научная статья по теме ГИДРОАККУМУЛИРУЮЩИЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ НА МОРСКОЙ ВОДЕ - ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА КРУПНОМАСШТАБНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕТРОВОЙ И СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ КРЫМА Комплексное изучение отдельных стран и регионов

Текст научной статьи на тему «ГИДРОАККУМУЛИРУЮЩИЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ НА МОРСКОЙ ВОДЕ - ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА КРУПНОМАСШТАБНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕТРОВОЙ И СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ КРЫМА»

Статья поступила в редакцию 01.07.14. Ред. рег. № 2043

The article has entered in publishing office 01.07.14. Ed. reg. No. 2043

УДК 621.311.214.001.1

ГИДРОАККУМУЛИРУЮЩИЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ НА МОРСКОЙ ВОДЕ - ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА КРУПНОМАСШТАБНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕТРОВОЙ И СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ КРЫМА

П.Ф. Васько, М.Р. Ибрагимова, С.Т. Пазыч

Институт возобновляемой энергетики НАН Украины 02094 Украина, Киев, ул. Красногвардейская, д. 20А Тел./факс: +38 044 206-28-09, e-mail: renewable@ukr.net

Заключение совета рецензентов: 06.07.14 Заключение совета экспертов: 10.07.14 Принято к публикации: 15.07.14

Выполнен анализ потенциальной возможности интеграции 2500 МВт электрической мощности возобновляемых источников в энергосистему Крыма при инсталляции 1000 МВт гидроаккумулирующих электростанций на морской воде.

Ключевые слова: гидроаккумулирующие электростанции, ветроэлектрические станции, электроэнергетическая система, потенциал, емкость, морская вода.

SEAWATER PUMPED-STORAGE HYDROELECTRIC POWER STATIONS ARE

THE TECHNOLOGICAL BASIS OF LARGE-SCALE USE OF WIND AND SOLAR ENERGY IN CRIMEAN ELECTRIC POWER SYSTEM

P.F. Vasko, M.R. Ibragimova, S.T. Pazych

Institute of Renewable Energy, National Ukrainian Academy of Science 20A Krasnogvardejskaya str., Kiev-94, 02094, Ukraine Tel./fax: +38 044 206-28-09, e-mail: renewable@ukr.net

Referred: 06.07.14 Expertise: 10.07.14 Accepted: 15.07.14

Potential possibility to integrate 2500 MW of renewable energy electrical capacity into Crimean Electric Power System by installation 1000 MW of Seawater pumped-storage hydroelectric power stations have been analyzed.

Keywords: pumped-storage hydroelectric power stations, wind power stations, electric power system, potential, capacity, seawater.

Параметры и характеристики электроэнергетической системы Крыма

Крымская электроэнергетическая система (КЭС) получает энергию от Объединенной энергосистемы Украины (ОЭС). Связь КЭС-ОЭС осуществляется по трем линиям электропередач (ЛЭП) напряжением 330 кВ и одной ЛЭП напряжением 220 кВ. Схематическое представление межсистемных связей показано на рис. 1. Объем потребления электроэнергии за 2013 г. составил 6,8 млрд кВт-ч [1]. Собственная гарантированная генерация мощности КЭС составляет около 12% номинального значения, что обуславливает необходимость получения более 88% мощности от ОЭС по межсистемным связям. Пропускная способ-

ность межсистемных связей равна 1200 МВт. Максимальное потребление мощности КЭС наблюдалось в феврале 2012 г. и достигло уровня 1430 МВт. При этом переток мощности по связи ОЭС-КЭС составил 1290 МВт, что на 90 МВт превысило допустимую величину [2].

По данным института «Укрэнергосетьпроект» (г. Харьков), на теплоэлектростанциях Крыма необходимо введение новых генерирующих мощностей на 450 МВт, что позволит довести их суммарную установленную мощность до 600 МВт и предоставит возможность выведения в ремонт любой магистральной линии 330 кВ [3]. Это мероприятие способствует уменьшению энергетической зависимости КЭС от материковой части ОЭС.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014

© Scientific Technical Centre «TATA», 2014

Рис. 1. Схема магистральных электрических сетей Крымской электроэнергетической системы Fig. 1. Crimean electric power system scheme

Одним из вариантов решения вопроса энергетической автономии региона может стать широкомасштабное использование ветровой и солнечной энергии в электроэнергетической системе Крыма. Однако процесс производства электроэнергии ветровыми и солнечными электростанциями (ВЭС, СЭС) характеризуется стохастичностью и высокой степенью неопределенности выработки в конкретный момент времени, что требует наличия значительных объемов резервирования генерирующих мощностей и энергоносителя [4]. Но существует и другая возможность сглаживания пульсаций генерируемой мощности ВЭС и СЭС, которая заключается в использовании для этой цели гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС) [5].

Состояние и потенциал возобновляемой энергетики Крыма

По состоянию на конец 2013 г. [1, 6] структура генерирующих мощностей возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в составе ВЭС и СЭС, а также традиционных теплоэлектростанций (ТЭЦ) на территории Крымского полуострова приведена в табл. 1 и показана на рис. 2. Установленная мощность ВИЭ в два раза превышает суммарную мощность ТЭЦ, а объем производства электроэнергии составляет четвертую часть от общей выработки.

Согласно данным отчета Проекта планирования системы электропередачи в регионе Черного моря [7], в настоящий момент существует возможность введения 1300 МВт мощности ВИЭ в составе КЭС, однако последующее увеличение возможно при условии реорганизации электроэнергетической системы в целом, а именно строительства новых регулирующих объектов генерации и линий электропередач.

