Поскольку возобновляемая энергетика продолжает расти, поддержание стабильности энергосистем стало не менее важным, чем выработка экологически чистой энергии. Томас Хильдингер (Thomas Hildinger) — вице‑президент компании Voith объясняет, почему гидроэнергетика и стабильность энергосистемы будут иметь решающее значение для обеспечения надежного низкоуглеродного энергетического будущего.
Гонка за увеличением доли возобновляемых источников энергии в энергосистеме уже идет полным ходом, но не менее важной задачей становится обеспечение стабильности ее функционирования. По мере вывода из эксплуатации традиционных электростанций и замены их ВЭС и СЭС с инверторами такие важные функции, как инерция*, поддержка напряжения и обеспечение устойчивости к коротким замыканиям, уже нельзя считать само собой разумеющимися.
В рубрике «Вопросы и ответы» Томас Хильдингер комментирует, почему гидроэнергетика идеально подходит для решения этой проблемы и почему такие технологии, как синхронные компенсаторы ** становятся незаменимыми на следующем этапе энергетического перехода.
Почему поддержание стабильности работы энергосистемы становится одной из определяющих проблем энергетического перехода?
Энергетический переход коренным образом меняет энергосистемы. Несмотря на то, что расширение использования возобновляемых источников энергии (ветряных и солнечных электростанций) необходимо, оно также создает новые и большие проблемы для стабильности и надежности работы системы. Ветряные и солнечные электростанции по своей природе непостоянны/недиспетчеризируемы и обычно подключаются к сети через силовую электронику, что ограничивает их вклад в инерционность сети. В результате традиционные стабилизирующие эффекты от работы крупных вращающихся электрических машин (генераторов) пропорционально снижаются.
Это означает, что поддержание баланса между выработкой и потреблением, обеспечение стабильной частоты и напряжения стали такими же важными задачами, как и производство экологически чистой энергии. В этом контексте стабильность функционирования энергосистемы — это уже не второстепенный фактор, а ключевое требование для надежного и безопасного энергоснабжения.
Какие изменения вы наблюдаете в технических требованиях, предъявляемых к энергосистемам?
Мы наблюдаем явный сдвиг в технических требованиях в сторону вспомогательных услуг, которые ранее неявно предоставлялись традиционными источниками энергии (гидроэлектростанциями и тепловыми электростанциями). Операторам систем передачи все чаще требуются:
- дополнительная инерция для стабилизации частоты;
- динамическая реактивная мощность для регулирования напряжения;
- более высокая устойчивость к коротким замыканиям для обеспечения надлежащего функционирования систем защиты.
В то же время энергосистемы должны стать более гибкими и оперативно реагировать на резкие колебания, вызванные нерегулируемыми возобновляемыми источниками энергии. Это приводит к ужесточению требований к энергосистемам и повышению стандартов обеспечения динамической устойчивости к сбоям.
Как менялась роль гидроэнергетики?
Гидроэнергетика превращается из основного источника возобновляемой энергии в поставщика важнейших системных услуг. Благодаря синхронным машинам (мощным электрогенераторам) гидроэнергетика вносит значительный вклад в обеспечение инерционности, контроля напряжения и устойчивости системы.
Кроме того, гидроэнергетика играет ключевую и зачастую хорошо зарекомендовавшую себя роль в обеспечении возможности восстановления энергоснабжения после аварий. В отличие от других источников энергии, которым могут потребоваться часы, чтобы начать вырабатывать электричество, гидроэнергетика может сделать это за считаные минуты.
Сегодня, благодаря своей маневренности, гидроэнергетика играет стратегическую роль в стабилизации энергосистем, особенно в условиях значительного роста доли непостоянных возобновляемых источников энергии. Во многих случаях гидроэлектростанции могут работать даже в режиме синхронного компенсатора, дополнительно поддерживая стабильность энергосистемы без выработки активной мощности.
Что способствует возрождению синхронных компенсаторов?
Возобновление интереса к синхронным компенсаторам обусловлено в первую очередь тремя факторами:
- вывод из эксплуатации традиционных электростанций (ред. АЭС и ТЭС для Германии), которые ранее обеспечивали инерционность и способность поддерживать мощность при коротком замыкании;
- стремительный рост возобновляемой генерации на основе инверторов, работающих в режиме следования за сетью***;
- повышение требований к стабильности и надежности системы.
По мере усложнения энергосистем и увеличения доли нерегулируемых возобновляемых источников энергии синхронные компенсаторы снова становятся надежным и проверенным решением для устранения этих проблем.
Как будет развиваться рынок вспомогательных услуг?
Ожидается, что в течение следующего десятилетия рынок вспомогательных услуг, таких как компенсация реактивной мощности, поддержка в регулировании частоты и поддержка напряжения, значительно вырастет. По мере развития энергосистем эти услуги будут приобретать все большую ценность и востребованность, а не оставаться неявным побочным продуктом генерации.
В такой «новой» электросети гидроэнергетика и технологии синхронных машин будут по-прежнему играть важнейшую роль. Они обеспечивают физическую стабильность, необходимую для работы ветровой и солнечной энергетики, и гарантируют безопасную, надежную и бесперебойную подачу электроэнергии.
Источник информации:
Справочно:
* - Инерция в энергосистеме — это способность энергосистемы сопротивляться быстрому изменению частоты при внезапном нарушении баланса между генерацией и потреблением. В основном она обеспечивается кинетической энергией вращающихся масс генераторов и электродвигателей, синхронно подключённых к сети.
Традиционные источники естественной инерции - гидрогенераторы ГЭС, турбогенераторы ТЭС, АЭС, синхронные компенсаторы, некоторые крупные синхронные электродвигатели. ГЭС особенно полезны тем, что их агрегаты имеют крупные вращающиеся массы и могут дополнительно участвовать в регулировании частоты.
Ветроэнергетические установки и солнечные электростанции, подключённые через силовую электронику, обычно не связаны с частотой сети непосредственно так, как синхронный генератор. Поэтому их вклад в естественную инерцию ограничен.
** - Синхронный компенсатор — синхронная машина, работающая без механической нагрузки на валу и предназначенная для генерации или потребления реактивной мощности с целью регулирования напряжения и повышения устойчивости энергосистемы.
*** - Режим следования за сетью (режим следования за нагрузкой или «grid‑following mode») — это режим работы энергоустановки (генератора, инвертора), при котором её выходная мощность автоматически подстраивается под текущее потребление объекта, но установка не выдаёт избыток мощности во внешнюю электросеть.