Наукові основи підвищення енергетичної ефективності та якості електропостачання в електротехнічних системах з комбінованою генерацією : дис.. доктора техн. наук; спец. 05.09.03

Abstract

UKR: Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – електротехнічні комплекси та системи. Таврійський державний агротехнологічний університет імені Дмитра Моторного, Мелітополь, 2020. У першому розділі виконано огляд стану та перспективи забезпечення споживачів електричною енергією в електротехнічних системах з комбінованою генерацією. Проаналізовано світовий досвід використання відновлюваних джерел енергії. Проведений огляд факторів впливу ВДЕ на роботу енергосистеми. Зі збільшенням частки нестабільної генерації стає необхідним більш ґрунтовний системний підхід до формування енергетичної системи. Вітрова та сонячна енергетика може інтегруватися в енергосистему за допомогою відповідних стратегій. На першій стадії, коли частка ВДЕ не перевищує 3% у річному виробництві електроенергії, їх інтеграція не справляє помітного впливу на мережу. Коли частка ВДЕ у річній генерації знаходиться в межах до 15%, це спричиняє серйозний вплив на режими енергосистеми. На третій стадії (понад 15%) виникають суттєві виклики для режимного управління енергосистеми. Наразі за рівнем впровадження ВДЕ Україна підходить до межі першої та другої стадій. Динаміка економічного розвитку України вимагає пошуку і розробки методів значного поліпшення якісного боку електрифікації, в тому числі в розробці систем комбінованого і автономного електропостачання. На сучасному етапі широке практичне застосування ВДЕ може бути вирішене на основі узгодження параметрів електроенергії автономних джерел з навантаженням, забезпечення їх паралельної роботи, в тому числі з централізованою системою електропостачання. Цього можна досягти, впроваджуючи результати системних теоретичних досліджень електричних систем, які базуються на фундаментальних фізичних принципах, у поєднанні з сучасними підходами до математичного моделювання та оптимізації їх станів. Стан енергобалансу локальної електротехнічної системи, як результуючий випадковий процес флуктуацій генерування та споживання потребує додаткового дослідження, даючи як узагальнену методологію, так і можливості адаптування до конкретних умов. Потребують вивчення такі аспекти, як достовірність оцінок, довірчі інтервали, узгодження з вимогами щодо надійності енергопостачання, оптимізація складу та режимів роботи генеруючого обладнання, потреби у системах регулювання (зокрема накопичення енергії), що необхідно для досягнення енергетичної та економічної ефективності. Зазначені питання є предметом дослідження даної дисертаційної роботи.У другому розділі аналізуються метеодані, що характеризують роботу сонячних та вітрових електростанцій в досліджуваному регіоні. У третьому розділі досліджено дані, що характеризують споживання електричної енергії в досліджуваному регіоні. Впровадження ВДЕ та їх інтегрування до енергосистем різних рівнів супроводжується потребами в додатковому узгодженні режимів генерування та споживання електроенергії.У четвертому розділі розглядається побудова критеріїв та системи обмежень, що визначають оптимальність функціонування вітро-сонячної генерації. Сформульовано проблеми відновлюваної енергетики, які потребують вирішення оптимізаційних задач. Зроблено загальний огляд методів оптимізації, підкреслено прийнятні підходи для вирішення поставлених задач. У п’ятому розділі наводяться методологія та приклади розрахунку показників балансової надійності та їх довірчих інтервалів для локальних електротехнічних систем. Шостий розділ стосується потреб у резервуванні та акумулюванні енергії в комплексних системах з ВДЕ. \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ ENG: The first chapter reviews the state and prospects of providing consumers with electricity in electrotechnical systems with combined generation. The international experience of using renewable energy sources is analyzed. A review of the factors influencing renewable energy sources (RES) on the operation of local electric systems (LES) is made The second chapter analyzes meteorological data that characterize the operation of solar and wind power plants in the region of study. The third chapter examines the data characterizing the consumption of electricity in the region of study. The introduction of RES and their integration into power systems of different levels is accompanied by the need for additional harmonization of the regimes of electricity generation and consumption. The fourth chapter considers the construction of criteria and a system of constraints that determine the optimal functioning of the wind-solar generation. The fifth chapter provides the methodology and examples for calculating balance reliability indicators and their confidence intervals for LES. In order to increase energy efficiency, namely, the fullest use of the installed RES capacity, the optimal combination of wind farms and SPP is considered, provided that the uncontrolled scatter of the generated power values is minimized while maximizing the produced energy. The sixth chapter deals with the need for energy accumulation and storage in integrated RES systems. Energy imbalance, as an integral characteristic of power imbalance, depends on the duration and sign of deviations of energy generation from consumption.