Публикация рассматривает ряд актуальных вопросов, таких как значение возобновляемых источников энергии для России, экономическая целесообразность внедрения в солнечные, ветровые электростанции технических средств компенсации неактивной мощности и особенности генерации, транспорта электроэнергии на солнечных/ветровых электростанциях.
Значение возобновляемой энергетики в мире в целом и у нас в том числе возрастает, и это в той или иной мере подтверждает:
- усиление внимания к развитию возобновляемой энергетики в новой энергетической стратегии России;
- поиск решений по увеличению экономической конкурентоспособности возобновляемых источников энергии на круглом столе VII федерального конгресса «Приоритеты-2030», состоявшегося 15 декабря и сегодня аккумулирующего предложения президенту и Правительству РФ по развитию экономики;
- заявление президента России Владимира Путина на ежегодной пресс-конференции 17 декабря, что страна начинает «слезать с так называемой нефтегазовой иглы».
Безусловно, переход на возобновляемые источники энергии в нашем государстве не будет полным, во всяком случае в среднесрочной перспективе, сам процесс длительный, сложно прогнозируемый в текущих политических, экономических и социальных условиях, а главным сдерживающим фактором развития солнечной/ветровой энергетики пока остаётся высокая себестоимость электроэнергии из-за значительных стартовых капитальных вложений и потерь в оборудовании, кабельных коммутациях электростанций и в узлах коммутации с распределительными сетями.
Тем не менее, группы «Росатом», «Роснано», альянс «Энел Россия» и др. совместно с ПАО «Россети» достаточно успешно работают в направлении оптимизации потерь, повышения качества и автоматизации процессов генерации, трансфера и распределения электроэнергии, а старт цифровой трансформации электросетей, заданный новой энергетической стратегией России и введение в действие новых ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, нормирующих эмиссию гармоник, интер- и сверхгармоник между сетями разного напряжения должны ускорить этот процесс.
Экономическая целесообразность внедрения в солнечные, ветровые электростанции технических средств компенсации неактивной мощности
Экономическая целесообразность внедрения в солнечные, ветровые электростанции технических средств компенсации неактивной мощности — установок компенсации/декомпенсации реактивной мощности на фундаментальной частоте и активных фильтров гармоник (АФГ) на нефундаментальных частотах — в целом определяется снижением потерь активной энергии, но параллельно косвенно и выходом на оптимальный режим работы всего оборудования электростанций благодаря повышению качества электроэнергии.
Решения по интеграции тех или иных технических средств компенсации, декомпенсации неактивной мощности, в том числе локализации источников гармонических возмущений, зависят от особенности работы генерирующих станций, но могут и должны приниматься только после технико-экономического обоснования во время проектирования на базе полного энергоаудита сети с проведением пакетного анализа параметров качества электроэнергии в часы максимальной и минимальной нагрузок.
Особенности генерации, транспорта электроэнергии на солнечных и ветровых электростанциях
Мощность солнечных электростанций в целом зависит от суммарной площади аккумулирующих энергию панелей, а также их географического расположения, времени года и часов дневного времени, в совокупности определяющих уровень освещенности и, соответственно, интенсивность солнечного облучения.
Упрощенно энергия солнечного излучения трансформируется в электрическую в солнечных панелях, накапливается в блоках аккумуляторов, а затем, через инвертор, в роли которого выступает 6- или 12-импульсный ШИМ-преобразователь, подается в распределительную сеть. ШИМ-инверторы при низких показателях реактивной мощности на фундаментальной частоте генерируют в силовую сеть СЭС большой спектр гармоник, частоты и интенсивность которых зависят от импульсности конвертера, но в основном находятся в области частот 13-25-го порядка и приводят к потерям активной мощности из-за:
- повышения импеданса кабельных линий, коммутаций, оборудования, что вызывает трансформацию электроэнергии в тепловую с перегревом и пробоем кабелей, выходом из оптимального режима работы и повышением износа, аварийности оборудования и пр.;
- скин-эффекта (поверхностного), а также эффекта близости фазных проводников, вызывающих рост активного сопротивления кабелей и, соответственно, потери активной энергии на его преодоление.
В ветровых электростанциях к проблемам наброса токов высших гармоник преобразователями-инверторами добавляются перетоки реактивной энергии на фундаментальной частоте, обусловленные работой приводов ветрогенераторов. Причем для стабильности работы всей системы необходимо обеспечить нивелирование как дефицита, так и профицита реактивной мощности, возникающих при пере- или недокомпенсации типовыми конденсаторными установками, в том числе с коммутацией ступеней-батарей тиристорными ключами.
Оптимальным и финансово доступным решением проблемы наброса индуктивных или емкостных токов из-за (соответственно) недо- или перекомпенсации пока остаются сборки из коммутируемых тиристорами конденсаторных установок и управляемых тиристорами шунтирующих реакторов, но в ряде случаев для той же цели могут использоваться АФГ или их урезанные версии для фундаментальной частоты (генераторы реактивной энергии/мощности).
