Multi-criterial choice of capacity of power plants based on renewable energy sources and local fuels within local energy system
- Authors: Nefedov A.S.1, Yakovkina T.N.1
-
Affiliations:
- Bratsk State University
- Issue: Vol 24, No 6 (2020)
- Pages: 1255-1270
- Section: Power Engineering
- URL: https://medbiosci.ru/2782-4004/article/view/382218
- DOI: https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-6-1255-1270
- ID: 382218
Cite item
Full Text
Abstract
The purpose of the paper is to develop a methodology for multi-criteria selection of the capacity of a group of power plants included in the local power system which use local energy resources and renewable energy sources. To form alternative options for the structure of generating capacities, an approach is proposed. It suggests setting of a number of power levels of the base-load generating plant and power plants using renewable energy sources with subsequent determination of the capacity of the flexing generating plant to cover the remaining part of the load schedule. For multi - criteria comparison of the alternative options of the generating capacity structure, the TOPSIS method is used, which is modified to take into account the uncertainty of the decision-maker's preferences (the modification of the method consists in using fuzzy value functions at the stage of normalizing estimates by criteria). The application of this method is considered on the example of the Okhotsk district of the Khabarovsk territory. The estimated capacity of prospective consumers is 69 MW. Alternative options of the power generation structures include four types of power plants: local coal -fired thermal, solar, wind, and diesel. The multi-criteria comparison of generating capacity structure options is performed using the following criteria: normalized cost of electrical energy, estimation of environmental efficiency, and assessment of public opinion on the consequences of power plant construction. Some of the most promising options for the structure of generating capacities are presented, depending on the values of the weight coefficients of the criteria. If the criterion has the large weight reflecting economic efficiency, the structure with the predominance of thermal power plant energy generation is the best. If the criteria of environmental efficiency and public opinion feature large weight, the best structure is the one with significant generation from a renewable energy source (solar power plant). The coefficients of using the installed capacity of different types of power stations with different structures of generating capacities are determined. It is shown that the proposed methodology provides the obtaining of the options of the generating capacity structure that correspond to expressed preferences, taking into account the uncertainty of the initial information and development scenarios. Promising options for the structure of generating capacities are selected for more detailed further research.
About the authors
A. S. Nefedov
Bratsk State University
Email: domino1991@rambler.ru
T. N. Yakovkina
Bratsk State University
Email: jatano@yandex.ru
References
- Санеев Б.Г., Беляев Л.С., Агафонов Г.В., Воробъева В.В., Головин А.П., Иванова И.Ю.. Восточный вектор энергетической стратегии России: современное состояние, взгляд в будущее / под ред. Н.И. Воропая, Б.Г. Санеева. Новосибирск: Акад. изд-во «Гео», 2011. 368 с.
- Ivanova I. Significant factors affecting the selection of rational options for power supply in an off-grid zone // Regional Energy Policy of Asian Russia: E3S Web Conference. 2019. Vol. 77. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20197702006
- Kiushkina V., Lukutin B. Energy security of northern and arctic isolated territories // Regional Energy Policy of Asian Russia: E3S Web Conference. 2019. Vol. 77. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20197701008
- Воропай Н.И., Подковальников С.В., Труфанов В.В.. Обоснование развития электроэнергетических систем: методология, модели, методы, их использование / отв. ред. Н.И. Воропай. Новосибирск: Наука, 2015. 448 с.
- Шакиров В.А., Фадеев В.А. Оценка риска невостребованности мощности электростанций в удаленных районах // Проблемы анализа риска. 2015. Т. 12. № 2. С. 78–85.
- Нефедов А.С., Шакиров В.А., Яковкина Т.Н. Многокритериальный двухэтапный выбор структуры генерирующих мощностей в удаленных районах // Промышленная энергетика. 2019. № 6. С. 14–24.
- Воропай Н.И., Подковальников С.В., Труфанов В.В. Методические основы обоснования развития электроэнергетических систем в либерализованных условиях // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2002. № 4. С. 30–39.
- Сибгатуллин А.Р., Елистратов В.В. Оптимизация состава оборудования на основе возобновляемых источников энергии в системах электроснабжения автономных потребителей небольшой мощности // Альтернативная энергетика и экология. 2016. № 23-24. С. 51–67. https://doi.org/10.15518/isjaee.2016.23-24.051-067
- Елистратов В.В., Виноградова (Чернова) А.В. Моделирование режимов работы энергетического комплекса ВЭС-ГЭС в децентрализованной системе энергоснабжения // Альтернативная энергетика и экология. 2016. № 9-10. С. 12–24. https://doi.org/10.15518/isjaee.2016.09-10.012-024
- Клер А.М., Жарков П.В., Сушко С.Н. Особенности оптимизации состава оборудования и режимов работы локальных систем энергоснабжения // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 10. С. 188–193.
- Карамов Д.Н. Математическое моделирование автономной системы электроснабжения, использующей возобновляемые источники энергии // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 9. С. 133–140.
