O. O. Кармазін

У роботі досліджено можливість забезпечення електрич-ною енергією насосних станцій за рахунок сонячної енергії під час знеструмлення з зовнішньої мережі. Розглянуто основні схеми використання сонячної енергії для потреб водопостачання. Виконано оцінку економічної ефективності проєктів гібридних сонячних електростанцій для двох насосних станцій, розташованих в південних регіонах України.Встановлено, що резервуар чистої води може використовуватися як додаткова система акумулювання. Це дозволяє за рахунок кращої узгодженості з графіком навантаження ефективніше використовувати генерацію сонячної електростанції й у такий спосіб покращити економічні показники проєкту в цілому. Через утворення значного надлишку електричної енергії в літні місяці використання сонячної енергії як основного джерела енергії впродовж року є недоцільним.Через високу вартість акумуляторів термін окупності гібридних сонячних станцій − від 10 років, що робить їх менш привабливими порівняно з мережевими (3-4 роки). З огляду на те, що ці проєкти спрямовані на запобігання можливим гуманітарним катастрофам через припинення водопостачання насе-лення, такий термін окупності можна вважати цілком прийнятним. Бібл. 11, табл. 10, рис. 3.

This paper suggests a method for determining the effective total amount of load disconnection in case of major frequency drop and under-frequency load shedding (UFLS) activation. A mathematical model of power balance in emergency areas has been developed, which uses the structure of the electric network scheme. The UFLS is presented in the model by a set of frequency relays with fixed consumer loads behind feeders along the year and binary variables triggering their operation. The solution of the integer linear programming problem provides the optimal set of the relays needed to balance all emergency areas given the minimum total load shedding (TLS). This determines both the TLS and the placement of individual relays in the electrical network. The method involves pre-measurement of the consumer loads behind feeders, as well as power flows in the network for its characteristic modes. For this purpose, standard specialized software is used to calculate stationary modes and contingency analysis. The input data for the simulation is also a set of electrically unconnected emergency areas. This information should be provided by the user of the proposed method by indicating the overhead line cross-sections in electric network. The developed method allows to determine the TLS of UFLS and the most efficient set of frequency relays for any power system in order to align these indicators with the requirements of the National Electricity Transmission System Operator.

Анотація. Учасниками ХXV Міжнародної науково-практичної конференції «Відновлювана енергетика та енергоефективність у ХХІ столітті» розглянуто сучасні енергоефективні технології, методи й технічні рішення використання та перетворення різних видів відновлюваних джерел енергії. У статті представлено тези доповідей, присвячених дослідженням проблем та перспектив відновлюваної енергетики, зокрема комплексних енергетичних систем на основі використання відновлюваних джерел енергії. Було обговорено перспективи вітчизняної та європейської енергетичної політики, впровадження енергетичного менеджменту, нові моделі роботи енергосистем з високою часткою відновлюваної генерації, імітаційне моделювання поведінки комплексних енергосистем, сучасні технології виробництва та розподілу електричної енергії, комплексний підхід до балансування генерації та споживання електроенергії, відновлення та розвиток муніципальної інфраструктури, зокрема комунальної енергетики, в період воєнного та післявоєнного часу. Запропоновано перспективні напрями майбутніх наукових досліджень.

The purpose of the article is to analyze the relation between wind speed data at weather stations (WS) in Ukraine and satellite data according to their geographic coordinates, presented on the NASA POWER portal; find out the possibility of using reanalysis data for wind energy calculations. Correlations and modeling errors were analyzed for a set of 70 WS and corresponding to their coordinates time series of hourly wind speed data of MERRA-2 reanalysis database. It has been established that the use of reanalysis data is appropriate for preliminary average wind speed and wind energy potential assessment for the regions with average wind speeds higher than 3.5 m/s and characterized by a flat topography and the absence of landscape elements that can distort the wind pattern. For such regions, the error of the wind speed modeling is 0.5 m/s (13.95%), the relative error of average annual electricity production and capacity factor calculating is equal to 17.5%. The reanalysis data show higher wind speed values for all WS' except high-mountain ones, for which the simulated values are underestimated. In general, higher wind speeds correspond to lower relative error of the calculations values and higher correlation coefficients values of the average daily and average monthly wind speed values (up to 0.95). However, the use of reanalysis data for the development of investment projects and forecasting of WPP production is possible only after preliminary calibration and verification for each specific case. Ref. 35, tabl. 2, fig. 3.

