способ работы энергетической установки на возобновляемом источнике энергии в электроэнергетической системе

Формула изобретения

СПОСОБ РАБОТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ НА ВОЗОБНОВЛЯЕМОМ ИСТОЧНИКЕ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ, включающий аккумулирование электроэнергии, вырабатываемой этой установкой, и выдачу ее в энергосистему в периоды пика нагрузки, отличающийся тем, что в периоды отключения энергетической установки от аккумулятора энергии аккумулирование ее производят от тепловых полупиковых электростанций энергосистемы в период минимальных электрических нагрузок в ней.

Описание изобретения к патенту

Изобретение связано с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в электроэнергетических системах.

Существуют технические предложения, в которых электроэнергия, вырабатываемая установками на ВИЭ (ветровые, волновые, фотоэлектрические станции и др. ), подается непосредственно в электрическую сеть. При этом возникают проблемы обеспечения качества электроэнергии, вызванные нестабильностью потока энергии в источнике (изменяются сила ветра, интенсивность волнения, поток световой энергии и т.д.). Для сглаживания колебаний генерируемой мощности и согласования последней с режимом электропотребления используют аккумуляторы энергии: маховики, электрические батареи, воздухоаккумулирующие установки, гидроаккумулирующие станции (ГАЭС) и т.д. Так, существует предложение (которое принято за прототип) подавать электроэнергию от установок на ВИЭ на ГАЭС с помощью специальных электрических линий, а запасенную таким образом энергию воды использовать затем в гидрогенераторе, выдавая электроэнергию в электрическую систему по мере надобности. В этом случае достаточно обеспечить по качеству электроэнергии (т.е. по синусоидальности, напряжению, частоте и мощности) условия работы электродвигателей насосов, а потребитель получит уже стабилизированную электроэнергию от гидрогенератора.

Но это не решает проблемы надежного снабжения потребителей электроэнергией, так как сглаживаются лишь минутные, часовые, суточные, в лучшем случае недельные колебания потока вырабатываемой энергии. В годовом же разрезе такие станции приходится резервировать специальными электростанциями (например, дизельными), работающими в сезон недостаточной интенсивности возобновляемого источника энергии, что по сути дела является дублированием мощности и сильно удорожает отпускаемую электроэнергию за счет не только дополнительных затрат на топливо, но и капиталовложений на дублирующую мощность.

Цель изобретения повышение экономичности электроснабжения путем исключения резервирования мощности установок на ВИЭ мощностью специально сооружаемых для этого станций (т.е. дублирования мощности).

С этой целью при работе установки на ВИЭ в энергосистеме путем аккумулирования ее электроэнергии в аккумуляторе и последующей выдачи электроэнергии в сеть, аккумулятор дозаряжают в период провала графика электрических нагрузок от полупиковых электростанций электроэнергетической системы (ЭЭС), что позволяет использовать в качестве резервных уже существующие в системе относительно высокоэкономичные станции, которые ночью обычно разгружаются по нагрузке и поэтому имеют свободную мощность.

Поскольку в любое время года в энергосистеме в период низких электрических нагрузок (ночью) существует свободная мощность, то предлагаемый способ обеспечивает круглогодичное резервирование мощности установки на ВИЭ, имеющей аккумулятор энергии суточного регулирования.

Для осуществления способа необходимо обеспечивать техническими средствами (линией электропередачи, переключателем тока и т.д.) возможность подключения аккумулятора установки к электрической сети для дозарядки, а также покрытие этой нагрузки полупиковыми станциями энергосистемы, имеющими в это время свободную мощность. При этом электроэнергия из аккумулятора может использоваться в любой части графика электрических нагрузок: пиковой, полупиковой, базовой.

На чертеже изображена принципиальная схема станции, реализующей предлагаемый способ.

Станция содержит электрогенерирующее устройство на ВИЭ 1 аккумулятор 2 электроэнергии, электрические переключатели 3 и 4, а также линии электропередачи, связывающие элементы станции между собой и с ЭЭС.

Установка работает следующим образом.

В период высоких электрических нагрузок аккумулятор 2 через переключатель 4 выдает электроэнергию в ЭЭС. Вход аккумулятора в это время подключен с помощью переключателя 3 к установке 1, пополняющей запасы энергии в аккумуляторе 2.

В период низких электрических нагрузок вход аккумулятора 2 отключается от установки 1 и подсоединяется с помощью переключателей 3 и 4 к ЭЭС на несколько часов для дозарядки с таким расчетом, чтобы к моменту утреннего подъема электрической нагрузки аккумулятор был заряжен полностью. Возрастание нагрузки в ЭЭС покрывается полупиковыми станциями, имеющими в это время свободную мощность.

Аккумулятор 2 может иметь дополнительный (второй по счету) вход специально для подключения к ЭЭС. Тогда установка 1 подключена постоянно к первому входу аккумулятора.

Продолжительность дозарядки определяется степенью заряженности аккумулятора энергии. Например, если аккумулятор к моменту провала графика электрических нагрузок заряжен полностью, то он в эту ночь не подключается к энергосистеме совсем и все полупиковые станции разгружаются как обычно на весь период низких электрических нагрузок.

Таким образом, исходя из предлагаемого способа максимальная доля станций на ВИЭ в ЭЭС определяется наличием полупиковых станций на органическом топливе их мощности должно быть достаточно для полной зарядки аккумуляторов этих станций за период провала графика электрической нагрузки.

Хотя использование аккумулятора энергии является в какой-то мере дублированием мощности, но в предлагаемом способе аккумулятор выполняет сразу две важные функции: сглаживает колебания, в том числе высокочастотные, напряжения и мощности электроэнергии, вырабатываемой установкой на ВИЭ, т.е. аккумулятор энергии необходим в любом случае; позволяет избежать дополнительного дублирования мощностью резервирующих станций. Так, исходя из предлагаемого способа, при введении в энергосистему станции на ВИЭ (с аккумулятора энергии) она полноценно покрывает часть графика электрических нагрузок. При этом нет необходимости в дополнительных капиталовложениях на резервирование ее мощности для этого используются посредством аккумулирования энергии уже существующие высокоэкономичные (например, парогазовые) полупиковые энергосистемы, оборудование которых ночью простаивает либо не используется полностью. Это повышает экономичность электроснабжения, так как затраты на резервирование выливаются лишь в затраты на топливо. В то время как в известных решениях присутствуют и затраты на строительство дублирующих станций (в основном, дизельных) либо вероятностный характер производства электроэнергии станциями на ВИЭ демпфируется, за счет резерва энергосистемы. В последнем случае, во-первых, существует жесткое ограничение на долю ВИЭ в энергосистеме (см. например, Перфилов О.Л. Шаварин В.Н. Ветроэнергетика: проблемы и решения. //Энергетическое строительство, 1989, N 10, с.16-21) и, во-вторых, снижается резерв энергосистемы, что чревато значительными экономическими потерями при аварийных ситуациях.

Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет накапливать энергию, вырабатываемую станцией на ВИЭ в течение суток, сглаживая при этом и колебания ее мощности, и использовать эту энергию уже в стабилизированном виде для покрытия электрических нагрузок; повысить экономичность электроснабжения потребителей с использованием ВИЭ за счет исключения дублирования мощности станций на ВИЭ путем двойного (более полного по сравнению с прототипом) использования как аккумулятора энергии, так и полупиковых станций энергосистемы.