Исследование технико-экономической целесообразности применения напряжения 20 кВ в городских электрических сетях

УДК 621.3.051

Исследование технико-экономической целесообразности применения напряжения 20 кВ в городских электрических сетях

В. В. Черепанов,

Вятский государственный университет,

доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения И. А. Суворова,

Вятский государственный университет, старший преподаватель кафедры электроснабжения

Произведена оценка целесообразности использования напряжения 20 кВ на примере модели городской электрической сети г. Кирова. Выполнено исследование чувствительности изменения дисконтированных издержек к изменению времени наибольших нагрузок, стоимости электроэнергии и стоимости оборудования.

Ключевые слова: напряжение 20 кВ, городские электрические сети, выбор напряжения.

При передаче электрической энергии по распределительным сетям возникают потери напряжения, величина которых определяется передаваемой нагрузкой, сопротивлением проводов и номинальным напряжением сети. Одним из путей эффективного снижения транспортных потерь является повышение номинального напряжения в распределительных сетях.

В настоящее время городские сети выполнены на напряжение 10 кВ, что связано с возникновением потерь мощности и напряжения. Применение напряжения 20 кВ позволит уменьшить объём использования цветного металла, снизить потери электроэнергии, увеличить дальность передачи электроэнергии. Но вместе с тем стоимость оборудования на напряжение 20 кВ в настоящее время выше стоимости оборудования 10 кВ. Следовательно, возникает вопрос технико-экономической целесообразности применения напряжения 20 кВ в распределительных сетях.

В качестве критерия экономической целесообразности применения 20 кВ использовались дисконтированные издержки в городской сети. Критерием экономичности является минимум дисконтированных издержек, с помощью которого определяется наиболее эффективное капиталовложение для создания сети.

Для исследования динамики изменения дисконтированных издержек расчёт проводится для нескольких вариантов времени наибольших нагрузок, срока окупаемости проекта и стоимости электроэнергии.

Для исследования создана модель городской электрической сети по реальной электрической сети города Кирова. На рис. 1 представлен фрагмент городской электрической сети с двумя подстанциями 110/10 кВ. На каждой подстанции 110/10 кВ установлены по два трансформатора ТДН-16000/110.

Этот же фрагмент городской электрической сети можно запитать на напряжение 20 кВ (рис. 2).

5 ? 6 5

О

б

Рис. 1. Модель городской сети 110/10 кВ

ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / wmv.etidi.ru

№ 5(47) 2012, сентябрь-октябрь

Источник питания

Рис. 2. Модель городской сети 110/20 кВ

Так как в сети на напряжение 20 кВ зона обслуживания в 2 раза больше, чем в сети 10 кВ, то две подстанции 110/10 кВ заменяются одной подстанцией 110/20 кВ. При этом количество колец линий 20 кВ, отходящих от подстанции 110/20, увеличивается в 2 раза. В Кирове среднее расстояние между подстанциями 110/10 составляет 2 км. В связи с этим длина колец, отходящих с подстанции 110/20, увеличивается на 1 км. На подстанции 110/20 устанавливаются два трансформатора ТРДН-40000/110/20.

В расчёте дисконтированных издержек учитывались: ГПП, воздушные линии 110 кВ, питающие главную подстанцию, кабельные линии 10 и 20 кВ, подстанции 10/0,4 и 20/0,4, стоимость потерь в трансформаторах и в линиях и стоимость отчуждаемой земли под строительство главной подстанции. Было принято, что линии 10 и 20 кВ выполнены из кабелей с алюминиевыми жилами с изоляцией из

сшитого полиэтилена [1], учитывались комплекты концевых муфт для внутренней установки [2]. Выбор сечения кабеля производился по экономической плотности тока, при этом учитывалось ограничение по нагреву кабеля токами короткого замыкания. Стоимость электроэнергии была взята по данным ОАО «Кировэнергосбыт» на 2012 год. Для обеспечения требований ГОСТ 13109-97 приняты допустимые потери напряжения 10 % до самой электрически удаленной точки.

