микросети на основе виэ:
концепция, принципы построения, перспективы
использования
Доктор технических наук В. В. ХАРЧЕНКО (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии)
В последние годы в литературе, пока специальной, всё чаще можно встретить упоминание о так называемых "микросетях". Локальные микросети (МКРС) являются быстро развивающейся областью энергетики. Они имеют целый ряд преимуществ перед традиционными способами генерирования электроэнергии и снабжения ею конечных потребителей. По экспертным оценкам (www.pikeresearch.com) в период 2010-2016 гг. рост суммарной мощности микросетей на мировом рынке прогнозировался в 3-4.5 раза.
Так что же такое микросети? Почему их мощность на мировом энергетическом рынке так активно растёт? Где и как они могут быть эффективно использованы?
Формирование определения для МКРС задача не простая. Большинство экспертов сходятся во мнении, что микросеть в самом общем понима-14нии это сообщество распределённых § по некоторой территории источников 1 генерации, систем аккумулирования и § резервирования и конечных потреби" телей электрической энергии, объеди-| нённых в единую сеть. Однако, до сих г пор не сформировано единого мнения § по поводу параметров, характеризую-| щих МКРС, таких, в частности, как 1 агрегированная мощность присоеди-1 нённых к микросети источников гене-I рации, размеры площади, на которой ^ МКРС реализуется, а также в случае, если микросеть работает параллельно с центральной сетью (относительно
того, должно ли быть лишь одно её присоединение к основной сети, или таких точек присоединения может быть несколько). Существует много других терминов, схожих с рассмотренным понятием, которые приняты для описания схожих концепций, таких, например, как "виртуальная энергетическая сеть", "минисеть", "умная сеть", "умная распределённая сеть", "встроенная сеть", распределённая или рассредоточенная генерация.
Возможны микросети, в которых источники генерации располагаются вместе с нагрузкой независимо от общей мощности сети. Такие системы покрывают значительную область практического применения МКРС, относящуюся к вопросам электрификации больших сельских территорий, удалённых от централизованного энергоснабжения, сетям энергоснабжения жилых (муниципальных) объектов малоэтажного строительства, системам энергоснабжения больниц, университетских городков, зон отдыха и рекреационных зон, кемпингов и летних молодёжных лагерей, а также военных баз, отдельных военных городков и т.д.
Мотивы применения микросетей также могут различаться. В некоторых случаях целью создания МКРС является решение задачи снижения стоимости электроэнергии (в микросети она может быть существенно ниже, чем на рынке электроэнергии). Либо это вовлечение в хозяйственный оборот местных, возобновляемых ресурсов
20
© В. В. Харченко
(солнечная радиация, ветер, биомасса и др.). Иногда может преследоваться цель обеспечения надёжности и безопасности энергоснабжения. Именно системные отключения электроснабжения инициировали в США разработку последнего подхода. Особенно продуктивно это направление развивалось профессором Висконсинского университета Робертом Лассетером ( Robert Lasseter, University of Wisconsin), который, как сегодня принято считать, и ввёл в практику термин "микросеть" (microgrid или иногда [jgrid). Ключевая особенность микросети по Роберту Лассетеру, это её способность при возникновении проблем с энергоснабжением в центральной сети отделиться и изолировать себя от неё, обеспечив внутри МКРС бесперебойное питание без разрыва с нагрузкой, а в соответствии с концепцией сети по CERTS (Consottium for Electric Reliability Technology Solutions), с минимальным воздействием на мощность в пределах микросети. Когда состояние сети нормализуется, МКРС таким же бесперебойным способом, автоматически ресинхронизируется и вновь восстанавливает соединение с центральной сетью без перебоев в электроснабжении. То есть подразумевается, что в нормальном режиме МКРС функционирует в составе централизованной сети, а в автономный режим переходит на некоторое время, на период устранения неполадок в основной электрической сети. Такие сети, безусловно, представляют интерес и для российских потребителей.
Но предметом нашего рассмотрения являются микросети другого типа. Они формируются преимущественно на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и при этом в полной мере обладают всеми характерными для микросетей признаками. Появление этого направления в организации электроснабжения обусловлено несколькими факторами.
Во-первых, сегодня как за рубежом, так и в России активно развивается идеология распределённой энергетики.
Это относительно новое направление развития глобальной энергетики, заслуживающее специального рассмотрения, является одним из важнейших факторов повышения энергетической безопасности ряда стран и уж точно такой страны, как Россия, где более 50% регионов энергодефицитны, около 2/3 территории с населением более 10 млн человек не охвачено централизованным электроснабжением, а на значительной её части отсутствуют вообще какие-либо источники энергии. Эта ситуация убедительно иллюстрируется картой на рис. 11.
Для территорий, где централизованное электроснабжение отсутствует, активно развивается автономное энергоснабжение, что является вторым фактором, стимулирующим развитие микросетей.
Третий важный фактор, повлиявший на рост объёма использования микросетей - это активное развитие во всём мире рынка возобновляемой энергетики. Как следствие этой тенденции автономное энергоснабжение всё больше ориентируется на использование ВИЭ взамен традиционных дизель-генераторных систем. В настоящее время Россия в силу ряда причин не относится к числу мировых лидеров в области использования ВИЭ.
Однако уже сегодня использование возобновляемых энергоресурсов в РФ становится экономически целесообразным, во-первых, при замене традиционных энергоресурсов на ВИЭ, а во-вторых, при построении автономных систем энергоснабжения на уда- § лённых территориях, где доставка £ энергоресурсов затратна и проблема- I тична. §
В связи с принятием законов, сти- ® мулирующих производство "зелёной" 1 энергии, количество мелких произво- ^ дителей электроэнергии на основе тех- | нологий возобновляемой энергетики в § Европе резко возрастает и такой рост, £ безусловно, нетрудно прогнозировать ! и в России. Рост количества неболь- !
1 Фортов В.Е., Попель О.С. Энергетика в современном мире. Долгопрудный, 2011.
■ Централизованное энергоснабжение □ Автономное энергоснабжение
□ Неэлектрифицировано
Рис. 1.
Централизованное и автономное энергоснабжение в России.
ших по мощности центров генерации электрической энергии создаёт ряд проблем для крупных энергетических компаний. Поэтому обязательное по закону принятие выработанной этими производителями энергии в сеть диктует выработку новых подходов, одним из которых и является создание небольших по мощности микросетей, присоединение которых к централизованным сетям уже не столь болезненно.
Однако известно, что основные источники возобновляемой энергии (солнечное излучение и ветер) непостоянны в своём проявлении, зачастую имеют непрогнозируемые перерывы в поступлении. Это требует предусматривать мощные аккумулирующие системы и резервные источники энергоснабжения, что существенно удорожает создаваемые центры генерации.
Совместное использование в одной энергетической системе двух и более видов ВИЭ, которые могут дополнять друг друга, резко снижает потребность в аккумулировании и использовании резервных источников энергоснабжения. Особенно эффективными автономные системы оказываются при наличии исчерпывающей информации о потенциале различных ВИЭ на данном объекте.
Работы по созданию таких энергетических систем проводятся достаточно активно. Их иногда называют "многофункциональными энергетическими комплексами" (Редько И.Я., Москва), либо "энергетическими кластерами" (Велькин В.И., Екатеринбург). Однако в любом из этих случаев подразумевается, что все генерирующие источники размещаются в одном месте и, как правило, работают на одного потребителя.
В этом случае трудно ожидать, что на одном объекте потенциал всех видов ВИЭ будет одинаково высок, поэтому реализовать энергосистемы на базе всех потенциально возможных ВИЭ не представляется возможным. Кроме того, в большинстве случаев на таких единичных объектах трудно сбалансировать соотношение по времени и мощности нагрузки с генерацией электроэнергии, поскольку источники генерации и потребители немногочис-
Рис. 2.
Пример локальной микросети. дВС-Г - двигатель внутреннего сгорания - генератор; АКБ -аккумуляторная батарея; ВЭС -ветряная электростанция; СЭС - солнечная электростанция; МГЭС - малая гидроэлектростанция (микрогидроэлектростанция); БГЭС -биогазовая электростанция; СУ -система управления.
Г#1
Г
б/О.
эс Чэс^
Существующая линия 380 В
(к) @ ^■ТТЭС
ФЭМ 1
ВЭС 2
ЗУ 1 ЗУ 2
мгэс
Река
Рис. 3.
Примерная схема микросети для энергоснабжения коттеджного поселка, соединённой с центральной сетью. ЭС-электросчётчик.
ленны. Значительно легче все эти проблемы устранить, если число источников генерации и число потребителей электроэнергии будет существенно больше, а источники генерации будут распределены по некоторой территории таким образом, чтобы каждый источник генерации был размещён в таком месте, где потенциал используемой возобновляемой энергии был максимально высок. Эти условия легко реализовать, если объединить источники генерации и конечных потребителей в одну локальную микро-сеть2. Один из возможных вариантов построения микросети представлен на рис. 2. Состав источников генерации в такой МКРС определяется рядом факторов, основными из которых являются такие, как состав потребителей, их
2 Харченко В.В., Адомавичюс В.Б., Гусаров В.А. Микросеть на основе ВИЭ как инструмент концепции распределённой энергетики // Альтернативная энергетика и экология. 2013. № 2.
нагрузки, а также потенциал ВИЭ различного типа, доступных для использования на территории, где микросеть реализуется.
Наиболее перспективными для построения микросетей являются сельские терри
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.