ENERGY EFFICIENCY OF WIND-HYDRO PUMPING STATION SIGNIFICANT POWER
The development of renewable energy sources in Ukraine is characterized by rapid pace. As of September 2020, the installed capacity of wind station (WPP) and photovoltaic (FPP) stations is about 6 GW, which corresponds to almost 20% of the maximum load of the power system at the current time. Theref...
Gespeichert in:
| Datum: | 2020 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/283 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103388777709568 |
|---|---|
| author | Vasko, P. Pazych, S. Bryl, A. |
| author_facet | Vasko, P. Pazych, S. Bryl, A. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "P. Vasko",
"institution": "Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, 02094, 20А Hnata Khotkevycha St., Kyiv, Ukraine."
},
{
"author": "S. Pazych",
"institution": "Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, 02094, 20А Hnata Khotkevycha St., Kyiv, Ukraine."
},
{
"author": "A. Bryl",
"institution": "Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, 02094, 20А Hnata Khotkevycha St., Kyiv, Ukraine."
}
] |
| author_sort | Vasko, P. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:15Z |
| description | The development of renewable energy sources in Ukraine is characterized by rapid pace. As of September 2020, the installed capacity of wind station (WPP) and photovoltaic (FPP) stations is about 6 GW, which corresponds to almost 20% of the maximum load of the power system at the current time. Therefore, today the problem of accumulation of stochastic electricity supply of wind farms and power plants in the power system, due to the inconsistency of schedules of generation and consumption of power, is becoming relevant. The idea of using pumped storage hydro station (PSH) to store stochastic energy input of wind farms and power plants is beginning to find its practical implementation. In Spain, a wind-diesel power station has been operating for several years to supply water to the 11 MW PSH battery pool. The experience of operation of this complex has shown a significant reduction in its energy efficiency due to the stochastic nature of wind energy. Therefore, it is time to solve the problem of determining the energy efficiency of the process of converting the kinetic energy of wind into potential energy of water accumulated in the accumulator pool, taking into account the presence of wind speed pulsations. In this work, the energy efficiency of a powerful hydraulic pumping station when powering pump motors from a wind power plant is evaluated, taking into account the pulsations of wind speed and the number of hydroelectric units in the station. The determination of quantitative values of the estimated parameters was based on the results of mathematical modeling of the dynamics of loading modes of operation of the wind pumping station taking into account the stochastic change of wind speed. The mathematical model is a system of nonlinear differential equations that describes the interaction of two inertial components of a single aero-electro-hydro-dynamic system. The rational ratio of the number of hydraulic pumps in the pumping station to achieve the maximum values of the utilization factor of the installed capacity of the wind pumping station is determined. Ref. 29, fig. 6. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2020.4(63).69-79 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:38:12Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1819-8058 (Print)
ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
© П.Ф. Васько, С.Т. Пазич, А.О. Бриль, 2020
Відновлювана енергетика. 2020. № 4 69
УДК 621.311.24 : 621.22.018.004.12 DOI: https://doi.org/10.36296/1819-8058.2020.4(63).69-79
ЕНЕРГЕТИЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ВІТРОГІДРОНАСОСНОЇ СТАНЦІЇ
ЗНАЧНОЇ ПОТУЖНОСТІ
П.Ф. Васько, докт. техн. наук, С.Т. Пазич, канд. техн. наук, А.О. Бриль
Інститут відновлюваної енергетики НАН України,
02094, вул. Гната Хоткевича, 20А, м. Київ, Україна.
Розвиток відновлюваних джерел енергії в Україні характеризується стрімкими темпами. Станом на вересень 2020 року
встановлена потужність вітроелектричних (ВЕС) та фотоелектричних (ФЕС) станцій складає біля 6 ГВт, що відповідає
майже 20% максимального навантаження електроенергетичної системи на чинний момент часу. Тому на сьогодні набуває
актуальності задача акумулювання стохастичного надходження електроенергії ВЕС та ФЕС в електроенергетичну
систему, зумовлена неузгодженістю графіків генерування та споживання потужності. Ідея застосування
гідроакумулювальних електростанцій (ГАЕС) для накопичення стохастичного надходження енергії ВЕС і ФЕС починає
знаходити своє практичне втілення. В Іспанії вже декілька років функціонує вітродизельна електростанція для подачі води
в басейн-акумулятор ГАЕС потужністю 11 МВт. Досвід експлуатації цього комплексу засвідчив суттєве зменшення його
енергетичної ефективності, зумовлене стохастичним характером надходження енергії вітру. Тому на часі вирішення задачі
визначення енергетичної ефективності процесу перетворення кінетичної енергії вітру в потенційну енергію води,
накопиченої в басейні-акумуляторі, з урахуванням наявності пульсацій швидкості вітру . В даній роботі виконана оцінка
енергетичної ефективності потужної гідронасосної станції при електроживленні двигунів насосів від вітроелектричної
установки з урахуванням пульсацій швидкості вітру та кількості гідроелектричних агрегатів у складі станції. Визначення
кількісних значень оцінюваних параметрів базувалось на результатах математичного моделювання динаміки
навантажувальних режимів роботи вітрогідронасосної станції з урахуванням стохастичної зміни швидкості вітру.
Математична модель являє собою систему нелінійних диференційних рівнянь, що описує взаємодію двох інерційних складових
єдиної аероелектрогідродинамічної системи. Визначено раціональне співвідношення кількості гідронасосів в складі насосної
станції для досягнення максимальних значень коефіцієнта використання встановленої потужності вітрогідронасосної
станції. Бібл. 29, рис. 6.
Ключові слова: вітротурбіна, гідронасос, динаміка, інерційність, подача, синхронний генератор, стохастичність.
ENERGY EFFICIENCY OF WIND-HYDRO PUMPING STATION
SIGNIFICANT POWER
P. Vasko, doctor of technical science, S. Pazych, candidate of technical science, A. Bryl
Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine,
02094, 20А Hnata Khotkevycha St., Kyiv, Ukraine.
The development of renewable energy sources in Ukraine is characterized by rapid pace. As of September 2020, the installed capacity
of wind station (WPP) and photovoltaic (FPP) stations is about 6 GW, which corresponds to almost 20% of the maximum load of the
power system at the current time. Therefore, today the problem of accumulation of stochastic electricity supply of wind farms and
power plants in the power system, due to the inconsistency of schedules of generation and consumption of power, is becoming relevant.
The idea of using pumped storage hydro station (PSH) to store stochastic energy input of wind farms and power plants is beginning to
find its practical implementation. In Spain, a wind-diesel power station has been operating for several years to supply water to the 11
MW PSH battery pool. The experience of operation of this complex has shown a significant reduction in its energy efficiency due to
the stochastic nature of wind energy. Therefore, it is time to solve the problem of determining the energy efficiency of the process of
converting the kinetic energy of wind into potential energy of water accumulated in the accumulator pool, taking into account the
presence of wind speed pulsations. In this work, the energy efficiency of a powerful hydraulic pumping station when powering pump
motors from a wind power plant is evaluated, taking into account the pulsations of wind speed and the number of hydroelectric units
in the station. The determination of quantitative values of the estimated parameters was based on the results of mathematical modeling
of the dynamics of loading modes of operation of the wind pumping station taking into account the stochastic change of wind speed.
