36
Сентябрь–октябрь 2012
|
www.tdworld.com, www.tdworld.ru
Энергия по
Широкое внедрение возобновляемых источников
электроэнергии требует усовершенствования
энергосистемы.
Джин Вульф (Gene Wolf),
технический писатель
Б
ыло
время
,
когда
распределение
электро
-
энергии
считалось
простым
процессом
.
Диспетчеры
управляли
подачей
электроэ
-
нергии
в
зависимости
от
спроса
.
Те
,
у
кого
был
избыток
дешёвой
энергии
,
продавали
её
тому
,
кто
в
ней
нуждался
.
Каждый
час
сбытовые
компании
размещали
предложения
о
продаже
электроэнергии
,
а
оптовая
торговля
электроэнергией
между
компания
-
ми
производилась
с
использованием
магистральных
сетей
.
Это
было
возможно
в
прошлом
веке
,
но
,
судя
по
тому
,
как
электрические
сети
работают
сегодня
,
всё
изменилось
.
Спрос
на
электроэнергию
значительно
превышает
нынешние
возможности
электрических
се
-
тей
,
а
потребители
требуют
более
дешёвой
энергии
высокого
качества
.
Они
также
заинтересованы
в
том
,
чтобы
при
её
производстве
выбросы
углекислых
га
-
зов
в
атмосферу
были
сокращены
до
минимума
.
Эти
обстоятельства
дали
серьёзный
толчок
для
развития
возобновляемых
источников
энергии
(
ВИЭ
).
НЕТРАДИЦИОННАЯ
Энергетика
37
www.tdworld.ru, www.tdworld.com
|
Сентябрь–октябрь 2012
часам
Определённым
образом
ВИЭ
отвечают
требовани
-
ям
по
защите
окружающей
среды
,
однако
их
внедрение
требует
решения
вопросов
снижения
себестоимости
электроэнергии
,
а
также
её
качества
и
надёжности
.
До
-
полнительные
проблемы
возникают
и
при
совместном
использовании
нескольких
типов
возобновляемых
ис
-
точников
электроэнергии
.
Ветровая
электростанция
мощностью
600
МВт
или
солнечная
мощностью
больше
100
МВт
—
уже
не
редкость
,
и
энергетиков
всё
больше
интересует
общая
суммарная
мощность
возобновляе
-
мых
источников
,
которые
присутствуют
в
их
системах
.
При
этом
чем
выше
процент
внедрения
солнечной
и
ветровой
энергетики
в
энергосистему
,
тем
сложнее
технология
распределения
электроэнергии
.
Обычно
питающие
линии
распределительной
сети
рассчитаны
на
однонаправленный
поток
энергии
(
от
подстанции
к
потребителю
),
но
сегодня
потребители
с
мощными
ис
-
точниками
возобновляемой
энергии
уже
сами
,
исполь
-
зуя
те
же
самые
питающие
линии
,
отдают
энергию
в
сеть
.
Внедрение
ВИЭ
требует
решения
и
некоторых
эксплуатационных
вопросов
.
Среди
них
—
политика
НЕТРАДИЦИОННАЯ
Энергетика
38
Сентябрь–октябрь 2012
|
www.tdworld.com, www.tdworld.ru
Фотоэлектрические
установки
мощностью
от
1
до
5
МВт
составляют
основную
часть
солнечных
электростанций
по
всему
миру
.
Солнечная
станция
Roadrunner 20
МВт
в
Нью
-
Мексико
продаёт
электроэнергию
компании
El Paso Electric.
Фото
любезно
предоставлено
компанией
NRG.
объединения
энергосистем
,
заключение
контрактов
с
независимыми
поставщиками
электроэнергии
и
вве
-
дение
ограничений
на
перегрузки
в
энергосистемах
.
Недавно
Министерство
энергетики
США
(DOE)
и
На
-
циональная
лаборатория
возобновляемой
энергии
(NREL)
опубликовали
два
исследования
,
посвящённых
источникам
возобновляемой
энергии
и
сетям
электро
-
передачи
.
