Prospects for the use of electric heat generators in district heating systems for the supply of energy supplementary services for power systems
The projection of the hot water thermal load of the district heating system’s consumers is developed. It is shown that the total heat load of centralized hot water supply systems in Ukraine today is about 3.0 GW. It determines the full potential of maneuvering power of electric heat generators to pr...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/792 |
| 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_ | 1871104305740644352 |
|---|---|
| author | Derii V.O. |
| author_facet | Derii V.O. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Derii V.O.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Derii V.O. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:47Z |
| description | The projection of the hot water thermal load of the district heating system’s consumers is developed. It is shown that the total heat load of centralized hot water supply systems in Ukraine today is about 3.0 GW. It determines the full potential of maneuvering power of electric heat generators to provide ancillary services to a power system. Moreover, due to the decline of the Ukrainian population and the decrease of demand for thermal energy, it is expected to decline in the future and will reach 1.9 GW in 2050 (down 36.6% compared to 2020). During the non-heating period, under market conditions, it is expected that heat-generating technologies will compete with each other for the ability to supply heat water to the district systems. The solar collectors will be excluded from the market competition as they do not require a fuel, and therefore their use during the non-heating period is the most profitable. Another technology that will be in use is biomass boilers, their minimum reduced weighted average lossless price of thermal energy (Marginal Levelized Price of Energy - MLPOE) is 102 UAH / Gcal. Gas cogeneration technologies also have a great chance to use their thermal capacity (MLPOE - 258 UAH / Gcal), heat pumps (MLPOE - 155 UAH / Gcal), electric boilers (MLPOE - 633 UAH / Gcal) and gas boilers (MLPOE -964 UAH / Gcal) will also be used.The analysis of different options for providing ancillary services to the power system showed that considering the competition among technologies, the most feasible option is to involve CHP equipped with electric heat generators. This option allows performing both daily regulation of power and load of power system and also regulation during the system’s night minimum load. At the same time, the balancing power for the current situation is about 1.3 GW for daily control and 1.4 GW for regulation during the night minimum load |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2021.04.013 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:03:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
13
Перспективи використання електричних теплогенераторів у системах централізованого
теплопостачання для надання допоміжних послуг енергосистемам
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 4(67)
ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2021, 4(67): 13–20
doi: https://doi.org/10.15407/pge2021.04.013
Нерівномірність споживання електроенергії
протягом доби спостерігається у всіх країнах
світу. Вона обумовлена характером життєдіяль-
ності суспільства та накладає відповідні вимоги
на енергетичні системи по оперативній зміні їх
потужностей або навантаження окремих груп
споживачів. В України існує гостра нестача ма-
неврених потужностей для регулювання і тому
для забезпечення стійкості енергосистем та
стабільності їх частоти щодоби під час «нічних
провалів» графіків електричних навантажень
(ГЕН) згідно звіту НЕК Укренерго з оцінки від-
повідності генеруючих потужностей [1] відклю-
чаються 7–10 енергоблоків вугільних теплових
електростанцій, що призводить до зменшення їх
ресурсу, перевитрат палива, збільшення витрат
на експлуатацію та ремонт.
Відомо, що одним із ефективних методів ви-
рішення системних проблем ОЕС України є ви-
користання електротеплових генераторів (ЕТГ).
Суть методу полягає в тому, що при виникненні
надлишку електричної енергії в енергосисте-
мі ЕТГ перетворюють її в теплову. Далі теплова
енергія за допомогою мереж системи централізо-
ваного теплопостачання (СЦТ) частково подаєть-
ся споживачам, а частково акумулюється для по-
дальшого споживання [2]. Використання ЕТГ для
надання допоміжних послуг енергосистемам ак-
тивно досліджується, наприклад в роботах [2–4],
де показані їх техніко-економічні переваги по-
рівняно з традиційними системами регулювання
частоти та потужності ОЕС України. Але, на дум-
ку автора даної роботи, дослідження щодо пер-
спектив використання ЕТГ та прогнозів зміни їх
потужностей не проводилося, що і є метою даної
роботи, і тому це дослідження є актуальним.