The mathematical model is a system of nonlinear differential equations that describes the interaction of two inertial components of a
single aero-electro-hydro-dynamic system. The rational ratio of the number of hydraulic pumps in the pumping station to achieve the
maximum values of the utilization factor of the installed capacity of the wind pumping station is determined. Ref. 29, fig. 6.
Keywords: wind turbine, hydraulic pump, dynamics, inertia, flow, synchronous generator, stochasticity.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2020.4(63).69-
Відновлювана енергетика. 2020. № 4
ISSN 1819-8058 (Print)
ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
70
П.Ф. Васько
P. Vasko
Відомості про автора: доктор технічних
наук за спеціальністю «Перетворення
відновлюваних видів енергії», завідувач
відділом гідроенергетики Інституту
відновлюваної енергетики НАНУ.
Освіта: Національний технічний університет
України «Київський політехнічний інститут».
Спеціальність «Електричні машини і
апарати».
Наукова сфера: альтернативна енергетика,
енергозбереження, перетворення
відновлюваних видів енергії, мала
гідроенергетика.
Публікації: 254.
ORCID: 0000-0001-8807-7173
Контакти: тел./факс: +38(044)206-28-09
e-mail: hydro@ive.org.ua
Author information: doctor of technical
sciences majoring in «Renewable Energy
Transformation», Head of Hydropower
Department of the Institute of Renewable
Energy NAS of Ukraine.
Education: National Technical University of
Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute». Specialty
«Electric machines and devices».
Research area: alternative energy, energy
saving, conversion of renewable energy types
and installations based on them, small
hydropower
Publications: 254.
ORCID: 0000-0001-8807-7173
Contacts: phone/fax: +38(044)206-28-09
e-mail: hydro@ive.org.ua
С.Т. Пазич
S. Pazych
Відомості про автора: кандидат технічних
наук за спеціальністю «Перетворення
відновлюваних видів енергії», молодший
науковий співробітник відділу
гідроенергетики Інституту відновлюваної
енергетики НАНУ.
Освіта: Національний технічний університет
України «Київський політехнічний інститут
імені Ігоря Сікорського». Спеціальність
«Нетрадиційні джерела енергії».
Наукова сфера: відновлювана енергетика.
Публікації: 22.
ORCID: 0000-0002-6310-9842
Контакти: тел./факс: +38(044)206-28-09
e-mail: hydro@ive.org.ua
Author information: candidate of technical
sciences in the field of «Renewable Energy
Transformation», junior researcher of
Hydropower Engineering Department, Institute
of Renewable Energy NAS of Ukraine.
Education: National Technical University of
Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic
Institute». Specialty «Non-traditional sources of
energy».
Research area: renewable energy.
Publications: 22.
ORCID: 0000-0002-6310-9842
Contacts: phone/fax: +38(044)206-28-09
e-mail: hydro@ive.org.ua
А.О. Бриль
A. Bryl
Відомості про автора: науковий
співробітник відділу гідроенергетики
Інституту відновлюваної енергетики
Національної академії наук України.
Освіта: Національний технічний університет
України «Київський політехнічний інститут».
Спеціальність «Електричні мережі і
системи».
Наукова сфера: перетворення
поновлюваних видів енергії та установки на
їх основі, мала гідроенергетика.
Публікації: 48.
ORCID: 0000-0002-5134-0393
Контакти: тел./факс:+38(044)206-28-09
e-mail: hydro@ive.org.ua
Author information: researcher at the
Hydropower Department of the Institute for
Renewable Energy of the National Academy of
Sciences of Ukraine.
Education: National Technical University of
Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute». Specialty
«Electrical networks and systems».
Research area: conversion of renewable energy
types and installations based on them, small
hydropower.
Publications: 48.
ORCID: 0000-0002-5134-0393
Contacts: phone/fax: +38(044)206-28-09
e-mail: hydro@ive.org.ua
Перелік використаних позначень та скорочень:
ВНС – вітрогідронасосна станція; ω – кутова швидкість обертання;
ВЕС – вітроелектрична станція; v – швидкість вітру;
ВЕУ – вітроелектрична установка;
y(v) – диференційна щільність імовірнісного розподілу
швидкостей вітру протягом часу Т;
J – момент інерції; φл – кут повороту лопатей вітротурбіни;
Т – вітротурбіна; Сm – відносний аеродинамічний момент вітротурбіни;
G – генератор; Z – швидкохідність вітротурбіни;
L – лінія електропередачі; Е – кінетична енергія вітрового потоку;
D – електродвигун; W – потенційна енергія об'єму води;
P – гідронасос; Q – подача води;
НС – насосна станція; (n) – кількість електронасосів в складі НС;
М – момент обертовий; kW – коефіцієнт використання встановленої потужності.
mailto:hydro@ive.org.ua
mailto:hydro@ive.org.ua
mailto:hydro@ive.org.ua
mailto:hydro@ive.org.ua
mailto:hydro@ive.org.ua
mailto:hydro@ive.org.ua
Відновлювана енергетика. 2020. № 4
ISSN 1819-8058 (Print)
ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
71
Вступ. Розвиток відновлюваних джерел
енергії в Україні характеризується стрімкими
темпами. Станом на вересень 2020 року
встановлена потужність вітроелектричних (ВЕС)
та фотоелектричних (ФЕС) станцій складає біля 6
ГВт [1], що відповідає майже 20% максимального
навантаження електроенергетичної системи на
чинний момент часу. Тому на сьогодні набуває
актуальності задача акумулювання стохастичного
надходження електроенергії ВЕС та ФЕС в
електроенергетичну систему, зумовлена
неузгодженістю графіків генерування та
споживання потужності. В Австралії створюється
пілотний проект електрохімічного акумулятора
енергії потужністю 100 МВт [2]. Міжнародне
енергетичне агентство (IEA, 2014) в своїй
Дорожній карті з акумулювання енергії [3] надає
перевагу використанню гідроакумулювальних
електростанцій (ГАЕС), за наявності відповідних
гідрологічних та топографічних умов місцевості
для випадків акумулювання електроенергії в
значних промислових обсягах з урахуванням
вартості та ризиків технології. Ідея застосування
ГАЕС для накопичення стохастичного
надходження енергії ВЕС і ФЕС вже знаходить
своє практичне втілення. В стадії реалізації
знаходиться проект будівництва ГАЕС
потужністю 300 МВт для ФЕС потужністю 600
МВт на території Чилі [4]. В Німеччині будується
ГАЕС ємністю біля 60 МВт·год для ВЕС
потужністю 13,4 МВт [5]. В Іспанії [6] вже
декілька років знаходиться в експлуатації
вітродизельна електростанція для подачі води в
басейн-акумулятор ГАЕС потужністю 11 МВт.
Досвід експлуатації цього комплексу засвідчив
суттєве зменшення його енергетичної
ефективності, зумовлене стохастичним
характером надходження енергії вітру [7,8].