В
исследованиях
«
Интеграция
ветроэнерге
-
тики
и
солнечной
энергии
в
энергосистемы
запада
»
и
«
Интеграция
ветроэнергетики
и
развитие
сетей
пере
-
дачи
востока
»
рассматриваются
проблемы
,
возникаю
-
щие
в
сетях
при
широком
внедрении
возобновляемых
источников
.
В
исследовании
,
посвящённом
энергосистеме
за
-
падного
побережья
,
предлагается
повысить
долю
возобновляемой
энергии
до
35% (30% —
ветроэнер
-
гетика
и
5% —
солнечная
энергия
),
а
в
исследовании
,
посвященном
энергосистеме
восточного
побережья
,
предлагается
повысить
долю
ветроэнеретики
до
30%.
В
обоих
исследованиях
эти
цифры
считаются
амбици
-
озными
,
но
технически
реализуемыми
.
В
них
доказы
-
вается
,
что
необходимым
условием
для
обеспечения
такого
уровня
внедрения
ВИЭ
является
высокая
про
-
пускная
способность
сети
.
Расширение
ЛЭП
Исследования
DOE-NREL
также
указали
на
необхо
-
димость
развития
ЛЭП
как
для
внедрения
новых
,
так
и
для
сохранения
существующих
источников
возобнов
-
ляемой
энергии
.
Недавно
этот
вопрос
обсуждался
на
Тихоокеанском
Северо
-
Западе
США
,
в
одном
из
ре
-
гионов
с
самым
высоким
уровнем
внедрения
ветроэ
-
нергетики
.
В
нём
был
отмечен
избыток
экологически
чистой
энергии
(
гидроэнергии
и
ветровой
энергии
)
по
сравнению
с
существующим
спросом
.
Лучшим
реше
-
нием
этой
проблемы
стала
бы
передача
лишней
энер
-
гии
нуждающимся
потребителям
других
регионов
,
но
ввиду
ограниченной
пропускной
способности
сети
это
оказалось
невозможно
.
В
результате
пришлось
при
-
бегнуть
к
сокращению
производства
электроэнергии
на
ветроустановках
.
В
регионе
установлено
большое
количество
ветро
-
станций
с
микроГЭС
,
но
производимая
ими
энергия
очень
непостоянна
.
К
примеру
,
в
местах
их
использо
-
вания
уделяется
большое
внимание
сохранению
попу
-
ляции
лосося
в
реке
Колумбия
.
В
своё
время
резервуа
-
ры
ветростанций
с
микроГЭС
были
заполнены
водой
,
но
вследствие
экологических
причин
и
несмотря
на
контрактные
обязательства
сброс
воды
с
микроГЭС
для
выработки
электроэнергии
в
период
ветрового
за
-
тишья
был
запрещён
экологическим
департаментом
.
Владельцы
ветроэлектростанций
не
очень
обрадова
-
лись
такому
решению
и
обратились
в
Федеральную
комиссию
по
регулированию
в
области
энергетики
(FERC),
которая
вынесла
решение
в
пользу
владель
-
цев
ветроэлектростанций
,
но
это
не
решило
общей
проблемы
надёжности
вырабатываемой
электроэнер
-
гии
.
Важным
этапом
в
развитии
ВИЭ
было
расшире
-
ние
инфраструктуры
системы
передачи
,
и
это
именно
то
,
чем
заняты
энергетические
компании
в
настоящее
время
.
Например
,
электроэнергетический
институт
Эдисона
(EEI)
в
Северной
Америке
опубликовал
го
-
довой
отчёт
,
в
котором
при
-
ведён
структурный
состав
участников
,
деятельность
которых
связана
с
осущест
-
влением
проектов
по
пере
-
даче
электроэнергии
.
В
докладе
EEI
упомина
-
ется
более
100
членов
ин
-
ститута
—
участников
про
-
ектов
по
развитию
системы
передачи
электроэнергии
.