Однією із основних вимог використання ЕТГ
є наявність споживачів теплової енергії, яку вони
виробляють. Для цього найбільше підходять спо-
живачі систем постачання гарячої води, які її
споживають протягом всього року, що забезпе-
чує максимальне використання встановленої по-
тужності ЕТГ, а, відповідно, і отримання макси-
мального прибутку від надання ними допоміжних
УДК 621.643.053 В.О. ДЕРІЙ, канд. техн. наук, ст. наук. співр., ORCID: 0000-0002-5689-4897
Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна
ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРІВ
У СИСТЕМАХ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ
ДЛЯ НАДАННЯ ДОПОМІЖНИХ ПОСЛУГ ЕНЕРГОСИСТЕМАМ
Розроблено прогноз зміни теплового навантаження споживачів гарячої води сис-
тем централізованого теплопостачання України. Показано, що сумарне по Україні
середнє за рік теплове навантаження централізованих систем постачання гарячої
води станом на 2020 р. становить близько 3,0 ГВт. Воно визначає максимальний
потенціал маневреної потужності електричних теплогенераторів для надання до-
поміжних послуг енергосистемам. У зв’язку із прогнозованим зменшенням чи-
сельності населення України та попиту на теплову енергію, воно буде невпинно
зменшуватися та досягне в 2050 р. 1,9 ГВт. У неопалювальний період у ринкових
умовах слід очікувати, що теплогенеруючі технології будуть конкурувати між собою
за можливість підігрівати воду для систем постачання гарячої води. Очікувано, що
поза конкуренцією будуть сонячні колектори, далі будуть використовуватися кот-
ли на біомасі, газові когенераційні установки, теплові насоси, електричні та газові
котли. Запропоновано ряд варіантів використання електричних теплогенераторів
для надання допоміжних послуг енергосистемам. Найкращим із них є залучення
ТЕЦ із розміщеними в них електричними теплогенераторами. При цьому сумарна
маневрена електрична потужність ТЕЦ та електричних теплогенераторів станом на
2020 р. становить близько 1,3 ГВт для добового регулювання та 1,4 ГВт для регу-
лювання під час нічного провалу графіків електричних навантажень.
К л ю ч о в і с л о в а: структура генерації теплової енергії, теплогенеруючі тех-
нології, теплове навантаження, енергосистема, графік електричних навантажень,
нічний провал, потужність, теплові насоси, електричні котли, ТЕЦ.
© В.О. ДЕРІЙ, 2021
14
В.О. ДЕРІЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 4(67)
послуг. У нашому випадку це означає, що ЕТГ
доцільно встановлювати на теплових джерелах
СЦТ, які працюють протягом усього року, а їх по-
тужність повинна дорівнювати середньому наван-
таженню систем гарячого водопостачання (ГВП),
для визначення якого і буде проведений наступ-
ний аналіз.
В якості вхідних даних взято прогнозну струк-
туру паливного балансу СЦТ, яка розроблена ав-
тором у попередньому дослідженні [5]. Для про-
ведення аналізу ця структура була доопрацьована
та приведена до більш помірного (консерватив-
ного) варіанта використання електроенергії для
теплової генерації. Відповідно до цього збіль-
шилися частки використання природного газу та
вугілля. Зміна структури паливного балансу СЦТ
призвела до зміни структури генерації теплової
енергії СЦТ, яка показана в табл. 1.
Середня теплова потужність теплогенеруючих
технологій за опалювальний період визначалася
за виразом:
6
21 10p
г
kt
kt t
Qkkq , (1)
де ktq – середня за опалювальний період теплова
потужність k-тої технології в рік t; k1 – коефіці-
єнт пропорційності при переводі Гкал/год в МВт
(1,163); k2 – коефіцієнт, який враховує вплив ви-
робництва теплової енергії k-тою технологією в
неопалювальний період на середню потужність
(0,88); г
ktQ – кількість виробленої теплової енергії
k-тої технології в рік t; pt – кількість годин роботи
k-тої технології в рік;
Пояснення щодо коефіцієнта k2. У табл. 1 на-
ведено річні обсяги генерації теплової енергії, які
враховують її виробництво як в опалювальний,
так і в неопалювальний періоди. А середня потуж-
ність теплогенеруючої технології визначається
тільки для опалювального періоду. Тобто у виразі
(1) необхідно виключити вплив виробництва те-
плової енергії в неопалювальний період (теплову
енергію для приготування гарячої води). У тепло-
вих джерелах у переважній більшості випадків
кількість теплової енергії, яка використовується
для приготування гарячої води протягом року,
приблизно дорівнює кількості теплової енергії,
яка іде на опалення протягом опалювального пе-
ріоду (50% : 50%). У першому наближенні тепло-
ву енергію, яка використовується на приготування
гарячої води, можна розподілити в рівних пропо-
рціях між опалювальним та неопалювальним пе-
ріодами (25% : 25%). Але згідно рекомендацій, які
наведені в [6], у неопалювальний період необхід-
но використовувати понижуючий коефіцієнт для
витрат теплової енергії на приготування гарячої
води, який дорівнює 0,8. Крім того, протягом
близько місяця гаряча вода не подається спожи-
вачам через проведення ремонтних робіт у СЦТ.
Потім необхідно також врахувати, що в ряді міст
(наприклад Одеса, Херсон, Миколаїв та інші) га-
ряча вода в неопалювальний період не подається
споживачам або подається за графіком. А в деяких
містах гаряча вода взагалі не подається спожива-
чам протягом року (Біла Церква). Враховуючи
всі ці фактори, зроблено припущення, що в нео-
палювальний період використовується близько
12% теплової енергії від річного її виробництва.
Згідно аналізу статистичних даних виробництва
теплової енергії різними джерелами за 2018 р. [7],
ця величина становила 11,5%, що підтверджує ви-
щезгадане припущення.
