Electrical power and energy balance in the local electrical system by using reconciliation of the generation and consumption schedules

Abstract

У статті розглянуто проблему балансування потужності та електроенергії в локальній електроенергетичній системі (ЛЕС), у якій споживання електроенергії та її генерація відновлюваними джерелами енергії (ВДЕ) узгоджені між собою. У ЛЕС реалізується принцип: вироблене споживається її власними користувачами. ЛЕС розглядається як складова частина електроенергетичної системи (ЕЕС) з великими електростанціями, але з можливістю автономної роботи. Джерелами електроенергії в ЛЕС є малі гідроелектростанції (МГЕС), фотоелектростанції та вітроелектростанції (ФЕС, ВЕС), виробництво електроенергії якими нестабільне через залежність від погодних умов. Тому в ЛЕС передбачені резервні маневрові потужності, електрохімічні накопичувачі, водневі технології та біогазові установки. Для оцінювання можливостей і ефективності способів та методів резервування нестабільності генерації електроенергії ВДЕ використано критеріальний метод теорії подібності. Аналіз пропорційності та чутливості відносних витрат до можливих способів і засобів резервування ВДЕ показав, що найкращими є водневі технології та узгодження графіків генерації й споживання електроенергії в ЛЕС. У першу чергу рекомендовано використовувати можливості узгодження в ЛЕС графіків генерації та споживання електроенергії. Для кількості електроенергії, яка не збалансована після такого узгодження, для повного вирівнювання рекомендовано використовувати вироблений у ЛЕС водень. Узгодження графіків генерації та споживання в ЛЕС з метою вирівнювання в ній електроенергії реалізується з використанням морфометричного апарату, принцип якого полягає в переході від декартової до полярної системи координат. Продемонстровано, що використання морфометричного апарату для аналізу нерівномірності графіків має низку переваг і дає змогу здійснювати всебічне та детальне оцінювання форми графіків. Створюються умови для відстеження динаміки змін графіків споживання та генерації в ЛЕС і оцінювання впливу на технологічні процеси споживачів електроенергії

W artykule rozpatruje się problem balansowania mocy i energii elektrycznej w lokalnym systemie elektroenergetycznym (LSE), w którym zużycie energii elektrycznej i jej generowanie przez odnawiane źródła energii (OZE) są dostosowane do siebie. W LSE realizuje się zasadę: to, co zostało wyprodukowane, jest spożywane przez jej własnych użytkowników. LSE jest rozpatrywana jako część składowa systemu elektroenergetycznego (SEE) z dużymi elektrowniami, ale posiadająca możliwość pracy autonomicznej. Żródłami energii elektrycznej w LSE są małe hydroeletrownie (MHE), fotoelektrownie I elektownie wiatrowe (FE, EW), produkowanie energii elektrycznej przez które nie jest stabilne ze względu na zależność od warunków pogodowych. Przeto w LSE są przewidziane rezerwowe moce manewrowe, zbiorniki elektrochemiczne, technologie wodorowe i urządzenia biogazowe. Dla oceny możliwości i skuteczności sposobów i metod rezerwowania niestabilności generowania energii elektrycznej OZE wykorzystano metodę kryterialną teorii podobieństwa. Analiza proporcjonalności i wrażliwości kosztów względnych do ewentualnych sposobów i srodków rezerwowania OZE pokazała, że najlepsze są technologie wodorowe i uzgodnienie wykresów generowania i zużycia energii elektrycznej w LSE. W pierwszej kolejności zaleca się wykorzystanie możliwości uzgadniania w LSE wykresów generowania I zużycia energii elektrycznej. Do ilości energii elektrycznej, która nie jest balansowanie po takim uzgodnieniu, dla pełnego wyrównania zalecane jest wykorzystanie wyprodukowanego w LSE wodoru. Uzgodnienie wykresów generowania i zużycia w LSE w celu wyrównania w nim energii elektrycznej jest realizowane przy użyciu aparatu morfometrycznego, zasadą którego jest przejście od kartezjańskiego do biegunowego układu współrzędnych. Zademonstrowano, że wykorzystanie aparatu morfometrycznego w celu analizy nierównomierności wykresów ma szereg przewag i pozwala na przeprowadzenie wszechstronnego i szczegółowego oceniania formy wykresów. Stwarza się warunki dla śledzenia dynamiki zmian wykresów zużycia i generowania w LSE i oceniania wpływu na procesy technologiczne konsumentów energii elektrycznej

The paper considers the problem of balancing power and electricity in a local electric power system (LES), in which electricity consumption and its generation by renewable energy sources (RES) are proportional to each other. In the LES, the principle is implemented - what is generated is consumed by its own consumers. The LES is considered as part of an electric power system (EPS) with large power plants, but which can operate in an autonomous mode. The sources of electricity in the LES are small hydroelectric power plants (SHPP), photovoltaic and wind power plants (PV, WPP), the production of which is unstable due to dependence on natural conditions. That is why the LES provides for reserve existing maneuvering capacity, electrochemical storage, hydrogen technologies and biogas plants in the UES. To assess the possibility and effectiveness of methods and means of reserving the instability of RES electricity production, the criterion method of the similarity theory was used. From the analysis of the proportionality and sensitivity of the relative costs of RES reserve capabilities and means, it is shown that the best are hydrogen technologies and the coordination of electricity generation and consumption schedules in the RES. First of all, we recommend to use the possibility of using electricity generation and consumption schedules in the LES. For the amount of electricity that remained unbalanced after such reconciliation, it is advisable to use the hydrogen produced in the LES for full balancing. Coordination of generation and consumption schedules in the LES for balancing electricity in it is carried out using a morphometric apparatus, which is based on the transition from the Cartesian to the polar coordinate system. It is shown that the use of a morphometric apparatus for analyzing the unevenness of graphs has a number of advantages and allows for a comprehensive and detailed assessment of the graphs shape. Conditions are created for monitoring the dynamics of changes in consumption and generation schedules in the LES and assessing the impact on the technological processes of electricity consumers.