CC BY
20
УДК 621.311:681.3
Лук'яненко Лук'ян Миколайович, канд. техн. наук; старш. HayK.cniBpo6., 1нститут електродинамiки НАН Укра!ни, пр. Перемоги, 56, Кшв-57, Укра!на, 03680, 05035308696, [email protected]
АНАЛ1З РЕЖИМ1В РОБОТИ СОНЯЧНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ СТАНЦ1Й
В cmami проведено анал1з характеру роботи сонячних електростанцш на 6a3i euMipie з р1зною дискреттстю (eid 10 сек до 1 години) за рнм промiжки часу (eid одного дня до деюлькох роюв). На 6a3i проведеного анал1зу виявлено певнi схожi тенденцш у Их поведiнцi та сформовано рекомендацИ щодо Их врахування при виконання задач перспективного планування.
K^40Bi слова: сонячна електрична станщя, зaмiри, перспективне планування, режими, графш роботи.
Лукьяненко Лукьян Николаевич, канд. техн. наук, ст. науч. Сотр., Институт электродинамики НАН Украины, пр.Победы, 56, Кшв-57, Украина, 03680, 05035308696, [email protected]
АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ
В статье проведен анализ характера работы солнечных электростанций на базе измерений с разной дискретностью (от 10 сек до 1 часа) за различные промежутки времени (от одного дня до нескольких лет). На базе проведенного анализа выявлены определенные тенденций в их поведении и сформированы рекомендации по их учету при выполнении задач перспективного планирования. Библ.3, рис.5.
Ключевые слова: солнечная электростанция, замеры, перспективное планирование, режимы, график
работы.
Lukianenko Lukian Nikolaevich, PhD, Senior Researcher
Institute of Electrodynamics National Academy of Science of Ukraine, Peremogy, 56, Kyiv-57, Ukraine, 03680
ANALYSIS OF OPERATING CONDITIONS OF SOLAR POWER STATIONS
In paper, the analysis of the operating conditions of solar PV power plants on the basis of measurements at different increments (from 10 seconds to 1 hour) for various time periods (from one day to several years) was presented. On the basis of this analysis some similar trends in behaviour PV power plants were recognised. General recommendations for planning department have been made.
Key words: PV solar power station, measurements, planning, loadflow, schedule.
Вступ
Останш роки в Укршш активно розвивасться генерування електрично! енергл на 6аз1 вщновлювальних джерел енергл (ВДЕ). В результат!, значна кшьюсть таких електричних станцш уже експлуатуеться та е конкретш плани щодо впровадження величезних обсяпв ВДЕ у найближчому майбутньому. Шд ВДЕ в основному маються на уваз1 сонячш та в1тров1 електростанцп (СЕС та ВЕС, вщповщно). Працююч1 електростанцп на баз1 ВДЕ, як правило, локал1зоваш за репональними критер1ями i уже створюють досить значну, вщносно теплово! генерацп, частку в певних репонах. При цьому враховуючи флуктуацшний характер роботи СЕС та ВЕС в цих регюнах виникають, а в майбутньому будуть тшьки попршуватись, вiдомi проблеми пов'язаш з пiдтримaнням 6aлaнсiв активно'1'/реактивно'1 потужностей, коливанням напруги та з попршенням iнших режимних пaрaметрiв [1-3]. Стосовно ВЕС, частково проблеми обумовлеш флуктуацшним характером !х роботи можуть бути вирiшенi за допомогою прогнозування (короткострокового та довгострокового). Для СЕС яюсне прогнозування виконати на порядок складшше, так як генерування СЕС сильно залежить вщ докладно! шформацп про стyпiнь, структуру, рiвнi та рух юнуючих хмар у безпосереднш 6лизькостi вiд об'екта сонячно! генерацп. Тому в цш стaттi сконцентруемось на питаннях, пов'язаних з aнaлiзом характеру роботи сонячних електростaнцiй на бaзi вимiрiв та виявленням певних схожих тенденцш у !х поведшщ.
Структура та параметры вим1р1в СЕС
Дослщження було проведено на бaзi вимiрiв для 8-ми СЕС загальною встановленою потyжнiстю 390 МВт. З метою дотримання умов конфщенцщносп вс назви реальних СЕС змiнено. Потужнють цих СЕС наведено у табл. 1.
Yd проаналiзованi вимiри можна роздшити на два класи:
I клас - штегральш вимiри з частотою 1 год. протягом одного року (приблизно);
II клас - «швидю» вимiри з частотою 10 с./1хв. протягом декiлькох дшв. Y табл.1 представлено структуру вимiрiв з розподiлом за класами у розрiзi
енергосистем (областей).
Таблиця 1
Потужшсть та структуризацiя вимiрiв по СЕС, що дослiджувались
Потужшсть I клас II клас
Енергосистема, СЕС СЕС, МВт. Замiри з Замiри з Замiри з
область частотою частотою частотою
1год. 1 хв. 10 с.
