ENERGY STORAGE SYSTEMS APPLICATION FOR OPERATION MANAGEMENT PROBLEMS IN ELECTRIC POWER SYSTEM OF UKRAINE. STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS
The use of electrical energy storage systems opens up new opportunities for improving the quality of electrical operation management and improves the performance of electrical power systems. Today, the new types of storage devices have been increasingly used for energy storage, recently. Among them...
Saved in:
| Date: | 2022 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/356 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Vidnovluvana energetika |
| Download file: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103546270679040 |
|---|---|
| author | Bolotnyi, N. Loienko, Y. Karmazin, О. |
| author_facet | Bolotnyi, N. Loienko, Y. Karmazin, О. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "N. Bolotnyi",
"institution": "National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, Ukraine."
},
{
"author": "Y. Loienko",
"institution": " National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, Ukraine."
},
{
"author": "О. Karmazin",
"institution": " Institute of renewable energy, NAS Ukraine, Kyiv, Ukraine."
}
] |
| author_sort | Bolotnyi, N. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:17Z |
| description | The use of electrical energy storage systems opens up new opportunities for improving the quality of electrical operation management and improves the performance of electrical power systems. Today, the new types of storage devices have been increasingly used for energy storage, recently. Among them are electrochemical energy storage, compressed-air storage, superconducting storage and supercapacitors, pumped-storage power plants. A brief review of main storage system types with various development and implementation levels is performed. The main energy storage systems characteristics are presented. They are comparing different energy storage technologies for power industry application. The energy storage possibilities have been determined for steadystate and transient operation in integrated power system of Ukraine. The energy storage are increasingly being used in the practice of power system operation and management. This is increasing the power supply reliability of consumers. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2022.3(70).28-35 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:38:46Z |
| format | Article |
| fulltext |
28
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Комплексні проблеми енергетичних систем на основі
УДК 621.311.25 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.3(70).28-35
ЗАСТОСУВАННЯ СИСТЕМ НАКОПИЧЕННЯ ЕНЕРГІЇ ДЛЯ ЗАДАЧ КЕРУВАННЯ РЕЖИМАМИ
ЕЕС УКРАЇНИ: СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ
Отримано 10 серп. 2022; рекомендовано до публікації 27 вер. 2022
Доступно онлайн 30 вер. 2022
М. П. Болотний 1, Ю. Г. Лоєнко 2, О. О. Кармазін3
Автор для коресподенції: Олексій Кармазін,
e-mail: alexey.karmazin@gmail.com
Застосування систем накопичення електричної енергії
дозволяє створити нові можливості для підвищення яко-
сті керування електричними режимами та поліпшити
показники функціонування електроенергетичних сис-
тем. На сьогодні для накопичення енергії дедалі ширше
застосовуються нові типи накопичувачів − електрохімі-
чні акумуляторні батареї, накопичувачі на стислому по-
вітрі, надпровідникові накопичувачі, суперконденсатори, гідроакумулювальні електричні станції. Про-
ведено короткий огляд основних типів накопичувачів енергії, що перебувають на різних стадіях розро-
бки та впровадження. Представлено порівняння основних характеристик систем накопичення енергії,
що використовуються в електроенергетиці. Визначено можливі сфери застосування систем накопи-
чення енергії для регулювання усталених і перехідних режимів у ЕЕС України. Використання систем на-
копичення енергії дедалі ширше застосовуються в практиці регулювання режимів електроенергетич-
них систем і управління ними, підвищуючи надійність електропостачання споживачів.
Ключові слова. електроенергетична система, режимне управління, системи накопичення енергії,
протиаварійне управління.
ENERGY STORAGE SYSTEMS APPLICATION FOR OPERATION MANAGEMENT PROBLEMS IN ELEC-
TRIC POWER SYSTEM OF UKRAINE. STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS
Received 10 Aug. 2022; accepted 27 Sept. 2022.
Available online 30 Sept. 2022
N. Bolotnyi 1, Y. Loienko 2, O. Karmazin3
Author for correspondence: Oleksii Karmazin,
e-mail: alexey.karmazin@gmail.com
The use of electrical energy storage systems opens up new
opportunities for improving the quality of electrical
operation management and improves the performance of
electrical power systems. Today, the new types of storage
devices have been increasingly used for energy storage,
recently. Among them are electrochemical energy storage,
compressed-air storage, superconducting storage and supercapacitors, pumped-storage power plants. A brief
review of main storage system types with various development and implementation levels is performed. The
main energy storage systems characteristics are presented. They are comparing different energy storage
technologies for power industry application. The energy storage possibilities have been determined for steady-
state and transient operation in integrated power system of Ukraine. The energy storage are increasingly being
1 канд. техн. наук.
http://orcid.org/0000-0002-7366-2430
2 студентка.
http://orcid.org/0000-0002-7712-535X
3 канд. техн. наук.
http://orcid.org/0000-0002-7628-6880
1,2 НТУУ «Київський політехнічний інститут
імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна.