Експериментальне підтвердження наявності
значних коливань параметрів генерованої
електроенергії ВЕУ в натурних умовах
експлуатації наведено також в [9,10]. Тому на часі
вирішення задачі визначення енергетичної
ефективності процесу перетворення кінетичної
енергії вітру в потенційну енергію води,
накопиченої в басейні-акумуляторі, з
урахуванням наявності пульсацій швидкості вітру
та структурної схеми гідронасосної станції.
Мета роботи полягає у проведенні
експертної оцінки енергетичної ефективності
потужної гідронасосної станції (НС) при
електроживленні двигунів насосів від
вітроелектричної установки (ВЕУ) з урахуванням
пульсацій швидкості вітру та кількості
гідроелектричних агрегатів у складі станції.
Отримання кількісних значень оцінюваних
параметрів базуватиметься на результатах
математичного моделювання динаміки
навантажувальних режимів роботи
багатоагрегатної гідронасосної станції з
електроприводом від асинхронних двигунів за
живлення від вітроелектричної установки з
синхронним генератором.
Вихідні положення та припущення:
- номінальні потужності НС та ВЕУ
однакові;
- ВЕУ оснащена ідеальним регулятором
кута повороту лопатей (φЛ) в функції швидкості
вітру (v), що реалізує залежність φЛ(v);
- ВЕУ оснащена електричним синхронним
явнополюсним генератором, що притаманно
переважній більшості потужних ВЕУ,
призначеним для автономних систем
електроживлення споживачів;
- узагальнені аеродинамічні
характеристики вітрової турбіни (Т) потужної
ВЕУ в функції її швидкохідності (Z) та кута
повороту лопатей наведені на рис.1 [11,12];
- насосна станція містить в своєму складі
декілька (n) однакових електронасосних агрегатів
з приводом від асинхронних двигунів, а подача
станції QНС пропорційна кількості ввімкнених
агрегатів: QНС = n QP, де QP - подача води одного
насосу;
- енергетична ефективність вітрогідро-
насосної станції визначається для заданого
проміжку часу з відомим імовірнісним розподілом
швидкостей вітру, осереднених на 10-и
хвилинних інтервалах (vj) [13];
- зміна напряму подачі насоса, зумовлена
зміною швидкості вітру v(t), не допускається,
тобто: QP(v) ≥ 0, QP(t) ≥ 0 ;
- подача насоса за сталого тиску води та
змінної швидкості вітру v(t) залежить лише від
його кутової швидкості обертання (ωp). Тому
визначення залежності QP(t) потребує розрахунку
ωP(t);
- частота обертання ВЕУ та подача насоса в
процесі роботи не перевищують 1,1 номінального
значення;
- узагальнена характеристика QНС(ωP)
багатоагрегатної НС [14,15] для подачі води в
басейн-акумулятор ГАЕС наведена на рис. 1 (для
випадку n=5).
Відновлювана енергетика. 2020. № 4
ISSN 1819-8058 (Print)
ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
72
a
b
Рис. 1. Узагальнені аеродинамічні характеристики вітрової турбіни (а) та характеристики подачі багатоагрегатної
насосної станції в складі 5-и гідроагрегатів (b).
Fig. 1. Generalized aerodynamic characteristics of the wind turbine (a) and the feed characteristics of the multi-unit pumping
station as part of the 5 hydraulic units (b).
Теоретичні положення. Вітрогідронасосна
станція (ВНС) призначена для перетворення
кінетичної енергії вітрового потоку в потенційну
енергію води, накопиченої в басейні-акумуляторі.
Вона являє собою динамічну двомасову
аероелектрогідродинамічну систему, структурна
схема якої, побудована згідно прийнятим
вихідним положенням та припущенням,
представлена на рис.2. Подача води (Q) насосом
(P) в резервуар, розташованим на певній висоті,
здійснюється в результаті його обертання
асинхронним двигуном (D), який отримує
живлення від ВЕУ по лінії електропередачі (L).
Система функціонує під дією вітрового потоку,
кінетична енергія якого перетворюється вітровою
турбіною (T) в механічну енергію обертового руху
з подальшим її перетворенням в електричну
енергію за допомогою синхронного генератора.
Таким чином, одна із інерційних складових
містить в собі вітротурбіну та синхронний
генератор, а інша – асинхронні електродвигуни та
гідронасоси. Взаємний вплив одної інерційної
складової на іншу здійснюється через
електричний зв’язок між ВЕУ та НС. Структурна
схема системи може містити також
мультиплікатор в складі ВЕУ та редуктор в складі
гідронасосного агрегата. Їх наявність не вносить
нових принципових змін в роботу системи і може
бути врахована при моделюванні застосуванням
загальновживаних властивостей [16].
Т G D1 P1v(t)
МТ МG МD МP
Електричний зв’язок
ωT
ωP
L QP1(t)
Dn Pn QPn(t)
Вітроелектрична
установка
(Інерційна складова 1) (Інерційна складова 2)
Насосна станція
Рис. 2. Структурна схема вітрогідронасосної станції.
Fig. 2. Structural diagram of wind-hydro pumping station.
Відновлювана енергетика. 2020. № 4
ISSN 1819-8058 (Print)
ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
73
Значення кінетичної енергії вітрового
потоку на певному інтервалі часу Т визначається
стохастичним характером зміни швидкості вітру
[17] і для даної задачі може бути представлене з
використанням положень теорії ймовірностей
наступним чином :
V2
V1,2
V1
V2
V1,2
V1
E = T P(v) y(v)dv,
T = y(v)dv,
(1)
де: v - швидкість вітру на висоті осі обертання
вітротурбіни ВЕУ, м/с; ЕV1,2 - кінетична енергія
вітрового потоку, що проходить через
вітротурбіну протягом часу Т в діапазоні зміни
швидкості вітру від v1 до v2 ; TV1,2 - тривалість дії
швидкості вітру в діапазоні від v1 до v2 протягом
часу Т, с; P(v) - потужність вітрового потоку за
різних значень швидкості вітру; y(v) -
диференційна щільність імовірнісного розподілу
швидкостей вітру протягом часу Т.
В задачах вітроенергетики неперервні
залежності (1) для проміжку часу Т визначаються
за результатами спостережень послідовності
значень швидкості вітру (vj), осереднених на 10-и
хвилинному інтервалі часу, тому можуть бути
замінені на дискретні за градаціями [18, 13], а
стохастична зміна швидкості вітру на інтервалі
осереднення окремої градації може бути
представлена випадковою функцією [19]:
s s
m,s j j m,s j
j=m j=m
E = T P(v )Y , T = T Y , (2)
600
-1
j j j j j
0
v (t) = v + v (t) = 600 v (t)dt + v (t), (3)
де: Pj - потужність вітрового потоку за
осередненого значення швидкості вітру j-ої
градації vj, Вт ; Yj - відносна частота
повторювання градації вітру vj за проміжок часу
Т; m,s - порядкові номери градацій швидкості
вітру vj на проміжку часу Т; vj(t) – зміна в часі
швидкості вітру j-ої градації vj на 10-и
хвилинному інтервалі, м/с; vj'(t) – випадкова
функція пульсацій швидкості вітру відносно
осередненого значення vj.
