Оптимальне завантаження генеруючих потужностей енергосистеми за умови експлуатації сонячних електростанцій із системами акумулювання
Due to the increase in the share of electricity production at solar photovoltaic power plants (PV-plants), with a decrease in consumption and low flexibility of the power system, forced dispatch restrictions of generating capacities are already occurring. The problem of the emergence of a power surp...
Gespeichert in:
| Datum: | 2021 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2021
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/791 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
Institution
System Research in Energy| id |
oai:www.systemre.org:article-791 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
System Research in Energy |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2023-07-07T14:24:42Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
структура генеруючих потужностей енергосистема сонячна фотоелектрична електростанція система акумулювання електроенергії математична модель |
| spellingShingle |
структура генеруючих потужностей енергосистема сонячна фотоелектрична електростанція система акумулювання електроенергії математична модель Shulzhenko S.V. Nechaieva T.P. Buratynskyi I.M. Оптимальне завантаження генеруючих потужностей енергосистеми за умови експлуатації сонячних електростанцій із системами акумулювання |
| topic_facet |
structure of generating capacities power system PV-plant battery energy storage system mathematical model структура генеруючих потужностей енергосистема сонячна фотоелектрична електростанція система акумулювання електроенергії математична модель |
| format |
Article |
| author |
Shulzhenko S.V. Nechaieva T.P. Buratynskyi I.M. |
| author_facet |
Shulzhenko S.V. Nechaieva T.P. Buratynskyi I.M. |
| author_sort |
Shulzhenko S.V. |
| title |
Оптимальне завантаження генеруючих потужностей енергосистеми за умови експлуатації сонячних електростанцій із системами акумулювання |
| title_short |
Оптимальне завантаження генеруючих потужностей енергосистеми за умови експлуатації сонячних електростанцій із системами акумулювання |
| title_full |
Оптимальне завантаження генеруючих потужностей енергосистеми за умови експлуатації сонячних електростанцій із системами акумулювання |
| title_fullStr |
Оптимальне завантаження генеруючих потужностей енергосистеми за умови експлуатації сонячних електростанцій із системами акумулювання |
| title_full_unstemmed |
Оптимальне завантаження генеруючих потужностей енергосистеми за умови експлуатації сонячних електростанцій із системами акумулювання |
| title_sort |
оптимальне завантаження генеруючих потужностей енергосистеми за умови експлуатації сонячних електростанцій із системами акумулювання |
| title_alt |
Optimal power system’s generation dispatch with PV-plants equipped battery energy storage systems |
| description |
Due to the increase in the share of electricity production at solar photovoltaic power plants (PV-plants), with a decrease in consumption and low flexibility of the power system, forced dispatch restrictions of generating capacities are already occurring. The problem of the emergence of a power surplus with an increase in the capacity of PV-plant can be solved by introducing a battery energy storage system (BESS) into its structure. The purpose of this study is to develop a mathematical model for the joint operation of a PV-plant and BESS for the formation of characteristic hourly daily power profiles for the supply of electrical energy to the power system. With the subsequent assessment of the impact of such hybrid PV-plants on changing the loading modes of traditional generating capacities in the Integrated power system of Ukraine.The proposed mathematical model for the joint operation of a PV-plant and BESS is, in fact, an algorithm for controlling such a hybrid PV-plant. The main principle of which is that during the period of maximum solar irradiation, the batteries are charged to the maximum possible level, which corresponds to the available capacity, and if the volume of BESS produced at the PV-plant is less than the available capacity, then all the generated electrical energy is accumulated for further discharge. Thus, the main modes of joint operation of a PV-plant and BESS are distinguished: mode No. 1 – when all PV generated electrical energy is charged with subsequent discharge; mode No. 2 – only a part of PV generated electrical energy is transferred in time, and the other part is supplied to the power system directly.Based on the developed mathematical model, daily profiles were formed for the joint operation of a PV-plant and BESS for a whole year. The analysis of the obtained daily profiles for the whole year showed, that for a day with maximum solar irradiation, in