Modeling ensuring demand-supply balance of the power system in conditions of significant renewable generation
The problems of functioning of the IPS of Ukraine at fast growth in its structure the renewable energy source (RES)capacities such as wind and solar power plants are considered. In existing conditions, the presence of a significant share of basic nuclear generation, a small maneuverable range of TPP...
Збережено в:
| Дата: | 2022 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/551 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871104042671800320 |
|---|---|
| author | Nechaieva T.P. |
| author_facet | Nechaieva T.P. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Nechaieva T.P.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Nechaieva T.P. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:42Z |
| description | The problems of functioning of the IPS of Ukraine at fast growth in its structure the renewable energy source (RES)capacities such as wind and solar power plants are considered. In existing conditions, the presence of a significant share of basic nuclear generation, a small maneuverable range of TPP power units, and a limited amount of highly maneuverable hydro generation of the existing flexibility of the power system is not enough to ensure demand-supply balance of the power system with surplus RES electricity generation. The solution to this problem is currently performed by using hydro-pumped storage during uncharacteristic daytime hours of the day and limiting of electricity supply of wind and power plants into the power system. A modern solution is the use of to the battery storage systems to transfer the surplus of electricity from these RES in hours of increased consumption. The article presents the developed approach to modeling the participation of wind and solar capacities in load coverage balances of the optimization model of the forecast structure of power system generating capacities, that takes into account both curtailment and accumulation of excess generation of these RES. The modeling results showed that with significant of wind and solar power capacities, providing balance coverage load during spring floods with a significant share of nuclear generation capacity and the need for water supply is carried out as using hydro-pumped capacity during daytime hours of surplus capacity, grid battery storage systems so and battery storage systems, working together with RES, and their power curtailment. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2022.01-02.042 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
42
Т. НЕЧАЄВА
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
© Т. НЕЧАЄВА, 2022
ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2022, 1-2(68-69): 42–49
doi: https://doi.org/10.15407/pge2022.01-02.042
УДК 621.311:519.876.5 Тетяна Нечаєва, к.т.н., https://orcid.org/0000-0001-9154-4545
Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна;
e-mail: info@ienergy.kiev.ua
Автор-кореспондент: nechaieva@ienergy.kiev.ua
МОДЕЛЮВАННЯ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ БАЛАНСОВОЇ НАДІЙНОСТІ ЕНЕРГОСИСТЕМИ
В УМОВАХ ЗНАЧНИХ ОБСЯГІВ ВІДНОВЛЮВАНОЇ ГЕНЕРАЦІЇ
Анотація. Розглянуто проблеми функціонування ОЕС України при швидкому зростанні в її
структурі обсягів генерації на відновлюваних джерелах енергії, таких, як вітрові та сонячні
електростанції. В існуючих умовах наявності значної частки базової атомної генерації, ма-
лого маневреного діапазону енергоблоків ТЕС та обмеженого обсягу високоманевреної
гідрогенерації наявної гнучкості енергосистеми недостатньо для забезпечення балансової
надійності енергосистеми при профіциті виробництва електроенергії на ВДЕ. Вирішення цієї
проблеми наразі проводиться застосуванням гідроакумуляції у нехарактерні денні години
доби та обмеженням відпуску ВЕС та СЕС в енергосистему. Сучасним рішенням є застосу-
вання акумуляційних систем накопичення електроенергії для перенесення профіциту елек-
троенергії від цих ВДЕ у години з підвищеним споживанням. У статті наведено розроблений
підхід до моделювання участі потужностей ВЕС та СЕС у балансах покриття навантаження
моделі оптимізації прогнозної структури генеруючих потужностей енергосистеми, що вра-
ховує як обмеження, так і акумулювання надлишкової генерації цих ВДЕ. Результати моде-
лювання засвідчили, що при значних обсягах потужностей ВЕС та СЕС забезпечення балан-
су покриття навантаження у дні весняного паводку при значній частці потужностей атомної
генерації та необхідності водопропуску проводиться як використанням гідроакумулюючих
потужностей у денні години профіциту потужностей, мережевих акумуляційних систем і аку-
муляційних систем, працюючих спільно з ВДЕ, а також і обмеженням їх потужності.
Ключові слова: енергосистема, балансова надійність, математична модель, акумуля-
ційна система накопичення електроенергії, графік навантаження, обмеження генерації.
1. Вступ
Функціонування Об’єднаної енергосистеми Укра-
їни останніми роками відбувається в умовах збіль-
шення обсягів впровадження в її структуру потужнос-
тей на відновлюваних джерелах енергії зі слабопрог-
нозованим виробництвом з сезонною та погодною
залежністю. Це ускладнює забезпечення операційної
безпеки енергосистеми, що обумовлено складом її
генеруючих потужностей. Наявність значної частки
атомної генерації, працюючої в базовому режимі на-
вантаження, обмеженість гідроресурсів, застарілість
та зношеність теплової генерації, що значно обмежує
її маневрений діапазон, обумовлює низьку гнучкість
енергосистеми. У той же час стрімке зростання обся-
гів стохастичної генерації на відновлюваних джере-
лах енергії з пріоритетним відпуском електроенергії
значно підвищили потреби у гнучких механізмах за-
безпечення балансової надійності енергосистеми.
Існуючі вугільні енергоблоки ТЕС, переважна
більшість яких спроєктовані для роботи в базових
режимах, використовуються в непроєктних піко-
вих і напівпікових режимах, що прискорює спра-
цювання ресурсу устаткування, приводить до під-
вищеної аварійності та перевитрат палива. ТЕЦ
працюють за графіком теплового навантаження
споживачів, збільшуючи базову потужність генера-
ції енергосистеми в опалювальний період [1]. Вод-
ночас, при майже 17 ГВт встановленої потужності
вугільних ТЕС впродовж останніх 5 років робоча
потужність теплової генерації навіть у періоди мак-
симумів навантаження не перевищує 9,6 ГВт. При
цьому подальше функціонування цих потужностей
може бути ще більш обмежене в умовах виконання
екологічних зобов’язань Енергетичного співтова-
риства щодо викидів забруднюючих речовин від-
повідно до діючого протягом 2018–2033 рр. Наці-
онального плану зі скорочення викидів.