Значення потенційної енергії обсягу води,
поданої ВНС і накопиченої в басейні-акумуляторі
(W), розташованому на певній висоті,
пропорційне подачі QНС і також може бути
визначено за градаціями швидкості вітру
аналогічно (2), (3):
s
m,s j HC j
j=m
W = (Q Y ), (4)
600
1
j
jНС
0
j P j
НС
НС
Q = 600 Q (v t )dt,
Q (v ) f (ω v t ) 0,t
(5)
де: - коефіцієнт пропорційності.
Отримання кількісних значень QjНС та Wm,s
потребує визначення ωP(vj(t)) для кожної градації,
що може бути досягнуто в результаті
математичного моделювання динаміки
навантажувальних режимів роботи ВНС з
урахуванням стохастичної складової зміни
швидкості вітру. Система нелінійних
диференційних рівнянь, що описує динаміку
ВНС, як двомасової аероелектрогідродинамічної
системи, записується для окремої градації
швидкості вітру наступним чином [20]:
T
T G T T Л
TT T GT T G T P i
dω
J J = M (v (t), ω ,φ (v (t))) -
dt
- M (ω ) - M (ω ) - M (ω ,ω , n ),
+ j j
(6)
P
D P D T P DT P
PT P P P
dω
(J J ) = M (U, ω ,ω ) - M (ω ) -
dt
- M (ω ) - M (ω ) ,
(7)
3 2
j j j
j
T
T Л m Л
Т
M (v (t),ω ,φ (v (t))) = 0.5π R ρ(v (t) ) C (Z,φ ),
Z = R / v (t),
де: JТ,JG – моменти інерції вітротурбіни з
трансмісією та генератора відповідно, кг·м2; ωT –
кутова швидкість обертання вітротурбіни, рад/с;
МТ – аеромеханічний момент вітротурбіни, Нм;
φл – кут повороту лопатей вітротурбіни, град;
МТТ – момент механічних втрат в елементах
трансмісії та на електроживлення пристрою
поворота лопатей, Нм; МGТ – момент втрат на
тертя, вентиляцію, перемагнічування сталі,
збудження генератора, Нм; МG – момент
електромагнітний генератора, Нм; ωР – кутова
швидкість обертання двигуна та насоса, рад/с; ni –
кількість одночасно підключених насосів до
генератора (ni = 1,2,…,n); JD,JP - момент інерції
двигуна та насоса відповідно; МD – момент
електромагнітний двигуна, кг·м2; U – напруга на
клемах двигуна, В; МDТ – момент механічних
втрат двигуна (тертя та вентиляція), Нм; МPТ –
момент втрат гідронасоса, Нм; МP – момент
гідродинамічний насоса, Нм; R – радіус ротора
вітротурбіни, м; ρ – густина повітря, кг/м3; Z –
Відновлювана енергетика. 2020. № 4
ISSN 1819-8058 (Print)
ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
74
швидкохідність вітротурбіни; Сm – відносний
аеродинамічний момент вітротурбіни.
Методичні положення визначення
відповідних характеристик обладнання,
наведених у (6), (7) в функції кутової швидкості
обертання, висвітлені в [20, 21].
Оцінку енергетичної ефективності ВНС на
інтервалі часу Т будемо здійснювати по аналогії
з [22, 23] та з урахуванням (4), наступним чином:
nom
W m,s НСk = W / TξQ , (8)
де: kW - коефіцієнт використання встановленої
потужності ВНС, nom
НСQ - номінальна подача
гідронасосної станції, м3/с.
Розрахункові дослідження та аналіз
результатів. Кількісну оцінку значення kW
виконаємо на прикладі південно-східних
територій нашої країни, де зосереджено найбільші
вітроенергетичні ресурси [24] і побудовано
сучасні ВЕС на основі ВЕУ потужністю 1-3 МВт з
висотою центра обертання вітротурбін на рівні
100-120 метрів над земною поверхнею.
Середньорічне значення швидкості вітру на цій
висоті приймалось рівним 7 м/с [25], а
імовірнісний розподіл швидкостей вітру на
протязі року відповідав двопараметричному
розподілу Вейбула з коефіцієнтом масштабу
γ=7,98 і коефіцієнтом форми β=1,25:
β
β-1 v-v γ
×e ,v 0,y(v) = ,γ γ
0, v < 0
(9)
Для математичного опису миттєвих значень
пульсацій кожної із градацій vj(t)
використовувалась стохастична модель,
розроблена під керівництвом проф.
Г.І. Денисенка, яка описує пульсації швидкості
вітру в фіксованій точці простору випадковою
функцією часу. В ній амплітуда поривів
швидкості вітру моделюється випадковою
величиною, розподіленою за нормальним
законом, а тривалість поривів – за ймовірнісним
розподілом по закону Пуассона. Алгоритми
практичної реалізації даної моделі розроблені і
наведені в [26].
Так як визначення миттєвого значення
швидкості вітру на інтервалі осереднення
здійснюється з використанням випадкових
функцій, то отримання коректного результату
потребує виконання не менше 100 їх реалізацій
для кожного значення градації [27], а відповідно і
стільки ж реалізацій рішень системи нелінійних
диференційних рівнянь (6), (7) для всіх можливих
варіантів кількості гідроелектричних агрегатів у
складі насосної станції. На етапі отримання
експертної оцінки енергетичної ефективності
ВНС виконання такої кількості розрахункових
досліджень є надто обтяжливим. Тому в межах
даної роботи була зроблена проба виявлення
ергодичних властивостей даного випадкового
процесу з метою проведення розрахункових
досліджень системи рівнянь (6), (7) для кожної із
градацій швидкості лише по одній реалізації
випадкової функції. Для цього було виконано по
100 реалізацій vj(t) для градацій 10 м/с та 20 м/с.
Статистична оцінка результатів розрахунків
засвідчила, що в діапазоні зміни робочих
швидкостей вітру максимальна ймовірність
відхилення від осередненого значення швидкості
вітру становить менше 5 %; а 95 % ймовірність
відхилень складає менше 3 %. Визначено, що
інтервал кореляції складає біля (7-8) с, а значення
кореляційної функції k(τ) [27] при τ→600
коливається біля осі ординат з невеликою
амплітудою, що є ознакою ергодичності
стаціонарної випадкової функції (рис. 3).
Наявність ергодичної властивості надала
можливості визначення статистично стійких
енергетичних показників функціонування ВНС з
урахуванням динаміки вітрового потоку в
результаті застосування лише однієї реалізації
випадкової функції vj(t) по [26] для заданого
осередненого значення градації швидкості вітру.
Відновлювана енергетика. 2020. № 4
ISSN 1819-8058 (Print)
ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
75
a
b
Рис. 3. Статистична оцінка результатів моделювання vj(t) для градації 10 м/с (a).
Оцінка кореляційної функції vj(t) (b).
