриваемый период времени Т (20 лет) будут минимальными. Исходную информацию при этом составляли следующие данные: суточное значение притока воды к створу МГЭС за расчетный период в один год (в данной работе принято допущение о том, что в течение суток сток реки не изменяется), почасовое значение прихода СР на поверхность солнечного модуля, скорости ветра на высоте башни ВЭУ за расчетный период в один год и почасовое значение температуры окружающей среды за расчетный период в один год, технические и экономические показатели используемого вида и типа компонентов оборудования ЭК.
Выбор оптимальных параметров и режимов работы ЭК на основе МГЭС, СФЭУ, ВЭУ, АБ и ДЭУ производится с учтом следующий условий и допущений разного вида и типа.
1. Так как на сегодняшний день КНР производит, продат и поставляет в разные страны мира дешвые и наджные типы различных гидроагрегатов с различными мощностями, диапазонами расходов и напоров, поэтому в данной работе используются гидроагрегаты, произведенные в КНР [54].
2. Используемые в расчтах СФЭУ - плоские на базе кристаллического кремния с естественным воздушным охлаждением – также произведены в КНР и соответствуют техническо-энергетическим характеристикам, которые наиболее всего соответствуют климатическим условиям Мьянмы и их эксплуатации малоквалифицированным персоналам в сельских районах страны. Принято, что солнечные модули устанавливаются на земле, что дешевле, чем установка на крыше дома с ориентацией на юг и оптимальном углом.
3. В Мьянме только в западной части страны ресурсы ветра достаточно велики не только для энергообеспечения АП за счет малых и средних ВЭУ, но и для строительства системных ВЭС. Западная часть Мьянмы граничит с Индией. В связи с этим в данной работе рассматривается использование ветроэлектроустановки, произведенных индийскими фирмами (например Saket energies PVT. LTD. и Windcare India PVT. LTD)[55, 56], для уменьшения стоимости доставки оборудований ВЭУ. В указанных фирмах производят маломощные ВЭУ с различными мощностями (от 300 Вт до 50 кВт), работающие на переменном токе. Высота башня ВЭУ изменяется в зависимости от мощности ВЭУ. В данной работе для маломощных ВЭУ высота башни в 20м считается средней высотой оси ВК. 4. В данной работе используются АБ, изготовленные по технологии AGM. AGM, как и гелевые аккумуляторы относятся к классу VRLA (valve-regulated lead-acid battery) аккумуляторов [57, 58]. Аккумуляторы этого типа не требуют специальной вентиляции или обслуживания. Ввиду того, что электролит в аккумуляторе неподвижен, батареи считаются сухими, и могут обслуживаться и транспортироваться в соответствии с требованиями к этому типу батарей. В отличие от классических (автомобильных) свинцово-кислотных аккумуляторов, срок службы которых составляет около 3 года, срок службы АБ по технологии АGM составляет от 6 до 12 лет (в зависимости от типа). АБ не выделяют при зарядке токсичных газов, и разрешены к применению в жилых и офисных помещениях. Имеют незначительный ток саморазряда (АБ находится без подзарядки более полу года) что недопустимо для классических свинцово-кислотных АБ. В связи с технологией изготовления, могут применяться в источниках бесперебойного питания, без дополнительной подзарядки или перемешивания электролита. В связи с вышесказанным в данной работе используются АБ, изготовленные по технологии AGM.
5. Суммарные дисконтированные затраты ЭК за расчетный период определяются с учетом следующих факторов: уровень инфляции в стране, рост стоимости органического топлива во времени, изменение цен на оборудование ВИЭ во времени, которое имеет тенденцию к снижению, изменение цен на остальные оборудования указанного ЭК во времени. В данной работе предлагается, что инфляция не превышает 4% в год. Запасы легкодоступного органического топлива постепенно истощаются. На рынке постепенно появляется альтернативное топливо: водород, синтез газ, биотопливо. Поэтому изменение цен на топливо (дизель и бензин) не будет коррелироваться в долгосрочном периоде с инфляцией. Скорее всего, повышение цен на топливо будет опережать инфляцию [36].
Типизация регионов Мьянмы по ресурсам солнечной энергетики, ветровой энергетики и малой гидроэнергетики
Окончательные расчеты водно-энергетического кадастра в табличном виде производятся в электронных таблицах. На рис.4.1 представлена созданная УЦМ открытого водотока или целого речного бассейна. На ней показаны линии водотоков, площадь водосбора каждых водотоков, водосборные точки, связанных с границами площадей водосбора. Каждая водосборная точка соотнесена с участком линии водотока, для которого известны значение расхода в начале участка и приращение расхода на участке.
