Размещено на http://www.allbest.ru/

Генерация с непростым характером

Повсеместное внедрение возобновляемых источников энергии (ВИЭ) стало причиной революционных изменений в мировой энергетике. Лавинообразный рост объемов генерации с нестабильной нагрузкой заставил энергетиков по-другому взглянуть на принципы оперативно-диспетчерского управления и требования к электростанциям ВИЭ, работающим в составе энергосистемы. Системный оператор Единой энергетической системы находится на острие процесса, поскольку выполнение его основных задач по обеспечению надежного управления энергосистемой страны тесно связано и с объемом работающих в ней электростанций ВИЭ, и с тем, какие принципы лежат в основе их нормативно-технического регулирования.

СЭС и ВЭС в ЕЭС

Уже почти десять лет прошло с тех пор, как распоряжением Правительства РФ в январе 2009 года были утверждены основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электро­энергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2024 года. Документ устанавливает целевые показатели производства и потребления электрической энергии с использованием возобно­вляемых источников энергии (кроме гидро­электро­станций установленной мощностью более 25 МВт). Согласно документу, доля ВИЭ в производстве электроэнергии в РФ должна достигать 1,5 %, 2,5 % и 4,5 % в 2010, 2015 и 2024 годах соответственно.

0,3 % от общей установленной мощности электростанций ЕЭС России составляет доля СЭС и ВЭС

Сейчас в составе Единой энергосистемы России работает 31 солнечная электростанция (СЭС) общей установленной мощностью 594,219 МВт и 14 ветровых электростанций (ВЭС), общая установленная мощность которых составляет 139,013 МВт. В сумме это пока лишь 0,3 % от общей установленной мощности электростанций ЕЭС России, превышающей 243,2 ГВт. Такое процентное соотношение несоизмеримо мало по сравнению с лидерами внедрения возобновляемой энергетики, например, такими как Германия, где доля СЭС и ВЭС в общей установленной мощности электростанций достигает 48 %. В ЕЭС России "зеленая" генерация есть в пяти из семи объединенных энерго­систем - в ОЭС Сибири, Урала, Средней Волги, Юга и Северо-Запада, среди которых лидером по установленной мощности СЭС и ВЭС является ОЭС Юга с показателем 476,984 МВт.

Размещение электростанций ВИЭ на территории ЕЭС России

По результатам проводимых коммерческим оператором оптового рынка электрической энергии и мощности ежегодных конкурсных отборов проектов ВИЭ в период до 2024 года планируется строительство почти 1,8 ГВт мощностей СЭС и более 3,3 ГВт ВЭС, включая мощные ветропарки до 1000 МВт, а также 0,16 ГВт малых ГЭС. Новые солнечные электростанции появятся в Алтайском, Забайкальском и Ставропольском краях, Астраханской, Волгоградской, Иркутской, Омской, Оренбургской, Самарской, Саратовской, Челябинской областях, республиках Башкортостан, Бурятия и Калмыкия. Строительство ветровых электростанций запланировано на территориях Краснодарского и Ставропольского края, Ростовской, Ульяновской, Курганской, Астраханской, Оренбургской, Мурманской областей, республик Адыгея, Татарстан, Калмыкия. В соответствии с договорами, заключенными по результатам указанных конкурсных отборов с поставщиками мощности, к октябрю 2018 года введено 30 объектов ВИЭ суммарной установленной мощностью 329 МВт (одна ВЭС мощностью 35 МВт и 29 СЭС суммарной мощностью 294 МВт).

Планы по развитию СЭС и ВЭС включены в Схему и программу развития ЕЭС России на 2018-2024 годы. В документе, определяющем перспективы развития электроэнергетического комплекса страны, среди гарантированных объемов мощности, включенных в баланс, более 5 ГВт приходится на СЭС и ВЭС. В масштабах ЕЭС России этот объем все еще не очень большой, но уже существенный.