3 Інститут відновлюваної енергетики НАН. Ук-
раїни, м. Київ, Україна.
1 Cand. of tech. Sciences.
http://orcid.org/0000-0002-7366-2430
2 Student.
http://orcid.org/0000-0002-7712-535X
3 Cand. of tech. Sciences.
http://orcid.org/0000-0002-7628-6880
1,2 National Technical University of Ukraine
«Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»,
Kyiv, Ukraine.
3 Institute of renewable energy, NAS Ukraine,
Kyiv, Ukraine.
29
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Комплексні проблеми енергетичних систем на основі
used in the practice of power system operation and management. This is increasing the power supply reliability
of consumers.
Keywords: electric power system, operation control, energy storage systems, emergency control.
Вступ. Використання накопичувачів електричної енергії
створює можливості для підвищення якості показників
керування режимами та функціонування електроенер-
гетичних систем в цілому.
У сучасних умовах становлення нової промислової рево-
люції технології накопичення енергії дедалі більше за-
стосовуються для регулювання усталених і перехідних
режимів в електроенергетичних системах, незважаючи
на високу вартість виготовлення. Так, станом на 2018
рік, комісією з регулювання в енергетиці США було
прийнято рішення про допуск до участі в ринках елект-
роенергії й потужності систем накопичення енергії, вста-
новлених в операційних зонах енергокомпаній, в яких є
ліцензія незалежного системного оператора або опера-
тора систем передачі. Відповідно до рішень цієї комісії
існуюча модель енергоринку, що була зорієнтована на
традиційну генерацію, має бути переглянута для виходу
на ринок систем накопичення енергії.
Будівництво гідроакумулювальних електричних станцій
(ГАЕС) обмежується наявністю басейнів води або знач-
ними капіталовкладеннями при штучному створенні ба-
сейнів. Останнім часом стрімко стали реалізовуватися
проєкти щодо введення в експлуатацію нових типів на-
копичувачів, як-от електрохімічні акумуляторні батареї,
надпровідникові накопичувачі, накопичувачі на стис-
лому повітрі, суперконденсатори.
Висока вартість систем накопичення енергії може ком-
пенсуватися такими перевагами:
• забезпечення інтеграції відновлюваних джерел ене-
ргії в енергосистему;
• оптимізації потокорозподілу в електричних мережах
для скорочення обсягів будівництва додаткових еле-
ментів в енергоситемі;
• отримання додаткових швидкодіючих засобів регу-
лювання режиму, що постачаються на ринок систем-
них послуг;
• підвищення надійності електропостачання споживачів;
• іншими перевагами технічного або економічного ха-
рактеру.
Комерційно вигідне виробництво, наприклад батарей
для електромобілів, очікується до 2025−2030 рр. Дина-
міка зниження вартості для деяких типів накопичувачів
наведена в [1].
Постановка завдання. Мета роботи: проаналізувати стан
та перспективи розвитку систем накопичення енергії для
регулювання усталених і перехідних режимів у електрое-
нергетичних системах України згідно з діючими вимо-
гами [Норми якості електричної енергії в Україні [2]:
Задачі дослідження:
− проаналізувати сучасний стан реалізованих проєктів
та перспектив розвитку технологій накопичення ене-
ргії;
− проаналізувати специфіку роботи систем накопи-
чення енергії з урахуванням обмежень електричної
мережі по якості електричної енергії;
− оцінити область можливого застосування систем на-
копичення енергії для задач протиаварійного та ре-
жимного керування режимами в ЕЕС України.
Виклад основного матеріалу. Для проведення дослі-
дження використовувались методи аналізу і синтезу,
методи порівняльного, експертного і статистичного ана-
лізу даних, які представлені в наукових працях з про-
блем розвитку систем накопичення енергії, а також в
матеріалах міжнародних аналітичних агентств і органі-
зацій. При формуванні прогнозу враховувалися наяв-
ність конкурентних переваг і технологічних або дослід-
них напрацювань, розробок або проєктів, а також най-
перспективніші ніші застосування. Далі наведено осно-
вні типи систем накопичення енергії, які були реалізо-
вані в електричних мережах.
Електрохімічні акумулятори. Різноманіття типів акуму-
ляторів постійно збільшується. Найвідомішими з них є
свинцево-кислотні, нікель-кадмієві, літій-іонні, натрій-
сірчані, бром-цинкові, ванадієві, нікель-металгідридні.