Стрімке зростання потужностей ВЕС та СЕС
протягом 2019 р. з 1,6 ГВт до майже 3 ГВт з по-
дальшим значним нарощуванням у 2020–2021 рр.
до майже 8 ГВт обумовило те, що, починаючи
з кінця 2019 р., відпуск від цих ВДЕ в мережу
МОДЕЛЮВАННЯ, ОПТИМІЗАЦІЯ
ТА ПРОГНОЗУВАННЯ В ЕНЕРГЕТИЦІ
43
Моделювання забезпечення балансової надійності енергосистеми в умовах значних обсягів відновлюваної генерації
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
диспетчерські обмежувався. Так, у 2019 р. таких
обмежень потужністю 250–300 МВт було всього
лише двічі, а вже у 2020 р. таких обмежень по-
тужністю від 212 МВт до 1656 МВт було близько
20 разів [2]. Подібні ситуації свідчать про немож-
ливість ОЕС України в окремі періоди часу за-
безпечувати нормальні умови її функціонування.
Диспетчерські команди на обмеження генерації
з ВДЕ в ОЕС України надаються для забезпечен-
ня операційної безпеки енергосистеми у випадках,
коли наявний профіцит електроенергії і водночас
вичерпано всі інші можливості для балансування.
Збільшення встановленої потужності ВДЕ, насампе-
ред СЕС, значно ускладнює ведення режимів роботи
енергосистеми. Обмеження генерації СЕС відбува-
ються у сезон високого сонячного випромінювання
(весна-середина осені) у денні години їх максималь-
ної потужності, у полуденний період зниження спо-
живання порівняно з ранковим та вечірнім піками.
Для ВЕС таким сезоном високої генерації є осінь-
зима, і обмеження їх потужності відбувалося у годи-
ни зниження споживання електроенергії [2].
Для дотримання балансу в енергосистемі та за-
безпечення операційної безпеки в період доби про-
фіциту виробництва в енергосистемі диспетчерам
енергосистеми доводиться розвантажувати потуж-
ності ТЕС та ГЕС, використовувати ГАЕС у насо-
сному режимі. В разі недостатності таких заходів
застосовуються обмеження ВДЕ щодо зменшення
їх навантаження з оплатою вартості невідпущеної
електричної енергії [3]. У подальшому при зростан-
ні обсягів генерації на ВДЕ без вирішення проблем
з дефіцитом маневреної потужності та/або заходів з
керованого управління попитом, ця тенденція буде
зберігатися й надалі. Для перенесення профіцитів
електричної енергії потрібне розширення існуючих
ГАЕС або введення нових систем акумулювання
електричної енергії з великою ємністю зберігання, в
тому числі працюючих спільно з ВДЕ.
Тому метою статті є удосконалення моделі про-
гнозування довгострокового розвитку енергосисте-
ми [4, 5] шляхом моделювання забезпечення балан-
сової надійності енергосистеми в умовах застосу-
вання обмеження на відпуск відновлюваної гене-
рації при профіциті виробництва електроенергії та
спільної роботи з акумуляційними системами.
2. Методи та матеріали
У моделі прогнозування довгострокового роз-
витку енергосистеми [4, 5] оптимізація прогнозної
структури генеруючих потужностей енергосисте-
ми проводиться в умовах забезпечення балансу
графіків електричних навантажень (ГЕН) для ха-
рактерних діб кожного року прогнозного періоду:
- діб типового зимового та літнього робочо-
го та вихідних днів при характерних для цих діб
профілів потужності генерації ВЕС та СЕС і ха-
рактерного для цих сезонів рівня генерації ГЕС.
Оптимізовані потужності покриття навантажен-
ня ГЕН цих діб дозволяють визначити основні
щорічні показники функціонування енергосис-
теми протягом прогнозного періоду;
- доби максимального навантаження ОЕС при
профілях ВЕС та СЕС цього сезону з мінімальним
добовим обсягом генерації, що забезпечує визна-
чення максимально необхідної потужності тради-
ційної теплової та атомної генерації;
- доби вихідного дня весняного паводку при
профілях потужності ВЕС та СЕС з максималь-
ним обсягом добової генерації для визначення
максимально необхідної потреби в використанні
акумуляційних систем;
- доби вихідного дня весняного паводку при
профілях потужності ВЕС та СЕС з мінімальним
обсягом добової генерації для визначення макси-
мально необхідної потреби в гнучких маневре-
них резервуючих потужностях.
Такі підходи щодо використання балансів ха-
рактерних діб навантаження енергосистеми ви-
користовуються при підготовці Звіту Укренерго
з оцінки відповідності (достатності) генеруючих
потужностей [6].
В умовах значного профіциту виробництва
електроенергії ВЕС та СЕС скорочення їх генера-
ції в часових періодах графіка електричного на-
вантаження з низьким попитом на електроенергію
можливе за рахунок використання акумуляційних
систем накопичення електроенергії. Але обсяг на-
копиченої електроенергії залежить від попиту у
наступні години доби. Тому надлишок цієї потуж-
ності ВДЕ буде скорочений шляхом зниження їх
відпуску електроенергії в мережу. Таким чином,
профіцит потужності ВЕС та СЕС в енергосистемі
збалансовується або обмеженням їх генерації або
її акумуляцією з використанням акумуляційних
систем накопичення електроенергії з перенесен-
ням з сегментів ГЕН з профіцитом потужності до
наступних сегментів зі збільшеним споживанням.