The purpose of the article is to establish the regularities of the daily and seasonal dynamic of the wind shear coefficient at the site of the operating wind power plant and its influence on the electricity production forecast. Seasonal and diurnal fluctuations of the vertical wind shear coefficient α for a period of 1 year (50,831 series of unique measurements) for eight rhumbs were investigated in the paper. It was found that the use of the average coefficient α for each of eight rhumbs allows to reduce the average relative error of the wind speed on the upper sensor from 6.39 % to 3.90 %; usage the seasonal variability of the vertical profile parameter α leads to reducing the average relative error to 3.78 %, and taking into account the daily variability - to 3.20 %. Since the average wind speeds are in the range of intensive changes in the power of wind turbines, the specified errors in the wind speed determination lead to a significant increase in errors in the calculations of power and electricity production of wind turbines. Thus, at a wind speed close to 8 m/s, a 3 % reduction in the calculated wind speed error will lead to a 7-8 % reduction in the value of the electricity production error, depending on the type of wind turbine. For modern wind energy, such clarification is considered to be essential, that determines the practical value of the proposed study.

Мета роботи – дослідження впливу випадкової природи відновлюваної енергетики на можливості досягнення оптимального платіжного балансу в локальній енергосистемі шляхом вибору тарифних сценаріїв. Запропоновано математичну модель, яка дає змогу врахувати особливості цієї системи та негарантований характер потужності сонячних чи вітрових електростанцій. Складові балансу потужностей описано як декомпозицію певного випадкового процесу, що є особливістю запропонованої моделі. Умовою побудови енергосистеми є рівність середньої очікуваної потужності генераторів енергії та її споживання. Випадкові флуктуації потужності обумовлюють потребу в обміні енергією між системою та зовнішньою електромережею, а платіжний баланс визначається через вартості імпортованої та експортованої енергії для різних тарифів. Розглядаються такі можливості: постійний тариф (Flat), тарифи за часом використання (Time-of-Use), спеціальний «зелений» тариф. Наявність змінного за часом тарифу призводить до зміщення платіжного балансу від рівноваги залежно від складу відновлюваної генерації. Порівняно з постійним тарифом витрати на купівлю енергії дещо зменшуються для сонячної енергії, а продаж зростає. Для вітрової енергії ситуація обернена. Наявність спеціального тарифу збільшує дохідну частину платіжного балансу; для його врівноваження достатньо мати менші потужності приблизно на 30 %, хоча при цьому порушується енергетичний баланс. Наявність тризонного тарифу порівняно з двозонним приводить до деякого збільшення платежів впродовж всього року, при цьому для вітрової енергетики зростає збитковість, а для сонячної – прибутковість. Однак перетоки енергії переважно для сонячної генерації значно більші. Комбінування потужностей дає змогу зменшити сумарні перетоки енергії. Такий самий результат забезпечує застосування проміжних акумуляторів енергії – навіть кількагодинний запас енергії здатен удвічі й більше зменшити залежність від зовнішньої мережі. Достовірність модельованих результатів перевірена зіставленням з реальними прикладами, розбіжності в межах 5–10 %. Пропонована модель дозволяє вибрати найкращий тарифний сценарій для вибраної енергосистеми та оцінити ймовірності забезпечення енергетичного і платіжного балансів. Бібл. 20, рис. 2, табл. 9.

Застосування систем накопичення електричної енергіїдозволяє створити нові можливості для підвищення якості керування електричними режимами та поліпшитипоказники функціонування електроенергетичних систем. На сьогодні для накопичення енергії дедалі ширшезастосовуються нові типи накопичувачів − електрохімічні акумуляторні батареї, накопичувачі на стислому повітрі, надпровідникові накопичувачі, суперконденсатори, гідроакумулювальні електричні станції. Проведено короткий огляд основних типів накопичувачів енергії, що перебувають на різних стадіях розробки та впровадження. Представлено порівняння основних характеристик систем накопичення енергії,що використовуються в електроенергетиці. Визначено можливі сфери застосування систем накопичення енергії для регулювання усталених і перехідних режимів у ЕЕС України. Використання систем накопичення енергії дедалі ширше застосовуються в практиці регулювання режимів електроенергетичних систем і управління ними, підвищуючи надійність електропостачання споживачів.