Результаты расчётов представлены в табл. 1-3.

Из табл. 1 видно, что с увеличением ТНБ вариант на напряжение 20 кВ становится наиболее выгодным за счет уменьшения транспортных потерь электрической энергии.

В табл. 2 представлен расчёт дисконтированных издержек с учетом роста цен на электрическую энергию.

Таблица 1

Исследование чувствительности изменения дисконтированных издержек к изменению времени наибольших нагрузок

и, кВ Дисконтированные издержки, тыс. руб.

Тнб=2500 ч Тнб=5000 ч Тнб=7000 ч

10 1072118,259 1111043,668 1149237,033

20 1071814,824 1102783,043 1133254,006

А, % 0,02 0,74 1,41

№ 5(47) 2012, сентябрь-октябрь

redaktor@endf.ru

Таблица 2

Исследование чувствительности изменения дисконтированных издержек к изменению стоимости электроэнергии

U, кВ Дисконтированные издержки, тыс. руб.

С:= 2,28626 Сп=2,58566 руб/кВт-ч руб/кВт-ч С:= 2,78626 Сп=3,08566 руб/кВт-ч руб/кВт-ч С:= 3,28626 Сп=3,58566 руб/кВт-ч руб/кВт-ч

10 1111043,668 1128977,877 1146678,123

20 1102783,043 1118456,709 1133668,597

А, % 0,74 0,94 1,14

Из табл. 2 видно, что с увеличением стоимости электрической энергии вариант на 20 кВ становится более выгодным за счёт увеличения разницы в стоимости потерь электрической энергии.

Таким образом, применение напряжения 20 кВ в городских электрических сетях экономически выгодно даже при существующей стоимости оборудования на это напряжение. Вместе с тем увеличение стоимости электроэнергии и увеличение плотности нагруз-

Таблица 3

Исследование чувствительности изменения дисконтированных издержек к изменению стоимости трансформаторов и ячеек с выключателями на 20 кВ

U, кВ Дисконтированные издержки, тыс. руб.

Текущие цены Ниже на 5 % Ниже на 10 %

10 1111043,668 1111043,668 1111043,668

20 1102783,043 1039132,332 1029116,685

А , % 0,74 6,9 7,96

В табл. 3 приводится расчёт дисконтированных издержек с учётом изменения стоимости оборудования.

В настоящее время оборудование на 20 кВ производится малыми сериями или под заказ. Из табл. 3 видно, что при серийном производстве оборудования 20 кВ, а соответственно и уменьшении его стоимости, вариант 20 кВ становится экономически более выгодным.

ки в городах - процесс постоянный, который увеличит преимущество напряжения 20 кВ. Применение напряжения 20 кВ целесообразно при новом строительстве новых районов городов, коттеджных посёлков. Замена существующих сетей напряжением 10 кВ на 20 кВ экономически невыгодна в связи с большими затратами на реконструкцию сетей 10 кВ.

Литература

1. Кабель и провод. Каталог продукции ОАО «Электрокабель» [Электронный ресурс]. Код доступа: www.elcable.ru/product.

2. Концевые муфты на однофазные кабели с СПЭ-изоляцией [Электронный ресурс]. Код доступа: www.etmraychem.ru.

3. Комплектные трансформаторные подстанции блочные БКТП [Электронный ресурс]. Код доступа: www.uztt.ru.

Researching of technical and economic expediency of applicability 20 kV voltage in urban power networks V. V. Cherepanov,

Vyatka State University, Ph.D, Professor, Department of power supply I. A. Suvorova,

Vyatka State University, senior lecturer, Department of power supply

The evaluation of the feasibility usage 20 kV voltage through the example of the model of the Kirov urban power network was made. The research of sensitivity changes of discounted expenses to the change of time of the highest loads, electricity cost and equipment cost has been made.

Keywords: 20 kV voltage, urban power networks, choice of economically practical voltage.

ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / wmv.endi.ru

№ 5(47) 2012, сентябрь-октябрь