Опыт соседей

Мировой опыт эксплуатации солнечной и ветрогенерации свидетельствует о том, что в энерго­системах с совокупной мощностью СЭС и ВЭС свыше 30 % от общей установленной мощности по-новому встает вопрос обеспечения баланса производства и потребления электро­энергии, в частности вопрос резервирования солнечных и ветровых электростанций, поскольку выработка СЭС и ВЭС полностью зависит от метеоусловий и по этой причине крайне нестабильна. Эту нестабильность нужно резервировать мощностью "традиционных" энергоблоков (тепловой либо гидрогенерации), которые должны в случае снижения выработки СЭС и ВЭС быстро включаться или вообще находиться во вращающемся резерве, да и к тому же быть очень мобильными для быстрого набора нагрузки. Как говорят специалисты, при больших объемах СЭС и ВЭС в энергосистеме наряду с так называемой "пилой нагрузки", связанной с утренним и вечерним максимумом потребления, появляется еще и "пила генерации". Из-за резкопеременной нагрузки солнечных и ветровых электростанций меняется "характер" энерго­системы, ее инерция. Образно говоря, "дыхание энергосистемы" перестает быть плавным.

В мировой энергетике пока не выработан единый и безальтернативный способ сглаживания неравномерной нагрузки СЭС и ВЭС

В мировой энергетике пока не выработан единый и безальтернативный способ сглаживания неравномерной нагрузки СЭС и ВЭС, и каждая страна, развивающая эти виды генерации, пока лишь выбирает для себя наиболее приемлемый и экономически обоснованный метод (а точнее, набор методов). Европейские страны пытаются решать проблему нестабильной выработки за счет использования маневренных характеристик гидроэлектростанций, газотурбинных и парогазовых электростанций, развития связей между энергосистемами, обеспечивающих необходимый переток активной мощности от маневренных традиционных электростанций. В Китае, Канаде, США, Франции для решения этой проблемы используются гидроаккумулирующие электро­станции (ГАЭС). Активно разрабатываются технологии производства альтернативных традиционным ГА накопителей большой мощности. Параллельно с этим ряд стран, к примеру, Германия, выбрали для себя путь, предполагающий более равномерное распределение по энергосистеме солнечных и ветровых электро­станций, что помогает снизить влияние локальных метеоусловий на общую выработку СЭС и ВЭС. Для сглаживания неравномерной нагрузки солнечной и ветрогенерации за рубежом также активно применяется технология Demand Response, позволяющая за счет мотивации потребителей перераспределить потребление внутри суток.

Распространение СЭС и ВЭС в мире в 2017 году

возобновляемый источник энергия энергетика диспетчерское управление

В России стимулирующие меры со стороны государства тоже дают определенный эффект, и доля ВИЭ в общей установленной мощности ЕЭС России медленно, но верно растет. Однако пока она еще не доросла до уровня, когда "зеленая" генерация начинает хоть сколько-нибудь значимо влиять на электроэнергетический режим энергосистемы страны. Поэтому в ЕЭС России работа солнечной и ветрогенерации обеспечивается следующим образом: с учетом своей аналитики метеоданных солнечные и ветровые электростанции сами прогнозируют свой график нагрузки и представляют его в Системный оператор для учета в диспетчерском графике. Из-за сложностей с точностью прогнозирования природных явлений вероятность исполнения такого графика со стороны СЭС и ВЭС ниже, чем у традиционных электростанций. При этом, поскольку доля "зеленой" генерации в энергосистеме пока не очень высока, всерьез рассчитывать на ее гарантированное участие в обеспечении баланса мощности не представляется возможным. Из-за этого СЭС и ВЭС можно смело называть "дополнительной генерацией". С одной оговоркой - "пока".

Новый объект управления

Между тем, в отрасли до сих пор не решены вопросы нормативно-технического регулирования альтернативной генерации. В том числе даже такая важная для управления энерго­системой задача, как установление терминологии. Нормативно не закреплено, что же такое электростанция, работающая на основе использования фотоэлектрического преобразования энергии солнца, и электростанция, функционирующая на основе использования преобразования энергии ветра.

Даже концептуальные подходы к общеобязательным технологическим требованиям, позволяющим ВИЭ нормально функционировать в составе энергосистемы, - и те не выработаны окончательно.

