Книга 2010. - 223с
Под общ. ред. д. ю. н.,Профессор д.т.н. Збигниев Антони Стычинский,Профессор д.т.н. Николай Иванович Воропай
ветровая электроэнергетика
фотоэлектрические системы
гидроэлектростанции
электрические накопители энергии
топливные элементы
системы когенерации
интеграция возобновляемых источников энергии в электрическую сеть
Основная задача электроэнергетической системы (ЭЭС) – производить электроэнергию и доставлять ее потребителям для покрытия их нагрузки. Объединенные ЭЭС, такие как ENTSO-E в Европе, или Единая ЭЭС (ЕЭЭС) России, являются наиболее сложными техническими системами. С одной стороны, система объединяет огромное количество централизованных и децентрализованных электростанций, передающих и распределительных электрических сетей, а также нагрузок, с другой стороны, она расположена на большой территории. Либерализованный электроэнергетический рынок требует повышения уровня обмена данными между всеми участниками рынка для оптимальной координации между разными национальными системами. Эти концепции имеют целью упростить обмены информацией между участниками об эффективном управлении, системной технологии и защите инфраструктуры.
В 2008 году была создана Европейская сеть операторов системы передачи электроэнергии (the European Network of Transmission System Operators for Electricity – ENTSO-E) как ассоциация Европейских операторов передающих систем (Transmission System Operators– TSO), она объединила такие предшествующие ассоциации, как ATSOI (Ирландия, Северная Ирландия), UKTSOA (Великобритания), NORDEL (Скандинавия), UCТE (большая часть Европы) и BALTSО (страны Балтии), см. рис.
1.1. Главная задача ENTSO-E – обеспечивать всех членов необходимой информацией в единых стандартах EDI и их спецификациях. ENTSO-E должна координировать проблемы надежности электроснабжения Европейских потребителей. Комитет ENTSO-E вводит новые технические требования и стандарты для планирования передающей сети и новые инженерные концепции, такие как "умная" энергосистема (Smart Grid).
Объединенная ЭЭС стран Содружества Независимых Государств (СНГ) включает параллельно работающие ЭЭС этих стран при координации процедур и правил управления режимами объединенной ЭЭС между системными операторами национальных ЭЭС. Для такой координации в 1992 году создан Электроэнергетический совет стран СНГ с общим исполнительным органом, которым является Исполнительный комитет Электроэнергетического совета.
Существующие ЭЭС были сформированы как централизованные системы с особенностями в зависимости от топливо- и энергообеспечения электростанций. Централизация означает, что основное производство электроэнергии осуществляется на больших электростанциях, от которых электроэнергия передается потребителям. Достоинством такой системы является относительно простая координация работы многих больших генерирующих установок, что обеспечивает необходимый хорошо управляемый баланс между генерацией и потреблением и, вследствие этого, стабильность частоты.
Сокращение запасов природных топлив ведет к развитию ЭЭС при все большем использовании возобновляемых энергоресурсов, таких как ветровая или солнечная энергия, которые во многих странах составляют большую часть распределенной генерации. Эти изменения в структуре ЭЭС являются результатом действия трех главных требований:
- сокращение эмиссии парниковых газов (Протокол Киото) [1];
- растущее использование возобновляемых энергетических ресурсов – ВЭР (Европейская ВЭР Директива) [2];
- повышение энергетической эффективности (Европейская Директива по использованию комбинированной выработки электроэнергии и тепла (Combined Heat and Power – СНР)) [3].
Развитие распределенной генерации имеет многие преимущества, такие как:
- снижение эмиссии СО2 благодаря повышению энергетической эффективности и сокращению использования угля в качестве топлива для электростанций;
- минимизация потерь в передающей сети;
- управление ограничениями в передающей сети;
- частично – реализация инвестиций в инфраструктуру.
В целом последние годы Германия имеет лидирующие позиции по развитию и использованию возобновляемых энергоресурсов, таких как ветровая энергия, благодаря активности в различных направлениях по поддержке такого развития. Такая активность имела место путем введения ряда пилотных программ при субсидировании со стороны федерального правительства дорогих инвестиций в новые технологии использования возобновляемой энергии, а именно [4]:
Программа "100000 крыш "(солнечная энергетика) [5];
Программа "100 ветровых МВт" (ветроэнергетические технологии) [6];
Программа "250 ветровых МВт" (ветроэнергетические технологии) [6];
Программа снижения налогов для биотоплива [7].