order to transfer 20% of PV-plants generated electrical energy, the discharge power of the BESS should be about 37% of the installed capacity of the inverters of the PV-plants. Thus, for 2040, with the installed capacity of PV-plants at the level of 11 GW, the total capacity of BESS should be 4 GW, and their charging capacity – 16 GWh.Using a mathematical programming model, determining the optimal structure and loading of power units of the power system when covering the daily schedule of electrical loads for each day of the year, it was determined that the introduction of BESS in PV-plants affects the performance of the power system as a whole. The transfer of 20% of the peak generation capacity of PV-plants with an installed capacity of 11 GW at the level of 2040 leads to: an increase in the production of electricity from nuclear power plants by 8% with an increase in the number of power units with an installed capacity of 1000 MW; the volume of electricity production at coal-fired thermal power plants is reduced by 20%; the generation volumes of pumped storage power plants are reduced by 4.5% and the discharge volumes of the system-scale storage systems are reduced by 57%. Reducing coal consumption by 19% leads to a 15‒19% reduction in emissions of carbon dioxide, sulfur oxides, nitrogen oxides and dust, which are important results for achieving environmental goals of Ukraine. |
| publisher |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://systemre.org/index.php/journal/article/view/791 |
| work_keys_str_mv |
AT shulzhenkosv optimalpowersystemsgenerationdispatchwithpvplantsequippedbatteryenergystoragesystems AT nechaievatp optimalpowersystemsgenerationdispatchwithpvplantsequippedbatteryenergystoragesystems AT buratynskyiim optimalpowersystemsgenerationdispatchwithpvplantsequippedbatteryenergystoragesystems AT shulzhenkosv optimalʹnezavantažennâgeneruûčihpotužnostejenergosistemizaumoviekspluatacíísonâčnihelektrostancíjízsistemamiakumulûvannâ AT nechaievatp optimalʹnezavantažennâgeneruûčihpotužnostejenergosistemizaumoviekspluatacíísonâčnihelektrostancíjízsistemamiakumulûvannâ AT buratynskyiim optimalʹnezavantažennâgeneruûčihpotužnostejenergosistemizaumoviekspluatacíísonâčnihelektrostancíjízsistemamiakumulûvannâ |
| first_indexed |
2025-09-24T17:34:00Z |
| last_indexed |
2025-09-24T17:34:00Z |
| _version_ |
1844167563964055552 |
| spelling |
oai:www.systemre.org:article-7912023-07-07T14:24:42Z Optimal power system’s generation dispatch with PV-plants equipped battery energy storage systems Оптимальне завантаження генеруючих потужностей енергосистеми за умови експлуатації сонячних електростанцій із системами акумулювання Shulzhenko S.V. Nechaieva T.P. Buratynskyi I.M. structure of generating capacities, power system, PV-plant, battery energy storage system, mathematical model структура генеруючих потужностей, енергосистема, сонячна фотоелектрична електростанція, система акумулювання електроенергії, математична модель Due to the increase in the share of electricity production at solar photovoltaic power plants (PV-plants), with a decrease in consumption and low flexibility of the power system, forced dispatch restrictions of generating capacities are already occurring. The problem of the emergence of a power surplus with an increase in the capacity of PV-plant can be solved by introducing a battery energy storage system (BESS) into its structure. The purpose of this study is to develop a mathematical model for the joint operation of a PV-plant and BESS for the formation of characteristic hourly daily power profiles for the supply of electrical energy to the power system. With the subsequent assessment of the impact of such hybrid PV-plants on changing the loading modes of traditional generating capacities in the Integrated power system of Ukraine.The proposed mathematical model for the joint operation of a PV-plant and BESS is, in fact, an algorithm for controlling such a hybrid PV-plant. The main principle of which is that during the period of maximum solar irradiation, the batteries are charged to the maximum possible level, which corresponds to the available capacity, and if the volume of BESS produced at the PV-plant is less than the available capacity, then all the generated electrical energy is accumulated for further discharge. Thus, the main modes of joint operation of a PV-plant and BESS are distinguished: mode No. 1 – when all PV generated electrical energy is charged with subsequent discharge; mode No. 2 – only a part of PV generated electrical energy is transferred in time, and the other part is supplied to the power system directly.Based on the developed mathematical model, daily profiles were formed for the joint operation of a PV-plant and BESS for a whole year. The analysis of the obtained daily