Мирзоева С.М., Мирзоев Р.К., Мустафаева Ф.М.
РИСКИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ПОДКЛЮЧЕНИИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ К ЭНЕРГОСИСТЕМЕ *
Аннотация:
в статье рассмотрены вопросы интеграции возобновляемых источников энергии в энергосистему, перечислены проблемы, возникающие при этом, на основе анализа существующих в мире технологий предлагаются решения этих проблем.
Ключевые слова:
альтернативная энергия, интеграция, энергосистема
В последние десятилетия мировое сообщество сталкивается с проблемами изменения климата, увеличения выбросов парниковых газов и истощения традиционных источников энергии, таких как нефть, уголь и природный газ. Это усиливает необходимость перехода на более устойчивые и экологически чистым источникам энергии. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ), включая солнечную, ветровую, гидроэнергию, геотермальную энергию и биоэнергию, становятся ключевыми элементами энергетической стратегии многих стран. Их развитие способствует снижению зависимости от углеводородных источников топлива и улучшению экологической ситуации на планете. Мировая энергетическая политика всё больше ориентируется на развитие и внедрение возобновляемых источников энергии (ВИЭ). По прогнозам Международного Энергетического Агентства, (МЭА), к 2040 году доля ВИЭ в глобальном энергетическом балансе может увеличиться до 30–40%. В некоторых странах, таких как Норвегия, Исландия и Коста-Рика, ВИЭ составляют более 90% от общего производства электроэнергии.Не сегодняшний день накоплено уже большое количество эмпирических данных, касающихся управления энергетическими системами в условиях высокой доли ВИЭ. Доля альтернативных источников энергии в мировой энергетике растет, и это создает определенные вызовы для управления отраслью, поскольку генерация на основе солнца и ветра имеет «прерывистый» и непредсказуемый характер [1,2].В то же время вопросы интеграции в энергетическую систему нестабильных возобновляемых источников энергии глубоко изучены и основательно проработаны. Накоплен и описан богатый практический опыт использования ВИЭ в разных государствах. Общие принципы обращения с ними составлены и подробно сформулированы [3].Технологические инновации, такие как развитие систем накопления энергии и повышение эффективности фотоэлектрических панелей, ускоряют этот процесс. Однако для дальнейшего развития ВИЭ необходимы политическая поддержка, инвестиции и международное сотрудничество.Увеличение доли возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе является важной стратегией для многих стран и регионов. Рассмотрим несколько ключевых аспектов этого процесса:Экологические преимущества: ВИЭ, такие как солнечная, ветровая и гидроэнергия, помогают снизить выбросы парниковых газов и минимизировать загрязнение окружающей среды, что важно в борьбе с изменением климата и для улучшения качества воздуха [4].Энергетическая независимость: Развитие ВИЭ может уменьшить зависимость от импорта углеводородного топлива, делая страну менее уязвимой к колебаниям цен на мировом рынке и геополитическим рискам.Создание дополнительных рабочих мест: Рост доли ВИЭ может привести к созданию новых рабочих мест в сферах разработки, строительства и обслуживания энергетических установок, что особенно важно для регионов, испытывающих экономические трудности.Инновации и технологии: Рост сектора ВИЭ стимулирует развитие новых технологий и инноваций, что может повысить эффективность производства и снизить затраты на выработку энергии.Государственная поддержка: Многие страны внедряют поддерживающие политики и программы, такие как налоговые льготы, субсидии и целевые квоты на использование ВИЭ, чтобы стимулировать их развитие.Проблемы интеграции: Увеличение доли ВИЭ вызывает вызовы, связанные с модернизацией инфраструктуры, обеспечением стабильности электроснабжения и управлением качеством электроэнергии.Таким образом, увеличение доли ВИЭ является ключевым элементом перехода к устойчивой и экологически чистой энергетической системе, однако требует комплексного подхода для решения возникающих проблем. Рассмотрим некоторые из этих проблем [4,5]:Непредсказуемость производства: ВИЭ, такие как солнечная и ветровая энергия, зависят от погодных условий, что делает их производство нестабильным и трудно прогнозируемым.Необходимость резервных мощностей: Из-за переменности производства ВИЭ требуется наличие дополнительных мощностей для обеспечения стабильного энергоснабжения, что увеличивает нагрузку на энергетическую систему.Балансировка сети: Для обеспечения стабильности сети необходимо балансировать производство и потребление энергии, что требует дополнительных резервных источников или систем хранения энергии.Проблемы интеграции: Интеграция ВИЭ в существующие энергетические системы требует обновления инфраструктуры и повышения гибкости сетей.Сложности управления: Рост доли ВИЭ требует более сложных систем управления, учитывающих их переменное производство.Проблемы качества энергии: ВИЭ могут влиять на параметры качества энергии, такие как напряжение и частота.На сегодняшний день в мире в основном выделяются четыре стадии интеграции ВИЭ, каждая из которых имеет свои специфические характеристики. Рассмотрение этих стадий было подробно изложено в [6].На первом этапе интеграции возобновляемые источники энергии не оказывают заметного влияния на сеть. Нестабильная генерация ветряных и солнечных электростанций воспринимается здесь как ежедневные изменения спроса на электроэнергию. В этих странах доля солнечных и ветровых электростанций в совокупности не превышает 3% в годовом производстве электроэнергии.На втором этапе интеграции ВИЭ начинают серьезно влиять на работу системы, но данное влияние регулируется относительно просто путем усовершенствования некоторых практических методов управления сетевым хозяйством, например, с помощью умного прогнозирования выработки энергии на солнечных и ветряных электростанциях. В этих странах доля ВИЭ в годовой генерации составляет от 3% до 15%.