7.2. Енергетичні розрахунки при сумісній роботі теплових і вітроелектричних станцій

При паралельній роботі тепло та вітроелектричних станцій додаткова енергія, яка отримується від останніх акумулюється у вигляді збереженого палива, яке при відсутності вітроелектростанцій повинно було привезено та розходувано на тепловій станції. Таким чином, виробка електроенергії вітроелектростанціями при роботі сумісно з тепловими приводить до зменшення розходу топлива на теплових станціях за окремий інтервал часу (година, доба, місяць, рік).

Енергетичний ефект сумісної роботи теплових і вітроелектростанцій повинний оцінюватись з врахуванням того, що при роботі вітроелектростанцій які приймають на себе частину навантаження, агрегати теплових станцій при цьому переводяться в режим роботи, при якому в цілому понижується загальне використання палива Q[кг/год], і завдяки цьому обумовлюється його економія.

При визначенні енергетичного ефекту, який отримують на випадок сумісної роботи ТЕС і ВЕС, слід застосувати методику, в основі якої використовують витратні характеристики теплових електростанцій.

Витратні характеристики визначають залежність кількості палива Q, яке витрачається агрегатом за одиницю часу (г), від корисної потужності P, яка має місце на валу двигуна, або віддається генератором в мережу (рис. 7.2.1)

Рис. 7.2.1. Витратні характеристики палива для теплових електростанцій

В загальному випадку витратні характеристики являють собою залежність, яка для спрощення при приблизних розрахунках може бути лінеаризована з необхідним ступенем точності.

Для практичних розрахунків похибка може складати величину до 3–5% враховуючи відповідну приблизність вітроенергетичних розрахунків.

Витрати Q'_{рік.ТЕС} палива за рік на теплоелектричних станціях з декількома агрегатами одного типу при відсутності ВЕС на основі лінеарізованих витратних характеристик визначається відносно формули (7.2.1):

(7.2.1)

де Q_xxТЕС=Q_xx, m – загальні витрати топлива на холостому ходу всіма m агрегатами; Q_xx, Q_n – погодинні витрати палива на холостому ходу і при номінальному навантаженні відповідно; m - число агрегатів на ТЕС; t'_роб – середнє число години праці кожного агрегату ТЕС за рік при відсутності ВЕС.

Коефіцієнт μ визначається відповідно до формули:

(7.2.2)

де P_n – номінальна потужність одного агрегату ТЕС;

A'_ТЕС=P_nТЕС∙t_{уст.ТЕС} – загальна кількість енергії, яка виробляється за рік на ТЕС при відсутності ВЕС; P_nТЕС – номінально потужність ТЕС; t_{уст.ТЕС} – число годин використання установленої потужності ТЕС.

Витрати палива за рік на теплоелектричній станції з декількома однотипними агрегатами при наявності ВЕС визначається відповідно до формули:

(7.2.3)

де t"_роб – середнє число годин роботи кожного агрегату ТЕС при наявності ВЕС; A"_ТЕС=A'_ТЕС–A_ВЕС – загальна кількість енергії, яка виробляється агрегатом ТЕС при наявності ВЕС; A_ВЕС – кількість енергії, яка виробляється за рік на ВЕС і яка використовується на покриття графіка навантаження .

Кількість енергії A_ВЕС відрізняється від потенціально-можливої повної виробки вітроелектростанції A_ВЕС, яка підраховується на основі кривої розподілення швидкості вітру за рік. Це пояснюється не співпадінням графіків зміни швидкості вітру і навантаження як в добовому, так і в місячному інтервалі часу.

Величина економії ΔQ_рік палива при сумісній роботі ТЕС і ВЕС за рік визначається як різниця

і відповідно

Потрібні при розрахунках величини t'_роб і A'_ТЕС визначають із графіка навантаження ТЕС при відсутності ВЕС.

Величини A_ВЕС t'_роб і A'_ТЕС визначаються шляхом наложення графіків віддачі потужності ВЕС і ТЕС на графік навантаження мережі.

Таблиця 7.2.1

Сезон року, якому відповідає графік навантаження	-	(зима, літо, весна,осінь)
Середньодобова швидкість вітру	м/сек	(4, 5, 6, 7, 8 і т.д.)
Години доби	г	1, 2, 3, …,22, 23, 24
Графік навантаження	кВт
Потужність вітроелектростанції	кВт
Потужність теплоелектростанції, яка необхідна для покриття графіка навантажень	кВт
Кількість працюючих теплових агрегатів	Шт.
Енергія, яка споживається навантаженням за добу	кВт
Енергія, яка виробляється ВЕС за добу	кВт-г
Число годин роботи теплових агрегатів за добу Загальне для всіх агрегатів Середнє для одного агрегату	г г

В таблиці 7.2.1 приведена форма, яка може бути використана при проведенні приблизних розрахунків з накладанням графіків потужності ВЕС і ТЕС на графік навантаження.

Послідовність заповнення таблиці становиться зрозумілим, якщо розглянути названня її граф. При сполученні графіків навантаження і потужності вітроелектростанції графіки навантаження мережі приймаються різними для окремих сезонів року (зима, весна, літо, осінь), тому для спрощення розрахунків можна приймати на рік два або три графіки – зимній і літній або зимній, літній та осінній.

На добовий графік визначеного сезону накладається графік роботи вітроелектростанції при різних швидкостях вітру, починаючи від швидкості вітру, при якому вітроелектростанція починає віддавати енергію в мережу і закінчуючи розрахунковою швидкістю вітру, при якому починає працювати обмежувач потужності вітроелектростанції, тобто для швидкості вітру, який дорівнює 4, 5, 6, 7, 8 ,9 і 10 м/сек і т.д. Для цього застосовують криву повторює мості швидкості вітру за місяць, відповідно до відомої середньомісячної швидкості вітру знаходять кількість діб за місяць, які відповідають різним середньодобовим швидкостям вітру.

Відповідно до установлених балансів енергії для окремих місяців складається баланс енергії за рік. Із цього балансу визначаються величини A_ВЕС t"_роб і A"_ТЕС.

Проведені на основі запропонованої методики енергетичні розрахунки показують, що при підключенні ВЕС на паралельну роботу з дизельною електростанцією такої ж потужності (графік навантаження при цьому не збільшується) в районах зі середньорічними швидкостями вітру 5-6 м/сек., економія палива складає 40-60%.