У табл. 2 показано прогнозну структуру по-
тужностей теплогенеруючих технологій, які роз-
раховані за формулою (1) та будуть використову-
ватися в СЦТ.
Загальновідомо, що середнє теплове наван-
таження систем постачання гарячої води (ГВП)
складає близько 20% від повного середнього на-
вантаження під час опалювального періоду. Ви-
користовуючи цей факт, було визначено сумарне
середнє теплове навантаження систем ГВП по
всіх джерелах станом на 2020 р., яке становить
Таблиця 1. Прогнозна структура генерації теплової енергії СЦТ (помірний сценарій), млн Гкал/рік
Теплове джерело/Рік 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Котельні, ТЕС на вугіллі 11,27 10,30 8,47 6,92 5,48 3,74 3,17
Котельні, ТЕЦ на газі 45,14 43,23 36,07 29,40 24,89 21,30 16,70
Котли на біомасі 3,79 4,67 4,63 4,57 4,74 4,62 4,74
Котли на нафтопродуктах 0,53 0,42 0,27 0,15 0,04 0,00 0,00
Сонячні колектори 0,06 0,25 0,54 0,86 1,49 2,12 2,84
Теплові насоси 1,09 2,14 3,28 4,23 5,57 7,57 10,50
Електрокотли 0,28 0,44 0,54 0,48 0,48 0,65 0,90
Всього 62,2 61,4 53,8 46,6 42,7 40,0 38,8
15
Перспективи використання електричних теплогенераторів у системах централізованого
теплопостачання для надання допоміжних послуг енергосистемам
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 4(67)
2998,5 МВт та є повним потенціалом маневреної
потужності ЕТГ.
Далі побудуємо прогноз зміни навантаження
систем ГВП. Найбільшими впливовими фактора-
ми на навантаження ГВП будуть скорочення на-
селення України та процеси децентралізації. Для
аналізу був використаний сценарій зміни чисель-
ності населення України, розроблений Департа-
ментом ООН із соціальних та економічних питань
[8] та дані, які наведені в [9], щодо процесів де-
централізації. Процеси децентралізації обумовле-
ні, перш за все, низькою якістю послуг з надання
ГВП та високими цінами. Споживачі масово від-
мовляються від цих послуг та використовують до-
машні електричні водопідігрівачі (бойлери) [10].
При побудові прогнозу навантаження ГВП
було зроблено припущення, що протягом 2020–
2035 р. буде проведена масштабна реконструкція
та модернізація СЦТ, відновлено системи ГВП та
їх послуги стануть дешевшими, ніж використання
бойлерів і процеси децентралізації припиняться.
Навантаження систем ГВП за роками розрахо-
вувалося за формулою:
1 (1 /100) (1 /100)гвп гвп н д
t t t tq q , (2)
де гвп
tq – навантаження систем ГВП у рік t
( ); 1 2000
гвп гвпq q гвпq2000 – навантаження систем ГВП у
2000 р.; н
t , д
t – темпи зміни чисельності населен-
ня України та темпи децентралізації в рік t, %.
Результати розрахунків та припущень наведені
в табл. 3.
Із табл. 3 видно, що під впливом зменшення
кількості населення та процесів децентралізації
сумарне теплове навантаження систем ГВП за пе-
ріод 2000–2050 р. зменшиться на 37% та досягне
в 2050 р. значення 1901,8 МВт.
Повністю реалізувати наведений в табл. 3
повний потенціал маневреної потужності ЕТГ
можливо тільки в рамках Державної програми.
У реальних же умовах функціонування СЦТ у
неопалювальний період теплогенеруючі техноло-
гії будуть конкурувати між собою за можливість
підігрівати воду для систем ГВП. Поза конкурен-
цією безумовно будуть сонячні колектори, що
не потребують палива, і тому їх використання
у цей період найбільш вигідно. Далі будуть ви-
користовуватися котли на біомасі, їх мінімальна
приведена середньозважена беззбиткова ціна те-
плової енергії (Marginal Levelized Price of Energy –
MLPOE), (показник детально описаний в [11])
становить 1021 грн/Гкал. Газові когенераційні
технології також мають великий шанс на ви-
користання їх теплової потужності (MLPOE –
258 грн/Гкал). Також будуть використовуватися
Таблиця 2. Прогнозна структура середніх потужностей
теплогенеруючих технологій за опалювальний період, МВт
Теплове джерело/Рік 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Котельні на вугіллі 2589 2408 2029 1697 1377 964 838
ТЕЦ на газі 3201 3429 3067 2714 2521 2387 2062
Котельні на газі 7799 7288 6089 4931 4113 3435 2624
Котли на біомасі 924 1158 1174 1187 1263 1263 1330
Котли на нафтопродуктах 129,5 104,2 69,2 39,1 11,8 0,0 0,0
Сонячні колектори 16 62 132 208 353 492 645
Теплові насоси 265 531 832 1099 1484 2069 2945
Еелектрокотли 68 109 137 125 128 178 253
Всього 14993 15089 13531 11999 11252 10788 10697
Таблиця 3. Прогноз зміни навантаження систем ГВП
Показник/Рік 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Темпи зміни чисельності
населення України, % 0 2,97 3,54 3,91 3,82 3,70 3,57
Темпи децентралізації, % 0 6 7 5 2 0 0
Навантаження систем ГВП
(повний потенціал маневреної
потужності ЕТГ), МВт
2998,5 2653,4 2380,4 2172,9 2048,1 1972,3 1901,8
1 При вартості біопалива 35 €/т.