На третьем этапе интеграции возникают существенные вызовы для энергосистемы, где влияние ВИЭ ощущается как на уровне системы в целом, так и на работе других «традиционных» электростанций. Здесь на первое место выходит гибкость энергосистемы – её способность реагировать на изменение баланса между спросом и предложением. Два главных гибких ресурса этой стадии: маневренные электростанции и сеть, но уже начинает повышаться значение управления спросом и новыми технологиями накопления энергии. Это страны где доля ВИЭ составляет от 15% до 25%.На четвертой стадии находятся Ирландия и Дания с долей ВИЭ генерации в 25%-50% годовой выработки и с её кратковременными повышениями до 100 процентов суточного потребления. Здесь вызовы носят, в терминах МЭА, «высокотехнологический» и «менее интуитивный» характер. На четвертой стадии требуется еще большая гибкость системы, её способность к самовосстановлению после резких и объемных колебаний выработки энергии на ВИЭ.МЭА отмечает, что на четвертой стадии развитие не останавливается. Можно выделить и пятую и шестую стадии, для которых доля ВИЭ в среднегодовых объемах, превышает 50%, и в этих случаях для избежания искусственного ограничения выработки требуется электрификация других секторов потребления энергии (теплоснабжение, транспорт).В условиях тотального доминирования переменчивых ВИЭ (шестая стадия) необходимым становится преобразование электроэнергии в химические вещества (синтетические газы, например, метан и водород) [7].Для решения этих проблем необходимо использовать системы хранения энергии, развивать «умные» сети (smart grids) и внедрять гибкие производственные технологии.Проблема прогнозирования работы ВИЭ связана с их переменчивостью и непредсказуемостью. Солнечная и ветровая энергия зависят от текущих погодных условий, которые могут резко изменяться. Например, облачность или изменение направления ветра могут значительно снизить производство. ВИЭ также подвержены сезонным изменениям, например, солнечные панели производят больше энергии летом, чем зимой, а выработка ветровой энергии может меняться в зависимости от времени года. Краткосрочные изменения погоды также могут вызывать резкие колебания в производстве энергии. Решение этих проблем требует использования сложных математических и статистических моделей, учитывающих различные факторы, такие как исторические данные о погоде и производстве. Однако в некоторых регионах может не быть достаточных данных о климате и производстве ВИЭ, что затрудняет создание точных прогнозов.Для решения этих проблем используются современные технологии и системы мониторинга, которые помогают повысить точность прогнозов и адаптировать системы управления энергией.Переменность производства ВИЭ, таких как солнечные и ветровые электростанции, требует дополнительных мер для обеспечения стабильного энергоснабжения. ВИЭ производят электроэнергию в зависимости от погодных условий и времени суток. Например, солнечные панели вырабатывают больше энергии в ясные дни и в дневное время, тогда как ветер может быть переменным. Это приводит к периодам, когда производство энергии значительно ниже потребления.Для компенсации нехватки энергии в периоды низкого производства необходимы резервные источники. Это могут быть традиционные электростанции, которые можно быстро запустить при необходимости, однако это увеличивает эксплуатационные расходы и выбросы углерода.Для сглаживания колебаний в производстве энергии внедряются системы хранения энергии, такие как аккумуляторные батареи или гидроаккумулирующие электростанции. Эти системы позволяют сохранять избыточную энергию, произведённую в периоды высокого производства.Также возобновляемые источники энергии (ВИЭ) могут влиять на параметры качества электроэнергии, такие как напряжение и частота. Рассмотрим несколько ключевых аспектов:Напряжение: Переменная генерация ВИЭ, особенно ветровых и солнечных установок, может вызывать колебания напряжения в сети. Когда выработка энергии превышает потребление, напряжение повышается, при снижении генерации — падает. Это негативно сказывается на работе электрических устройств и оборудования.Частота: Частота в электрической сети должна оставаться стабильной (обычно 50 или 60 Гц в зависимости от региона). ВИЭ вносят неопределенность в баланс между производством и потреблением, что может приводить к изменениям частоты. Резкие колебания генерации от ВИЭ нарушают стабильность частоты.Гармонические искажения: ВИЭ могут создавать дополнительные гармоники в электрической сети из-за использования преобразователей для изменения постоянного тока. Гармоники вызывают дополнительные потери в кабелях и оборудовании.Качество сигнала: Временные изменения в генерации ВИЭ могут влиять на качество сигнала в сети, вызывая мерцание света и снижение эффективности работы электронных устройств.Меры по улучшению качества: Для минимизации негативного влияния ВИЭ на качество электроэнергии применяются различные технологии, такие как системы управления мощностью, конденсаторы для компенсации реактивной мощности и специальные фильтры для устранения гармоник.ЗАКЛЮЧЕНИЕ.Возрастающая роль ВИЭ имеет ключевое значение для решения глобальных проблем, связанных с изменением климата и истощением природных ресурсов. Интеграция ВИЭ в энергосистему требует комплексного подхода, направленного на модернизацию инфраструктуры, обеспечение стабильности энергоснабжения и повышение качества электроэнергии.
Номер журнала Вестник науки №1 (82) том 2
Ссылка для цитирования:
Мирзоева С.М., Мирзоев Р.К., Мустафаева Ф.М. РИСКИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ПОДКЛЮЧЕНИИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ К ЭНЕРГОСИСТЕМЕ // Вестник науки №1 (82) том 2. С. 1357 - 1365. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/20781 (дата обращения: 24.06.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+