В настоящее время в Евросоюзе действует обязательный для всех стран сетевой кодекс для ВИЭ

Идет последовательный процесс разработки требований к СЭС и ВЭС с учетом свойственной этим станциям специфики для обеспечения их технологического присоединения к электрическим сетям и работы в составе ЕЭС России. В нее очень активно включен Системный оператор Единой энергетической системы, поскольку от качества нормативно-технологической базы по ВИЭ в ближайшие десятилетия будет, без преувеличения, зависеть надежность Единой энергосистемы. Если не всей, то уж точно отдельных ее регионов.

Для повышения компетентности и получения базы в вопросах регулирования энергосистем со значительной долей ВИЭ Системный оператор два года назад заказал своей дочерней компании АО "НТЦ ЕЭС" обширную научно-техническую работу - исследование зарубежного опыта применения ВЭС, СЭС и гибридных электро­энергетических установок в составе энергосистем.

Коллегами из НТЦ подробно исследованы опыт и перспективы применения таких установок, типы ветрогенераторов, солнечных панелей, типовые компоновочные решения и схемы выдачи мощности. Сделан доскональный обзор по проблемам регулирования активной мощности, частоты и напряжения такими источниками генерации, их поведения в процессе и после аварийных возмущений в энергосистеме. Изучены применяемые обязательные требования к качеству выдаваемой ими электроэнергии, допустимым диапазонам изменения напряжения и частоты, при которых генерирующее оборудование ВИЭ должно сохранять свою работоспособность, и другие требования нормативных документов, в том числе европейских сетевых кодексов, которые на сегодняшний день можно считать передовыми в вопросах нормативного технологического регулирования. Подробно изучены отечественные и зарубежные научно-технические публикации и нормативные материалы, среди которых кодексы Европейского сообщества операторов магистральных сетей ENTSO-E, стандарт американского института инженеров электриков и электронщиков IEEE 1547 и национальные сетевые кодексы Великобритании, Ирландии, Дании, Скандинавских стран, Китая, Польши, Аргентины, Австралии, касающиеся вопросов присоединения "зеленой" генерации к сети. Кроме того, были изучены материалы влиятельных в США энергетических организаций - Федеральной комиссии по регулированию энергетики (Federal Energy Regulatory Commission (FERC) и Североамериканской корпорации по обеспечению электроэнергетической надежности (NERC), материалы европейской ассоциации ветро­энергетики "Powering Europe: wind energy and the electricity grid", а также документы СИГРЭ, относящиеся к проблематике распределенной генерации, ветрогенерации и систем накопления электроэнергии.

Эта проведенная в 2016 году научно-исследовательская работа, в первую очередь, дала понимание о принятых за рубежом подходах при формулировании требований к солнечной и ветрогенерации, учитывающих ее влияние на устойчивость и надежность функционирования энергосистем.

Изучение мировой практики подтвердило, что с увеличением объема альтернативной энергетики возникает необходимость учета ее влияния на энергосистему и создания соответствующей нормативной базы, обеспечивающей нормальную работу СЭС и ВЭС в составе энергетического комплекса. Так, в 2003 году в Германии начал действовать первый в мире сетевой кодекс (Grid Code), регламентирующий порядок включения ВЭС в сеть. В настоящее время в Евросоюзе действует обязательный для всех стран сетевой кодекс для ВИЭ, в соответствии с которым к "зеленой" генерации предъявляются достаточно жесткие требования по участию в регулировании частоты и активной мощности, напряжения, по возможности длительной работы в определенном диапазоне частот и напряжений, требования по работоспособности при аварийном снижении напряжения, связанном в том числе с короткими замыканиями.

Мы пойдем своим путем

Механизмы развития ВИЭ

Во всем мире из-за существующих технологических и экономических проблем развитие ВИЭ опирается на существенную поддержку на государственном уровне. Подавляющее большинство стран сформировали и реализуют соответствующую политику. К концу 2017 года количество стран, принявших нормативные акты, направленные на поддержку ВИЭ, достигло 179. В их число входит и Россия.

В январе 2009 года распоряжением Правительства РФ утверждены "Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2024 года". Согласно документу, доля ВИЭ в производстве и потреблении электрической энергии без учета ГЭС мощностью более 25 МВт должна постепенно увеличиваться и составить в 2024 году не менее 4,5 %.