Аналіз системних аварій в європейських енергосистемах, які мають частку відновлюваних джерел в структурі генерації, виявив недоліки діючих схем автоматичного частотного розвантаження (АЧР). Важливим фактажем цього було те, що система частотного розвантаження одномоментно відключала тим самим реле частоти частину навантаження і розподілену в мережі генерацію. З аналізу аварій можна було зробити висновок, що за умов, коли в енергосистемі є частка розподіленої генерації (РГ) виникає необхідність враховувати таку особливість для вибору обсягів і принципів налаштування уставок АЧР. В роботі був проведений детальний аналіз організації замірів потужностей, підключених до реле частоти, параметрів схеми системи АЧР, яка діє в об’єднаній енергосистемі (ОЕС) України. На реальній схемі мікромережі було показано, що загальний обсяг розвантаження системи АЧР буде зменшуватися зі збільшенням частки потужності РГ.

Використання викопного палива для енергозабезпечення Української антарктичної станції "Академік Вернадський" (УАС) не відповідає зобов’язанням України щодо мінімізації негативного впливу на навколишнє середовище та вимагає значних витрат на його транспортування на станцію. Вирішити дану проблему можна за рахунок використання відновлюваних джерел енергії (ВДЕ). Ефективність використання ВДЕ для забезпечення електричною енергією дослідницьких станцій в даному регіоні підтверджено досвідом інших країн. Сучасні алгоритми керування роботою дизельних генераторів дозволяють строювати гібридні систем електропостачання з використанням вітрової та сонячної енергії, що характеризуються високою надійністю електропостачання об’єкту та низькими витратами дизельного палива. Для оцінки можливості використання вітроелектричної (ВЕС) і фотоелектричної станції (ФЕС) було виконано аналіз багаторічних даних зі швидкості вітру та сонячної радіації. В результаті дослідженнябуло встановлено можливість використання ВДЕ для забезпечення УАС електричною енергією. Надходження енергії вітру має більш рівномірний характер впродовж року, в той час як для сонячної енергії характерне істотне зниження з травня по червень (до нуля в липні). Аналіз погодинних синхронних графіків генерації ВЕС та ФЕС, отриманих на підставі супутникових даних, дозволив виявити від’ємний слабкий кореляційний зв’язок на рівні від -0,14 (квітень) до -0,5 (вересень). Значна нерівномірність генерації ФЕС впродовж року та від’ємний кореляційний зв’язок свідчать про доцільність одночасного використання ФЕС та ВЕС, що дозволить отримати більш рівномірне надходження електричної енергії від ВДЕ. Відсутність обліку спожитої електричної енергії не дозволяє на даному етапі визначити оптимальну потужність ВДЕ для забезпечення максимальної компенсації потреб УАС. Під час аналізу режимів роботи основного обладнання станції встановлено наявність базового навантаження в обсязі 25 кВт, що може бути компенсоване за рахунок ВДЕ. Використання ВДЕ встановленою потужністю 30 кВт дасть змогу забезпечити від 8,6 % (ФЕС) до 14,8 % (ВЕС) річної потреби УАС в електроенергії. Це дозволить уникнути від 25 т (ФЕС) до 44 т (ВЕС) викидів СО2 на рік. Бібл. 18, табл. 6, рис. 5.

The use of fossil fuels for power supply of the Ukrainian Akademik Vernadsky station (UAC) in Antarctica does not meet Ukraine’s commitment to minimize the negative im pact on the environment and requires significant costs for its transportation to the station. Renewable energy sources (RES) can be used to solve this problem. The experience of other countries in this region confirms the efficiency of RES using to provide electricity to research stations. Modern algorithms for controlling the diesel generators operation allow the construction of hybrid power supply systems using wind and solar energy, which are characterized by high reliability of power supply and low consumption of diesel fuel. To assess the feasibility of using a wind power plant (WPP) and a photovoltaic power plant (PPS), long-term wind speed and solar radiation data were analyzed. As a result of the study, the possibility of using RES to provide UAC with electricity was established. The distribution of wind energy is smoother throughout the year, while solar energy is characterized by a significant decrease from May to June (to zero in July). The analysis of hourly synchronous graphs of WPP and PPS generation based on satellite data revealed a negative weak correlation between -0.14 (April) and -0.5 (September). Significant uneven generation of PPS during the year and a negative correlation indicate the feasibility of simultaneous use of PPS and WPP, which will provide a more uniform supply of electricity from RES. The lack of electricity consumption data does not allow to determine the optimal RES capacity to ensure maximum compensation for the needs of UAC at this stage. When analyzing the operating modes of the station main equipment, it was established that there is a base load of 25 kW, which can be compensated by the RES. The use of RES with an installed capacity of 30 kW will provide from 8.6% (PPS) to 14.8% (WPP) of the UAC's annual electricity demand. This will avoid between 25 t (PPS) and 44 t (WPP) of CO2 emissions per year. Ref. 18, tab. 6, fig. 5.