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

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
11
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Для оценки ветроэнергетического потенциала морской зоны Калининградской области на высоте 10, 50 и 100 были использованы данные Международного ветрового атласа. Результаты анализа представлены в таблице 1.2. На рисунке 1.4 проилюстрирована роза ветров прибрежного района Калининградской области.
Таблица 1.2 – Обобщенные данные средних скоростей ветра прибрежной зоны
Калининградской области
Высота, м
Зима
Весна
Лето
Осень
Средняя за год
Средняя скорость ветра, м/c
10 7-8 6-7 5-6 7-8 6-7 50 8-9 7-8 6-7 8-9 8-9 100 10-11 8-9 7-8 9-10 9-10
Рисунок 1.4 – Роза ветров прибрежной зоны Калининградской области
С учетом проделанной оценки ветроэнергетических ресурсов Калининградской области, можно сделать вывод, что регион обладает достаточным потенциалом для развития морской ветроэнергетики.

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
13
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
При участии морского института города Гданьска, для определения оптимальной зоны размещения ветропарков, была составлена подробная карта подводных коммуникаций и маршрутов, используемых при судоходстве (рисунок 1.6)
Рисунок 1.6 – Карта судоходных и подводных коммуникаций на территории
Калининградской области
По итогам проекта, для стран участниц были определены зоны наиболее пригодные для установок ветроэлектростанций морского базирования [6]. Для
Калининградского региона были найдены 2 потенциальные площадки, данные которых приведены в таблице 1.3

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
14
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Таблица 1.3 – Данные площадок, выбранных по итогу проекта TACIS 2006/214-473
Параметр
Площадка 1
Площадка 2
Площадь, км
2 28 24
Средняя скорость ветра, м/c
8,5 9,1
Средняя глубина, м
24 22
Расстояние до берега, км
9 10,8
Наиболее приемлемым местом размещения оффшорного ветропарка является площадка 1, ввиду меньшего удаленности от подстанций 110 кВ (рисунок 1.7). В связи с этим дипломная будет выполняться для первой площадки.
Рисунок 1.7 – Расположение ПС 110-330 кВ на территории Калининградской области
В дальнейшем, при достижение благоприятных технико-экономических показателей при эксплуатации оффшорного ветропарка на площадке 1, возможен вариант инвестирования во вторую очередь на второй площадке.

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
15
ВКР.45.13.03.02.16 ПЗ
Разраб.
Ермолович В.С.
Провер.
Никишин А.Ю.
Руков.
Никишин А.Ю.
Н. Контр.
Сивухо М.Э.
Утв.
Белей В. Ф.
Выбор модели ВЭУ и
оптимальной
компоновки ВЭС
Лит.
Листов
95
ФГБОУ ВО «КГТУ»
Кафедра ЭС и ЭЭ
Группа 16
–ЭЭ
2.ВЫБОР МОДЕЛИ ВЭУ И ОПТИМАЛЬНОЙ КОМПОНОВКИ ВЭС
2.1 Выбор ВЭУ
Перед началом выбора ВЭУ необходимо определить соответствующий ей класс.
Классы ветра определяют какая турбина подходит для ветровых условий конкретной площадки
Стандарт IEC 64100-1 Международной электротехнической комиссии подразделяет ветроэнергетические установки на 3 класса (2.1), которые базируются на предельно допустимой и средней скорости ветра [7].
Таблица 2.1 – Классы ветроустановок, согласно стандарту IEC 64100-1
Классы ВЭУ
Предельно допустимая скорость ветра, м/c
Средняя скорость ветра, м/c
I
50 10
II
42,5 8,5
III
37,5 7,5
Все вышеперечисленные классы также можно разделитm на два подкласса: a и b, в зависимости от значений турбулентности ветра. В подклассе a предельная турбулентность ветра не превышает 18%, в b – 16%.
Для определение правильного типа ветроустановки необходимо знать предельно допустимые и средние скорости ветра на рассматриваемой площадки.
Для определения вероятности возникновения предельно допустимых скоростей ветра, воспользуемся формулой частотного распределение скоростей ветра Рейлиха:
(
(
)
) (
(
)
)
(2.1) где
– действительная скорость ветра, м/c
– среднегодовая скорость ветра, м/c. Согласно данным проекта TACIS
2006/214-473 для рассматриваемой площадки средняя скорость ветра равна 8,5 м/c
Результатом расчѐта уравнения (2.1) является частотная кривая распределения скоростей ветра Рейлиха (рисунок 2.1), построенная с помощью использования программного комплекса Mathcad.

