Файл: Изм. Лист докум. Подпись Дата Лист 2 кп. 45. 13. 03. 02. 07 Пз содержание.pdf

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
2
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
СОДЕРЖАНИЕ
Аннотация ................................................................................................................................. 4
Список сокращений .................................................................................................................. 5
Введение .................................................................................................................................... 6 1. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ ВЭС
МОРСКОГО БАЗИРОВАНИЯ ............................................................................................... 7 1.1 Анализ морской ветроэнергетики ..................................................................................... 7 1.2 Анализ ветропотенциала Калининградской области ...................................................... 9 1.3 Анализ результатов проекта TASIC ............................................................................... 12 2.ВЫБОР МОДЕЛИ ВЭУ И ОПТИМАЛЬНОЙ КОМПОНОВКИ ВЭС ........................... 15 2.1 Выбор ВЭУ ........................................................................................................................ 15 2.2 Выбор оптимальной компоновки ВЭС........................................................................... 20 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СХЕМЫ ВЫДАЧИ МОЩНОСТИ ВЭС В
ЭНЕРГОСИСТЕМУ ............................................................................................................... 23 3.1 Способы передачи энергии от ВЭС в энергосистему. .................................................. 23 3.2 Точка присоединение ВЭС к ЭЭС .................................................................................. 24 3.3 Анализ перетоков мощности при подключении ветропарка ....................................... 27 3.3.1 Проверка перетоков мощности в нормальном режиме работы сети ........................ 29 3.3.2 Проверка перетоков мощности в послеаварийном режиме работы сети ................ 31 4.ВЫБОР СХЕМЫ КОММУТАЦИИ И ОЦЕНКА ЕЁ НАДЕЖНОСТИ .......................... 33 4.1 Выбор схемы распределительного устройства 110 кВ ................................................. 33 4.1.1 Расчѐт показателей надежности для схемы «Мостик с неавтоматической ремонтной перемычкой со стороны линий». ...................................................................... 37 4.1.2 Расчѐт показателей надежности для схемы «Четырѐхугольник» ............................. 39 4.2 Выбор схемы соединения ветроустановок .................................................................... 42 4.2.1 Определение максимального числа установок в одном блоке ................................. 44 4.2.2 Расчѐт надежности радиального варианта схемы соединения установок. .............. 45 4.2.3 Расчѐт надежности кольцевого варианта схемы соединения установок. ................ 48 5.РАСЧЁТНЫЕ УСЛОВИЯ ДЛЯ ВЫБОРА ПРОВОДНИКОВ И АППАРАТОВ ........... 51 5.1 Расчѐт токов нормального и утяжеленного режима ..................................................... 51 5.1.1 Цепи кабельных линий 110 кВ ..................................................................................... 51 5.1.2 Расчѐт тока нормального и утяжеленного режима для силовых трансформаторов
110 кВ ..................................................................................................................................... 52 5.1.3 Цепи сборных шин 110 кВ............................................................................................ 53 5.1.4 Расчѐт тока нормального и утяжеленного режима для кабельных линий 35 кВ .... 53 5.1.5 Расчѐт тока нормального и утяжеленного режима для силовых трансформаторов
35 кВ ....................................................................................................................................... 54 5.1.6 Цепи сборных шин 35 кВ.............................................................................................. 55 5.1.7 Цепи секционного выключателя 35 кВ ....................................................................... 56 5.2 Расчѐт токов короткого замыкания................................................................................. 56 6. ВЫБОР ОСНОВНОГО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ .................. 60 6.1 Критерии выбора и проверки силового электротехнического оборудования ............ 60 6.2 Выбор и проверка оборудования 110 кВ ........................................................................ 62 6.2.1 Выбор силовых трансформаторов ............................................................................... 62 6.2.2 Выбор КРУЭ 110 кВ ...................................................................................................... 63 6.2.3 Проверка выключателя, встроенного в КРУЭ СЭЩ–110 ......................................... 65 6.2.4 Проверка разъединителя, встроенного в КРУЭ СЭЩ–110 ....................................... 66

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
3
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
6.2.5 Проверка трансформатора тока, встроенного в КРУЭ СЭЩ–110 ............................ 67 6.2.6 Проверка трансформатора напряжения, встроенного в КРУЭ СЭЩ–110 ............... 67 6.2.7 Выбор и проверка ограничителей перенапряжений (ОПН) ...................................... 68 6.3 Выбор и проверка оборудования 35 кВ .......................................................................... 68 6.3.1 Выбор силовых трансформаторов ............................................................................... 68 6.3.2 Выбор ячейки КРУ 35 кВ.............................................................................................. 69 6.3.3 Проверка выключателей для КРУ 35 кВ ..................................................................... 70 6.3.4 Проверка трансформатора тока для КРУ 35 кВ ......................................................... 71 6.3.5 Проверка трансформатора напряжения для КРУ 35 кВ ............................................ 73 6.3.6 Проверка ограничителей перенапряжений (ОПН) для КРУ 35 кВ .......................... 73 7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА ................................... 75 7.1 Исходные данные для расчѐта капиталовложений ....................................................... 75 7.2 Расчѐт капиталовложений ............................................................................................... 77 7.3 Сроки окупаемости проекта ............................................................................................ 78
Заключение.............................................................................................................................. 80
Список использованной литературы .................................................................................... 81
ПРИЛОЖЕНИЕ А ................................................................................................................. 81
ПРИЛОЖЕНИЕ Б .................................................................................................................. 93
ПРИЛОЖЕНИЕ В .................................................................................................................. 95