В
докладе
указано
,
что
для
увеличения
надёжности
си
-
стемы
требуется
реализация
32
крупных
проектов
.
Эти
проекты
связывают
боль
-
шое
количество
штатов
.
Протяжённость
ЛЭП
соста
-
вит
16898
км
,
а
стоимость
реализации
проектов
—
около
42,5
миллиардов
НЕТРАДИЦИОННАЯ
Энергетика
39
www.tdworld.ru, www.tdworld.com
|
Сентябрь–октябрь 2012
Члены
EEI
планируют
инвестировать
54
миллиарда
долларов
в
системы
передачи
электроэнергии
в
период
с
2012
по
2014
год
.
Инвестиции
в
линии
электропередачи
,
включая
километраж
заменённых
проводов
электросети
при
объединении
сетей
по
регионам
.
долларов
.
Кроме
того
,
существует
47
проектов
по
поддержке
интеграции
возобновляемых
источников
энергии
.
Протяжённость
линий
по
этим
проектам
со
-
ставляет
20921
км
,
а
стоимость
реализации
—
около
49
миллиардов
долларов
.
Энергокомпании
всего
мира
также
вносят
свою
лепту
в
столь
нужное
расширение
энергосистем
с
це
-
лью
удовлетворения
нужд
потребителей
и
интегра
-
ции
возобновляемых
источников
энергии
в
систему
энергоснабжения
.
В
Европе
и
Азии
для
подключения
удалённых
возобновляемых
источников
электроэнер
-
гии
к
сети
используют
линии
электропередачи
высо
-
кого
напряжения
на
постоянном
токе
(HVDC) («HVDC
Transforming an Industry», T&D World,
Апрель
2012).
Преимущество
систем
HVDC
состоит
в
том
,
что
боль
-
шие
объёмы
энергии
можно
перемещать
по
сети
в
то
место
,
где
это
необходимо
,
избегая
её
перегрузок
и
способствуя
повы
-
шению
устойчивости
.
Однако
,
не
-
смотря
на
то
,
что
решение
вопроса
передачи
энергии
имеет
огромное
значение
,
это
всего
-
навсего
часть
задачи
по
внедрению
возобновля
-
емых
источников
.
Возобновляемые
источники
электроэнергии
в
интеллектуальных
сетях
В
модернизации
нуждаются
не
только
линии
передачи
.
При
таком
быстром
распространении
распределённой
генерации
ве
-
тровой
и
солнечной
энергии
для
разрешения
проблем
,
связанных
с
обратным
перетоком
,
должна
существенно
измениться
и
распределительная
си
-
стема
.
Отсутствие
других
источников
энергии
,
кроме
подстанций
,
ещё
недавно
считалось
аксиомой
.
Поэ
-
тому
при
проектировании
ЛЭП
применялась
радиаль
-
ная
структура
.
Хотя
энер
-
гия
,
генерируемая
одним
потребителем
,
может
быть
небольшой
,
но
в
масштабе
сети
она
составляет
гига
-
ватты
.
Для
управления
элек
-
троэнергией
подобных
энергосистем
потребуется
новый
тип
мышления
и
вне
-
дрение
усовершенствован
-
ных
схем
автоматизации
распределительной
систе
-
мы
.
Уже
сегодня
существу
-
ют
различные
системы
мо
-
ниторинга
состояния
сети
,
обеспечивающие
снижение
времени
отключений
,
по
-
вышение
качества
экс
-
плуатации
и
оперативного
управления
.
Они
включают
в
себя
подробные
данные
о
мощности
в
реальном
времени
и
информацию
о
рабочих
характеристиках
,
а
также
позволяют
проводить
диагностику
энергоэффек
-
тивности
.
Для
подтверждения
концепции
и
получения
прак
-
тических
данных
DOE
совместно
с
компанией
Kansas
City Power & Light (KCP&L)
разработало
демонстраци
-
онный
проект
интеллектуальной
сети
.
Целью
проекта
является
изучение
распределённой
системы
управле
-
ния
сетью
на
основе
протоколов
IEC 61850.