Найширше застосовуються в електроенергетичних сис-
темах літій-іонні акумулятори − для заміщення оберто-
вого резерву потужності та регулювання частоти. Про-
гнозоване збільшення ринку літій-іонних батарей з
5,5 млрд доларів США в 2007 році до 35 млрд доларів –
2025-му [1]. Як приклад наведена система накопичення
енергії зі встановленою потужністю 100 МВт і ємністю
129 МВт•год, яка була введена в експлуатацію та акуму-
лює енергію з найближчої вітряної електростанції в Авс-
тралії [3].
Проточні електрохімічні акумулятори. Прикладом
може слугувати ванадієвий проточний акумулятор вста-
новленою потужністю 4 МВт, тривалістю розряду 6 год і
часом відгуку 10 мс [4].
Системи накопичення енергії на стислому повітрі. В
таких системах накопичення енергії повітря стискається
й утримується під тиском у спеціальній ємності великого
об’єму. Зазвичай для цих цілей використовуються пе-
чери в скельному ґрунті, соляні печери, пористі породи,
водоносні шари або нафтогазоносні шари. Розвиток у
значних масштабах обмежений наявністю доступних
сховищ стисненого повітря. Тому поточні дослідження
сфокусовані на розвитку систем зі спеціально створе-
ними резервуарами для зберігання стисненого повітря.
30
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Комплексні проблеми енергетичних систем на основі
Прикладом є система накопичення, побудована в 1978
році, встановленою потужністю 290 МВт і часом роз-
ряду 4 год [5]. Наприкінці 80-х років у США побудувана
система накопичення потужністю 110 МВт з часом роз-
ряду 26 год.
Ємнісні системи накопичення енергії. Системи накопи-
чення енергії цього типу запасають електричну енергію
у вигляді електростатичного заряду. Для промислового
застосування використовуються суперконденсатори. На
даний час ємнісні системи накопичення енергії перебу-
вають в стадії дослідження і розробки прототипу. Дослі-
дники в США і Австралії створили на базі графену надмі-
сткий суперконденсатор, здатний запасати стільки ж
енергії, скільки зберігається в літій-іонних батареях. Го-
ловна перевага запропонованого пристрою полягає в
тому, що заряджати та розряджати він може за лічені
секунди (хвилини) [6].
Роторні системи накопичення енергії. Накопичення
енергії досягається за допомогою ретельно симетрован-
них дисків, з'єднаних з мотор-генератором, що конвер-
тує енергію обертової маси в електричну, і навпаки. Час
розряду роторних систем накопичення − від декількох
секунд до декількох хвилин. У 2011 році була презенто-
вана перша роторна система накопичення енергії поту-
жністю 20 МВт, яка призначена для регулювання час-
тоти в операційній зоні незалежного системного опера-
тора Нью-Йорка [7].
Надпровідникові магнітні системи накопичення енер-
гії. Системи накопичення енергії такого типу запасають
енергію в магнітному полі, створюваному постійним
струмом, що протікає по котушці з надпровідного мате-
ріалу, який розміщений в кріогенному середовищі. Сис-
тема накопичення енергії має дуже високий ККД і гене-
рує в мережу активну та реактивну потужність, які дос-
тупні практично миттєво. Є приклад її успішного застосу-
вання в енергосистемі Bonneville Power Authority в 1980-
х роках, де була встановлена система накопичення ене-
ргії потужністю 20 МВт і ємністю 2,4 МВт год. Основною
функцією системи накопичення енергії було демпфу-
вання низькочастотних коливань [8].
Гідроакумулювальні електростанції. ГАЕС є найпоши-
ренішим протягом тривалого часу видом систем нако-
пичення електроенергії. Сумарна встановлена потуж-
ність ГАЕС на даний час складає близько 165 ГВт, або
97 %, в енергосистемах світу [1]. В Україні успішно екс-
плуатується Дністровська ГАЕС, встановлена електрична
потужність якої (сім насосів-турбін) у генерувальному
режимі має складати 2268 МВт, у насосному ре-
жимі −2947 МВт.
При порівнянні різних технологій накопичення енергії з
погляду їх практичного застосування в електроенерге-
тиці використовують різні характеристики накопичува-
чів, що визначаються їх фізичними властивостями. До
таких характеристик належать:
− встановлена потужність − визначається величиною
потужності, яку може віддати в ЕЕС система накопи-
чення енергії;
− енергоємність − енергія, яку система накопичення
енергії може запасти і видати в ЕЕС;
− тривалість відгуку (пуску) − час переходу системи на-
копичення енергії з неробочого стану (холостого
ходу, режиму зарядки) у стан видачі енергії із заяв-
леними параметрами;
− тривалість розряду − час, протягом якого потужність
і енергія постачаються в ЕЕС без підзарядки.