- Обухов С.Г., Ибрагим А. Оптимизация состава оборудования гибридных энергетических систем с возобновляемыми источниками энергии // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2020. Т. 20. № 2. С. 64–76. https://doi.org/10.14529/power200206
- Lukutin B.V., Shandarova E.B., Matukhin D.L., Igisenov A.A., Shandarov S.M. Simulation and optimization of wind and diesel power supply systems // International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems. Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2016. Vol. 177. P. 012090. https://doi.org/10.1088/1757-899X/177/1/012090
- Kefayat M., Lashkar Ara A., Nabavi Niaki S.A. A hybrid of ant colony optimization and artificial bee colony algorithm for probabilistic optimal placement and sizing of distributed energy resources // Energy Conversion and Management. 2015. Vol. 92. P. 149–161. http://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.12.037
- Damodaran S.К., Sunil Kumar T.К. Hydro-thermalwind generation scheduling considering economic and environmental factors using heuristic algorithms // Energies. 2018. Vol. 11. No. 2. http://doi.org/10.3390/en11020353
- Mishra S., Panigrahi C.K., Kothari D.P. Design and simulation of a solar–wind–biogas hybrid system architecture using HOMER in India // International Journal of Ambient Energy. 2016. Vol. 37. Issue 2. P. 184–191. http://doi.org/10.1080/01430750.2014.915886
- Ahmed N.M., Farghally H.M., Fahmy F.H. Optimal sizing and economical analysis of PV-Wind hybrid power system for water irrigation using genetic algorithm // International Journal of Electrical and Computer Engineering. 2017. Vol. 7. No. 4. P. 1797–1814. http://doi.org/10.11591/ijece.v7i4.pp1797-1814
- Kaur D., Cheema P.S. Software tools for analyzing the hybrid renewable energy sources: – a review // International Conference on Inventive Systems and Control. 2017. http://doi.org/10.1109/ICISC.2017.8068591
- Осика Л.К. Управление инвестпроектами строительства ТЭС. Предынвестиционная фаза. М.: Вершина, 2008. 344 с.
- Цыкунов Г.А. Советские гидроэнергетические проекты в Сибири и современность // Иркутский историкоэкономический ежегодник: сб. ст. Иркутск, 2019. С. 52–60. http://doi.org/10.17150/978-5-7253-3001-4.07
- Мельникова Н.В., Артемов Е.Т., Бедель А.Э., Волошин Н.П., Михеев М.В. История взаимодействия ядерной энергии и общества в России. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2018. 127 с.
- Нефедов А.С., Шакиров В.А. Многокритериальный выбор технологий производства электрической энергии при развитии локальной системы электроснабжения // Системы. Методы. Технологии. 2019. № 1. С. 60–67. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2019-1-60-67
- Wei Shen, Xi Сhen, Jing Qiu, Hayward J.A., Sayeef Saad, Osman Peter, et al. A comprehensive review of variable renewable energy levelized cost of electricity // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. Vol. 133. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110301
- Hansen K. Decision-making based on energy costs: сomparing levelized cost of energy and energy system costs // Energy Strategy Reviews. 2019. Vol. 24. P. 68–82. https://doi.org/10.1016/j.esr.2019.02.003
- Грачев В.А., Плямина О.В. Глобальные экологические проблемы, экологическая безопасность и экологическая эффективность энергетики // Век глобализации. 2017. Вып. 1. С. 86–97.
- Hwang Ching-Lai, Yoon Kwangsun. Multiple attribute decision making: methods and applications a state-of-theart survey. Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1981. 273 p.
- Karunathilake H., Hewage K.N., Sadiq R. Renewable energy technology selection for community energy systems: A case study for British Columbia // Energy System Planning for Net-Zero Communities: CSCE Annual General Conference At: Vancouver, BC, Canada. 2017.. URL: https://www.researchgate.net/publication/326211412_Renewable_energy_technology_selection_for_community_energy_systems_A_case_study_for_British_Columbia (15.08.2020).
- Karatas M., Sulukan E., Karacan I. Assessment of Turkey's energy management performance via a hybrid multi-criteria decision-making methodology // Energy. 2018. Vol. 153. P. 890–912. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.04.051
- Нефедов А.С., Шакиров В.А. Многокритериальная оценка альтернатив на основе метода TOPSIS в условиях неопределенности предпочтений лица, принимающего решения // Информационные технологии. Проблемы и решения. 2019. № 3. С. 25–32.
- Шакиров В.А. Многокритериальная оценка альтернатив на основе теории полезности в условиях неопределенности предпочтений лица, принимающего решения // Нечеткие системы и мягкие вычисления. 2018. Т. 13. № 1. С. 17–35. https://doi.org/10.26456/fssc37
- Нефедов А.С., Панкратьев П.С. Выбор оптимальной высоты створа гидроэлектростанции при организации электроснабжения удаленных районов // Труды Братского государственного университета. Серия: Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 2. С. 111–115.
- Угольная база России. Т. V. Кн. 2. Угольные бассейны и месторождения Дальнего Востока России (Республика Саха, Северо-Восток, о. Сахалин, п-ов Камчатка) / под ред. В.Ф. Череповского. М.: ЗАО «Гео-информмарк», 1999. 638 с.
Supplementary files


