Дослідження режимів роботи комплексу “вітрова електростанція-акумулятор енергії” в електричній мережі середньої напруги
Автор: Тегза Ярослав Михайлович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Електричні станції
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: заочна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Останнім часом можемо відзначити значні темпи впровадження відновлюваних джерел енергії в електроенергетичні системи[1]. Найбільш опрацьованими з них є вітрові та сонячні електростанції, на які сьогодні припадає усе більша частка в структурі виробництва електроенергії. Вони є чистим і невичерпним джерелом енергії, на відміну від викопного палива, ресурси якого повільно вичерпуються і виділяють в атмосферу багато шкідливих забруднювачів. Встановлена потужність вітрових електростанцій в Україні на кінець 2020 року становила 1,593 ГВт, а фактичне виробництво - 2,57 млрд. кВт?год. Середній «зелений» тариф в Україні складає 9,0 грн/кВт·год. Україна стала лідером серед європейських країн за темпами будівництва об’єктів "зеленої" генерації [3]. Проте, за рівнем частки споживання електроенергії з відновлюваних джерел у Європі за 2019 рік Україна посідає передостаннє місце (8,1%), випереджаючи Люксембург. Найбільша частка споживання – в Ісландії, Норвегії, Швеції та Фінляндії. Політика Європейського Союзу спрямована на піклування про клімат та покращення енергетичної безпеки. Вона вимагає від членів Союзу збільшувати споживання енергії з відновлюваних джерел енергії разом зі зниженням викидів парникових газів [3]. Тому на розвиток відновлюваних джерел енергії спрямовуються значна фінансова підтримка у вигляді зелених сертифікатів. Збільшення потужності відновлюваних джерел електроенергії усе більшн впливає на роботу всієї енергосистеми [4]. У цілому, цей вплив на електроенергетичну систему є позитивним, оскільки електроенергія, вироблена цими джерелами, розподіляється в електричній мережі, що підвищує її надійність. Однак рівень генерації потужності, який залежать випадкових факторів, тобто енергії вітру та сонця, є важко передбачуваним і тому неможливо точно прогнозувати кількість виробленої електроенергії [5]. У цьому випадку електрична енергія, яку виробляє ВЕС, має відповідати вимогам якості електричної енергії у мережі. Мережа, у свою чергу, повинна мати можливість прийняти потужність від ВЕС (пропускна здатність ЛЕП, наявність відповідних лічильників електроенергії тощо) та вчасно реагувати на зміну її кількості. Під час роботи вітроелектростанцій багато небажаних збурень вводиться в електромережу. Це має прямий вплив на якість електроенергії: коливання напруги, генерування гармонік, провали напруги. Ці показники залежить від багатьох факторів, серед яких конструкція турбіни, тип використовуваного генератора, наявність силових електронних перетворювачів, спосіб підключення до електромережі. Для вітрових турбін характерна непостійна генерація енергії. У цьому випадку акумуляторні батареї використовуються в якості буфера для стабілізації вихідної потужності, або в якості основного джерела електроенергії при відсутності генерації в системі [6]. Сучасні системи побутових і промислових об’єктів все частіше застосовують системи альтернативної енергії. Такі системи дозволяють економити електроенергію і накопичувати запас енергії на випадок відключення живлення від мережі. Тому усе частіше під час проектування систем альтернативної енергії застосовують акумулятори [7]. Об?єкт дослідження – розподільні електричні мережі. Предмет дослідження – режими роботи електромережі з вітровими турбінами і акумуляторами енергії. Мета дослідження – розрахунки і аналіз впливу комплексу “вітроелектростанція-акумулятор енергії” на зміни напруги і втрати електроенергії в електричній мережі. Робота присвячена дослідженням впливу комплексу “вітроелектростанція-акумулятор енергії” на режим роботи електричної мережі. У теоретичній частині здійснено аналіз стану відновлюваної енергетики у світі та в Україні. Зосереджено увагу на особливостях використання енергії вітру та проблемах впровадження вітрових електростанцій в електричні мережі. Дається опис основних типів вітрових електростанцій. Розглянуто основні типи акумуляторів, які використовують в електроенергетиці та проблеми їх впровадження. Практична частина роботи представляє розроблену за допомогою комплексу Mathcad програму для дослідження впливу вітрової станції та акумулятора енергії на зміни напруги та втрати енергії у електричній мережі. За допомогою цієї програми здійснено розрахунки режимів роботи досліджуваної електричної мережі. Результати досліджень показали, що впровадження вітрової електростанції на шинах живлення споживачів дозволяє суттєво знизити споживання електроенергії від енергосистеми і енергії в електричній мережі. Застосування акумулятора електроенергії призводить до додаткового зниження споживання електроенергії від енергосистеми за рахунок енергії. Внаслідок зменшення перетоку потужності від системи втрати енергії в мережі будуть меншими, ніж у цій же мережі з вітровими турбінами без акумулятора енергії. Зі збільшенням ємності акумулятора енергії можна очікувати подальшого зниження втрат енергії в мережі. Тому при виборі ємності акумулятора для конкретної електричної мережі потрібно враховувати графік навантаження підстанції, тип вітрових турбін та характеристики вітру в даній місцевості. Ключові слова – електрична мережа, вітрова електростанція, акумулятор енергії, втрати активної потужності, втрати енергії, зміни напруги. Перелік посилань 1. Renewables 2018. Global Status Report . 2. Wiser R., Yang Z. (2011) Chap 7. Wind Energy // Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation. Cambridge University Press. 3. Величко С.А. Енергетика навколишнього середовища України (з електронними картами). Навчально-методичний посібник для магістрантів. Харків - 2003. 4. Ackermann, T. (ed.) (2005). Wind Power in Power Systems. John Wiley and Sons. 5. Основи вітроенергетики: підручник / Г. Півняк, Ф. Шкрабець, Н. Нойбергер, Д. Ципленков ; М-во освіти і науки України, Нац. гірн. ун-т. – Д.: НГУ, 2015. 6. Акумуляторні батареї. http://www.ecosvit.net 7. Акумулятор для вітрогенератора в Україні. https://prom.ua/ua/Akkumulyator-dlya-vetrogeneratora.html