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
16
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Рисунок 2.1 – Частотное распределение скоростей ветра Рейлиха
Как видно, из рисунка 1 вероятность появления предельно допустимых скоростей ветра, соответствующих I, II, III, классу ветроустановок практически равна нулю, что, соответственно, не накладывает ограничений на выбор класса ВЭУ
Для окончательного выбора ветроустановки воспользуемся мультикритериальным сравнением параметров ВЭУ, методика которого была описана в [8].
Для сравнения были выбраны 4 ветроустановки (таблица 2.2), ранее рассматриваемые для проектов оффшорных ветропарков в акватории Балтийского моря у побережья Литовской республики. Кривые мощности рассматриваемых ВЭУ показаны на рисунке 2.2

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
17
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Таблица 2.2 – Технические параметры рассматриваемых ВЭУ
Проиводитель
Nordex
Vestas
GE
REpower
Модель турбины Nordex N80
Vestas V90
GE 3.6 sl
REpower M5
Мощность, кВт
2500 3000 3600 5000
Диаметр ротора, м
80 90 104 126
Высота ступицы, м
100 105 100 100
Ометаемая поверхность, м2 5026 6362 8495 12469
Цена, €
3000000 3600000 4320000 6000000
Площадь, необходимая для турбины, км2 0.448 0.567 0.757 1.111
Рисунок 2.2 – Кривые мощности рассматриваемых ВЭУ
Для того чтобы приступить к применению метода мультикритериального анализа необходимо определить и изучить достаточное количество наиболее значимых критериев. Далее для каждого из них по девятибалльной шкале (таблица 2.3) будут заданы весовые значения для проведения дальнейшего попарного сравнения.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
1,2 1
4 7
10 13 16 19 22 25
М
ощно сть
, о.е
Скорость ветра, м/c
Nordex N80
Vestas V90
GE 3.6 sl
REpower M5

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
18
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Таблица 2.3 – Девятибалльная шкала попарного сравнения
Важность критерия Описание
1
Критерий i и j имеют одинаковую значимость
3
Критерий i имеет чуть большую значимость чем j
5
Критерий i важнее критерия j
7
Критерий i гораздо важнее критерия j
9
Критерий i чрезвычайно значим, по сравнению с j
2,4,6,8
Спорные значения между двумя соседними оценками
В качестве параметров сравнения были выбраны следующие критерии:

Номинальная мощность отдельной ветроустановки (X
1
)

Максимальная мощность ветропарка (X
2
), которая зависит от требуемой площади для эксплуатации ветротурбин.

Годовая вырабатываемая электроэнергия ветропарка (X
3
)

Общая стоимость ветроустановок, проектируемых на территории ветропарка
(X
4
)
Основной задачей электростанции является выработка электроэнергии, соответственно данный критерий был выбран в качестве наиболее важного, по сравнению с другими параметрами (таблица 2.4)
Таблица 2.4 – Результаты попарного сравнения критериев
Х
1
Х
2
Х
3
Х
4
Вес (w), %
Х
1 1
0,25 0,14 0,5 7,1
Х
2 4
1 0,33 2
27,4
Х
3 7
3 1
1 48,7
Х
4 2
0,5 1
1 16,8
После получения данных по важности каждого из параметров, необходимо определить ветроустановку имеющую наилучшие показатели для проектирования рассматриваемого ветропарка. В таблице 2.5 представлены значения критериев сравнения для каждой ВЭУ.