Для проведения эффективных исследований всех видов ресурсов МГЭ с помощью ГИС необходимо также наличие хорошего информационного обеспечения по оценке мощностей типовых сельских АП, их места расположения вдоль рек, а также социально-экологические требования [28, 85-88]. Из-за трудностей оценки демографической ситуации в горных регионах Мьянмы, что вообще характерно для большинства развивающихся стран мира, расчт мощностей АП обычно производится на основе методов аналогий и математической статистики. Обычно в качестве исходных данных для подобных расчетов используются данные по удельной нагрузке на 1 чел. (/c)vejl) по странам аналогии, где уже были проведены расчты ресурсов МГЭ, а также с учтом демографической ситуации в Мьянме [28, 84, 96-98].
На основе демографической ситуации в Мьянме была определена наиболее вероятная численность одной семьи в 5 человек и численности жителей в поселках северных горных районов Мьянмы. Среднее значение количества домов в маленьком поселке составляет меньше 50 домов., а в средних и больших от 75 до 200 домов. [82]. Далее на основе обобщения данных по удельной нагрузке на 1 чел. (Щел) по странам аналогам была оценена наиболее вероятная величина его для Мьянмы для уровня 2014 г.. Она составила 0,2 кВт/чел. На основе полученных данных была рассчитана электрическая нагрузка для всех 2030 поселков северных горных районов страны. Диапазон максимальных нагрузок этих поселков находится в пределах от 50 до 200 кВт. Для дальнейших исследований была определена наиболее вероятная мощность сельского послка - 160 кВт как характерное значение для установленной мощности малой гидроэлектростанции (МГЭС). В указанном диапазоне нагрузок можно обеспечить электроэнергией такими МГЭС большую часть сельских населенных пунктов (90%) северных горных районов Мьянмы. Были проведены также дополнительные исследования зависимости количества поселков (ппос) от их расположения по длине водотоков (L), начиная от устья [28, 84, 97, 98].
На основе сказанного выше были проведены исследования ресурсов валового гидроэнергетического потенциала (ВГЭП) для всех водотоков северных горных районов Мьянмы на основе созданной УЦМ. В этих районах в бассейне основной реки Иравади имеется 210 водотоков, которые относятся к бассейнам средних рек Мали и Нмай. Тип их питания – ледниковый. Реки Мали и Нмай впадают в главную реку страны Иравади, которая является не только основной рекой для водного транспорта, но и главным символом страны. Река Иравади берт начало в северных горных районов Мьянмы от места слияния рек Мали и Нмай, которые текут параллельно друг другу с юго-восточных отрогов Гималаев, и относится к бассейну Индийского океана. На рис.4.3 представлены исследуемые Рис. 4.3. Средние и малые водотоки северных горных районов Мьянмы водотоки. Так как все исследуемые реки входят в один бассейн р.Иравади, можно предположить, что у них имеются общие морфометрические характеристики [85-87, 97]. Это позволяет типизировать эти реки и автоматизировать все виды расчтов по оценке ресурсов МГЭ [85-87, 97].
Для того, чтобы рассчитать ВГЭП необходимо прежде всего рассчитать водно-энергетический кадастр водотока, который включает в себя зависимости отметки по длине, расходы по длине, мощности и удельные мощности по длине [85-87]. На основе разработанной УЦМ были проведены исследования водно-энергетических кадастров всех водотоков северных горных районов Мьянмы. В качестве примера на рис. 4.5 и табл. 4.3 представлен водно-энергетический кадастра р.Арвадан, а на рис. 4.4 и табл. 4.2 зависимости отметок по длине и основные энергетические показатели для некоторых характерных рек из рассматриваемых водотоков. Суммарный ВГЭП для 210 водотоков северных горных районов составляет 17147 МВт или 150 ТВт.ч.
При сравнении полученных результатов ВГЭП с существующими данными для некоторых рек их ВГЭП была повышена в среднем на 5% [4, 77]. Впервые проведены исследования ВГЭП для более чем 180 малых и средних рек северного горного района Мьянмы с помощью созданной УЦМ, которые указали на возможность полного покрытия нагрузки сельских поселков вдоль них на основе МГЭС
Как показали выполненные расчты, многочисленные реки северных горных районов Мьянмы имеют значительный ГЭП. Однако развитие традиционной гидроэнергетики сегодня в таких районах практически невозможно по целому ряду объективных причин политического, социального и экологического характера. Одна из главных причин заключается в том, что западная часть этих районов находится в тигровом заповеднике долины Хукаунг, затопление лесов которых недопустимо [99]. Другими причинами были трудности в развитии ЛЭП в районах климатического и географического характера и малой плотности населения.
