Аналіз основних підходів, методів вибору і обгрунтування параметрів та режимів вітроенергетичних установок для інтеграції в роботу електроенергетичної системи

Abstract

Одним з пріоритетних напрямків розвитку електроенергетики для України є освоєння та використання альтернативних і відновлюваних джерел енергії, що веде до зменшення залежності від імпорту електричної енергії. Велика частина територій України характеризується сприятливими умовами для виробництва електроенергії за допомогою сучасних вітрових електричних станцій. Розглянуто інтеграцію вітрових електричних станцій, не враховуючи інші відновлювані джерела енергії. Порівняно з іншими джерелами відновлювальної енергії, процеси функціонування вітрових електричних станцій мають випадковий характер виробництва електроенергії, оскільки генерована потужність може значно змінюватись протягом доби. Це потребує врахування певних вимог до електроенергетичної системи під час приєднання та спільного функціонування з вітровою електричною станцією. У зв'язку з цим, у дослідженнях вітрові електричні станції розглядаються окремо від інших джерел відновлювальної енергії, оскільки вони мають свої особливості та можуть впливати на функціонування електроенергетичної системи. Підключення значної кількості відновлюваних джерел енергії, зокрема вітрових електричних станцій, до електроенергетичної системи вимагає вирішення різних завдань, пов'язаних з характеристиками та функціональністю таких станцій, а також зі структурою генерувальних джерел електроенергетичної системи. Серед цих завдань можна виділити забезпечення необхідної резервної потужності для своєчасного компенсування змін під час генерації електроенергії, підтримання надійності функціонування електроенергетичної системи та виконання заходів для компенсації можливого зменшення якості електричної енергії. Насправді, процеси змінювання потужності генерованої енергії у вітрових електричних станціях відбуваються досить швидко, особливо в разі різкого погіршення погодних умов, що є досить частим явищем. Проаналізовано методи вибору та обґрунтування параметрів і режимів роботи вітрових електричних станцій під час підключення до електроенергетичної системи. У роботі описуються різні підходи до вибору параметрів та режимів вітроенергетичних установок, зосереджуючись на методах, що забезпечують балансову надійність або адекватність системи генерування. Сформовано методи вибору та обґрунтування параметрів та режимів вітроенергетичних установок для інтеграції в роботу електроенергетичної системи на основі балансу потужності та енергії. У роботі визначено ключові показники, що враховують відповідність попиту на електроенергію, а також підходи до забезпечення балансу між виробництвом та споживанням енергії. Виконано оцінку ефективності вітроенергетичних установок в різних режимах інтеграції в роботу електроенергетичної системи з урахуванням економічних аспектів. Досліджено, як різні режими впливають на раціональне використання виробленої енергії, зокрема, при недостатньому та надлишковому генеруванні, а також розглянуто економічні показники, пов'язані з цими режимами. Досліджено аналіз режиму точної відповідності (нульового небалансу) вітроенергетичних установок в контексті інтеграції в роботу електроенергетичної системи. Визначено, як використання акумулюючих та допоміжних маневрових потужностей може впливати на тривалість режиму точної відповідності та рівень нульового небалансу.One of the priority directions for the development of the electric power industry in Ukraine is the development and use of alternative and renewable energy sources, which leads to a reduction in dependence on the import of electricity. A large part of Ukraine's territory is characterized by favourable conditions for generating electricity using modern wind power plants. The article discusses the integration of wind power plants without considering other renewable energy sources. Compared to other sources of renewable energy, the operation of wind power plants has a random nature of electricity production, as the generated power can significantly vary during a day. This requires to take into account certain requirements for power systems during the integration and co-operation with wind power plants. Therefore, in the paper, wind power plants are considered separately from other sources of renewable energy, as they have their own peculiarities and can affect the operation of power systems. Integration of a significant amount of renewable energy sources, including wind power plants, into power systems requires solving various tasks related to the characteristics and functionality of such plants, as well as the structure of the generating sources of power systems. Among these tasks, it is necessary to ensure the necessary reserve capacity to timely compensate for changes during electricity generation, maintain the reliability of power system operation, and take measures to compensate for possible reduction in the quality of electrical energy. In fact, the processes of changing the power generated by wind power plants occur quite rapidly, especially in case of sudden deterioration of weather conditions, which is a fairly common phenomenon. The methods of selection and justification of parameters and operating modes of wind energy installations for integration into electric power systems have been analysed. Various approaches to the selection of wind energy installations parameters and modes are described in the work, focusing on methods that ensure system reliability or adequacy of generation. Methods for selecting and justifying parameters and modes of wind power plants for integration into operation of power systems based on power and energy balance have been formulated. Key indicators that consider electricity demand conformity are defined in the work, along with approaches to balancing energy production and consumption. An evaluation of the effectiveness of wind power plants in different integration modes into power systems operation has been performed, taking into account economic aspects. The impact of different modes on the rational use of generated energy, particularly in cases of insufficient and excess generation, is examined, and economic indicators associated with these modes are considered. An analysis of the exact match mode (zero imbalance) of wind power plants in the context of integration into operation of PSs has been conducted. The utilization of storage and auxiliary maneuvering capacities' effects on the duration of the exact match mode and the level of zero imbalance are determined.