Швденна ЕС СЕС-1 43,1 частково + -
(Одеська СЕС-2 43,0 + + -
область) СЕС-3 43,4 частково + -
Дншровська ЕС (Микол. область) СЕС-4 31,0 частково + -
СЕС-5 85,0 + + +
Кримська ЕС СЕС-6 30,0 + + +
(АР Крим) СЕС-7 7,5 + + +
СЕС-8 107,0 + + +
«+» - вимiри наявнi повнiстю, «-» - вимiри вiдсутнi.
Анал1з сезонного коливання потужносп СЕС
Аналiз вимiрiв СЕС з дискретшстю 1 година. протягом року проведено з метою виявлення сезонних залежностей, визначення реально! середньо'1 потужносп за рiк та за кожен характерний перюд року (осшь, зима, весна, лiто). Було виконано аналiз коливання потужностi СЕС протягом року, приклад одного iз графшв наведено на рис. 1 (для СЕС-8).
Рис. 1. Приклад сезонних коливань потужносп СЕС
На рис. 1 по вiсi абсцис вщкладено час, за який проводились вимiри. По вiсi ординат вiдкладено активна потужшсть СЕС (у вщносних одиницях), зафшсовану на цей момент часу. Узагальнена шформащя обробки даних вимiрювань щодо усiх СЕС, якi досшджуються, зведена до табл. 2.
Таблиця 2
Узагальнеш даш обробки вимiрювань СЕС
СЕС Середня потужнiсть за сезон, в. о. Середня потужнють за рк, в.о.
Осiнь Зима Весна Л^о
СЕС-1 - 0,073 0,194 0,218 0,152
СЕС-2 0,138 0,054 0,197 0,220 0,156
СЕС-3 - - - 0,224 -
СЕС-4 - - - 0,202 -
СЕС-5 0,013 0,000 0,173 0,210 0,100
СЕС-6 0,137 0,043 0,185 0,208 0,144
СЕС-7 0,157 0,067 0,201 0,227 0,164
СЕС-8 0,141 0,058 0,185 0,206 0,148
Наведений вище графiк та таблиця, по-перше, iлюструють ce30HHicTb виробiтку електрично" енергл СЕС протягом року. По-друге, з графшу видно, що максимальна «межа потужносп» СЕС (за винятком лише окремих викидiв) протягом року не перевищуе 90 % вiд i"i встановлено" потужностi. А здебiльшого генеращя СЕС протягом року не перевищуе 80 % вщ встановлено" потужносп.
Далi, з урахуванням того, що потужнють СЕС протягом року не перевищуе 80 % вщ встановлено", проаналiзуемо розподiл максимально" тково" потужносп СЕС за годинами доби. Для проведення такого аналiзу було побудовано усереднену (на базi максимальних значень генерацп усiх 8-ми СЕС, що дослщжуються) добову криву максимально" генерацп СЕС для сонячного безхмарного дня, наведену на рис. 2.
(3 со
«J 01 и CL
Рис. 2. Розподiл максимально" тково" потужностi СЕС за годинами доби
Також на рис. 2 вщображено коефщенти масштабування генерацп СЕС стосовно встановлено" потужносп за годинами доби, наприклад, на 13 год., у сонячний, без хмарний день усереднена по 8-ми СЕС максимальна потужнють становить 77 % вщ встановлено" потужносп, що повшстю вщповщае результатам попередшх дослщжень. Таким чином, якщо необхщне значення максимально" генерацп СЕС, наприклад, на 17 год., для СЕС встановленою потужшстю 100 МВт, то для л^нього перюду (i безхмарно" погоди) вона може бути прийнята приблизно 36 МВт.
Анал1з використання потужност СЕС за рж
Данi вимiрiв дали змогу побудувати графiки потужностей СЕС за тривалiстю. Графiки побудовано тшьки для светлого перiоду доби (зимовий перюд з 8:00 до 16:00; л^тнш перiод з 06:00 до 20:00), приклад для СЕС «СЕС-8» та «СЕС-6» наведено на рис. 3.
а) СЕС-8 б) СЕС-6
Рис 3. 1люстращя графшв потужностей СЕС за тривалiстю
Таблиця 3
Приклад для СЕС «СЕС-8» та «СЕС-6»
СЕС 80 % вщ встановлено! потужносл та бшьше 70 % вщ встановлено! потужносл та бшьше
[год] [%] часу на рк [год] [%]часу на рк
СЕС-5 61 1% 370 9%
СЕС-6 146 4% 530 13%
СЕС-8 96 2% 453 11%
Аналiз графшв на рис. 3 та табл. 3 показав, що тривалють роботи СЕС з потужшстю 90-100 % вщ встановлено! наближаеться до нуля протягом року. Тривалiсть роботи СЕС з потужшстю 80 % становить 100-150 годин за рш (2-4 % вщ загально! тривалостi роботи СЕС). Тривалiсть роботи СЕС з потужшстю 70 % становить 400-600 годин (10-13 %).