Для урахування використання генерації ВДЕ
в балансах покриття добових ГЕН їх потужність
розкладається на три складові, що забезпечує ба-
лансову надійність функціонування енергосисте-
ми в умовах профіциту електроенергії:
, , ,G C A exog
ksdzt ksdzt ksdzt ksdz kt kY Y Y a N P k ВЕС СЕС
де G
ksdztY – потужності ВЕС, СЕС, що використо-
вуються при покритті z сегменту d доби s сезону
характерного добового ГЕН, МВт; С
ksdztY – потуж-
ність, на яку зменшується (скорочується) генера-
ція ВЕС, СЕС, МВт; A
ksdztY – потужності ВЕС та
СЕС, що акумулюються в батарейних акумуля-
ційних системах, МВт; aksdz – заданий нормова-
44
Т. НЕЧАЄВА
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
ний профіль потужностей ВЕС, СЕС у відповід-
ному сегменті добового ГЕН; exog
ktN − кількості
нових/існуючих установок ВЕС, СЕС, що екзо-
генно задаються для кожного етапу t прогнозно-
го періоду 1÷T, Pk – одинична потужність ВЕС,
СЕС, що розглядається у моделі, МВт.
У статті [7] розглянуто три методи обмеження
генерації ВДЕ з використанням обмежуючих коефі-
цієнтів для зменшення їх потужності протягом доби
як в абсолютних значеннях, так і погодинними змін-
ними, що дозволяє більш гнучко «керувати» поста-
чанням електроенергії ВЕС та СЕС у мережу. Ана-
логічно до цих підходів, змінна потужності ВДЕ, яка
скорочується, задається певною часткою від загаль-
ної потужності, що генерується, з урахуванням за-
даного для добового профілю потужності:
, , ,C l exog
ksdzt k ksdz kt kY k a N P k ВЕС СЕС
де l
kk – коефіцієнти обмеження загальної генера-
ції ВЕС та СЕС у відповідному сегменті добово-
го ГЕН.
Відповідно у балансах покриття навантажен-
ня кожного сегменту добового ГЕН потужність
генерації ВЕС та СЕС, задана їх характерним до-
бовим профілем, використовується з урахуван-
ням змінної їх потужності обмеження:
, ,
( )P
ksfz ksfdt ksdzt sd
k АЕС ТЕС ТЕЦ f F k ГЕС
a Y Y V
,
( )exog C
ksdz kt n ksdzt
k ВЕС СЕС
a N P Y
, ,
( ) ,i e
ksdzt ksdzt sdzt sdzt sdzt
k САЕ АБ ГАЕС
R Z z z D
, , , 1 ,z Z d D s S t T
де aksfz – коефіцієнти використання в режимі f
встановленої потужності диспетчеризованих
технологій (АЕС, ТЕС, ТЕЦ) відповідно у z сег-
менті характерного добового ГЕН; Yksfdt – змінні
загальної потужності на етапі t диспетчеризова-
них технологій, що використовуються у режимі f
з множини F заданих режимів зміни їх потужнос-
ті при покритті z сегменту d доби сезону s ГЕН;
Yksdzt – змінні загальної потужності ГЕС, МВт;
P
sdV − потужність водопропуску ГЕС для характер-
ної доби d сезону s, МВт; Rkdzt – змінні загальної
потужності генерації ГАЕС або потужності розря-
ду батарейних акумуляційних систем (мережевих
систем акумулювання електроенергії (САЕ) та
акумуляційних систем (АБ), спільно працюючих з
ВДЕ) на етапі t при покритті z зони d доби s сезо-
ну ГЕН, МВт; Zksdzt – змінні загальної потужності
споживання електроенергії ГАЕС або заряду ба-
тарейних акумуляційних систем на етапі t у z зоні
ГЕН d доби s сезону, МВт; i
sdztz , e
sdztz − спеціальні
«штрафні» змінні, що розглядаються як потуж-
ності імпорту/експорту електроенергії в енерго-
системі, МВт; Dsdzt – навантаження z сегменту ти-
пового добового d ГЕН s сезону етапу t прогноз-
ного періоду, МВт.
Потужність заряду батарейних акумуляційних
систем враховує їх використання для акумуляції
частини загальної потужності генерації ВЕС та
СЕС у відповідному сегменті добового ГЕН:
,
A
nsdzt nsdzt
k AБ k ВЕС СЕС
Z Y
.
Відповідно до розгляду потужності ВДЕ з ура-
хуванням обмеження їх генерації та компенсації
недовипущеної ними електроенергії, у критерії
оптимізації структури генеруючих потужностей
енергосистеми з мінімізацією загальносистемних
витрат потужності обмеження ВЕС та СЕС мають
коефіцієнти, що відповідають рівням зелених та-
рифів та граничних перспективних аукціонних
цін. Потужності заряду–розряду батарейних аку-
муляційних систем входять до цільової функції
з коефіцієнтом, що враховує витрати на експлу-
атацію та обслуговування при їх спільній роботі
з ВДЕ та втрати на перетворення. З урахуванням
цього, функціонал моделі має наступний вигляд:
1 , , ,
T
c N v
kt kt n kfsdt kfsdt sdt
t k ВЕС СЕС k ТЕС АЕС ТЕЦ f F s S d D
C X P C Y H
v
ksdzt ksdzt dzt sdt
k ГЕС s S d D z Z
C Y h H
,
v G
kst ksdzt dzt sdt
k ВЕС СЕС s S d D z Z
C Y h H
,
g C
kt ksdzt dzt sdt
k ВЕС СЕС s S d D z Z
c Y h H
,
( )ar az
kt ksdzt kt ksdzt dzt sdt
k АБ ГАЕС s S d D z Z
c R c Z h H
( ) mini i e e
sdzt sdzt dzt sdt
s S d D z Z
k z k z h H ,
де Cc
kt, – середньозважені питомі річні умовно-
постійні питомі витрати технологій; Cv
ksfzt,– се-
редньозважені питомі умовно-змінні експлуа-
таційні витрати установок, приведені до етапу
t початку їх експлуатації; g
ktc – коефіцієнти, що
відповідають рівням поточних зелених тарифів
та граничних перспективних рівнів аукціонних
цін для ВЕС та СЕС; ar
ktc – коефіцієнти, що вра-
ховують витрати на експлуатацію та обслугову-
вання акумуляційних систем, в тому числі і при
їх спільній роботі з ВЕС або СЕС з урахуванням
втрат на перетворення при заряджанні-розря-
джання; ki, ke – коефіцієнти при штрафних змін-
них, значення яких мають перевищувати коефі-
цієнти при інших змінних цільової функції.