Таблица 1

Структура генерирующих мощностей КЭС (2013 г.)

Table 1

Generating capacities structure of Crimean electric power system (2013)

Генерация Мощность, МВт Производство эл. энергии, млн кВт-ч/год

Традиционный сектор 144,5 827,52

Симферопольская ТЭЦ 68

Севастопольская ТЭЦ 34,5

Камыш-Бурунская ТЭЦ 30

Сакские тепловые сети 12

СЭС 224,63 297,02

«Перово» 105,58

«Охотниково» 80

«Митяево» 31,55

Другие 7,5

ВЭС 62,72 46,11

Сакская 20,8

Тарханкутская 20,11

Донузлавская 11,6

Другие 10,21

Итого 431,85 1170,65

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 15 (155) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014

b

Рис. 2. Структура генерирующих мощностей (а) и производства электроэнергии (b) КЭС Fig. 2. Crimean Electric Power System structure of generating capacities (a) and electricity production (b)

Потенциальные же возможности только ветроэнергетики оцениваются по результатам предпроект-ных исследований на уровне 2700 МВт, а мощности отдельных ВЭС достигают нескольких сотен МВт [813]. Однако максимальные объемы генерации электроэнергии станциями ВИЭ с непомерно высокими

установленными мощностями, а также приоритет использования данной электроэнергии вызывают значительные трудности в управлении энергосистемой [14]. Поэтому интеграция альтернативной и традиционной энергетики нуждается в системных решениях, одно из которых состоит в использовании аккумулирования энергии в промышленно значимых объемах.

Технологии аккумулирования энергии в больших объемах

Результаты исследований [15] свидетельствуют, что на данном этапе развития техники существуют всего две технологии аккумулирования, предоставляющие возможности для решения задачи интеграции возобновляемой и традиционной энергетики значительных мощностей. К ним относятся аккумулирование потенциальной энергии в виде сжатого воздуха (CAES - compressed air energy storage) и в виде запаса воды (ГАЭС - гидроаккумулирующие электростанции). Обе технологии характеризуются наименьшей удельной стоимостью, среднее значение которой для CAES составляет 0,1$/кВт-ч, а для ГАЭС - 0,13$/кВт-ч. В первом случае величина стоимости приведена при условии наличия природных резервуаров большой емкости для хранения воздуха (газа) под давлением, а в случае ГАЭС - с учетом строительства всего комплекса сооружений. Достигнутые диапазоны изменения стоимости разных технологий аккумулирования приведены на рис. 3 в соответствии с [15].

Рис. 3. Диапазон изменения стоимости производства электроэнергии для систем аккумулирования электрической энергии Fig. 3. Ranges of cost of output electricity for electrical energy storage systems

a

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014

© Scientific Technical Centre «TATA», 2014

Согласно данным Тихоокеанской Северо-западной национальной лаборатории США [16], в настоящее время эксплуатируются два мощных комплекса CAES. Наибольший из них имеет мощность 290 МВт (Huntorf, Германия) и функционирует в Германии с 1978 г. Второй комплекс мощностью 110 МВт работает в городе Mcintosh штата Алабама (США) с 1991 г. Обе станции используют в качестве резервуара для сжатого воздуха соляные шахты и пещеры.

Профессиональная специализация авторов данной публикации не предоставляет возможностей для выполнения корректного анализа применения CAES в Крыму. Поэтому в дальнейшем изложении материала будут рассмотрены только лишь вопросы реализации технологии ГАЭС с целью интеграции ВИЭ в электроэнергетическую систему Крыма.

Крупнейшие ГАЭС мира World's largest PSH

Таблица 2 Table 2

Наименование ГАЭС Страна Установленная мощность, МВт Год пуска

Bath County США 3003 1985

Kanagawa Япония 2820 2006

Guangzhou Китай 2448 2011

Guangdong Китай 2400 2000

Okutataragi Япония 1932 1974

Ludington США 1872 1973

Tianhuangping Китай 1836 200

Tianhuangping Китай 1836 2000

Grand Maison Dam Франция 1820 1985

Baishan Dam Китай 1800 1984

Dinorwig Великобритания 1728 1984

Raccoon Mountain США 1652 1978

Okukiyotsu Япония 1660 1997

Kazunogawa Япония 1600 2001

Mingtan Тайвань 1600 1994

ГАЭС являются балансирующим звеном между производством и потреблением электроэнергии и важной составляющей электроэнергетических систем в разных странах мира. Первая станция была построена в 1882 г. в Леттене (Швейцария). Технические параметры, характеристики, конструктивные особенности и режимы функционирования многих ГАЭС

обобщены и приведены в [17, 18]. Список и параметры самых мощных станций мира приведены в табл. 2. Самой высоконапорной станцией является ГАЭС Рей-зек в Австрии с перепадом уровней верхнего и нижнего резервуаров воды в 1700 метров. В Украине осуществлен пуск второго гидроагрегата Днестровской ГАЭС проектной мощностью 2268 МВт в режиме генерирования электроэнергии, эксплуатируются Киевская и Тащлыкская ГАЭС, начаты проектные работы по Каневской ГАЭС мощностью 1000 МВт.

Традиционной мотивацией для развития ГАЭС является необходимость в резервировании и аккумулировании энергии для устойчивого функционирования электроэнергетической системы. В последнее время в связи с развитием ВИЭ существует также необходимость аккумулирования непрогнозированного по

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком