Как реализовать достаточный запас мощности в энергосистеме

Энергосистема любой страны должна обеспечивать бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией. Для этого важно закладывать достаточный запас мощностей при проектировании и строительстве энергообъектов. В статье мы разберем, как правильно рассчитать необходимый запас и реализовать его на практике.

Понятие и сущность запаса мощности в энергосистеме

Запас мощности в энергосистеме - это превышение установленной мощности электростанций над максимальной нагрузкой потребителей. Он необходим для обеспечения надежного энергоснабжения в случае выхода из строя части генерирующего оборудования или резкого роста потребления.

Запас мощности играет роль "подушки безопасности", гарантирующей непрерывность поставок электроэнергии при возникновении нештатных ситуаций.

На величину необходимого запаса мощности влияют такие факторы, как:

• Типы электростанций и их техническое состояние;
• Наличие межсистемных связей для обмена мощностью;
• Возможность оперативного изменения графиков нагрузки;
• Надежность внешнего электроснабжения потребителей.

Требования к величине запаса мощности регламентируются нормативно-технической документацией.

С одной стороны, при недостаточном запасе мощности повышаются риски перебоев в электроснабжении и введения ограничений. С другой стороны, чрезмерный запас приводит к неоправданному удорожанию электроэнергии и снижению эффективности энергокомпаний.

Методики расчета необходимого запаса мощности

Существуют два основных подхода к определению требуемого запаса генерирующих мощностей:

1. Традиционный детерминированный метод;
2. Вероятностные методы оценки.

По детерминированной методике запас рассчитывают как разницу между суммарной установленной мощностью станций и прогнозным максимумом нагрузки потребителей с учетом плановых ремонтов оборудования. Этот способ прост, но не учитывает в полной мере вероятностный характер отказов оборудования и колебаний нагрузок.

Вероятностные модели позволяют оценить ожидаемую частоту и продолжительность дефицита мощности при заданном запасе. Для этого моделируют различные сценарии выхода элементов энергосистемы из строя и определяют соответствующие риски. К недостаткам таких расчетов относится значительная трудоемкость.

Наиболее точные прогнозы запаса мощности получают, комбинируя детерминистический и вероятностный подходы с учетом специфики конкретной энергосистемы.

Учет влияния ВИЭ на расчет запаса мощности

В последние годы во многих странах растет доля возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в структуре генерации. Это вносит дополнительную неопределенность, так как выработка электроэнергии на солнечных, ветровых и приливных станциях носит стохастический характер.

Для корректной оценки необходимого запаса с учетом ВИЭ применяют вероятностные модели энергосистемы. С их помощью определяют диапазоны возможного дефицита мощности в зависимости от различных режимов работы возобновляемой генерации и принимают меры для его компенсации.

Выбор оптимального метода расчета запаса мощности

При заданных требованиях к надежности электроснабжения и затратам на обеспечение запаса мощности необходимо выбрать оптимальный вариант прогнозирования из всего многообразия существующих методик. Для этого сравнивают результаты, получаемые при использовании различных моделей на ретроспективных данных, и оценивают их точность.

Выбор типов генерирующих мощностей для создания запаса

При реализации запаса мощности на практике встает вопрос о выборе типов станций. На этот выбор влияют:

• Стоимость сооружения и эксплуатации;
• Возможность оперативного запуска и останова;
• Коэффициент использования установленной мощности.

Например, газотурбинные установки эффективны в качестве пиковых станций для обеспечения запаса, так как быстро выходят на полную мощность.

Оптимизация загрузки действующих мощностей

Экономически целесообразно максимально эффективно использовать уже имеющиеся электродвигателя и другое оборудование для создания запаса мощности. Диспетчерскими службами ведется оптимизация режимов их работы, перераспределение нагрузок в зависимости от спроса.

Строительство резервных мощностей

При недостаточности оптимизационных мер возникает необходимость ввода дополнительных резервных мощностей - строительства новых электростанций. Это наиболее затратный, но иногда неизбежный способ обеспечения запаса мощности.