profiles for the whole year showed, that for a day with maximum solar irradiation, in order to transfer 20% of PV-plants generated electrical energy, the discharge power of the BESS should be about 37% of the installed capacity of the inverters of the PV-plants. Thus, for 2040, with the installed capacity of PV-plants at the level of 11 GW, the total capacity of BESS should be 4 GW, and their charging capacity – 16 GWh.Using a mathematical programming model, determining the optimal structure and loading of power units of the power system when covering the daily schedule of electrical loads for each day of the year, it was determined that the introduction of BESS in PV-plants affects the performance of the power system as a whole. The transfer of 20% of the peak generation capacity of PV-plants with an installed capacity of 11 GW at the level of 2040 leads to: an increase in the production of electricity from nuclear power plants by 8% with an increase in the number of power units with an installed capacity of 1000 MW; the volume of electricity production at coal-fired thermal power plants is reduced by 20%; the generation volumes of pumped storage power plants are reduced by 4.5% and the discharge volumes of the system-scale storage systems are reduced by 57%. Reducing coal consumption by 19% leads to a 15‒19% reduction in emissions of carbon dioxide, sulfur oxides, nitrogen oxides and dust, which are important results for achieving environmental goals of Ukraine. Через збільшення частки виробництва електричної енергії (е/е) на сонячних фотоелектричних електростанціях (СЕС), зі зниженням рівня споживання е/е та при низькій гнучкості енергосистеми вже відбуваються вимушені диспетчерські обмеження генеруючих потужностей. Вирішити проблему виникнення профіциту потужності при збільшенні потужності СЕС можна шляхом впровадження у її структуру системи акумулювання електроенергії (САЕ). Метою даного дослідження є розроблення математичної моделі спільної роботи СЕС та САЕ для формування характерних погодинних добових профілів потужності відпуску е/е в енергосистему з подальшим проведенням оцінки впливу роботи таких гібридних електростанції на зміну режимів завантаження традиційних генеруючих потужностей в Об’єднаній енергосистемі України.Запропонована математична модель спільної роботи СЕС та САЕ по суті є алгоритмом керування такою гібридною електростанцією, основний принцип якого полягає у тому, що протягом періоду максимального сонячного опромінювання заряджання акумуляторних батарей (АБ) здійснюється до максимально можливого рівня, що відповідає доступній ємності, а якщо обсяг е/е, виробленої на СЕС, є меншим за доступну ємність, то вся вироблена е/е накопичується для подальшого розряджання. Таким чином, виділяються основні режими спільної роботи СЕС та САЕ: режим № 1 – коли вся вироблена е/е на СЕС заряджається у АБ із подальшим розряджанням; режим № 2 – лише частина виробленої е/е на СЕС переноситься у часі, а інша частина відпускається в енергосистему напряму.На основі розробленої математичної моделі було сформовано добові профілі спільної роботи СЕС та САЕ для цілого року. Аналіз отриманих добових профілів для цілого року показав, що для доби із максимальним сонячним опроміненням для перенесення 20% від усієї виробленої е/е на СЕС потужність розряджання АБ повинна становити біля 37% від встановленої потужності інверторів. Таким чином, при встановленій потужності СЕС на рівні 11 ГВт сумарна потужність АБ повинна становити 4 ГВт, а ємність їх заряджання – 16 ГВт·год.Із використанням моделі математичного програмування визначення оптимального складу та завантаження енергоблоків енергосистеми при покритті добового графіка електричних навантажень для кожної доби року було визначено, що впровадження АБ до СЕС впливає на показники роботи енергосистеми в цілому. Перенесення 20% пікової потужності генерації СЕС, при її встановленій потужності 11 ГВт на рівні 2040 р., призводить до: зростання виробництва е/е АЕС на 8% зі збільшенням кількості енергоблоків встановленою потужністю 1000 МВт; обсяги виробництва е/е на вугільних ТЕС зменшуються на 20%; обсяги генерації ГАЕС зменшуються на 4,5% та обсяги розряджання загальносистемних САЕ знижуються на 57%. Зменшення споживання вугілля на 19% забезпечує скорочення на 15‒19% викидів двоокису вуглецю, оксидів сірки, оксидів азоту та пилу, що є важливими результатами для досягнення екологічних цілей України General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2021-12-28 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/791 10.15407/pge2021.04.004 System Research in Energy; No. 4 (67) (2021): The Problems of General Energy; 4-12 Системні дослідження в енергетиці; № 4 (67) (2021): Проблеми загальної енергетики; 4-12 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/791/685 |