16
В.О. ДЕРІЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 4(67)
теплові насоси (MLPOE – 155 грн/Гкал), елек-
тричні котли2 (MLPOE – 633 грн/Гкал) та газові
котли (MLPOE – 964 грн/Гкал).
З урахуванням MLPOE теплової енергії для
цих пріоритетних технологій був побудований
прогноз з використання їх потужностей для сис-
тем ГВП у неопалювальний період, який показано
в табл. 4.
Із табл. 4 видно, що потужності сонячних ко-
лекторів будуть повністю використані під час нео-
палювального сезону. Котли на біомасі та ТЕЦ на
природному газі будуть задіяні на літнє теплове
навантаження (20%). Потужності теплових насо-
сів будуть повністю задіяні до 2035 р., далі вони
будуть зменшуватися. Потужності електричних
котлів у неопалювальний період будуть задіяні на
100% до 2035 р. а газових – частково до 2030 р.
Електричне навантаження ЕТГ характеризує
їх можливості для надання допоміжних послуг
енергосистемам. Використовуючи інформацію,
наведену в табл. 2 щодо теплової потужності ЕТГ
(теплові насоси та електричні котли), їх електрич-
не навантаження можна визначити за формулою:
етг
етг
t
етг
t kqP / , (3)
де етг
tP – електричне навантаження ЕТГ у рік t;
етг
tq – теплова потужність ЕТГ у рік t; етгk – коефі-
цієнт перетворення ЕТГ.
Результати розрахунків показані на рис. 1.
Як видно із рис. 1, максимальне маневрене
навантаження ЕТГ у неопалювальний період в
2035 р. буде складати 402 МВт.
При сприятливих умовах (зменшення вартості
електроенергії, збільшення вартості допоміжних
послуг та біомаси) електричне навантаження ЕТГ
може бути збільшеним за рахунок заміщення ними
теплової енергії, яку виробляють котли на біомасі,
шляхом більш повного використання встановле-
ної потужності ЕТГ (без введення додаткових по-
тужностей ЕТГ), як це показано на рис. 2.
Таблиця 4. Прогноз потужностей теплогенеруючих технологій для систем ГВП, МВт
Технологія/Рік 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Сонячні колектори 15,9 61,7 132,3 207,8 353,2 491,5 645,1
Котли на біомасі 185 232 235 237 253 253 266
ТЕЦ на газі 640,2 685,9 613,5 542,7 504,2 477,4 412,4
Теплові насоси 264,9 530,6 832,3 1098,7 938,0 750,7 578,4
Електрокотли 68,0 109,2 137,3 86,2 0 0 0
Газові котли 1824,7 1034,4 430,0 0 0 0 0
Всього 2998,5 2653,4 2380,4 2172,9 2048,1 1972,3 1901,8
2 Тільки під час нічного провалу ГЕН енергосистем.
75,7
151,6
237,8
313,9
268,0
214,5
165,3
69,4
111,5
140,1
88,0
0
100
200
300
400
2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Теплові насоси Електричні котлиМВт
Рис. 1. Прогноз зміни маневреного електричного навантаження ЕТГ (варіант 1), МВт
17
Перспективи використання електричних теплогенераторів у системах централізованого
теплопостачання для надання допоміжних послуг енергосистемам
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 4(67)
Порівнюючи рис. 1 та 2 видно, що при умовах,
описаних вище, можливо значно збільшити ма-
неврене електричне навантаження ЕТГ, починаю-
чи із 2035 р.
Враховуючи той факт, що сонячні колектори
генерують теплову енергію тільки в світлу части-
ну доби, то під час нічного провалу їх потужності
можуть бути заміщені потужностями додаткових
електричних котлів, що суттєво збільшить сумар-
не маневрене навантаження під час нічного про-
валу ГЕН, як це показано на рис. 3.
Впровадження додаткових потужностей
електричних котлів потребує суттєвих додат-
кових інвестиційних витрат (в середньому
118 €/кВт встановленої потужності), що за пері-
од 2025–2050 р. буде становити 83,2 млн € (сума
по роках, рис. 3).