Исследование эколого-экономического потенциала малой гидроэнергетики северных горных регионов Мьянмы
По результатам типизации территории страны по ресурсам СЭ, ВЭ и МГЭ было выявлено, что для электроснабжения потребителей пос.Матупи наиболее целесообразным оказывается использование ЭК, состоящей из (МГЭС +СФЭУ+ВЭУ+АБ+ДЭУ). На рис. 5.10 изображена структурная схема ЭК на базе МГЭС, СФЭУ и ВЭУ для энергоснабжения пос.Матупи.
Поселок Матупи располагается недалеко от малой реки Ванен. С помощью ГИС для р.Ванен определены гидроэнергетические ресурсы. Валовой потенциал водотока составляет 22 МВт или 191 ГВт.ч. Общая е расчетная длина – 20,8 км от истока до места ее впадения в реку Лимро. Среднемноголетний расход р.Ванен составляет 9,76 м3/с в месте е впадения в р.Лимро. Пос.Матупи находится вблизи от места впадения р.Ванен в р.Лимро. На рис. 5.11 представлен гидрограф р.Ванен. На основе среднесуточных значений по расходу р.Васандан [4, 10-12, 77], которая аналогична р.Ванен,
Из СБД «METEONORM» получен ряд среднечасовых значение прихода СР на горизонтальную ПП и скорости ветра на высоте 10 м [60]. В соответствии с методикой, изложенной в пункте 3.1, определен оптимальный угол установки ПП (см. табл. 5.7). Среднегодовой приход СР на горизонтальную ПП для указанного региона составляет 5.3 кВт.ч/м2 в день. Суточный приход СР колеблется от 3,82 до 6,21 кВт.ч/м2 в течение года. Среднегодовая скорость ветра в указанном регионе на высоте 10 м равна 4,5 м/с. В течении года преобладают скорость ветра, находящаяся в диапазоне от 0,5 м/с до 20 м/с на высоте 10 м. На основании уравнений (3.15) и (3.16) пересчитаны эти скорости ветра на высоту башня (20 м). В данной работе рассматривается использование ветроэлектроустановки, произведенных индийскими фирмами (например Saket energies PVT. LTD. и Windcare India PVT. LTD)[55, 56]. В указанных фирмах производят маломощные ВЭУ с различными мощностями (от 300 Вт до 50 кВт), работающие на переменном токе. Высота башня ВЭУ изменяется в зависимости от мощности ВЭУ. В данной работе для маломощных ВЭУ высота башни в 20м считается средней высотой оси ВК. На высоте 20 м период, когда скорость ветра меньше скорости пуска ветрового агрегата (3 м/с), составляет 24% времени одного года. В дождливый сезон (с июня до сентября), когда приход СР уменьшается, а сток рек и скорость ветра наоборот- увеличиваются.
Далее были определены суточные графики нагрузки пос.Матупи. В пос.Матупи находятся 100 домов, школа, поликлиника, церковь, рынок, магазин, кафе и животноводческие фермы и комплексы. На рис. 5.12 представлен график нагрузки пос.Матупи для буднего дня декабря и мая. Суточное потребление ЭЭ прохладного сезона больше, чем другие сезоны из-за холодной погоды в прохладном сезоне. Суточные графики нагрузки пос.Матупи были определены на основе среднего уровня потребления ЭЭ.
В соответствии с методиками, описанными в главе 2, были определены параметры поступления первичных энергоресурсов (гидроэнергетических, энергии солнца). Далее были проведены оптимизация состава оборудования ЭК. В таблице 5.8 и 5.9 представлены технические и экономические показатели используемого оборудования ЭК.
На рис. 5.13 изображены суммарные дисконтированные затраты для электроснабжения пос.Матупи за счет ЭК на базе МГЭС, СФЭУ и ВЭУ при оптимальном составе мощности оборудований ЭК и для электроснабжения пос.Матупи за счет ДЭУ. Суммарные дисконтированные затраты за расчетный период (20 лет) для электроснабжения пос.Матупи за счет ДЭУ составляет Суммарные дисконтированные затраты за расчетный период для электроснабжения пос.Матупи за счет ЭК на базе МГЭС, СФЭУ и ВЭУ при оптимальном составе мощности оборудований ЭК составляет 872739 $. Во втором случае суммарные дисконтированные затраты в 7,4 раз уменьшились. Тем самым было доказано, что электроснабжение за счет использования ЭК на базе ВИЭ намного эффективнее, чем электроснабжение за счет ДЭУ.