Анал1з групових частот генерацй' СЕС за годинами для р1зних пер1од1в року У роботi виконано аналiз ймовiрностi появи певних потужностей СЕС на базi аналiзу статистично! шформацп щодо вимiрiв потужносл. Зокрема, проведено аналiз ймовiрностi появи певно! потужностi у заданi години протягом характерних перiодiв року. Наприклад, проаналiзовано як змiнюеться потужнiсть СЕС в годину максимально! генерацп (на 13:00 годину) для перiодiв «што» та «зима». В стат результати представлено лише для СЕС-6 (рис. 4) та для СЕС-8 (рис. 5.) на 13 годину для перiодiв «зима» та «што» вщповщно.
0% 12% 24% 36% 48% 60% 72% 84% 100%
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
0% 12% 24% 36% 48% 60% 72% 84% 100%
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
а) Зимовий перюд б) Лтнш перюд
Рис 4.
а) Зимовий перюд б) Л1тнш перюд
Рис. 5. rpynoBi частоти генерацп' СЕС в характерш перiоди року (Лiто-Зима)
Висновки
Результати аналiзy гiстограм групових частот свщчать, що на 13:00 у зимовий перюд найбшьш ймовiрна потужшсть СЕС перебувае в межах 10-30 %. На той час, як у л^нш перюд найбшьша ймовiрнiсть потyжностi СЕС перебувае в дiапазонi вiд 60-80 %. Одержанi результати пщтверджують зроблений ранiше висновок щодо сезонно'' залежностi генерацп' СЕС та дають змогу кiлькiсно оцiнити таку нерiвномiрнiсть з точки зору статистичних спостережень.
На основi всебiчного аналiзy вимiрiв СЕС можна стверджувати, що максимальна генерашя СЕС протягом року не перевищуе 80 % вiд встановлено'' потyжностi сонячно'' електростанцп. Для розрахунку генерацп' СЕС на певну годину з метою моделювання перспективних режимiв роботи енергосистем запропоновано коефiцiенти масштабування генерацп СЕС стосовно встановлено'1 потужносп по годинах доби за умови сонячно'1 безхмарно'1 погоди у лггнш перiод.
На основi аналiзy пстограм групових частот визначено, що в перюд максимально'' генерацп' СЕС (на 13:00) у зимовий перюд найбшьш ймовiрна потужшсть СЕС перебувае в межах 10-30 % вщ встановлено''. На той час, як в л^нш перюд найбшьш ймовiрне значення потужносп СЕС перебувае в дiапазонi вщ 60-80 %.
Максимальний рiвень генерацп СЕС протягом сонячного дня на рiзних, навiть досить вщдалених одна вiд одно'' СЕС, може ствпадати i пiдсyмовyватись. Ймовiрнiсть такого ствпадання залежить в першу чергу вiд погодних умов i у л^нш перiод може виникати досить часто. Тобто з урахуванням попередшх висновкiв можна стверджувати, що вс СЕС у лiтнiй безхмарний день необхщно представляти потyжнiстю 80 % вщ встановлено''.
Список використаноТ лггератури:
1. Кириленко О. В., Павловський В. В., Лук'яненко Л. М. Техшчш аспекти впровадження джерел розпод1льно1 генерацп' в електричних мережах // Техшчна електродинамша. - 2011. - № 1. - C. 46-53.
2. Кириленко О.В., Павловський В.В., Лук'яненко Л.М., Зоммер А.Е. Анал1з впливу приеднання вщновлюваних джерел електроенерги на р1вн1 напруги електричних мереж // Техн. електродинамжс. Тем. випуск. Силова електрошка та енергоефективн1сть. - 2011. - Ч. 2. - C. 44-49.
3. Кириленко О.В., Павловський В.В., Лук'яненко Л. М., Трач I. В. Основш проблеми штеграцп ввдновлюваних джерел електроенергИ в «слабш» мереж1 // Техн. електродинсмiкс. - 2012. - № 3. - С. 25-26.
References:
1. O. Kyrylenko, V. Pavlovskyi, L. Lukianenko. Technical aspects of adoption of distributed generation sources // Tekhn. Elektrodynamika. - 2011. - No 1. - P. 46-53.
2. O. Kyrylenko, V. Pavlovskyi, L. Lukianenko A. Zommer. Analysis of the impact of the accession of renewable energy source to voltage levels of electrical networks // Tekhn. Elektrodynamika. Specific. release. Power Electronics and Energy Efficiency. - 2011. - Part 2. - P. 44-49.
3. O. Kyrylenko, V. Pavlovskyi, L. Lukianenko, I. Trach. The main problems of integration of renewable energy source to the "weak" network // Tekhn. Elektrodynamika. - 2012. - No 3. P. 25-26.
Поступила в редакцию 20. 01 2014 г
