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

Ключові слова

асинхронний генератор
відновлювані джерела енергії
вітрова електрична станція
тривалість втрати навантаження
очікувана втрата навантаження
частота втрати навантаження
ймовірність втрати навантаження
електроенергетична система
індекс очікуваної недоданої енергії
показник надійності енергії

Як цитувати

[1]
М. С. Сегеда, О. Б. Дудурич, С. І. Романів, і Н. В. Остра, «Аналіз основних підходів, методів вибору і обґрунтування параметрів та режимів вітроенергетичних установок для інтеграції в роботу електроенергетичної системи», Вісн. Нац. техн. ун-ту «ХПІ». Серія: Енергетика: надійність та енергоефективність, вип. 2 (7), с. 58–65, Груд 2023.

Анотація

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.

https://doi.org/10.20998/2224-0349.2023.02.06
PDF

Посилання

European Wind Energy Association, Wind Energy Scenarios for 2020. 2014. Accessed: Oct. 3, 2023. [Online]. Available: https://www.ewea.org/fileadmin/files/library/publications/scenarios/EWEA-Wind-energy-scenarios-2020.pdf

О. І. Solovei, Y. H. Leha, V. P. Rozen, О. О. Sytnyk, А. V. Chernianskyi, and H. V. Kurbaka, Netradytsiini Ta Ponovliuvalni Dzherela Enerhii [Unconventional and Renewable Energy Sources]. Cherkasy: ChSTU, 2007.

Global Wind Energy Council and Greenpeace International, Global Wind Energy Outlook | 2014. 2014. Accessed: Oct. 3, 2023. [Online]. Available: https://www.gwec.net/wp-content/uploads/2014/10/GWEO2014_WEB.pdf

J. F. Manwell, J. McGowan, and A. Rogers, Wind Energy Explained: Theory, Design, and Application, 2nd ed. Hoboken, NJ: John Wiley, 2009, doi: https://doi.org/10.1002/9781119994367

T. Burton, N. Jenkins, D. Sharpe, and E. Bossanyi, Wind Energy Handbook. Chichester, UK: John Wiley Sons, LTD, 2011, doi: https://doi.org/10.1002/9781119992714

T. Ackermann, Ed., Wind Power in Power Systems. Chichester, UK: John Wiley & Sons, LTD, 2005, doi: https://doi.org/10.1002/0470012684

P. Jain, Wind Energy Engineering. McGraw-Hill Co., The, 2010.

European Wind Energy Association, Wind Energy - The Facts: A Guide to the Technology, Economics and Future of Wind Power. Taylor Francis Group, 2015.

І. S. Kireieva, “Rozvytok vitroenerhetyky ta hihiienichni problemy shchodo rozmishchennia, budivnytstva ta ekspluatatsii vitrovykh elektrostantsii v Ukraini [Development of wind energy and hygiene issues related to the siting, construction and operation of wind farms in Ukraine]”, Hygiene of Populated Places, no. 59, pp. 3–13, 2012. (in Ukrainian)

European Wind Energy Technology Platform, Strategic Research Agenda / Market Deployment Strategy (SRA/MDS). 2014. Accessed: Oct. 3, 2023. [Online]. Available: https://etipwind.eu/files/reports/TPWind-SRA-MDS.pdf

“Rozvytok vitroenerhetyky u sviti z 2001 po 2014 rr. [development of wind power in the world from 2001 to 2014.].” Energy Industry Research Center. [Online]. Available: https://eircenter.com/multimedia/infografika/2014/10/07/rozvitok-vitroenergetiki-u-sviti-z-2001-po-2014-rr

B. T. Madsen, “International wind power world market update 2010”, in Varberg, Sweden, Apr. 12, 2012.

Institute of Renewable energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, Atlas Enerhetychnoho Potentsialu Vidnovliuvalnykh Ta Netradytsiinykh Dzherel Enerhii Ukrainy: Enerhiia Vitru, Soniachna Enerhiia, Enerhiia Malykh Rik, Enerhiia Biomasy, Heotermalna Enerhiia, Enerhiia Dovkillia, Enerhiia Skydnoho Elektrotekhnichnoho Potentsialu, Enerhiia Tradytsiinoho Palyva [Atlas of Energy Potential of Renewable and Non-Traditional Energy Sources in Ukraine: Wind Energy, Solar Energy, Small Rivers Energy, Biomass Energy, Geothermal Energy, Environmental Energy, Waste Electrical Potential Energy, Conventional Fuel Energy]. Kyiv, 2007. (in Ukrainian)

О. О. Karmazin, “Balansova nadiinist elektroenerhetychnykh system v umovakh zrostannia chastky vidnovliuvanoi enerhetyky [Balance sheet reliability of power systems in the context of an increasing share of renewable energy]”, dissertation of Candidate of Technical Sciences, Inst. Renewable energy Nat. Acad. Sci. Ukraine, Kyiv, 2019. (in Ukrainian)

Y. Mateienko and R. Vozhakov, “Analysis of balance reliability of electric power systems with renewable energy sources”, Vidnovluvana energetika, no. 4(67), pp. 18–24, Dec. 2021, doi: https://doi.org/10.36296/1819-8058.2021.4(67).18-24 (in Ukrainian)

А. S. Kravchyk, “[Investigation of the balance reliability of the electric power system with renewable energy sources]”, Master's thesis, Nat. Tech. Univ. Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytech. Inst.,” Kyiv, 2020.

L. V. Dmytrenko, “Helio- ta vitroenerhetychni resursy [Solar and wind energy resources]”, in Klimat Ukrainy [Climate of Ukraine]. Kyiv: Vydavnytstvo Raievskoho, 2003, pp. 267–279.