В дальнейшем, после фазы успешных пилотных проектов, стабильное развитие возобновляемой энергетики, а также комбинированной выработки электроэнергии и тепла, было определено введением необходимых федеральных законов, связанных с доступом к электрической сети, схемами присоединения к сети производителей электроэнергии, в том числе:
Акт о поставке электроэнергии (1991 г.) [8];
Закон о возобновляемой энергетике (2000 и 2009 гг.) [5];
Закон о комбинированной выработке электроэнергии и тепла (2002 г.) [9].
В сопоставлении со сравнительно быстрой модернизацией ЭЭС, наблюдаемой в Германии и некоторых других Европейских странах, например, в Дании, развитие ЭЭС в России последние 20 лет было медленным, их структура существенно не менялась. Современная электроэнергетика в России характеризуется высоким уровнем износа, большими потерями (до 10-15%) и низким уровнем надежности [10]. Российское правительство предприняло ряд мер по модернизации ЭЭС, которые включают, в том числе:
повышение энергетической эффективности не менее чем на 40%;
переход на использование энергосберегающих ламп для освещения;
развитие "умных" измерительных систем для их активного использования в промышленности и в быту.
В данной работе технологии возобновляемых источников электроэнергии рассматриваются в контексте перспективной концепции "умной" энергосистемы (Smart Grid) с учетом специфики Германии и России. Прежде всего, вводится определение Smart Grid и даются его наиболее важные элементы. Далее даются характеристики распределенной генерации на основе возобновляемых источников энергии и определяется их роль в будущих ЭЭС. Рабочие характеристики и информационные технологии являются весьма важными и необходимыми элементами Smart Grid, поэтому требования к интеграции установок на возобновляемых энергоресурсах в систему и использование информационных технологий для обеспечения сервисных услуг обсуждаются далее достаточно подробно
Под общ. ред. д. ю. н.,Профессор д.т.н. Збигниев Антони Стычинский,Профессор д.т.н. Николай Иванович Воропай
ветровая электроэнергетика
фотоэлектрические системы
гидроэлектростанции
электрические накопители энергии
топливные элементы
системы когенерации
интеграция возобновляемых источников энергии в электрическую сеть
Основная задача электроэнергетической системы (ЭЭС) – производить электроэнергию и доставлять ее потребителям для покрытия их нагрузки. Объединенные ЭЭС, такие как ENTSO-E в Европе, или Единая ЭЭС (ЕЭЭС) России, являются наиболее сложными техническими системами. С одной стороны, система объединяет огромное количество централизованных и децентрализованных электростанций, передающих и распределительных электрических сетей, а также нагрузок, с другой стороны, она расположена на большой территории. Либерализованный электроэнергетический рынок требует повышения уровня обмена данными между всеми участниками рынка для оптимальной координации между разными национальными системами. Эти концепции имеют целью упростить обмены информацией между участниками об эффективном управлении, системной технологии и защите инфраструктуры.
В 2008 году была создана Европейская сеть операторов системы передачи электроэнергии (the European Network of Transmission System Operators for Electricity – ENTSO-E) как ассоциация Европейских операторов передающих систем (Transmission System Operators– TSO), она объединила такие предшествующие ассоциации, как ATSOI (Ирландия, Северная Ирландия), UKTSOA (Великобритания), NORDEL (Скандинавия), UCТE (большая часть Европы) и BALTSО (страны Балтии), см. рис.
1.1. Главная задача ENTSO-E – обеспечивать всех членов необходимой информацией в единых стандартах EDI и их спецификациях. ENTSO-E должна координировать проблемы надежности электроснабжения Европейских потребителей. Комитет ENTSO-E вводит новые технические требования и стандарты для планирования передающей сети и новые инженерные концепции, такие как "умная" энергосистема (Smart Grid).