k = САЕ, АБ, ГАЕС
45
Моделювання забезпечення балансової надійності енергосистеми в умовах значних обсягів відновлюваної генерації
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
3. Результати
Моделювання перспективної структури гене-
руючих потужностей ОЕС України базувалося на
фактичних даних її функціонування 2019 р. [8].
Типові профілі навантаження енергосистеми та
генерації ВЕС та СЕС було сформовано на фак-
тичних даних покриття навантаження енергосис-
теми у 2019 р. У результаті статистичного ана-
лізу ГЕН за 2019 р. типовим зимовим робочим
днем було визначено 24 січня 2019 р., вихідним –
5 січня 2019 р., літнім робочим – 25 липня 2019 р.,
вихідним – 14 липня 2019 р. При моделювання
розглядався чотирьохсегментний добовий ГЕН
з відповідною агрегацією фактичного погодин-
ного добового графіку потужності споживання з
визначенням середнього навантаження для кож-
ного такого сегмента, що в сукупності має забез-
печити відповідне фактичне добове виробництво
електроенергії. Профілі сегментів навантаження
типових робочих і вихідних діб опалювального
та неопалювального сезону сформовано спів-
відношенням їх потужностей до сегменту зи-
мової робочої доби максимальної потужності.
Для формування профілю доби максимального
навантаження ОЕС було застосовано показники
потужності споживання енергосистеми з мак-
симальною потужністю навантаження 28 січня
2019 р. Відповідно до усереднених потужнос-
тей навантаження сегментів цієї доби, визначено
їх співвідношення до відповідних потужностей
сегментів навантаження зимового робочого дня.
Профіль навантаження доби вихідного дня вес-
няного паводку сформовано на основі фактич-
них даних відповідної доби 25 травня 2019 р. з
максимальним виробництвом ГЕС відносно від-
повідних сегментів доби літнього робочого дня.
У табл. 1 приведено визначені профілі наванта-
ження типових та характерних діб року, що роз-
глядалися при розрахунках.
Типові нормовані профілі потужності СЕС та
ВЕС (табл. 2) було визначено відповідно до їх
фактичних потужностей у визначених місяцях
типових добових ГЕН сезону 2019 р. з урахуван-
ням їх встановленої потужності у цьому місяці.
Для СЕС використовувалися дані для опалюваль-
ного сезону – 20 січня 2019 р., для неопалюваль-
ного – 21 липня 2019 р. Профілі ВЕС сформовано
на фактичних даних 6 січня 2019 р. та 25 липня
2019 р. відповідно. Для доби весняного паводку
сформовані нормовані профілі потужностей ВЕС
і СЕС як при їх максимальному добовому вироб-
ництві, так і при мінімальній генерації. Профіль
СЕС з максимальним виробництвом сформовано
на основі фактичних даних 11.06.2019 р., міні-
мального виробництва – 22.05.2019 р. Для ВЕС
сформовано профілі на основі діб з їх максималь-
ним і мінімальним виробництвом 18.05.2019 р.
та 02.06.2019 р. відповідно.
Моделювання проведено для двох сценарі-
їв зростання потужностей ВДЕ. При помірному
зростанні встановлена потужність ВЕС у 2040 р.
складе 6 ГВт, СЕС – 9,5 ГВт, при швидкому зрос-
танні встановлена потужність ВЕС становитиме
8 ГВт, СЕС – 11 ГВт. У табл. 3 наведено показ-
ники результуючої структури генеруючої потуж-
ності ОЕС України у 2040 році за розробленими
сценаріями зростання потужностей ВДЕ.
Як видно з результатів табл. 3, при швидко-
му зростанні потужностей ВДЕ потреба у аку-
муляційних системах для акумуляції надлишку
їх потужності збільшується. Слід зазначити, що
при моделюванні враховувалося, що всі існую-
чі енергоблоки ТЕС до 2040 р. пройдуть карди-
нальну реконструкцію або заміну на нові енерго-
блоки для забезпечення виконання екологічних
вимог до викидів забруднюючих речовин. Такі
енергоблоки мають достатньо широкий маневре-
ний діапазон до 50%, що забезпечує зростання
гнучкості енергосистеми.
У табл. 4 наведено потужності покриття доби
максимального навантаження енергосистеми у
2040 році, отримані в результаті моделювання за
сценаріями зростання потужностей ВДЕ.
Як видно з табл. 4, для забезпечення макси-
мальної базової генерації АЕС та ТЕС у добу з
максимальним навантаженням енергосистеми у
сегменті 1 мінімального навантаження в режи-
мі споживання застосовуються у повному обсязі
потужності ГАЕС, а також акумуляційні системи
для заряджання генерації ВЕС у цьому сегменті.
Таблиця 1. Нормовані профілі ГЕН типових і характерних діб
Сег-
мент
доби
Трива-
лість,
годин
Опалювальний сезон Неопалювальний сезон Доба макс.