O. Dudurych and M. Conlon, “Impact of reduced system inertia as a result of higher penetration levels of wind generation”, in 2014 49th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), Cluj-Napoca, Romania, Sep. 2–5, 2014. pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/upec.2014.6934801

H. Holttinen and R. Hirvonen, “Power system requirements for wind power”, in Wind Power in Power Systems. Chichester, UK: John Wiley & Sons, LTD, 2005, pp. 143–167, doi: https://doi.org/10.1002/0470012684.ch8

B. Fox et al., Wind Power Integration: Connection and System Operational Aspects. Institution Eng. Technol., 2007, doi: https://doi.org/10.1049/pbpo050e

B. Godfrey, Ed., Renewable Electricity and the Grid: The Challenge of Variability. London: Earthscan, 2009.

H. Holttinen, The Impact of Large Scale Wind Power Production on the Nordic Electricity System. Espoo, Finland: VTT Tech. Res. Centre Finland, 2004.

G. Giebel, “A variance analysis of the capacity displaced by wind energy in Europe”, Wind Energy, vol. 10, no. 1, pp. 69–79, Jan. 2007, doi: https://doi.org/10.1002/we.208

H. Holttinen, “Hourly wind power variations in the Nordic countries”, Wind Energy, vol. 8, no. 2, pp. 173–195, 2005, doi: https://doi.org/10.1002/we.144

H. Holttinen, “Impact of hourly wind power variations on the system operation in the Nordic countries”, Wind Energy, vol. 8, no. 2, pp. 197–218, 2005, doi: https://doi.org/10.1002/we.143

H. Holttinen, B. Lemström, and P. Meibom, Design and Operation of Power Systems With Large Amounts of Wind Power State-of-the-Art Report. Espoo, Finland: VTT Tech. Res. Centre Finland, 2007.

J. Huang, H. Henry, and C. P. van Dam, Wind Energy Forecasting: A Review of State-of-the-Art and Recommendations for Better Forecasts. UC Berkeley: California Inst. Energy Environ. (CIEE), 2010. [Online]. Available: https://escholarship.org/uc/item/02t146pw

J. D. McCalley. “Grid operation and coordination with wind.” [Online]. Available: https://home.engineering.iastate.edu/~jdm/ee553/WindPrimControl.pdf

C. Monteiro et al., “Wind power forecasting : State-of-the-art 2009.”, Office of Scientific and Technical Information (OSTI), Nov. 2009, doi: https://doi.org/10.2172/968212

“Wind Power Forecasts for the Energy Market: The Previento System. IT Solutions,” Winrock International India. pp. 6-9.

Snodin H. Short-term wind energy forecasting: technology and policy. Garrad Hassan and Partners Limited. 2006.

C. Monteiro et al., “A quick guide to wind power forecasting: State-of-the-art 2009”, Argonne National Laboratory, Nov. 2009. [Online]. Available: https://ceeesa.es.anl.gov/pubs/65614.pdf

Ukraine, Ministry of Energy and Coal Industry of Ukraine. (2012, Jun. 22). Decision of 22.06.2012 № 3.1, Onovlennia Enerhetychnoi stratehii Ukrainy na period do 2030 roku [Update of the Energy Strategy of Ukraine for the period up to 2030]. [Online]. Available: https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/vr3_1732-12#Text (I Ukrainian)

“Wind Force 10. A blueprint to achieve 10 % of the world’s electricity from wind power by 2020.” [Online]. Available: https://www.inforse.org/doc/Windforce10.pdf

Gloval Wind Energy Council. “Wind Force 12. A blueprint to achieve 12 % of the world’s electricity from wind power by 2020.” [Online]. Available: https://www.greenpeace.org.cn/china/ReSizes/Large/Global/china/_planet-2/report/2005/6/20050630_wind_force_12.pdf

F. Van Hulle et al., Integrating Wind. Developing Europe’s Power Market for the Large-Scale Integration of Wind Power. Final Report. Eur. Wind Energy Assoc. (EWEA). [Online]. Available: https://backend.orbit.dtu.dk/ws/portalfiles/portal/195981748/Fulltext.pdf

R. G. De Almeida and J. A. Lopes, “Primary frequency control participation provided by doubly fed induction wind generators”, in 15th Power Systems Computation Conference, Liege, Belgium, Aug. 22–26, 2005.

“EirGrid Group Annual Renewable report 2013. Towards a Smart, Sustainable Energy Future”, 2014. [Online]. Available: https://www.soni.ltd.uk/media/documents/Operations/Renewables/EirGridAnnualRenewableReport2013.pdf

B. Bousseau et al., “Contribution of wind farms to ancillary services”, in Paris, France. CIGRE, 2006. [Online]. Available: https://hal.science/hal-00196801v1/document

H. Li and Z. Chen, “Overview of different wind generator systems and their comparisons”, IET Renewable Power Generation, vol. 2, no. 2, pp. 123–138, Jun. 2008, doi: https://doi.org/10.1049/iet-rpg:20070044

N. H. Malik and A. A. Mazi, “Capacitance requirements for isolated self excited induction generators”, IEEE Transactions on Energy Conversion, EC-2, no. 1, pp. 62–69, Mar. 1987, doi: https://doi.org/10.1109/tec.1987.4765805

J. G. Slootweg, “Wind Power: Modelling and Impact on Power System Dynamics”, PhD thesis, 2003.

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Авторське право (c) 2023 Михайло Станкович Сегеда, Олександра Борисівна Дудурич, Станіслав Ігорович Романів, Наталя Вікторівна Остра