Введение к работе
Актуальность темы. Ветровая энергетика является одним из наиболее динамично развивающихся видов энергетики на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ). В 2008 г. общая установленная мощность электростанций на основе ВИЭ достигла 280 ГВт (без учета большой гидроэнергетики), или примерно 5% от мощности всех электростанций мира. По данным 2009 г. Всемирной ветроэнергетической ассоциации (GWEC), установленная мощность ветровых электростанций (ВЭС) в мире составила 158,5 ГВт, а средний ежегодный темп роста мировой ветроэнергетической отрасли - около 30%.
Установленная мощность ВЭС в России составляет лишь 13,4 МВт или -0,01% от энергетического баланса, хотя технический ветроэнергетический потенциал, оцененный с учетом энергетических показателей современных ВЭУ, уникален и почти в 13 раз превышает годовую выработку всех электростанций страны. Для дальнейшего развития сферы ВИЭ правительство РФ приняло ряд постановлений, в рамках которых к 2020 г. доля ВИЭ в энергобалансе РФ (исключая гидроэнергетику) должна составить 4,5 %, при этом суммарная установленная мощность ВЭС - 7 ГВт.
Увеличение доли ВЭС в общем объеме производства электроэнергии может создать целый ряд общесистемных проблем. Эти проблемы связаны с влиянием колебаний графиков генерации ВЭС на режимы работы энергосистем (ЭЭС), особенно при низких уровнях нагрузки, а также нехватке технических средств для максимально точного метеопрогнозирования, что позволило бы системным операторам (СО) оптимизировать влияние погодных условий на графики генерации и нагрузки.
Таким образом, предупреждая негативное влияние ветровой энергетики на технические и экономические аспекты работы ЭЭС и для обеспечения надежного и безопасного энергоснабжения, весьма перспективной и актуальной является рассмотренная в данной диссертации задача поиска решений интеграции ветровой генерации в работу ЭЭС.
Цель работы. Систематизация и анализ существующих технических и рыночных решений интеграции ветровой генерации в работу ЭЭС в странах с высокой долей ВЭС в общем энергобалансе с целью обеспечения надежного и безопасного энергоснабжения. На основе полученных результатов, сформулировать основные требования, которые необходимо учитывать при подключении ВЭУ/ВЭС к ЭЭС в странах с зарождающимся сектором ветроэнергетики, включая Россию.
В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи исследования:
Проанализировать современное состояние и перспективы развития ветроэнергетики в мире и в России.
Обосновать предпосылки и направления развития ветроэнергетики в России.
Проанализировать влияние условий рынка электроэнергии на развитие ветровой энергетики.
Проанализировать основные характеристики ветровой генерации, в том
числе оценить преимущества и недостатки электрических схем современных системных ВЭУ.
Выполнить анализ общесистемных проблем, связанных с подключением ВЭУ к сети ЭЭС.
Проанализировать основные требования к техническому подключению ВЭУ к сети в странах с высокой долей ВЭС в ЭЭС и возможности современных ВЭУ в предоставлении системных услуг.
Сформулировать основные факторы, которые следует учитывать при выборе ВЭУ и разработке схем функционирования ВЭС, подключаемых к ЭЭС стран с зарождающимся сектором ветроэнергетики, включая Россию.
Сформулировать основные аспекты, которые необходимо учитывать при разработке новых методов планирования режимов ЭЭС при увеличении в ней доли ВЭС.
Выбрать средства защиты в схеме системы генерирования электроэнергии (СГЭЭ) на базе асинхронизированного синхронного генератора (АСГ) для обеспечения устойчивой работы ВЭУ при возникновении возмущений в сети.
Провести моделирование аварийных режимов работы ВЭУ с выбранными средствами защиты в схеме СГЭЭ на базе АСГ.
Научная новизна диссертационной работы:
Проведена систематизация и анализ мировых ветроэнергетических технологий, результаты которых должны использоваться для разработки эффективных схем функционирования ВЭС, подключаемых к ЭЭС стран с зарождающимся сектором ветроэнергетики, включая Россию.
Проведен анализ технических и рыночных решений интеграции ветровой энергетики в работу ЭЭС, позволяющий осуществить их быстрое и эффективное заимствование в странах с зарождающимся сектором ветроэнергетики, включая Россию.
Сформулированы требования, позволяющие оптимизировать процесс подключения ВЭУ в активно функционирующую ЭЭС с учетом требований рынка электроэнергии.
4. Выбраны средства защиты в схеме СГЭЭ на базе АСГ, позволяю
щие обеспечить устойчивую работу ВЭУ при возникновении возмущений в се
ти.
Практическая значимость диссертационной работы. Результаты выполненного научного исследования предназначены для практического использования: (1) СО-ми при разработке новых методов планирования режимов ЭЭС при увеличении в ней доли ВЭС и требований к техническому подключению ВЭУ/ВЭС к сети; (2) генерирующими компаниями, планирующими использовать ВЭС для обновления/ прироста своих электрогенерирующих мощностей.
Апробация работы. Основные положения работы неоднократно докладывались и обсуждались на семинарах компании Gamesa (Испания) в 2009-2010 гг., на 17-й ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» 24-25
февраля 2011 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано четыре печатных работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (169 наименований), 14 приложений. Основное содержание работы изложено на 128 страницах, содержит 46 рисунков, 4 таблицы.