Господдержка возобновляемой энергетики реализуется в соответствии с Постановлением Правительства № 449 от 28.05.2013 г. "О механизме стимулирования использования ВИЭ на оптовом рынке электроэнергии и мощности" за счет договоров о предоставлении мощности ВИЭ (ДПМ ВИЭ), рассчитанных до 2024 года, в европейской части России, на Урале и в Сибири. Реализацию механизма, в рамках которого проводится конкурсный отбор проектов ВИЭ на оптовом рынке электро­энергии и мощности, обеспечивает коммерческий оператор оптового рынка (АО "АТС"). Все необходимые требования отражены в регламентах ОРЭМ. Они предполагают субсидирование развития ВИЭ за счет оплаты мощности по ДПМ ВИЭ всеми покупателями энергорынка.

В настоящее время обсуждается продление механизма господдержки ВИЭ после 2024 года. При этом предлагается и дальше строить СЭС и ВЭС, но с учетом экономической целесообразности, прежде всего, в изолированных энергозонах и энергорайонах, где цены на электроэнергию высокие из-за дорогого топлива, то есть там, где тарифы на электроэнергию уже позволяют окупать ВИЭ-проекты.

Другая важная составляющая работы - натурные испытания и эксперименты. Этот необходимый для энергетики метод успешно применяется и при разработке требований для ВИЭ. Так, в июле прошлого года совместно с ООО "Авелар Солар Текнолоджис" группы компаний "Хевел" проведены натурные испытания функции ограничения активной мощности Соль-Илецкой солнечной электростанции в Оренбургской области. В процессе натурных испытаний подтверждена техническая возможность снижения выдаваемой СЭС активной мощности при повышении частоты свыше заданного значения в течение заданного интервала времени. При этом участие СЭС в ОПРЧ может осуществляться в следящем за частотой режиме с заданным статизмом и величиной "мертвой полосы" первичного регулирования, что позволит обеспечить эффективное первичное регулирование частоты совместно с генерирующим оборудованием традиционного типа. Получена важная информация, имеющая важное значение для полноценной интеграции СЭС в Единую энергосистему России.

Также совместно с этой компанией - оператором СЭС реализованы натурные испытания телеуправления режимом работы СЭС из диспетчерского центра филиала Системного оператора. Телеуправление осуществлялось из Башкирского РДУ путем формирования команд по изменению значений активной и реактивной мощности Бурибаевской СЭС (первая солнечная электростанция, введенная в работу на территории Республики Башкортостан, имеет установленную мощность 20 МВт).

В процессе испытаний реализованы операции по изменению активной мощности (до нуля и до фиксированного значения не выше N МВт с последующим нагружением до плановой величины) и реактивной мощности СЭС (с максимальной выдачей реактивной мощности и с максимальным приемом реактивной мощности), а также операции по полному отключению СЭС от энергосистемы со стороны питающего центра и последующим подключением и нагружением СЭС.

Работа на перспективу

Ульяновская ветроэлектростанция

Системный оператор взаимодействует с собственниками СЭС и ВЭС по вопросам оптимизации схем оперативного обслуживания данных электростанций. В качестве основного мероприятия, выполнение которого позволит собственникам применять схему оперативного обслуживания без постоянного пребывания оперативного персонала на электростанции, Системный оператор видит возможность дистанционного полного ограничения электростанции по активной мощности вплоть до нулевого значения или отключения с использованием теле­управления из диспетчерского центра АО "СО ЕЭС". Эта мера предполагается к применению только для предотвращения развития и ликвидации аварий в энергосистеме. Такая организация оперативного обслуживания СЭС и ВЭС, наряду с закрепленным в Правилах технологического функционирования электро­энергетических систем требованием о прибытии оперативного персонала на электростанцию за время, не превышающее 60 минут, позволяет обеспечить надежную работу в составе ЕЭС России ВЭС и СЭС при отсутствии постоянного оперативного персонала на объекте.

Деятельность по формированию системы нормативных технических требований к ВИЭ будет продолжена, поскольку собственники электростанций ВИЭ должны ориентироваться на четко обозначенные и прозрачные требования для функционирования данных электростанций в составе ЕЭС России.

Размещено на Allbest.ru