При
этом
сеть
включает
в
себя
ВИЭ
,
системы
контроля
,
техноло
-
гии
распределения
электроэнергии
и
управления
по
-
треблением
.
В
качестве
инженерно
-
технического
обе
-
спечения
и
разработки
технологии
интеллектуальной
сети
были
приглашены
специалисты
компании
Burns &
McDonnell,
партнёры
которой
— Siemens Energy Inc.
и
Open Access Technology.
НЕТРАДИЦИОННАЯ
Энергетика
40
Сентябрь–октябрь 2012
|
www.tdworld.com, www.tdworld.ru
Солнечная
электростанция
в
Blythe Solar Farm
мощностью
21
МВт
име
-
ет
в
своём
составе
более
350 000
солнечных
панелей
.
НЕТРАДИЦИОННАЯ
Энергетика
В
управляемую
сеть
входят
10
местных
сетей
с
центром
питания
на
подстанции
KCP&L’s Midtown
Substation.
Это
одна
из
новейших
интеллектуальных
подстанций
компании
KCP&L,
которая
была
введена
в
эксплуатацию
в
конце
2011
года
.
Проект
охватит
око
-
ло
5,2
км
2
площади
,
на
которых
располагается
около
14000
коммерческих
и
бытовых
потребителей
.
Целью
проекта
является
демонстрация
комплексной
интел
-
лектуальной
сети
следующего
поколения
и
возмож
-
ность
контроля
воздействия
фотоэлектрических
источ
-
ников
энергии
(PV)
на
питающую
линию
и
подстанцию
.
Влияние
подобных
процессов
уже
давно
зани
-
мает
умы
специалистов
отрасли
.
Так
,
Хулио
Ромеро
Агуэро
,
руководитель
отдела
сбыта
компании
Quanta
Technology,
изучил
влияние
большого
количества
воз
-
обновляемых
источников
на
питающие
линии
распре
-
делительной
сети
и
определил
подходы
к
снижению
этого
воздействия
.
Он
пришёл
к
заключению
,
что
по
-
добное
влияние
имеет
сложную
структуру
,
особенно
в
местах
с
широким
внедрением
возобновляемых
ис
-
точников
.
Для
оценки
и
снижения
степени
воздействия
потребуется
детальное
моделирование
процесса
,
на
результаты
которого
в
большей
степени
влияют
об
-
ратный
поток
мощности
,
перепады
напряжения
,
вза
-
имодействие
с
конденсаторными
батареями
,
пере
-
ключателями
РПН
трансформатора
и
регуляторами
напряжений
,
проблемы
координации
защит
,
колебания
активной
и
реактивной
мощности
,
рост
потерь
,
неба
-
ланс
напряжения
,
проблемы
секционирования
(
напри
-
мер
,
кратковременное
перенапряжение
)
и
гармоники
.
Общие
мероприятия
по
снижению
воздействия
Согласно
информации
Ассоциации
солнечной
электроэнергетики
,
доля
солнечной
энергии
в
общем
объёме
потребляемой
электроэнергии
США
составля
-
ет
менее
1%,
но
в
распределительную
систему
про
-
должает
поступать
электроэнергия
от
солнечных
ба
-
тарей
потребителей
.
Хорошим
примером
этому
может
служить
компания
Pacifi c Gas and Electric Co.
У
неё
более
5
миллионов
потребителей
,
из
которых
55
тысяч
имеют
на
своих
участках
источники
солнечной
энергии
общей
установленной
мощностью
около
500
МВт
.
Для
установления
степени
воздействия
нетрадиционной
энергетики
энергокомпаниям
,
которые
сталкиваются
с
таким
огромным
скоплением
гелиоэлектростанций
,
приходится
проводить
изучение
их
воздействия
на
уровне
всей
системы
с
учётом
различных
степеней
проникновения
.
Такие
исследования
позволят
энерго
-
системам
предвидеть
аварии
,
а
не
бороться
с
их
по
-
следствиями
.