Одним із ефективних засобів регулювання
потужності енергосистем є залучення ТЕЦ до
цього процесу. За призначенням ТЕЦ мають
працювати за тепловим графіком. При зміні
теплової потужності ТЕЦ пропорційно зміню-
ється її електрична потужність, що може бути
використано для надання допоміжних послуг
енергосистемам. Для цього на території ТЕЦ
або котелень, які приєднані до її теплових ме-
75,7
151,6 237,8
346,1
303,7
235,8
168,969,9
111,5
140,1
127,4
130,3 181,6 258,5
0
100
200
300
400
500
2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
МВт Теплові насоси Електричні котли
Рис. 2. Прогноз зміни маневреного навантаження ЕТГ (варіант 2)
161,7
326,0
513,0
685,5
794,4
919,0
1085,7
1,9
5,5
8,5 9,1
17,5
18,6
24,0
0
5
10
15
20
25
30
0
200
400
600
800
1000
1200
2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Потужність ЕТГ Вартість додаткових ЕКМВт Млн €
Рис. 3. Потужність ЕТГ при заміні сонячних колекторів додатковими
електричними котлами (ЕК) (варіант 3)
18
В.О. ДЕРІЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 4(67)
реж, необхідно встановити ЕТГ. При зміні те-
плової потужності ТЕЦ баланс теплової енергії
в СЦТ буде підтримуватися ЕТГ, а при необхід-
ності і газовими котлами.
У дослідженні, яке проведене автором [12],
показано, що сумарна маневрена потужність
при цьому визначається як сума приросту елек-
тричної потужності ТЕЦ та електричного на-
вантаження ЕТГ.
У випадку, який аналізується, було зроблено
припущення, що в неопалювальний період те-
плову енергію для систем ГВП забезпечують
тільки сонячні колектори та ТЕЦ, як це показа-
но на рис. 4.
Далі зробимо прогноз зміни коефіцієнта ви-
користання палива ТЕЦ, а також їх електричних
та теплових ККД. У даний час електричний ККД
ТЕЦ становить близько 30%, а коефіцієнт вико-
ристання енергії палива — біля 75%. Але з розви-
тком ТЕЦ будуть впроваджуватися більш сучасні
ефективні технології – парогазовий цикл та газо-
поршневі когенераційні установки, що збільшить
їх коефіцієнт використання палива та маневрені
можливості, як це показано в табл. 5.
У першому наближенні електрична потужність
ТЕЦ можна визначити за виразом:
T
t
e
t
т
tt qN / , (4)
де tN , т
tq – електрична та теплова потужність
ТЕЦ у рік t відповідно; e
t , T
t – електричний та
тепловий ККД ТЕЦ відповідно.
Для досягнення максимальної маневреної по-
тужності передбачалося, що при розвантаженні
ТЕЦ для покриття дефіциту теплової енергії мак-
симально використовувалися потужності елек-
тричних котлів та теплових насосів. Результати
розрахунків показані в табл. 6.
Автором було встановлено [13], що електрич-
ні котли найбільш доцільно використовувати для
регулювання навантаження під час нічного прова-
лу ГЕН, а теплові насоси – для добового регулю-
вання, що і було враховано при проведенні даного
аналізу. Дані таблиці отримано, виходячи з того,
що під час добового регулювання використову-
ються ТЕЦ та теплові насоси, а для регулювання
під час нічного провалу ГЕН електричні котли, те-
плові насоси та ТЕЦ.
У підсумковій табл. 7 показані всі розглянуті
вище варіанти надання допоміжних послуг ОЕС
України регіональними СЦТ.
При використанні ТЕЦ разом з ЕТГ для надан-
ня допоміжних послуг енергосистемам не потріб-
Таблиця 5. Прогноз зміни ефективності ТЕЦ, %
Параметр/Рік 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Коефіцієнт використання енергії палива 75 78 81 85 86 87 88
ККД електричний 31 34 38 40 42 43 44
ККД тепловий 44 44 43 45 44 44 44
Розвантаження ТЕЦ 40 43 46 49 52 55 60
Рис. 4. Прогноз забезпечення тепловою потужністю СЦТ комплексом ТЕЦ та сонячних колекторів
15,9 61,7 132,3 207,8 353,2 491,5 645,1
2982,7
2591,7
2248,0 1965,1
1694,9 1480,7 1256,7
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
МВт Сонячні колектори ТЕЦ
19
Перспективи використання електричних теплогенераторів у системах централізованого
теплопостачання для надання допоміжних послуг енергосистемам
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 4(67)
но додаткових інвестиційних витрат (крім раніше
запланованих). При цьому значно зростають зна-
чення маневреної електричної потужності (від 2
до 5 раз) та підвищується використання їх суміс-
ної встановленої потужності. Також забезпечуєть-
ся 100% використання встановленої потужності
сонячних колекторів, електричних котлів та до
2030 р. теплових насосів, що підвищує ефектив-
ність їх використання.
Таким чином, використання ТЕЦ разом з ЕТГ
для надання допоміжних послуг ОЕС України є
найкращим варіантом.
ВИСНОВКИ
Проведений аналіз структури генерації тепло-
вої енергії дозволив визначити сумарне по Україні
середньорічне теплове навантаження централізо-
ваних систем постачання гарячої води, яке станом
на 2020 р. становило 2998,5 МВт та визначає по-
вний потенціал маневреної потужності електрич-
них теплогенераторів для надання допоміжних
послуг енергосистемам.