Fig. 3. Statistical evaluation of simulation results vj(t) for gradation 10 m/s (a). estimation of the correlation function vj(t) (b).
Для розрахунку кількісних результатів
моделювання динаміки подачі води
застосовувалось представлення параметрів в
долях від їх базових значень, що спрощує аналіз,
так як всі змінні представляються зручними
числами в частках одиниці, і надає можливості
для порівняння різних за потужністю ВНС. Тому
значення параметрів генератора, лінії
електропередачі, двигунів та насосів у відносних
одиницях відповідали наведеним в [20].
Розглядались варіанти побудови гідронасосної
станції в складі від 1 до 8 електронасосних
агрегатів з метою регулювання навантаження
ВЕУ, як за умов глобальної зміни швидкості вітру
на проміжку часу Т (1), так і в результаті наявності
поривів (3). Вплив поривів швидкості вітру на
зменшення ефективності функціонування ВНС
демонструють результати моделювання динаміки
навантажувального режиму роботи на рис. 5, які
засвічують можливість зриву подачі води
насосами.
Рис .4. Динаміка навантажувального режиму роботи ВНС за наявності пульсацій швидкості вітру.
Fig. 4. Dynamics of the load mode of wind-hydro pumping station operation in the presence of wind speed pulsations.
Відновлювана енергетика. 2020. № 4
ISSN 1819-8058 (Print)
ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
76
Отримані річні розподіли обсягів
накопиченої енергії ВНС з різною кількістю
агрегатів в складі насосної станції, енергії
вітрового потоку і швидкостей вітру наведені
на рис. 5.
a
b
c
d
Рис. 5. Розподіли подачі ВНС за різної кількості гідроагрегатів в складі НС.
Fig. 5. Distributions of wind-hydro pumping station supply for different number of hydraulic units in the pumping station.
Відновлювана енергетика. 2020. № 4
ISSN 1819-8058 (Print)
ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
77
Результати розрахункових досліджень
енергетичної ефективності ВНС за різної
кількості гідроагрегатів в складі насосної станції
наведено на рис. 6.
Рис. 6. Коефіцієнт енергетичної ефективності ВНС.
Fig. 6. Energy efficiency ratio of wind-hydro pumping station.
Найбільша енергетична ефективність ВНС
для територій, що характеризуються
середньорічним значенням швидкості вітру 7 м/с
на осі обертання вітротурбін, досягається за
наявності в складі насосної станції 5-и та більше
насосних агрегатів. За даних умов досяжне
значення коефіцієнта використання встановленої
потужності ВНС знаходиться на рівні 27 %.
Енергетична ефективність багатоагрегатної
насосної станції, в порівнянні з одноагрегатною,
підвищується більш ніж на 40 % завдяки
можливості функціонування на швидкостях вітру
менше номінального значення в результаті
регулювання кількості ввімкнених
електронасосів.
Доцільно зазначити, що коефіцієнт
використання встановленої потужності тієї ж
самої ВЕУ за паралельної роботи з
енергосистемою становить біля 38 %. Наявність
суттєвого зменшення енергетичної ефективності
ВЕУ в залежності від характеру навантаження
необхідно враховувати при проведенні техніко-
економічних обґрунтувань проектів з
акумулювання енергії ВЕУ та ВЕС в басейнах-
накопичувачах води на ГАЕС [28, 29].
Висновок. Значення коефіцієнта
використання встановленої потужності
вітрогідронасосних станцій на основі сучасних
ВЕУ з висотою центра обертання вітротурбін 100-
120 метрів над земною поверхнею для південних
територій нашої країни, які характеризуються
найбільшим вітро-енергетичним потенціалом,
знаходиться на рівні 27 % за умови реалізації
насосної станції в складі не менше 5-и
електронасосних агрегатів.
1. Встановлена потужність енергосистеми України.
[Електронний ресурс]. URL: https://ua.energy/vstanovlena-
potuzhnist-energosystemy-ukrayiny/.
(дата звернення: 23.11.2020).
2. Hornsdale Power Reserve. [Електронний ресурс].
URL: https://hornsdalepowerreserve.com.au/.
(дата звернення: 23.11.2020).
3. Energy Storage Technology Roadmap. Technology
Annex. International Energy Agency (IEA). 2014. [Електронний
ресурс]. URL:https://www.iea.org/media/freepublications/techn
ologyroadmaps/AnnexA_TechnologyAnnexforweb.pdf.
(дата звернення: 23.11.2020).
4. Espejo de Tarapaca. [Електронний ресурc].
URL: http://valhalla.cl/espejo-de-tarapaca/.
(дата звернення: 23.11.2020).
5. Max Bogl Wind AG. [Електронний ресур].
URL: http://www.mbrenewables.com/en/pilot-project/.
(дата звернення 23.11.2020).
6. Merino J., Veganzones C., Sanchez J.A., Martinez S.,
Platero C.A. Power System Stability of a Small Sized Isolated
Network Supplied by a Combined Wind-Pumped Storage
Generation System: A Case Study in the Canary Islands. Energies.
2012. № 7. Pp. 2351-2369. https://doi.org/10.3390/en5072351.
7. Grażyna Frydrychowicz-Jastrzębska. El Hierro
Renewable Energy Hybrid System: A Tough Compromise.
Energies. 2018. № 11(10). 2812 p.
https://doi.org/10.3390/en11102812.
8. Latorre F., Quintana J.J., Nuez I. Technical and
economic evaluation of the integration of a wind-hydro system in
El Hierro island. Renewable Energy. 2019. Vol. 134. Pp. 186-193.
https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.11.047.
https://ua.energy/vstanovlena-potuzhnist-energosystemy-ukrayiny/
https://ua.energy/vstanovlena-potuzhnist-energosystemy-ukrayiny/
https://hornsdalepowerreserve.com.au/
https://www.iea.org/media/freepublications/technologyroadmaps/AnnexA_TechnologyAnnexforweb.pdf
https://www.iea.org/media/freepublications/technologyroadmaps/AnnexA_TechnologyAnnexforweb.pdf
http://valhalla.cl/espejo-de-tarapaca/
http://www.mbrenewables.com/en/pilot-project/
https://doi.org/10.3390/en5072351
https://doi.org/10.3390/en11102812
https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.11.047
Відновлювана енергетика. 2020. № 4
ISSN 1819-8058 (Print)
ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
78
9. Васько В.П., Васько П.Ф. Динамика нагрузочных
режимов работы ветроэлектрической установки,
обусловленная порывами ветра. Вісник Донбаської
державної академії будівництва і архітектури. Зб. наук.
праць. 2001. № 4 (29). С. 140-144.
10. Васько П.Ф., Васько В.П., Даниленко О.І.,
Долюк В.В. Експериментальні дослідження режимів
генерування та споживання реактивної потужності серійною
вітроелектричною установкою з асинхронним генератором.
Відновлювана енергетика. 2008. № 1. С. 34-38.