навантаження
ОЕС
Доба
весняного
паводкуРобочий день Вихідний
день Робочий день Вихідний
день
1 7 0,8 0,77 0,59 0,55 1,000 0,978
2 6 0,97 0,86 0,7 0,62 1,029 0,934
3 6 1,0 0,94 0,73 0,65 1,008 0,923
4 5 0,95 0,82 0,72 0,67 1,001 0,942
46
Т. НЕЧАЄВА
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
У табл. 5 наведено результати покриття на-
вантаження доби весняного паводку у 2040 р.
при максимальній та мінімальній генерації ВЕС
та СЕС за сценарієм швидкого зростання їх вста-
новленої потужності.
Як видно з результатів покриття навантажен-
ня енергосистеми при встановленій потужності
ВДЕ 19 ГВт, для балансування попиту при мак-
симальній генерації ВЕС та СЕС необхідно як ви-
користання у режимі споживання електроенергії
у денні години доби як мережевих САЕ, так і аку-
муляційних систем, спільно працюючих з цими
відновлюваними джерелами. Крім того, генера-
ція ВЕС та СЕС протягом доби скорочується від
3,1 ГВт у нічні години до 4,3 ГВт у денні години.
При мінімальноій генерації ВДЕ скорочення їх ге-
нерації не відбувається, використовуються лише
гідроакумулюючі потужності та акумулюючі сис-
теми. Для забезпечення надійності роботи енер-
госистеми у такі характерні доби для покриття
зміни обсягу генерації ВДЕ необхідно резерв по-
тужності маневрених ТЕС оцінюється у 3,8 ГВт.
У табл. 6 наведено результати покриття наван-
таження доби весняного паводку у 2040 р. при
максимальній та мінімальній генерації ВЕС та
СЕС за сценарієм помірного зростання їх вста-
новленої потужності.
Порівняння отриманих результатів, наведених у
табл. 6, з результатами табл. 5 показало, що при по-
мірному зростанні встановленої потужності ВДЕ
до 15,5 ГВт при їх мінімальній генерації акумуля-
ційні системи взагалі не використовуються, а ГАЕС
традиційно споживає електроенергії у нічні години
доби. При максимальній генерації ВДЕ потужності
ГАЕС та акумуляційних систем використовуються
у денні години для споживання профіциту електро-
енергії, а обсяги скорочення відпуску потужності
відновлюваних джерел становлять від 2,3 ГВт до
2,4 ГВт протягом усієї доби. При цьому для забез-
печення зміни обсягів їх генерації від мінімальної
до максимальної необхідно мати резервні потуж-
ності маневрених ТЕС у обсязі 3,2 ГВт.
4. Висновки
Стрімке зростання потужностей ВЕС та СЕС
в ОЕС України значно підвищили потреби у
гнучких механізмах забезпечення балансової на-
дійності енергосистеми. Наявна значна частка
базових атомних потужностей в енергосистемі,
низький маневрений діапазон енергоблоків ТЕС,
обмежений обсяг високоманевреної гідрогенера-
ції вже призвели до обмежень на відпуск елек-
троенергії від цих ВДЕ в умовах сезонного та до-
бового зниження попиту.
Таблиця 2. Нормовані профілі потужностей ВЕС та СЕС для типових та характерних діб ГЕН
Сегмент
доби
Доба
опалювального
сезону
Доба
неопалювального
сезону
Доба макс.
навантаження
ОЕС
Доба весняного паводку ОЕС
Макс. генерації
ВДЕ
Мінім. генерації
ВДЕ
СЕС ВЕС СЕС ВЕС СЕС ВЕС СЕС ВЕС СЕС ВЕС
1 0,0 0,492 0,005 0,287 0,000 0,039 0,008 0,775 0,003 0,087
2 0,105 0,422 0,392 0,137 0,031 0,063 0,462 0,795 0,265 0,039
3 0,077 0,464 0,425 0,283 0,027 0,093 0,559 0,869 0,382 0,018
4 0,0 0,576 0,020 0,364 0,000 0,153 0,023 0,799 0,017 0,025
Таблиця 3. Прогнозна структура генеруючих потужностей ОЕС України
за сценаріями зростання потужностей ВДЕ у 2040 р., МВт
Сценарій Швидке зростання Помірне зростання
Загальна встановлена потужність, ГВт, % 59,1 100,0% 55,6 100,0%
АЕС 15,9 27,0% 15,9 28,7%
ТЕС 14,4 24,4% 14,9 26,7%
ВЕС 8,0 13,5% 6,0 10,8%
СЕС 11,0 18,.6% 9,5 17,1%
ГЕС 4,9 8,3% 4,9 8,8%
ГАЕС 2,0 3,3% 2,0 3,5%
САЕ 1,6 2,7% 1,6 2,9%
АБ 1,3 2,2% 0,9 1,5%
47
Моделювання забезпечення балансової надійності енергосистеми в умовах значних обсягів відновлюваної генерації
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
Таблиця 4. Потужності покриття максимального навантаження енергосистеми у 2040 р., МВт
Зростання потужностей
ВДЕ Швидке зростання Помірне зростання
Сегмент доби 1 2 3 4 1 2 3 4
Тривалість сегменту, год 7 6 6 5 7 6 6 5
АЕС 12685 12685 12685 12685 12685 12685 12685 12685
ТЕС 10742 11903 11903 11903 10294 12307 12307 12307
СЕС 0 341 297 0 0 295 257 0
ВЕС 312 505 745 1226 234 378 558 918
ГЕС 150 856 2405 676 150 2035 1665 150
ГАЕС генерація 0 1063 0 0 0 0 681 0
Розряджання САЕ 0 0 0 0 0 0 0 430
Розряджання АБ 0 346 0 0 0 0 259 0
ГАЕС закачування –1249 0 0 0 –800 0 0 0
Заряджання САЕ 0 0 0 0 0 0 –377 0
Заряджання АБ –312 0 0 0 –234 0 0 0