Розроблений прогноз зміни теплового на-
вантаження споживачів гарячої води виявив, що
в зв’язку із зменшенням чисельності населен-
ня України та попиту на теплову енергію, воно
буде невпинно зменшуватися та досягне в 2050 р.
близько 1902 МВт (зменшиться на 36,6% порівня-
но з 2020 р.).
Передбачається, що в неопалювальний період
теплогенеруючі технології будуть конкурувати
між собою за можливість підігрівати воду для
систем постачання гарячої води. Поза конкурен-
цією будуть сонячні колектори, що не потребу-
ють палива, і тому їх використання у цей період
найбільш вигідно. Далі будуть використовувати-
ся котли на біомасі, їх мінімальна приведена се-
редньозважена беззбиткова ціна теплової енергії
(Marginal Levelized Price of Energy – MLPOE)
становить 102 грн/Гкал. Газові когенераційні
технології також мають великий шанс на ви-
користання їх теплової потужності (MLPOE –
258 грн/Гкал). Також будуть використовуватися
теплові насоси (MLPOE – 155 грн/Гкал), елек-
тричні котли (MLPOE – 633 грн/Гкал) та газові
котли (MLPOE – 964 грн/Гкал).
Проведений у рамках даної роботи аналіз різ-
них варіантів надання допоміжних послуг енерго-
системам показав, що з врахуванням конкуренції
технологій, найбільш оптимальним є варіант за-
лученням ТЕЦ із розміщеними в них електрич-
ними теплогенераторами. Цей варіант дозволяє
виконувати як добове регулювання потужності
та навантаження ОЕС України, так і регулювання
Таблиця 6. Прогноз зміни маневреної потужності ТЕЦ та ЕТГ, МВт
Параметр/Рік 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Зменшення електричної потужності ТЕЦ 1260,9 1141,5 1072,8 890,8 776,6 651,2 502,7
Електричне навантаження
електричних котлів 69,9 111,5 140,1 127,4 130,3 181,6 258,5
Електричне навантаження
теплових насосів 75,7 151,6 237,8 250,7 196,0 139,5 71,2
Маневрена потужність
для добового регулювання 1336,5 1293,1 1310,6 1141,5 972,5 790,7 573,9
Маневрена потужність для регулювання
під час нічного провалу ГЕН 1406,4 1404,6 1450,7 1268,9 1102,8 972,3 832,4
Таблиця 7. Маневрені потужності різних варіантів надання допоміжних
послуг ОЕС України СЦТ, МВт
Варіант/Рік 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Державна програма 2998,5 2653,4 2380,4 2172,9 2048,1 1972,3 1901,8
ТН + ЕК 145,1 263,1 377,9 401,9 268,0 214,5 165,3
ТН + ЕК + ЕК замість КБМ та ГК 584,3 701,8 816,7 568,7 528,6 577,7 682,2
ТН + ЕК + ЕК замість КБМ та ГК +
додаткові ЕК замість СК 161,7 326,0 513,0 685,5 794,4 919,0 1085,7
ТЕЦ + ТН + ЕК (нічний провал) 1406,4 1404,6 1450,7 1268,9 1102,8 972,3 832,4
ТЕЦ +ТН (добове регулювання) 1336,5 1293,1 1310,6 1141,5 972,5 790,7 573,9
Примітка. ТН, ЕК, КБМ, ГК, СК – теплові насоси, електричні котли, котли на біомасі, газові котли, сонячні колектори відповідно.
20
В.О. ДЕРІЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 4(67)
під час нічного провалу її графіків електричних
навантажень. При цьому сумарна маневрена по-
тужність ТЕЦ та електричних теплогенераторів
станом на 2020 р. становить близько 1,3 ГВт для
добового регулювання та 1,4 ГВт для регулюван-
ня під час нічного провалу графіків електричних
навантажень.
1. Звіт з оцінки відповідності (достатності) гене-
руючих потужностей. НЕК «Укренерго». URL: https://
ua.energy/wp-content/uploads/2017/10/Zvit-z-otsinky-
vidpovidnosti-dostatnosti-generuyuchyh-potuzhnostej.pdf
(дата звернення: 09.08.2018).
2. Дерій В.О. Комплекси електричних теплоге-
нераторів для керування електричним навантажен-
ням регіональних енергосистем. Проблеми загальної
енергетики. 2019. Вип. 3(58). С. 17—23. https://doi.
org/10.15407/pge2019.03.017
3. Кулик М.М. Техніко-економічні аспекти ви-
користання споживачів-регуляторів у системах ав-
томатичного регулювання частотою і потужністю.
Проблеми загальної енергетики. 2015. Вип. 1(40).
С. 20—28. https://doi.org/10.15407/pge2015.01.020
4. Білодід В.Д. Обгрунтування економічної ефек-
тивності регулювання навантаження енергосистем з
використанням електричних теплогенераторів, як спо-
живачів-регуляторів. Проблеми загальної енергетики.