11. Пазич С.Т. Апроксимація аеромеханічних
характеристик вітрової турбіни вітроводонасосної установки
в навантажувальних режимах роботи методом заміни
змінних. Відновлювана енергетика. 2018. № 1(52). С. 62-69.
12. Абрамовский Е.Р., Городько С.В., Свиридов Н.В.
Аэродинамика ветродвигателей. Днепропетровск. Изд-во
ДГУ. 1987. 220 с.
13. ДСТУ ІЕС 61400-12-2001. Системи
турбогенераторні вітряні. Частина 12. Випробування
вітряних турбін для визначення енергетичних характеристик.
(ІЕС 61400-11:1998, IDT). Введ. 01.07.2003 р.
К. Держспоживстандарт України. 2003. 31 с.
14. Аршеневский Н.Н. Обратимые гидромашины для
гидроаккумулирующих электростанций. М. Энергия.
1977. 240 с.
15. Степанов А. И. Центробежные и осевые насосы.
М. Машгизд. 1960. 464 с.
16. Воскобойник В.Э., Бородай В.А. Основы
электропривода производственных машин и комплексов.
Днепропетровск. Государственный ВУЗ «НГУ». 2015. 121 с.
17. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая
гидромеханика. (Механика турбулентности). Ч. 2. М. Наука.
1967. 720 с.
18. Кривцов В.С., Олейников А.М., Яковлев А.И.
Неисчерпаемая энергия. Кн. 2. Ветроэнергетика. Харьков.
Изд. Национальный аэрокосмический ун-т. 2004. 519 с.
19. Панчев С. Случайные функции и турбулентность.
Л. Гидрометеоиздат. 1967. 448 с.
20. Васько П.Ф., Пазич С.Т. Моделювання динаміки
навантажувальних режимів роботи гідронасосної станції з
електроприводом за живлення від вітроелектричної
установки з синхронним генератором. Відновлювана
енергетика. 2020. № 1. С. 61-73.
21. Васько П.Ф. Наближена заступна електрична
схема синхронного явнополюсного генератора для аналізу
навантажувальних режимів роботи автономних вітро- та
гідроелектричних установок. Відновлювана енергетика.
2020. № 3. С. 51-61.
22. Брыль А.А., Васько П.Ф., Пекур П.П. Определение
технических показателей эффективности использования
ветроэлектрических агрегатов в Украине. Энергетика и
электрификация. 1995. № 2. С. 48-51.
23. Васько П.Ф. Розрахунок показників технічної
ефективності застосування вітроелектричних установок за
результатами строкових вимірювань швидкості вітру.
Технічна електродинаміка. 2001. № 6. С. 45-49.
24. Кінаш Р.І. Бурнаєв О.М. Вітрове навантаження і
вітроенергетичні ресурси в Україні. Львів. Вид-во наук.-техн.
літ. 1998. 1152 с.
25. Дані вітропотенціалу на мапі світу. [Електронний
ресурс]. URL: https://www.renewables.ninja/. (дата звернення:
23.11.2020).
26. Васько П.Ф., Вербовий А.П., Пазич С.Т. Реалізація
стохастичної моделі поздовжньої складової швидкості вітру
для задач вітроенергетики. Відновлювана енергетика. 2017.
№ 3. С. 54-61.
27. Пугачев В.С. Введение в теорию вероятностей. М.
Наука. 1968. 368 с.
28. Васько П.Ф., Вербовий А.П, Ібрагімова М.Р.,
Пазич С.Т.. Гідроакумулювальні електростанції –
технологічна основа інтеграції потужних вітро- та
фотоелектричних станцій до складу електроенергетичної
системи України. Гідроенергетика України. 2017. № 1-2.
С. 20-25.
29. Vasko P., Verbovij A., Moroz A., Pazych S.,
Ibragimova M., Sahno L. Concept of Accumulation of Energy
from Photovoltaic and Wind Power Plants by Means of Seawater
Pumped Hydroelectric Energy Storage. 2019 IEEE 6th
International Conference on Energy Smart Systems (2019 IEEE
ESS). April 17-19. 2019. Kyiv. Ukraine. Pp. 188-191.
https://doi.org/10.1109/ESS.2019.8764167.
(дата звернення: 23.11.2020).
REFERENCE
1. The power system of Ukraine is installed.
Ukrenergo. [Electronic resource]. URL: https://ua.energy/vstano
vlena-potuzhnist-energosystemy-ukrayiny/. (Applying date:
23.11.2020). [in Ukrainian].
2. Hornsdale Power Reserve. [Electronic resource].
URL: https://hornsdalepowerreserve.com.au/.
(Applying date: 23.11.2020). [in English].
3. Energy Storage Technology Roadmap. Technology
Annex. International Energy Agency (IEA). 2014. [Electronic
resource].URL: https://www.iea.org/media/freepublications/tech
nologyroadmaps/AnnexA_TechnologyAnnexforweb.pdf.
(Applying date: 23.11.2020). [in English].
4. Espejo de Tarapaca. [Electronic resource].
URL: http://valhalla.cl/espejo-de-tarapaca/. (Applying date:
23.11.2020). [in English].
5. Max Bogl Wind AG. [Electronic resource].
URL: http://www.mbrenewables.com/en/pilot-project/.
(Applying date: 23.11.2020). [in English].
6. Merino J., Veganzones C., Sanchez J.A., Martinez S.,
Platero C.A. Power System Stability of a Small Sized Isolated
Network Supplied by a Combined Wind-Pumped Storage
Generation System: A Case Study in the Canary Islands. Energies.
2012. № 7. Pp. 2351-2369. https://doi.org/10.3390/en5072351.
[in English].
7. Grazyna Frydrychowicz-Jastrzębska. El Hierro
Renewable Energy Hybrid System: A Tough Compromise.
Energies. 2018. № 11(10). 2812 p.
https://doi.org/10.3390/en11102812. [in English].
8. Latorre F., Quintana J.J., Nuez I. Technical and
economic evaluation of the integration of a wind-hydro system in
El Hierro island. Renewable Energy. 2019. Vol. 134. Pp. 186-193.
https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.11.047. [in English].
9. Vasko V.P., Vasko P.F. Dinamika nagruzochnyih
rezhimov rabotyi vetroelektricheskoy ustanovki, obuslovlennaya
poryivami vetra. [Dynamics of loading modes of the wind-electric
units, caused by gust of wind]. Bulletin of the Donbas State
Academy of Civil Engineering and Architecture. Collection of
scientific work. 2001. No. 4(29). Pp. 140-144. [in Russian].
10.Vasko P.F., Vasko V.P., Danylenko O.I., Doliuk V.V.
Eksperymentalni doslidzhennia rezhymiv heneruvannia ta
spozhyvannia reaktyvnoi potuzhnosti seriinoiu vitroelektrychnoiu
ustanovkoiu z asynkhronnym heneratorom. [Experimental studies
of the modes of generation and consumption of reactive power by
a serial wind power units with an asynchronous generator].
Vidnovluvana energetika. 2008. No. 1. Pp.34-38. [in Ukrainian].