Навантаження 22329 27700 28035 26490 22329 27700 28035 26490
Таблиця 5. Баланси покриття навантаження енергосистеми доби весняного паводку
навантаження при максимальній та мінімальній генерації ВЕС та СЕС
при швидкому зростанні їх встановленої потужності у 2040 р., МВт
Генерація ВЕС та СЕС Максимальна Мінімальна
Сегмент доби 1 2 3 4 1 2 3 4
Тривалість сегменту, год 7 6 6 5 7 6 6 5
АЕС 7719 7719 8211 7942 7719 7719 8211 7942
ТЕС 2823 2823 2823 5410 5624 6584 6613 7161
СЕС 84 5078 6150 256 33 2915 4202 187
ВЕС 6208 6368 6961 6400 700 312 146 196
ГЕС 2814 300 300 300 2354 300 865 1907
ГАЕС генерація 0 491 0 155 0 0 0 1095
Розряджання САЕ 0 0 0 670 0 0 0 0
Розряджання АБ 0 0 0 1040 0 260 0 357
ГАЕС закачування –77 0 –177 0 0 0 –1250 0
Заряджання САЕ 0 –375 –213 0 0 0 0 0
Заряджання АБ 0 0 –912 0 -503 0 0 0
Навантаження 15926 18090 18788 18846 15926 18090 18788 18846
Обмеження ВДЕ 3146 4315 4355 3328 0 0 0 0
Розроблено новий підхід до врахування генера-
ції ВДЕ при формуванні балансів покриття наван-
таження енергосистеми, при якому, на відміну від
існуючого, проведено детальне врахування вико-
ристання потужності генерації цих ВДЕ. Загальна
потужність їх генерації, формована відповідно до
характерного профілю доби, розподіляється на три
складові, що враховують як потужність, що відпус-
кається в енергосистему, так і профіцитну потуж-
ність, яка, при вичерпанні всіх інших можливостей
щодо збалансування покриття попиту на електро-
енергію на кожному часовому сегменті добового
графіка електричного навантаження, надходить в
акумуляційну систему або обмежується.
Забезпечення балансової надійності енерго-
системи при функціонуванні значних обсягів
48
Т. НЕЧАЄВА
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
негарантованих потужностей ВЕС та СЕС врахо-
вано у моделі оптимізації прогнозної структури
генеруючих потужностей електроенергетичної
системи використанням балансів характерних
добових графіків електричного навантаження, в
яких визначаються обсяги необхідної маневреної
потужності для покриття кожного діапазону ГЕН
при заданому рівні зміни потужності ВДЕ.
Результати сценарних розрахунків показали, що
при зростанні до 2040 р. встановлених потужнос-
тей ВЕС до 7 ГВт і 11 ГВт СЕС необхідно впрова-
дження 2,9 ГВт батарейних акумуляційних систем,
з яких 1,6 ГВт мережевих акумуляційних систем
та 1,3 ГВт акумуляційних систем, що працюють
спільно з електростанціями на ВДЕ. У дні весня-
ного паводку для підтримки зміни потужності ВЕС
та СЕС необхідно 3,8 ГВт наявного резерву по-
тужностей ТЕС. При максимальній генерації ВДЕ
у цей період диспетчерське обмеження їх потуж-
ності у часових інтервалах доби складає від 3,1 до
4,3 ГВт. При помірному зростанні до 6 ГВт вста-
новленої потужності ВЕС і 9,5 ГВт СЕС потреба
у акумуляційних системах, що працюють спільно з
ВДЕ, зменшується до 0,9 ГВт, а потреба у резерву-
ючих потужностях ТЕС становить 3,2 ГВт.
Посилання
1. Звіт з оцінки відповідності (достатності) гене-
руючих потужностей для покриття прогнозованого
попиту на електричну енергію та забезпечення необ-
хідного резерву у 2020 році. НЕК «Укренерго». URL:
https://ua.energy/wp-content/uploads/2021/06/Zvit-
z-otsinky-vidpovidnosti-dostatnosti-generuyuchyh-
potuzhnostej-dlya-pokryttya-prognozovanogo-
popytu-na-elektrychnu-energiyu-ta-zabezpechennya-
-neobhidnogo-rezervu-u-2020.pdf (дата звернення:
22.02.2021).
2. Робота ОЕС (текст з екрану). НЕК «Укренерго».
URL: https://ua.energy/category/robotaips (дата звер-
нення: 18.01.2022).
3. Про ринок електричної енергії: Закон України
від 13.04.2017 № 2019-VIII. Верховна Рада Украї-
ни. Законодавство України. URL: https://zakon.rada.
gov.ua/laws/show/2019-19#Text (дата звернення:
18.01.2022).
4. Нечаєва Т.П. Модель та структура довгостроко-
вого розвитку генеруючих потужностей електро-
енергетичної системи з урахуванням динаміки вво-
ду-вибуття потужностей та зміни їх техніко-еконо-
мічних показників. Проблеми загальної енергетики.
2018. Вип. 3(54). С. 5––9. https://doi.org/10.15407/
pge2018.03.005
5. Нечаєва Т.П. Урахування використання акуму-
ляційних систем у моделі прогнозування довго-
строкового розвитку електроенергетичної системи.
Проблеми загальної енергетики. 2021. Вип. 3(66).
С. 14––22. https://doi.org/10.15407/pge2021.03.014
6. Методологія виконання оцінки відповідності (до-
статності) генеруючих потужностей. НЕК «Укре-
нерго». 2020. URL: https://ua.energy/wp-content/
uploads/2020/11/Metodologiya-2020-v2.pdf (дата звер-
нення: 22.02.2021).