2017. Вип. 1(48). С. 50—59. https://doi.org/10.15407/
pge2017.01.050
5. Дерій В.О. Тенденції розвитку систем централі-
зованого теплопостачання України. Проблеми загаль-
ної енергетики. 2019. Вип. 3(58). С. 52—59. https://doi.
org/10.15407/pge2021.01.052
6. КТМ 204 Україна 244-94 Норми та вказівки по
нормуванню витрат палива та теплової енергії на опа-
лення житлових та громадських споруд, а також на
господарсько-побутові потреби в Україні. Державний
комітет України по житлово-комунальному господар-
ству. Київ, 2001. 376 с.
7. Інформація про роботу електроенергетично-
го комплексу. Відпуск теплоенергії енергетичними
компаніями та електростанціями України. Мініс-
терство енергетики України. URL: http://mpe.kmu.
gov.ua/minugol/control/uk/publish/offi cialcategory?cat_
id=245183225 (дата звернення: 09.08.2020).
8. Дячук О., Чепелєв М., Подолець Р., Триполь-
ська Г. та ін. [за заг. ред. Ю. Огаренко та О. Алієвої].
Перехід України на відновлювану енергетику до
2050 року. Представництво Фонду ім. Г. Бьолля в Укра-
їні. Київ: Вид-во ТОВ «АРТ КНИГА», 2017. 88 с. URL:
https://ua.boell.org/sites/default/fi les/perehid_ukraini_na_
vidnovlyuvanu_energetiku_do_2050_roku.pdf (дата звер-
нення: 09.08.2021).
9. Децентралізоване опалення в Україні: потенці-
ал та шляхи впровадження. Звіт в рамках проекту «Се-
кретаріат та Експертний хаб з енергоефективності»,
що впроваджується. Програма розвитку ООН в Укра-
їні за підтримки Уряду Словацької Республіки та спри-
янням Міністерства регіонального розвитку, будівни-
цтва та житлово-комунального господарства в Україні.
2017. URL: https://www.minregion.gov.ua/wp-content/
uploads/2017/03/Detsentralizovane-opalennya.-Potentsial-ta-
shlyahi-vprovadzhennya.pdf (дата звернення 09.08.2021).
10. Степаненко В.А. Безопасность в централизо-
ванном теплоснабжении в городах Украины. URL:
https://energy-security.org.ua/2020/02/bezopasnost-
v-czentralyzovannom-teplosnabzhenyy-v-gorodah-
ukrayn%D1%8B/ (дата звернення: 09.08.2021).
11. Дерій В.О. Оцінка економічної ефективності те-
плогенеруючих технологій для систем централізовано-
го теплопостачання. Проблеми загальної енергетики.
2021. Вип. 2(65). С. 21—27. https://doi.org/10.15407/
pge2021.02.021
12. Дерій В.О., Левчук А.П. Реальний потенціал
маневреної потужності ТЕЦ України з впровадженими
електротепловими регуляторами. Проблеми загальної
енергетики. 2016. Вип. 3(46). С. 19—27. https://doi.
org/10.15407/pge2016.03.019
13. Дерій В.О. Особливості оцінки ефективнос-
ті комплексів електричних теплогенераторів та умо-
ви їх впровадження. Проблеми загальної енергетики.
2020. Вип. 2(61). С. 23—29. https://doi.org/10.15407/
pge2020.02.023
Надійшла до редколегії: 19.08.2021
|
| id | systemreorg-article-792 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:21:59Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/c1/7c06d78ac184ada0d07bbd8f1068b9c1.pdf |
| spelling | systemreorg-article-7922026-07-18T12:57:47Z Prospects for the use of electric heat generators in district heating systems for the supply of energy supplementary services for power systems Перспективи використання електричних теплогенераторів у системах централізованого теплопостачання для надання допоміжних послуг енергосистемам Derii V.O. structure of heat generation, heat-generating technologies, heat load, power system, schedule of electric loads, night failure, power, heat pumps, electric boilers, CHP структура генерації теплової енергії, теплогенеруючі технології, теплове навантаження, енергосистема, графік електричних навантажень, нічний провал, потужність, теплові насоси, електричні котли, ТЕЦ The projection of the hot water thermal load of the district heating system’s consumers is developed. It is shown that the total heat load of centralized hot water supply systems in Ukraine today is about 3.0 GW. It determines the full potential of maneuvering power of electric heat generators to provide ancillary services to a power system. Moreover, due to the decline of the Ukrainian population and the decrease of demand for thermal energy, it is expected to decline in the future and will reach 1.9 GW in 2050 (down 36.6% compared to 2020). During the non-heating period, under market conditions, it is expected that heat-generating technologies will compete with each other for the ability to supply heat water to the district systems. The solar collectors will be excluded from the market competition as they do not require a fuel, and therefore their use during the non-heating period is the most profitable. Another technology that will be in use is biomass boilers, their minimum reduced weighted average lossless price of thermal energy (Marginal Levelized Price of Energy - MLPOE) is 102 UAH / Gcal. Gas cogeneration technologies also have a great chance to use their thermal capacity (MLPOE - 258 UAH / Gcal), heat pumps (MLPOE - 155 UAH / Gcal), electric boilers (MLPOE - 633 UAH / Gcal) and gas boilers (MLPOE -964 UAH / Gcal) will also be used.The analysis of different options for providing ancillary services to the power system showed that considering the competition among