Объединенная ЭЭС стран Содружества Независимых Государств (СНГ) включает параллельно работающие ЭЭС этих стран при координации процедур и правил управления режимами объединенной ЭЭС между системными операторами национальных ЭЭС. Для такой координации в 1992 году создан Электроэнергетический совет стран СНГ с общим исполнительным органом, которым является Исполнительный комитет Электроэнергетического совета.
Существующие ЭЭС были сформированы как централизованные системы с особенностями в зависимости от топливо- и энергообеспечения электростанций. Централизация означает, что основное производство электроэнергии осуществляется на больших электростанциях, от которых электроэнергия передается потребителям. Достоинством такой системы является относительно простая координация работы многих больших генерирующих установок, что обеспечивает необходимый хорошо управляемый баланс между генерацией и потреблением и, вследствие этого, стабильность частоты.
Сокращение запасов природных топлив ведет к развитию ЭЭС при все большем использовании возобновляемых энергоресурсов, таких как ветровая или солнечная энергия, которые во многих странах составляют большую часть распределенной генерации. Эти изменения в структуре ЭЭС являются результатом действия трех главных требований:
- сокращение эмиссии парниковых газов (Протокол Киото) [1];
- растущее использование возобновляемых энергетических ресурсов – ВЭР (Европейская ВЭР Директива) [2];
- повышение энергетической эффективности (Европейская Директива по использованию комбинированной выработки электроэнергии и тепла (Combined Heat and Power – СНР)) [3].
Развитие распределенной генерации имеет многие преимущества, такие как:
- снижение эмиссии СО2 благодаря повышению энергетической эффективности и сокращению использования угля в качестве топлива для электростанций;
- минимизация потерь в передающей сети;
- управление ограничениями в передающей сети;
- частично – реализация инвестиций в инфраструктуру.
В целом последние годы Германия имеет лидирующие позиции по развитию и использованию возобновляемых энергоресурсов, таких как ветровая энергия, благодаря активности в различных направлениях по поддержке такого развития. Такая активность имела место путем введения ряда пилотных программ при субсидировании со стороны федерального правительства дорогих инвестиций в новые технологии использования возобновляемой энергии, а именно [4]:
Программа "100000 крыш "(солнечная энергетика) [5];
Программа "100 ветровых МВт" (ветроэнергетические технологии) [6];
Программа "250 ветровых МВт" (ветроэнергетические технологии) [6];
Программа снижения налогов для биотоплива [7].
В дальнейшем, после фазы успешных пилотных проектов, стабильное развитие возобновляемой энергетики, а также комбинированной выработки электроэнергии и тепла, было определено введением необходимых федеральных законов, связанных с доступом к электрической сети, схемами присоединения к сети производителей электроэнергии, в том числе:
Акт о поставке электроэнергии (1991 г.) [8];
Закон о возобновляемой энергетике (2000 и 2009 гг.) [5];
Закон о комбинированной выработке электроэнергии и тепла (2002 г.) [9].
В сопоставлении со сравнительно быстрой модернизацией ЭЭС, наблюдаемой в Германии и некоторых других Европейских странах, например, в Дании, развитие ЭЭС в России последние 20 лет было медленным, их структура существенно не менялась. Современная электроэнергетика в России характеризуется высоким уровнем износа, большими потерями (до 10-15%) и низким уровнем надежности [10]. Российское правительство предприняло ряд мер по модернизации ЭЭС, которые включают, в том числе:
повышение энергетической эффективности не менее чем на 40%;
переход на использование энергосберегающих ламп для освещения;
развитие "умных" измерительных систем для их активного использования в промышленности и в быту.
В данной работе технологии возобновляемых источников электроэнергии рассматриваются в контексте перспективной концепции "умной" энергосистемы (Smart Grid) с учетом специфики Германии и России. Прежде всего, вводится определение Smart Grid и даются его наиболее важные элементы. Далее даются характеристики распределенной генерации на основе возобновляемых источников энергии и определяется их роль в будущих ЭЭС. Рабочие характеристики и информационные технологии являются весьма важными и необходимыми элементами Smart Grid, поэтому требования к интеграции установок на возобновляемых энергоресурсах в систему и использование информационных технологий для обеспечения сервисных услуг обсуждаются далее достаточно подробно