Самым
оптимальным
решением
пред
-
ставляется
снижение
степени
воздействия
или
его
минимизация
до
того
,
как
оно
примет
угрожающие
масштабы
.
Общей
мерой
снижения
влияния
считается
про
-
стое
изменение
опорного
напряжения
переключателей
РПН
трансформатора
и
изменение
настроек
устройств
компенсации
реактивной
мощности
или
же
изменение
режима
работы
регуляторов
напряжения
в
линии
.
Эти
мероприятия
могут
быть
более
сложными
,
например
перенастройка
конденсаторных
батарей
или
установка
силовой
электроники
интеллектуальных
сетей
.
Одной
из
наиболее
приемлемых
технологий
яв
-
ляется
установка
компенсаторов
реактивной
мощно
-
сти
,
известных
как
«
гибкие
»
системы
передачи
пере
-
менного
тока
(FACTS).
Уже
ставшие
стандартными
в
системах
передачи
,
устройства
FACTS
постепенно
перемещаются
в
распределительные
сети
.
Статиче
-
ские
синхронные
компенсаторы
(STATCOM),
такие
как
S&C Electric Co.’s Pure-Wave DSTATCOM
или
AMSC’s
D-VAR STATCOM,
уже
много
лет
используются
на
ве
-
троэлектростанциях
.
Электростанции
используют
STATCOM
в
своих
распределительных
системах
с
той
же
целью
,
что
и
на
ветровых
электростанциях
.
В
этих
устройствах
при
-
менена
технология
преобразования
напряжения
.
Они
отслеживают
уровень
напряжения
и
быстро
стабили
-
зируют
его
при
колебаниях
путём
подачи
или
потре
-
бления
реактивной
мощности
.
По
информации
S&C
Electric,
компания
разработала
однофазный
преоб
-
разователь
PureWave DSTATCOM
для
ветроэлектро
-
станций
малой
мощности
.
Соглашение
о
регулировании
С
проблемами
передачи
и
распределения
энер
-
гии
тесно
переплетается
необходимость
почасового
планирования
уровней
генерации
и
обмена
энергией
.
То
,
что
источники
ветровой
и
солнечной
энергии
не
могут
работать
в
постоянном
режиме
,
представляет
собой
большую
проблему
для
интеграции
при
любых
используемых
масштабах
времени
,
о
чём
говорится
в
публикации
научно
-
исследовательского
института
электроэнергетики
(EPRI)
под
названием
«
Интеграция
ветрогенерации
».
Отчёт
EPRI
обращает
внимание
на
то
,
что
оптими
-
зация
оперативного
планирования
повышения
частоты
и
уменьшение
разрешения
по
времени
планирования
(
например
,
пятиминутный
интервал
для
планирова
-
ния
)
являются
критически
важным
фактором
.
В
отчёте
говорится
: «
Ожидается
,
что
уменьшение
разрешения
по
времени
для
планирования
режима
в
соответствии
с
графиком
распределения
нагрузки
с
одного
часа
до
пятнадцати
минут
снизит
требования
по
наличию
обя
-
зательных
резервов
».
FERC
также
жёстко
настроена
против
почасового
планирования
.
Она
официально
заявила
,
что
это
не
-
равноправное
и
неэффективное
использование
систе
-
мы
электропередачи
,
а
также
источников
генерации
.
В
результате
в
2010
году
FERC
издала
предваритель
-
ное
уведомление
о
предложенных
нормативных
доку
-
ментах
(NOPR)
по
этой
проблеме
.
Уведомление
NOPR
включает
в
себя
рекомендации
по
планированию
и
41
www.tdworld.ru, www.tdworld.com
|
Сентябрь–октябрь 2012
Солнечные
энергоцентры
с
использованием
солнечных
двигателей
(
стирлингов
)
начинают
привлекать
внимание
разработчиков
энергосистем
на
базе
использования
солнечной
энергии
.