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
19
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Таблица 2.5 – Значения параметров сравнения для рассматриваемых ВЭУ
Проиводитель
Nordex
Vestas
GE
REpower
Модель турбины
Nordex
N80
Vestas
V90
GE 3.6 sl
REpower
M5
Мощность, МВт
2500 3000 3600 5000
Максимальная мощность ветропарка,
МВт
155 144 133,2 125
Годовая вырабатываемая электроэнергия ветропарка, тыс.
МВт*ч
514,3 534,8 506,9 501,3
Общая стоимость ветроустановок, млн
€
126 151,21 159,84 150
Так как параметры сравниваемых
ВЭУ имеют аддитивный и мультипликативный вид, то необходимо применить интеграцию полезности функций к единице. По это причине формула, применяемая для сравнительной оценки будет иметь следующих вид:
∑ ̅
∏ ̅
(2.2)
Где
– коэффициент, равный 0,5
– весовая значимость критерия
Для критериев, которые должны иметь максимальное значение,
̅
будет находиться, как:
̅
(2.3)
Для критериев, которое должны иметь минимальное значение
̅
(2.4)
Результаты расчѐтов, осуществленных по формуле (2.2) представлены в таблице
2.6

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
20
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Таблица 2.6 – результаты мультикритериального анализа
Модель ветроустановки
Оценка полезности ВЭУ, K
Ранг
Nordex N80 0,939 1
Vestas V90 0,92 2
GE 3.6 sl
0,879 4
REpower M5 0,888 3
По результатам расчетов, выполненных по методике мультикритериального сравнения параметров, лучшим вариантом для проектирования рассматриваемого ветропарка является ветроустановка компании Nordex, номинальной мощность 2,5
МВт.
2.2 Выбор оптимальной компоновки ВЭС
Как уже было сказано в разделе 1, размещение ветроустановок будет осуществляться в пределах зоны, определенной проектом TACIS 2006/214-473, площадь, которой равна 24 км
2
. Основным критерием выбора оптимальной компоновки ВЭС, будет является получение наибольшего значения вырабатываемой электроэнергии. Расположение ветроустановок в границах рассматриваемой площадки стоит выбирать с учетом, так называемого, вихревого следа ВЭУ. Вихревым следом является зона повышенной турбулентности, образующаяся позади установки при прохождение ветра через лопасти ротора. Выработка электроэнергии установок, попадающих под зону действия вихревого следа, значительно снижается. В связи с этим, выбор расстояния между установками должен осуществляться таким образом, чтобы минимизировать влияние соседних ВЭУ, и, одновременно с этим, обеспечить наименьшую стоимость коммуникаций.
Учитывая рекомендации иностранным источников [9], расстояния вдоль преобладающих ветров (западное и восточное) будет принято равным десяти диаметрам ветроколеса, а в перпендикулярном направлении равным пяти диаметрам.
Произведем расчѐт расстояний между соседними установками при диаметре ротора равным 80 метров.
Расстояние между ветроустановками в продольном направлении
:
(2.5) где d – диаметр ротора

Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
21
КП.45.13.03.02.07 ПЗ
Расстояние между ветроустановками в поперечном направлении
:
(2.6)
Компоновка ветропарка, выполненная с учетом взаимного влияния соседних
ВЭУ представлена на рисунке 2.3. Проектируемая ВЭС будет состоять из 72 агрегатов
Nordex N80 суммарной мощностью 180 МВт.
Рисунок 2.3 – Размещение ветроустановок на территории ветропарка
Годовая выработка электроэнергии для проектируемого ветропарка, при известном значении среднегодовой скорости ветра, может быть рассчитана по методике Рейлиха [10], представленной в выражении (2.7).
∑
(2.8) где
– частотное распределение по скоростям
– мощность, выдаваемая ВЭУ в ЭС, МВт n – число ВЭУ, установленное в ветропарке