Increasing Technical Efficiency of Renewable Energy Sources in Power Systems

Abstract

У роботі представлено метод уточнення прогнозного графіка генерації відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) шляхом його внутрішньодобового коригування та досліджено заходи резервування ВДЕ з нестабільною генерацією в електроенергетичних системах (ЕЕС). Через залежність виробництва електроенергії сонячними та вітровими електростанціями (СЕС і ВЕС відповідно) від природних умов виникають проблеми з їхнім внеском у процес балансування енергосистеми. Тому ЕЕС зобов’язана тримати резерв потужності для компенсації відхилень ВДЕ від запланованого обсягу генерації. Спочатку використовують загальносистемний резерв (переважно маневрову потужність теплових і гідроелектростанцій), а потім інші засоби резервування потужності: електрохімічні, водневі чи біогазові установки. Для аналізу техніко-економічної ефективності окремих засобів резервування розроблено математичні моделі на основі теорії подібності та критеріального методу. Цей метод є кращим, оскільки дає змогу порівнювати різні способи резервування генерації ВДЕ між собою, оцінювати їхню пропорційність і визначати чутливість витрат до потужності засобів резервування за мінімальної наявної вихідної інформації. Сформовано критеріальні моделі, що дають змогу будувати залежності витрат на засоби резервування нестабільної генерації ВДЕ від потужності засобів резервування. Показано, що за результатами аналізу різних способів і засобів резервування ВДЕ водневі технології є відносно найефективнішими. Результати аналізу у відносних одиницях можна уточнити, якщо відомі поточні та найближчі цінові показники.This paper presents a method for refining the forecast schedule of renewable energy sources (RES) generation by its intraday adjustment and investigates the measures for reserving RES with unstable generation in electric power systems (EPSs). Owing to the dependence of electricity generation by solar and wind power plants (PV and WPPs, respectively) on natural conditions, problems arise with their contribution to the process of balancing the power system. Therefore, the EPS is obliged to keep a power reserve to compensate for deviations in RES from the planned generation amount. A system-wide reserve (mainly the shunting capacity of thermal and hydroelectric power plants) is used first, followed by other means of power reserve: electrochemical, hydrogen, or biogas plants. To analyze the technical and economic efficiency of certain backup means, mathematical models based on the theory of similarity and the criterion method were developed. This method is preferred because it provides the ability to compare different methods of backing up RES generation with each other, assess their proportionality, and determine the sensitivity of costs to the capacity of backup methods with minimal available initial information. Criterion models have been formed that allow us to build dependencies of the costs of backup means for unstable RES generation on the capacity of the backup means. It is shown that, according to the results of the analysis of various methods and means of RES backup, hydrogen technologies are relatively the most effective. The results of the analysis in relative units can be clarified if the current and near-term price indicators are known.