прогнозированию
с
интервалом
менее
часа
,
а
также
обеспечению
резерва
от
ветровых
электростанций
.
Межрегиональное
планирование
также
улучшит
гибкое
использованию
ресурсов
.
Некоторые
руководители
от
-
раслей
промышленности
,
которые
изучали
NOPR,
не
согласились
с
рядом
положений
,
но
в
целом
считают
его
шагом
в
направлении
лучшего
использования
ге
-
нерирующих
объектов
ветровой
и
солнечной
энергии
.
Области
регулирования
Группа
,
изучающая
проблемы
интеграции
ветровой
энергии
, DOE-NREL,
в
дополнение
к
планированию
с
интервалом
менее
часа
предложила
укрупнение
об
-
ластей
регулирования
с
определённой
формой
акку
-
мулирования
энергии
.
Сегодня
область
регулирова
-
ния
относится
к
ограниченному
району
,
содержащему
генераторы
и
систему
электропередачи
и
нагрузки
.
Исследования
показали
,
что
,
чем
больше
область
ре
-
гулирования
,
тем
больше
преимуществ
она
может
по
-
лучить
в
зависимости
от
географической
диверсифи
-
кации
и
концентрации
ресурсов
по
генерации
ветровой
и
солнечной
энергии
.
Другими
сло
-
вами
,
если
область
достаточно
большая
,
то
обязательно
где
-
нибудь
дует
ветер
и
светит
солнце
.
В
качестве
примера
Министерство
энерге
-
тики
США
сообщило
,
что
системный
оператор
Среднего
Запада
(Midwest Independent System
Operator, MISO)
объединил
все
свои
26
обла
-
стей
регулирования
в
одну
.
Потребности
MISO
в
ресурсах
для
регулирования
сократились
с
1200
МВт
до
400
МВт
.
Министерство
энергети
-
ки
обращает
внимание
на
то
,
что
более
круп
-
ные
области
регулирования
могут
делиться
нагрузкой
между
собой
.
Планирование
с
интервалом
учёта
менее
часа
придаёт
энергетической
системе
гиб
-
кость
при
объединении
традиционной
генера
-
ции
и
генерации
возобновляемых
источников
.
Более
крупные
области
регулирования
в
опре
-
делённой
степени
сглаживают
разницу
между
ветровой
и
солнечной
энергией
,
однако
даже
в
этом
случае
нельзя
игнорировать
возмож
-
ность
накопления
энергии
.
Радужные
перспективы
Энергетики
должны
понять
,
что
пренебрегать
тем
фактом
,
что
доля
возобновляемых
источников
в
объ
-
ёме
поставок
энергии
с
каждым
днём
становится
всё
больше
,
уже
нельзя
.
Степень
проникновения
ветро
-
и
солнечной
энергетики
в
сети
становится
всё
глубже
.
Самым
быстроразвивающимся
сегментом
технологии
производства
электроэнергии
(
удвоение
объёмов
ге
-
нерации
за
год
)
считается
производство
энергии
при
помощи
фотоэлектрических
панелей
.
Пока
внимание
энергетиков
было
сосредоточено
на
этих
монстрах
,
на
стороне
распределительной
сети
расположились
значительные
мощности
небольших
ветро
-
и
солнечных
станций
,
что
привело
к
необходи
-
мости
модернизации
устоявшейся
практики
генерации
электроэнергии
.
Понятие
о
двустороннем
потоке
элек
-
троэнергии
может
заставить
«
старика
-
диспетчера
»
не
-
годующе
помахать
своей
тростью
,
но
в
прогрессе
нет
ничего
особенного
.
Всё
изменяется
,
жизнь
течёт
,
и
,
на
-
верное
,
было
бы
совсем
скучно
без
изменений
.
НЕТРАДИЦИОННАЯ
Энергетика
Приливная
ГЭС
на
реке
Ист
-
Ривер
в
Нью
-
Йорке
Оригинал статьи: Энергия по часам
Широкое внедрение возобновляемых источников электроэнергии требует усовершенствования энергосистемы.