7. Шульженко С.В. Оптимізація диспетчеризації ге-
неруючих потужностей енергосистеми за умови об-
меження генерації вітрових та сонячних електростан-
цій. Проблеми загальної енергетики. 2020. Вип. 4(63).
С. 14—23. https://doi.org/10.15407/pge2020.04.014
8. 8. Погодинний баланс потужності ОЕС України.
Єдиний державний веб-портал відкритих даних.
URL: http://ua.energy/static/2014-2020.xlsx (дата
звернення: 18.03.2021).
Таблиця 6. Баланси покриття навантаження енергосистеми доби весняного паводку навантаження
при максимальній та мінімальній генерації ВЕС та СЕС при помірному зростанні
їх встановленої потужності у 2040 р., МВт
Генерація ВЕС та СЕС Максимальна Мінімальна
Сегмент доби 1 2 3 4 1 2 3 4
Тривалість сегменту, год 7 6 6 5 7 6 6 5
АЕС 8097 8097 8097 8877 8097 8097 8097 8877
ТЕС 2986 2986 2986 5736 6182 6182 6182 7055
СЕС 73 4390 5317 221 29 2520 3633 162
ВЕС 4650 4770 5214 4794 524 234 110 147
ГЕС 2445 731 300 300 1094 1907 766 1860
ГАЕС генерація 0 0 0 745 0 0 0 745
Розряджання САЕ 0 0 0 0 0 0 0 0
Розряджання АБ 0 0 0 570 0 0 0 0
ГАЕС закачування 0 0 –850 0 0 –850 0 0
Заряджання САЕ 0 0 0 0 0 0 0 0
Заряджання АБ 0 –500 0 0 0 0 0 0
Навантаження 15926 18090 18788 18846 15926 18090 18788 18846
Обмеження ВДЕ 2325 2385 2277 2397 0 0 0 0
49
Моделювання забезпечення балансової надійності енергосистеми в умовах значних обсягів відновлюваної генерації
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
References
1. Zvit z otsinky vidpovidnosti (dostatnosti) henerui-
uchykh potuzhnostei dlia pokryttia prohnozovano-
ho popytu na elektrychnu enerhiiu ta zabezpech-
ennia neobkhidnoho rezervu u 2020 rotsi. NPC
«Ukrenergo». URL: https://ua.energy/wp-content/
uploads/2021/06/Zvit-z-otsinky-vidpovidnosti-do-
statnosti-generuyuchyh-potuzhnostej-dlya-pokryt-
tya-prognozovanogo-popytu-na-elektrychnu-energi-
yu-ta-zabezpechennya-neobhidnogo-rezervu-u-2020.
pdf (Last accessed: 22.02.2021) [in Ukrainian].
2. Robota OES (on-screen text). NPC „Ukrenergo“.
URL: https://ua.energy/category/robotaips (Last ac-
cessed: 18.01.2022) [in Ukrainian].
3. On Electricity Market: Law of Ukraine, April 13,
2017, No. 2019-VIII. Verkhovna Rada of Ukraine. Leg-
islation of Ukraine. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/
show/2019-19?lang=en#Text (Last accessed: 18.01.2022).
4. Nechaieva, T.P. (2018). Мodel and structure of the
long-term development of generating capacities of a
power system with regard for the commissioning and
decommissioning dynamics of capacities and chang-
ing their technical-and-economic indices. The Prob-
lems of General Energy. 3(54), 5–9 [in Ukrainian].
https://doi.org/10.15407/pge2018.03.005
5. Nechaieva, T.P. (2021). Accounting for use of ener-
gy storage systems in the model of the long-term pow-
er system development forecasting. The Problems of
General Energy. 3(66), 14–22 [in Ukrainian]. https://
doi.org/10.15407/pge2021.03.014
6. Metodolohiia vykonannia otsinky vidpovidnos-
ti (dostatnosti) heneruiuchykh potuzhnostei. (2020).
NPC “Ukrenergo”. URL: https://ua.energy/wp-con-
tent/uploads/2020/11/Metodologiya-2020-v2.pdf.
(Last accessed: 22.02.2021) [in Ukrainian].
7. Shulzhenko, S.V. (2020). Optimal generation dis-
patch with wind and solar curtailment. The Prob-
lems of General Energy, 4(63),14–23. https://doi.
org/10.15407/pge2020.04.014
8. Pohodynnyi balans potuzhnosti OES Ukrainy.
(2021). Yedynyi derzhavnyi veb-portal vidkrytykh
danykh. URL: http://ua.energy/static/2014-2020.xlsx
(Last accessed: 18.03.2021) [in Ukrainian].
Надійшла до редколегії: 08.02.2022
MODELING ENSURING DEMAND-SUPPLY BALANCE
OF THE POWER SYSTEM IN CONDITIONS
OF SIGNIFICANT RENEWABLE GENERATION
Tetiana Nechaieva, PhD (Engin.), https://orcid.org/0000-0001-9154-4545
Institute of General Energy of NAS of Ukraine, 172, Antonovych Str., Kyiv, 03150,
Ukraine;
e-mail: info@ienergy.kiev.ua
Corresponding author: nechaieva@ienergy.kiev.ua
Abstract. The problems of functioning of the IPS of Ukraine at fast growth in its struc-
ture the renewable energy source (RES)capacities such as wind and solar power plants
are considered. In existing conditions, the presence of a signifi cant share of basic nucle-
ar generation, a small maneuverable range of TPP power units, and a limited amount
of highly maneuverable hydro generation of the existing fl exibility of the power system
is not enough to ensure demand-supply balance of the power system with surplus RES
electricity generation. The solution to this problem is currently performed by using hy-
dro-pumped storage during uncharacteristic daytime hours of the day and limiting of
electricity supply of wind and power plants into the power system. A modern solution is
the use of to the battery storage systems to transfer the surplus of electricity from these
RES in hours of increased consumption. The article presents the developed approach to
modeling the participation of wind and solar capacities in load coverage balances of the
optimization model of the forecast structure of power system generating capacities, that
takes into account both curtailment and accumulation of excess generation of these RES.