technologies, the most feasible option is to involve CHP equipped with electric heat generators. This option allows performing both daily regulation of power and load of power system and also regulation during the system’s night minimum load. At the same time, the balancing power for the current situation is about 1.3 GW for daily control and 1.4 GW for regulation during the night minimum load Розроблено прогноз зміни теплового навантаження споживачів гарячої води систем централізованого теплопостачання. Показано, що сумарне по Україні середнє за рік теплове навантаження централізованих систем постачання гарячої води на сьогодні становить близько 3,0 ГВт. Воно визначає повний потенціал маневреної потужності електричних теплогенераторів для надання допоміжних послуг енергосистемам. А в зв’язку із зменшенням чисельності населення України та попиту на теплову енергію, воно буде невпинно зменшуватися та досягне в 2050 р. 1,9 ГВт (зменшиться на 36,6% порівняно з 2020 р.). У неопалювальний період у ринкових умовах слід очікувати, що теплогенеруючі технології будуть конкурувати між собою за можливість підігрівати воду для систем постачання гарячої води. Поза конкуренцією будуть сонячні колектори, що не потребують палива, і тому їх використання у цей період найбільш вигідно. Далі будуть використовуватися котли на біомасі, їх мінімальна приведена середньозважена беззбиткова ціна теплової енергії (Marginal Levelized Price of Energy – MLPOE) становить 102 грн/Гкал. Газові когенераційні технології також мають великий шанс на використання їх теплової потужності (MLPOE – 258 грн/Гкал). Також будуть використовуватися теплові насоси (MLPOE – 155 грн/Гкал), електричні котли (MLPOE – 633 грн/Гкал) та газові котли (MLPOE – 964 грн/Гкал).Проведений аналіз різних варіантів надання допоміжних послуг енергосистемам показав, що з врахуванням конкуренції технологій, найбільш оптимальним є варіант залученням ТЕЦ із розміщеними в них електричними теплогенераторами. Цей варіант дозволяє виконувати, як добове регулювання потужності та навантаження енергосистем, так і регулювання під час нічного провалу їх графіків електричних навантажень. При цьому маневрена потужність для поточного часу становить близько 1,3 ГВт для добового регулювання та 1,4 ГВт для регулювання під час нічного провалу графіків електричних навантажень. 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/792 10.15407/pge2021.04.013 System Research in Energy; No. 4 (67) (2021): The Problems of General Energy; 13-20 Системні дослідження в енергетиці; № 4 (67) (2021): Проблеми загальної енергетики; 13-20 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/792/686 Copyright (c) 2021 Derii V.O. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | structure of heat generation heat-generating technologies heat load power system schedule of electric loads night failure power heat pumps electric boilers CHP Derii V.O. Prospects for the use of electric heat generators in district heating systems for the supply of energy supplementary services for power systems |
| title | Prospects for the use of electric heat generators in district heating systems for the supply of energy supplementary services for power systems |
| title_alt | Перспективи використання електричних теплогенераторів у системах централізованого теплопостачання для надання допоміжних послуг енергосистемам |
| title_full | Prospects for the use of electric heat generators in district heating systems for the supply of energy supplementary services for power systems |
| title_fullStr | Prospects for the use of electric heat generators in district heating systems for the supply of energy supplementary services for power systems |
| title_full_unstemmed | Prospects for the use of electric heat generators in district heating systems for the supply of energy supplementary services for power systems |
| title_short | Prospects for the use of electric heat generators in district heating systems for the supply of energy supplementary services for power systems |
| title_sort | prospects for the use of electric heat generators in district heating systems for the supply of energy supplementary services for power systems |
| topic | structure of heat generation heat-generating technologies heat load power system schedule of electric loads night failure power heat pumps electric boilers CHP |
| topic_facet | structure of heat generation heat-generating technologies heat load power system schedule of electric loads night failure power heat pumps electric boilers CHP структура генерації теплової енергії теплогенеруючі технології теплове навантаження енергосистема графік електричних навантажень нічний провал потужність теплові насоси електричні котли ТЕЦ |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/792 |
| work_keys_str_mv | AT deriivo prospectsfortheuseofelectricheatgeneratorsindistrictheatingsystemsforthesupplyofenergysupplementaryservicesforpowersystems AT deriivo perspektivivikoristannâelektričnihteplogeneratorívusistemahcentralízovanogoteplopostačannâdlânadannâdopomížnihposlugenergosistemam |