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
4
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Аннотация
В пояснительной записке содержится: 95 листов, 35 иллюстрации, 61 таблица, 7 разделов основной части, 29 использованных источников и 3 приложения
ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ
УСТАНОВКА,
ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ
СТАНЦИЯ,
НАДЕЖНОСТЬ,
СХЕМА
КОММУТАЦИИ,
РАСЧЁТ
ТОКОВ
КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ.
Целью данной работы является проектирование ветроэнергетической электростанции морского базирования в акватории
Балтийского моря
Калининградской области
В первом разделе была произведена оценка ветропотенциала Калининградской области и осуществлен выбор площадки расположения ВЭС морского базирования
Во втором разделе, с использованием методики мультикритериального анализа, осуществлен выбор оптимальной модели ветроустановки, а также компоновки ветропарка.
В третьем разделе обоснован выбор точки подключения ВЭС к энергосистеме, в том числе, осуществлена проверка по перетокам мощности для выбранного варианта подключения.
В четвертом разделе, на основе технико-экономических расчѐтов и рекомендаций нормативной документации, проведен выбор схемы коммутации распределительного устройства 110 кВ и схемы соединения ветроэнергетических установок
В пятом разделе осуществлен расчѐт токов нормального и утяжеленного режима для выбора проводников и аппаратов. Составлена математическая модель части энергосистемы, произведен расчѐт токов короткого замыкания.
В шестом разделе на основе расчетных условий был произведен выбор электрооборудования ВЭС.
В седьмом разделе дано технико-экономическое обоснование проекта.
Произведен предварительный расчѐт инвестиций, необходимых для проектрирования ветроэнергетической станции морского базирования.

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
5
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Список сокращений
ВЭС – ветроэлектростанция
ВЭУ – ветроэнергетическая установка
ЗАО – закрытое акционерное общество
КЗ – короткое замыкание
КЛ – кабельная линия
КРУ – комплектное распределительное устройство
КРУЭ – комплектное распределительное устройство с элегазовой изоляцией
ЛЭП – линия электропередачи
ОПН – ограничитель перенапряжений
ПС - подстанция
ПУЭ – правила устройства электроустановок
РАО – Российское акционерное общество
РУ – распределительное устройство
СиПР – схема и программа развития
СТО – стандарт организации
ЭС - энергосистема

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
6
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Введение
Глобальное использование возобновляемых источников энергии становится все более необходимым инструментом для развития будущей мировой экономики и борьбе с истощением углеводородных ресурсов.
На сегодняшний день, ветроэнергетика является одним из самых экономически выгодных направлений альтернативной энергетики. На начало 2018 года суммарная установленная мощность всех ветроустановок превысила 600 ГВт, тем самым опередив установленную мощность атомных электростанций. Однако, существенным недостатком использования энергии ветра является необходимость задействования больших площадей для эксплуатации ветроэлектростанций, что является большой проблемой для густонаселенных районов. В связи с этим, в последнее время особенное внимание уделяется оффшорной ветроэнергетике, лишенной этого недостатка.
Целью данной курсовой работы является проектирования ветроэлектростанции морского базирования для Калининградской области. Морской ветер в регионе обладает наивысшим энергетическим потенциалом. Средние скорости ветра в акватории Балтийского моря в среднем составляют около 8 м/c Для Калининградского региона проектирование ветропарка морского базирования имеет большой потенциал, так как земельные ресурсы области ограничены, в виду изолированного положения.
Введение новых электрогенерирующих ресурсов, не требующих поставок ископаемого топлива, позволит укрепить электробезопасность региона, а также повысит его топливно-энергетическую обеспеченность.

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
7
ВКР.45.13.03.02.07 ПЗ
Разраб.
Ермолович В.С.
Провер.
Никишин А.Ю.
Руков.
Никишин А.Ю.
Н. Контр.
Сивухо М.Э.
Утв.
Белей В. Ф.
Статистические данные
для выбора места
расположения ВЭС
Лит.
Листов
95
ФГБОУ ВО «КГТУ»
Кафедра ЭС и ЭЭ
Группа 16
–ЭЭ
1. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ ВЭС
МОРСКОГО БАЗИРОВАНИЯ
1.1 Анализ морской ветроэнергетики
Морская ветроэнергетика является одним из перспективнейших направлений в области возобновляемых источников энергии. В настоящее время, еѐ развитие переживает бурный рост. Лишь за последнее десятилетие суммарная установленная мощность ВЭУ морского базирования увеличилась в 10 раз и достигла 22 ГВт, что составляет около 3% от общей мощности ВЭС. Также, по оценкам экспертов, учитывая все строящиеся и готовящиеся к вводу в эксплуатацию проекты, суммарная установленная мощность ветроустановок морского базирования, возрастѐт втрое, по сравнению с 2019 годом (рисунок 1.1)[1].
Рисунок 1.1 – Прогнозирования роста суммарной установленной мощности ВЭУ морского базирования
Такие быстрые темпы развития морской ветроэнергетики определяются тем, что она имеет ряд преимуществ по сравнению с береговой:

морские ветры более сильные, как следствие – большая мощность ветрового потока и потенциальная выработка электроэнергии
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024
С
ум м
арная у
ст анов лен ная м
ощно сть
Польша
США
Великобритания
Ост. Европа
Ост. Азия
Нидерланды
Германия
Дания
Китай
Бельгия

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
8
КП.45.13.03.02.07 ПЗ

малые колебания генерации электроэнергии, вследствии более постоянной
«природе» морского ветра. Как результат, уменьшается зависимость от балансировки мощностей.

в густонаселенных районах возрастает стоимость и степень приватизации земли, поэтому все чаще приоритет отдаѐтся в сторону ВЭС морского базирования [2]
Для сравнения, в таблице 1.1 приведены технические характеристики современных ВЭУ морского и берегового базирования
Таблица 1.1 – Технические характеристики современных ВЭУ морского и берегового базирования
ВЭУ
Тип базирования
Мощность, кВт
Номинальная скорость ветра, м/c
Тип генератора
MHI Vestas V-
164
Морское
8000 13
На постоянных магнитах
Simens Gamesa
SWT-7.0-154
Морское
7000 13 синхронный
Senviion
6.2M152
Морское
6150 11.5 асинхронный
GE Haliade 150-
6 MW
Морское
6000 13 синхронный
Envision
EN136-4.2
Морское
4200 10.5 синхронный
Enercon E-126
Береговое
6000 16.5 синхронный
Gamesa G128-
5.0MW
Береговое
5000 14 синхронный
Enercon E-126
EP4
Береговое
4200 13.5 асинхронный
SWT-4.0-130
Береговое
4000 12 синхронный
WinWind
WWD-3 D100
Береговое
3000 11.5 синхронный
К отрицательным факторам оффшорных ВЭС можно отнести высокие капитальные вложения, труднодоступность, большие затраты на техобслуживание и текущий ремонт. Однако, стоит отметить, что за последнее десятилетие наблюдается стремительное снижение стоимости капитальных затрат на строительство оффшорных
ВЭУ (рисунок 1.2) [3].

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
9
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Рисунок 1.2 – Графики стоимостей кВт установленной мощности
Несмотря на трудности строительства ВЭС в открытом море, данный подход имеет большие перспективы для увеличения мощности за счет использования ветрогенераторов. Пространства для развертывания ВЭС на море, гораздо больше чем на суше, что играет определяющую роль в приросте суммарной мощности оффшорных
ВЭУ.
Для Калининградского региона проектирование ветропарка морского базирования имеет большой потенциал, так как земельные ресурсы области ограничены, в виду изолированного положения.
Введение новых электрогенерирующих ресурсов, не требующих поставок ископаемого топлива, позволит укрепить электробезопасность региона, а также повысит его топливно- энергетическую обеспеченность.
1.2 Анализ ветропотенциала Калининградской области
Важнейшими критериями определяющими целесообразность установки ветрогенераторов является средняя скорость ветра (м/c) и удельная мощность воздушного потока (Вт/м
2
). Калининградский регион имеет благоприятные условия для использования ветроэнергетического потенциала. Район побережья Балтийского моря является наиболее практичным для использования энергии ветра , так как входит,
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
С
тоимо сть к
Вт уст анов лен ной м
ощно сти
($/
кВт)
Береговые ветроустановки
Морские ветроустановки

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
10
КП.45.13.03.02.07 ПЗ в так называемую, активную ветронасыщенную зону. Данная зона обладает наивысшим ветропотенциалов, благодаря высокой повторяемостью ветров. Уровень потенциальных ветровых ресурсов в прибрежном районе колеблется в пределах 600-
700 Вт/м
2
, что является наилучшим показателем в области (рисунок 1.3) [4].
Рисунок 1.3 – Карта ветронасыщенных зон Калининградской области
Средние скорости ветра в первой зоне ветровой активности варьируются в пределах от 5,2 до 6,7 м/c, при этом максимальные значения ветров во время штормов достигают порядка 30 м/c. Следует также отметить, что с ростом высоты ступицы ветроколеса ВЭУ растут значения средних скоростей ветров. Эта зависимость для скорости V на высоте h может быть описана следующей формулой:
(
)
(1.1) где
– скорость на высоте флюгера, м/c
– высота флюгера, м/c m – коэффициент, характеризующий степень возрастания ветра над поверхностью земли.