The modeling results showed that with signifi cant of wind and solar power capacities,
providing balance coverage load during spring fl oods with a signifi cant share of nuclear
generation capacity and the need for water supply is carried out as using hydro-pumped
capacity during daytime hours of surplus capacity, grid battery storage systems so and
battery storage systems, working together with RES, and their power curtailment.
Keywords: power system, balance reliability, mathematical model, battery energy stor-
age system, load curve, power curtailment.
|
| id | systemreorg-article-551 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:17:48Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/aa/1a9c6257fa9cded6be872604d83c5daa.pdf |
| spelling | systemreorg-article-5512026-07-18T12:57:42Z Modeling ensuring demand-supply balance of the power system in conditions of significant renewable generation Моделювання забезпечення балансової надійності енергосистеми в умовах значних обсягів відновлюваної генерації Nechaieva T.P. power system, balance reliability, mathematical model, battery energy storage system, load curve, power curtailment енергосистема, балансова надійність, математична модель, акумуляційна система накопичення електроенергії, графік навантаження, обмеження генерації The problems of functioning of the IPS of Ukraine at fast growth in its structure the renewable energy source (RES)capacities such as wind and solar power plants are considered. In existing conditions, the presence of a significant share of basic nuclear generation, a small maneuverable range of TPP power units, and a limited amount of highly maneuverable hydro generation of the existing flexibility of the power system is not enough to ensure demand-supply balance of the power system with surplus RES electricity generation. The solution to this problem is currently performed by using hydro-pumped storage during uncharacteristic daytime hours of the day and limiting of electricity supply of wind and power plants into the power system. A modern solution is the use of to the battery storage systems to transfer the surplus of electricity from these RES in hours of increased consumption. The article presents the developed approach to modeling the participation of wind and solar capacities in load coverage balances of the optimization model of the forecast structure of power system generating capacities, that takes into account both curtailment and accumulation of excess generation of these RES. The modeling results showed that with significant of wind and solar power capacities, providing balance coverage load during spring floods with a significant share of nuclear generation capacity and the need for water supply is carried out as using hydro-pumped capacity during daytime hours of surplus capacity, grid battery storage systems so and battery storage systems, working together with RES, and their power curtailment. Розглянуто проблеми функціонування ОЕС України при швидкому зростанні в її структурі обсягів генерації на відновлюваних джерелах енергії, таких, як вітрові та сонячні електростанції. В існуючих умовах наявності значної частки базової атомної генерації, малого маневреного діапазону енергоблоків ТЕС та обмеженого обсягу високоманевреної гідрогенерації наявної гнучкості енергосистеми недостатньо для забезпечення балансової надійності енергосистеми при профіциті виробництва електроенергії на ВДЕ. Вирішення цієї проблеми наразі проводиться застосуванням гідроакумуляції у нехарактерні денні години доби та обмеженням відпуску ВЕС та СЕС в енергосистему. Сучасним рішенням є застосування акумуляційних систем накопичення електроенергії для перенесення профіциту електроенергії від цих ВДЕ у години з підвищеним споживанням. У статті наведено розроблений підхід до моделювання участі потужностей ВЕС та СЕС у балансах покриття навантаження моделі оптимізації прогнозної структури генеруючих потужностей енергосистеми, що враховує як обмеження, так і акумулювання надлишкової генерації цих ВДЕ. Результати моделювання засвідчили, що при значних обсягах потужностей ВЕС та СЕС забезпечення балансу покриття навантаження у дні весняного паводку при значній частці потужностей атомної генерації та необхідності водопропуску проводиться як використанням гідроакумулюючих потужностей у денні години профіциту потужностей, мережевих акумуляційних систем, так і акумуляційних систем, працюючих спільно з ВДЕ, так і обмеженням їх потужності. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2022-05-28 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/551 10.15407/pge2022.01-02.042 System Research in Energy; No. 1-2 (68-69 (2022): The Problems of General Energy; 42-49 Системні дослідження в енергетиці; № 1-2 (68-69 (2022): Проблеми загальної енергетики; 42-49 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/551/706 Copyright (c) 2022 Nechaieva T.P. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | power system balance reliability mathematical model battery energy storage system load curve power curtailment Nechaieva T.P. Modeling ensuring demand-supply balance of the power system in conditions of significant renewable generation |
| title | Modeling ensuring demand-supply balance of the power system in conditions of significant renewable generation |
| title_alt | Моделювання забезпечення балансової надійності енергосистеми в умовах значних обсягів відновлюваної генерації |
| title_full | Modeling ensuring demand-supply balance of the power system in conditions of significant renewable generation |
| title_fullStr | Modeling ensuring demand-supply balance of the power system in conditions of significant renewable generation |
| title_full_unstemmed | Modeling ensuring demand-supply balance of the power system in conditions of significant renewable generation |
| title_short | Modeling ensuring demand-supply balance of the power system in conditions of significant renewable generation |
| title_sort | modeling ensuring demand-supply balance of the power system in conditions of significant renewable generation |
| topic | power system balance reliability mathematical model battery energy storage system load curve power curtailment |
| topic_facet | power system balance reliability mathematical model battery energy storage system load curve power curtailment енергосистема балансова надійність математична модель акумуляційна система накопичення електроенергії графік навантаження обмеження генерації |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/551 |
| work_keys_str_mv | AT nechaievatp modelingensuringdemandsupplybalanceofthepowersysteminconditionsofsignificantrenewablegeneration AT nechaievatp modelûvannâzabezpečennâbalansovoínadíjnostíenergosistemivumovahznačnihobsâgívvídnovlûvanoígeneracíí |