11. Pazych S.T. Aproksimatsіya ayeromekhanіchnikh
kharakteristik vіtrovoї turbіni vіtrovodonasosnoї ustanovki v
navantazhuvalnikh rezhimakh roboti metodom zamіni zmіnnikhs.
[Approximation of aeromechanical characteristics of the wind
turbine of a wind pump installation in the load operation modes
by the method of changing the variables]. Vidnovluvana
energetika. 2018. No. 1. Pp. 62-69. [in Ukrainian].
https://www.renewables.ninja/
https://doi.org/10.1109/ESS.2019.8764167
https://ua.energy/vstanovlena-potuzhnist-energosystemy-ukrayiny/
https://ua.energy/vstanovlena-potuzhnist-energosystemy-ukrayiny/
https://hornsdalepowerreserve.com.au/
https://www.iea.org/media/freepublications/technologyroadmaps/AnnexA_TechnologyAnnexforweb.pdf
https://www.iea.org/media/freepublications/technologyroadmaps/AnnexA_TechnologyAnnexforweb.pdf
http://valhalla.cl/espejo-de-tarapaca/
http://www.mbrenewables.com/en/pilot-project/
https://doi.org/10.3390/en5072351
https://doi.org/10.3390/en11102812
https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.11.047
Відновлювана енергетика. 2020. № 4
ISSN 1819-8058 (Print)
ГІДРОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
79
12. Abramovskiy E.R., Gorodko S.V.,Sviridov N.V.
Aerodinamika vetrodvigateley. [Aerodynamics of wind turbines].
Dnepropetrovsk. Publisher DGU. 1987. 220 p. [in Russian].
13. ІЕС 61400-12-1998. Wind turbine generator systems.
Part 12. Wind turbine power performance testing. [in English].
14. Arshenevskyi N.N. Obratymie hydromashyny dlia
hydroakkumulyruiushchykh elektrostantsyi. [Reversible
hydraulic machines for pumpedhydroelectricenergystorage].
Leningrad. Energia. 1977. 240 p. [in Russian].
15. Stepanoff A.I. Tsentrobezhnyie I osevyie nasosyi
[Centrifugal and axial flow pumps]. Moscow. Mashgiz. 1960.
464 p.[in Russian].
16. Voskoboynik V.E., Boroday V.A. Osnovyi
elektroprivoda proizvodstvennyih mashin i kompleksov .
[Fundamentals of electric drive of production machines and
complexes]. Dnepropetrovsk. State University «NSU». 2015.
121 p. [in Russian].
17. Monin A.S., Yaglom A.M. Statisticheskaya
gidromehanika (Mehanika turbulentnosti). [Statistical fluid
mechanics. (Mechanics of turbulence)]. Part 2. M. Nauka. 1967.
720 p. [in Russian].
18. Krivtsov V.S., Oleynikov A.M., Yakovlev A.I.
Neischerpaemaya energiya. Kn. 2. Vetroenergetika.
[Inexhaustible energy. B. 2. Wind power]. Textbook. 2004. 519 p.
[in Russian].
19. Panchev S., Sluchaynyie funktsii i turbulentnost.
[Randomfunctions and turbulence]. Leningrad. Gidrometeoizdat.
1967. 448 p.[in Russian].
20. Vasko P.F., Pazych S.T. Modeliuvannia dynamiky
navantazhuvalnykh rezhymiv roboty hidronasosnoi stantsii z
elektropryvodom za zhyvlennia vid vitroelektrychnoi ustanovky z
synkhronnym heneratorom. [Modeling dynamics loading modes
work of the hydro-pump station with the electric drive from power
supply of the wind electric installation with the synchronous
generator]. Renewable energy. 2020. No. 1. Pp. 61-73.
[in Ukrainian].
21. Vasko P.F. Nablyzhena zastupna elektrychna skhema
synkhronnoho yavnopoliusnoho heneratora dlia analizu
navantazhuvalnykh rezhymiv roboty avtonomnykh vitro- ta
hidroelektrychnykh ustanovok. [Approximate substitution
electrical еquivalent circuit of explicit pole synchronous generator
for analysis of loading operating modes autonomous wind-electric
and hydroelectric units]. Vidnovluvana energetika. 2020. No. 3.
Pp. 51-61. [in Ukrainian].
22. Bryl A.A., Vasko P.F. Pekur P.P., Opredelenie
tehnicheskih pokazateley effektivnosti ispolzovaniya
vetroelektricheskih agregatov v Ukraine. [Definition of technical
indicators of efficiency of use the wind-electric aggregates in
Ukraine]. Energy and electrification. 1995. No. 2. Pp. 48-51.
[in Russian].
23. Vasko P.F. Razrakhunok pokaznykiv tekhnichnoyi
efektyvnosti zastosuvannya vitroelektrychnykh ustanovok za
rezultatamy strokovykh vymiryuvan shvydkosti vitru.
[Calculation of the technical efficiency of the application of wind
power units based on the results of term velocity measurements
wind speed]. Technical electrodynamics. 2001. No. 6. Pp. 45-49.
[in Ukrainian].
24. Kіnash R.І.. Burnaєv O.M. Vіtrove navantazhennya і
vіtroyenergetichnі resursi v Ukrainі. [Wind load and wind energy
resources in Ukraine ]. Lviv. View. Sci.-Tech. Lit. 1998. 1152 p.
[in Ukrainian].
25. Wind potential data on the world map. [Electronic
resource]. URL: https://www.renewables.ninja/. (Applying
date: 23.11.20). [in English].
26. Vasko P.F., Verbovyi A.P., Pazych S.T. Realizatsiia
stokhastychnoi dvoparametrychnoi modeli pozdovzhnoi
skladovoi shvydkosti vitru dlia zadach vitroenerhetyky.
[Implementation of a stochastic two-parameter model of the
longitudinal component of the wind speed for wind power
problems]. Vidnovluvana energetika. 2017. No. 3. Pp. 54-61.
[in Ukrainian].
27. Pugachev V.S. Vvedenie v teoriyu veroyatnostey
[Introduction to probability theory]. M. Nauka. 1968. 368 p.
[in Russian].
28. Vasko P.F., Verboviy A.P., IbragImova M.R.
Pazych S.T. Gidroakumulyuvalni elektrostantsiyi – tehnologichna
osnova Integratsiyi potuzhnih vitro- ta fotoelektrichnih stantsiy do
skladu elektroenergetichnoyi sistemi Ukrayini. [Pumped
hydroelectric energy storage – technological basis of integration
of powerful wind and photoelectric power stations into the power
system of Ukraine]. Hydropower of Ukraine. 2017. No. 1-2.
Pp. 20-25. [in Ukrainian].
29. Vasko P., Verbovij A., Moroz A., Pazych S.,
Ibragimova M., Sahno L. Concept of Accumulation of Energy
from Photovoltaic and Wind Power Plants by Means of Seawater
Pumped Hydroelectric Energy Storage. 2019 IEEE 6th
International Conference on Energy Smart Systems (2019 IEEE
ESS). April 17-19. 2019. Kyiv. Ukraine. Pp. 188-191.
https://doi.org/10.1109/ESS.2019.8764167.
