Влияние ветровых и солнечных электростанций на надежность функционирования ОЭC

Одним из наиболее эффективных направлений в развитии электроэнергетики принято считать повышение в балансе мощности и электроэнергии энергосистем доли возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в виде ветровых и солнечных энергооустановок (ВЭУ и СЭС), основными преимуществами которых считаются экономия органического топлива (угля, газа, мазута) и снижении экологически вредных выбросов в атмосферу. Однако при этом остаются совершенно неисследованным влияние ВИЭ на управляемость режимами работы электроэнергетических систем и на надежность функционирования ОЭС.

В настоящее время в мировой энергетике используется 318 млн. кВт ВЭУ и около 142.4 млн. кВт СЭС, из которых на основные страны Западной Европы приходится около 227 млн. кВт, или 49.3%. В среднем по Западной Европе ветровые и солнечные электростанции составляют почти 30% суммарной генерирующей мощности, при этом наибольший удельный вес ВЭУ приходится на Данию (47%), а самая высокая доля СЭС (18.6%) относится к Германии. Однако бесконтрольное повышение доли ВЭУ и СЭС в структуре генерирующих мощностей энергосистем начинает проявляться в резком снижении надежности функционирования электроэнергетики из-за неучета (или недостаточного учета) ряда отрицательных свойств ВЭУ и СЭС, которые практически проявили себя в системной аварии в энергосистеме Англии 9.08.2019 г., когда в результате «рядового» короткого замыкания произошла системная авария с отключением от системы электроснабжения до 1.1 млн. потребителей с общей нагрузкой 1690 МВт на время от 15 до 45 мин. Это по расчетам привело к экономическим ущербам у потребителей 12.3–15.0 млн.USD.

Причина заключается в неучете повышенной чувствительности ВЭУ, СЭС, ГТУ и газопоршневых энергоустановок (ГПЭУ) к снижениям напряжения и частоты в условиях недостаточного по мощности вращающегося (мобильного) резерва генерации. Ущерб может быть предотвращен увеличением вращающегося резерва в пределах располагаемого резерва ЭЭС, что потребует увеличения средств на его поддержание за счет дополнительного расхода топлива. Соотношение снижения вероятного ущерба потребителям и стоимости дополнительного расхода топлива на поддержание в энергосистеме необходимого вращающегося резерва позволяет экономически обосновать стратегию и масштабы внедрения в электроэнергетику возобновляемых источников энергии. 

1. Ловягин К. Развитие солнечной и ветровой энергетики в мире: проблемы и перспективы. Электронные ресурсы: https://present5.com/razvitie-solnechnoj-i-vetrovoj-energetiki-v-mire-problemy/, М., 2015.

2. Солнечные электростанции. Электронные ресурсы: https://ru.wikipedia.org/wiki/ М., 2020.

3. Деян Шрайбер (перевод Андрея Колпакова). Преобразователи высокой мощности для возобновляемых источников энергии. Электронные ресурсы: https://power-e.ru/quality/preobrazovateli-vysokojmoshhnosti-dlya-vozobnovlyaemyh-istochnikov-energii/, 2010.

4. Непомнящий В. А. Экономико-математическая модель надежности энергосистем и электрических сетей. Электричество 2011; 2: 5–16.

5. Непомнящий В. А. Агрегированные значения удельных ущербов от нарушений электроснабжения. Энергорынок 2014; 9: 36–47.

6. Непомнящий В. А. О применении ВВП для оценки ущерба от нарушений электроснабжения. Энергорынок 2012; 6: 37–43.

7. Технический отчет Независимого системного оператора об аварии в энергосистеме Англии 9 августа 2019 г. Электронные ресурсы: https://www.ruscable.ru/news/2019/09/23/Nezavisimyj_sistemnyj_operator_Velikobritanii_opub Лондон 2020.

8. Непомнящий В. А. Экономические потери от нарушений электроснабжения. – М., Издательский дом МЭИ 2010; 188.

9. Перекрестное субсидирование в электроэнергетике России. Международный бенчмаркинг. Аналитическое исследование. Июль 2020. KPMG. Электронные ресурсы: https://www.eprussia.ru/market-and-analytics/docs/ru-ru-cross-subsidies-in-the-russianpower-industry.pdf 2020.

10. Ефимова Е. В., Коробков А. В., Смирнов А. Н., Шлайфштейн В. А. Актуальные вопросы использования ветроэнергетических и солнечных установок с учетом мирового опыта их применения. Известия НТЦ Единой энергетической системы 2016; 1(74): 137–143.

11. Оптовые цены на газ в 2019 году. Электронные ресурсы: http://gasmsk.ru/. М., 2019.