(Applying date: 23.11.20). [in English].
Стаття надійшла до редакції 23.11.20
Остаточна версія 21.12.20
https://www.renewables.ninja/
https://doi.org/10.1109/ESS.2019.8764167
|
| id | veorgua-article-283 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:07:25Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/cd/d9368bf0fbc3bee0ee5a1380bba804cd.pdf |
| spelling | veorgua-article-2832026-07-18T06:32:15Z ENERGY EFFICIENCY OF WIND-HYDRO PUMPING STATION SIGNIFICANT POWER ЕНЕРГЕТИЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ВІТРОГІДРОНАСОСНОЇ СТАНЦІЇ ЗНАЧНОЇ ПОТУЖНОСТІ Vasko, P. Pazych, S. Bryl, A. wind turbine, hydraulic pump, dynamics, inertia, flow, synchronous generator, stochasticity. вітротурбіна, гідронасос, динаміка, інерційність, подача, синхронний генератор, стохастичність. The development of renewable energy sources in Ukraine is characterized by rapid pace. As of September 2020, the installed capacity of wind station (WPP) and photovoltaic (FPP) stations is about 6 GW, which corresponds to almost 20% of the maximum load of the power system at the current time. Therefore, today the problem of accumulation of stochastic electricity supply of wind farms and power plants in the power system, due to the inconsistency of schedules of generation and consumption of power, is becoming relevant. The idea of using pumped storage hydro station (PSH) to store stochastic energy input of wind farms and power plants is beginning to find its practical implementation. In Spain, a wind-diesel power station has been operating for several years to supply water to the 11 MW PSH battery pool. The experience of operation of this complex has shown a significant reduction in its energy efficiency due to the stochastic nature of wind energy. Therefore, it is time to solve the problem of determining the energy efficiency of the process of converting the kinetic energy of wind into potential energy of water accumulated in the accumulator pool, taking into account the presence of wind speed pulsations. In this work, the energy efficiency of a powerful hydraulic pumping station when powering pump motors from a wind power plant is evaluated, taking into account the pulsations of wind speed and the number of hydroelectric units in the station. The determination of quantitative values of the estimated parameters was based on the results of mathematical modeling of the dynamics of loading modes of operation of the wind pumping station taking into account the stochastic change of wind speed. The mathematical model is a system of nonlinear differential equations that describes the interaction of two inertial components of a single aero-electro-hydro-dynamic system. The rational ratio of the number of hydraulic pumps in the pumping station to achieve the maximum values of the utilization factor of the installed capacity of the wind pumping station is determined. Ref. 29, fig. 6. Розвиток відновлюваних джерел енергії в Україні характеризується стрімкими темпами. Станом на вересень 2020 року встановлена потужність вітроелектричних (ВЕС) та фотоелектричних (ФЕС) станцій складає біля 6 ГВт, що відповідає&nbsp; майже 20% максимального навантаження електроенергетичної системи на чинний момент часу. Тому на сьогодні набуває актуальності задача акумулювання стохастичного надходження електроенергії ВЕС та ФЕС в електроенергетичну систему, зумовлена неузгодженістю графіків генерування та споживання потужності. Ідея застосування гідроакумулювальних електростанцій (ГАЕС) для накопичення стохастичного надходження енергії ВЕС і ФЕС починає знаходити своє практичне втілення. В Іспанії вже декілька років функціонує вітродизельна електростанція для подачі води в басейн-акумулятор ГАЕС потужністю 11 МВт. Досвід експлуатації цього комплексу засвідчив суттєве зменшення його енергетичної ефективності, зумовлене стохастичним характером надходження енергії вітру. Тому на часі вирішення задачі визначення енергетичної ефективності процесу перетворення кінетичної енергії вітру в потенційну енергію води, накопиченої в басейні-акумуляторі, з урахуванням наявності пульсацій швидкості вітру . В даній роботі виконана оцінка енергетичної ефективності потужної гідронасосної станції&nbsp; при електроживленні двигунів насосів від вітроелектричної установки з урахуванням пульсацій швидкості вітру та кількості гідроелектричних агрегатів у складі станції. Визначення кількісних значень оцінюваних параметрів базувалось на результатах математичного моделювання динаміки навантажувальних режимів роботи вітрогідронасосної станції з урахуванням стохастичної зміни швидкості вітру. Математична модель являє собою систему нелінійних диференційних рівнянь, що описує взаємодію двох інерційних складових єдиної аероелектрогідродинамічної системи. Визначено раціональне співвідношення кількості гідронасосів в складі насосної станції для досягнення максимальних значень коефіцієнта використання встановленої потужності вітрогідронасосної станції. Бібл. 29, рис. 6. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2020-12-28 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/283 10.36296/1819-8058.2020.4(63).69-79 Vidnovluvana energetika ; No. 4(63) (2020): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 69-79 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 4(63) (2020): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 69-79 Відновлювана енергетика; № 4(63) (2020): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 69-79 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2020.4(63) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/283/204 Copyright (c) 2020 P. Vasko, S. Pazych, A. Bryl https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | wind turbine hydraulic pump dynamics inertia flow synchronous generator stochasticity. Vasko, P. Pazych, S. Bryl, A. ENERGY EFFICIENCY OF WIND-HYDRO PUMPING STATION SIGNIFICANT POWER |
| title | ENERGY EFFICIENCY OF WIND-HYDRO PUMPING STATION SIGNIFICANT POWER |
| title_alt | ЕНЕРГЕТИЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ВІТРОГІДРОНАСОСНОЇ СТАНЦІЇ ЗНАЧНОЇ ПОТУЖНОСТІ |
| title_full | ENERGY EFFICIENCY OF WIND-HYDRO PUMPING STATION SIGNIFICANT POWER |
| title_fullStr | ENERGY EFFICIENCY OF WIND-HYDRO PUMPING STATION SIGNIFICANT POWER |
| title_full_unstemmed | ENERGY EFFICIENCY OF WIND-HYDRO PUMPING STATION SIGNIFICANT POWER |
| title_short | ENERGY EFFICIENCY OF WIND-HYDRO PUMPING STATION SIGNIFICANT POWER |
| title_sort | energy efficiency of wind-hydro pumping station significant power |
| topic | wind turbine hydraulic pump dynamics inertia flow synchronous generator stochasticity. |
| topic_facet | wind turbine hydraulic pump dynamics inertia flow synchronous generator stochasticity. вітротурбіна гідронасос динаміка інерційність подача синхронний генератор стохастичність. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/283 |
| work_keys_str_mv | AT vaskop energyefficiencyofwindhydropumpingstationsignificantpower AT pazychs energyefficiencyofwindhydropumpingstationsignificantpower AT bryla energyefficiencyofwindhydropumpingstationsignificantpower AT vaskop energetičnaefektivnístʹvítrogídronasosnoístancííznačnoípotužností AT pazychs energetičnaefektivnístʹvítrogídronasosnoístancííznačnoípotužností AT bryla energetičnaefektivnístʹvítrogídronasosnoístancííznačnoípotužností |