Щільність потужності і енергії визначаються величи-
нами потужності і енергії, що припадають на одиницю
ваги накопичувача. Ця характеристика має значення при
транспортуванні накопичувачів або в разі пересувних
систем накопичення енергії.
У табл. 1 представлені основні характеристики та об-
ласть застосування технологій зберігання електроенер-
гії відповідно до класифікації [9]
Проведений аналіз основних експлуатаційних характе-
ристик систем накопичення енергії дає можливість ада-
птувати технології систем накопичення з погляду особ-
ливостей функціонування електроенергетики України
[10]:
розвиток великих промислових систем накопичення
енергії, включаючи ГАЕС, твердотільні акумулювальні
електростанції, взаємопов'язаних систем АЕС-ГАЕС і їх
інтегрування як в ринок надання системних послуг, так і
в інвестиційні програми найбільших електроенергетич-
них (генерувальних і мережевих) компаній (можливе
формування кластерів за напрямками розвитку);
розвиток малої генерації та її включення в оптовий ри-
нок через конструкцію віртуальних електростанцій, зок-
рема шляхом формування умов для електростанцій вла-
сної генерації споживачів;
активізацію розвитку технологій зберігання теплової
енергії, в тому числі з використанням фазових перехо-
дів, а також використання біопалива для формування
синтетичного газу.
Технології акумулювання і зберігання енергії є важли-
вою складовою «нової» енергетики і в цілому нової про-
мислової революції 4.0. Розвиток цих технологій з істот-
ним відставанням від світових лідерів запускається в Ук-
раїні. На даний момент ринок систем накопичення ене-
ргії в Україні більшою мірою представлений такими тех-
нічними рішеннями:
• Дніпровський каскад: Київська ГЕС (408,5 МВт), Київ-
ська ГАЕС (235,5/135 МВт (турбінний/насосний)), Ка-
нівська ГЕС (444 МВт), Канівська ГАЕС
(1000/1040 МВт (турбінний/насосний)), Кременчу-
цька ГЕС (632,9 МВт), Середньодніпровська ГЕС
(352 МВт), Дніпровська ГЕС (1569 МВт), Каховська
ГЕС (351 МВт), Каховська ГЕС-2 (проєкт 250 МВт);
31
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Комплексні проблеми енергетичних систем на основі
• Дністровський каскад: Дністровська ГЕС (702 МВт),
Дністровська ГЕС-2 (40,8 МВт), Дністровська ГАЕС
(проєкт 2268/2947 МВт (турбінний/насосний), факти-
чна 972/1248 МВт (турбінний/насосний)).
• Південнобузький каскад: Ташлицька ГАЕС (проєкт
1900/1350 МВт, фактично 320/450 МВт (турбін-
ний/насосний)), Олександрівська ГЕС (11,5 МВт).
• Малі річки: Сухорабівська ГЕС (300 кВт), Теребле-Рі-
цька ГЕС (27 МВт), Шишацька ГЕС (550 кВт).
Сьогодні розвиток галузі систем накопичення енергії в
Україні стримується сукупністю чинників, характерних
для незрілого ринку високотехнологічної продукції, яка
за своїми показниками поки що не зайняла стійкої пози-
ції на ринку. Основним таким фактором є порівняно ви-
сока вартість систем накопичення енергії. Унікальні фу-
нкції систем накопичення енергії (підвищення надійно-
сті, поліпшення якості електроенергії та показників ефе-
ктивності власної генерації, резервування, оптимізація
графіка споживання), завдяки яким може бути забезпе-
чено виняткове застосування цих систем на практиці,
Область застосування
Технологія
системи накопи-
чення енергії
Відпуск енергії
споживачеві
Встановлена
потужність
системи
накопичення
енергії, МВт
Періодичність
типових циклів
Тривалість
процесу
розряду
Час від-
гуку на
команду
Керування наванта-
женням за заданим
графіком
Електрохімічні,
ємнісні,
індуктивні
накопичувачі,
ГАЕС, ТАЕС
Електроенер-
гія,
теплова енергія
1–2000 1–29
разів на добу 15 хв – 1 доба < 15 хв
Керування точками
перевантаження
в електричних
мережах
Електроенер-
гія,
теплова енергія
10–500 0,14–1,25
рази на добу 2–4 год > 1 год
Перерозподіл інве-
стицій в об’єктах
інфраструктури
Пневмоповітряні
акумулятори
Електроенер-
гія,
теплова енергія
1–500 0,75–1,25
рази на добу 2–5 год > 1 год
Регулювання напруги у
вузлах
електрохімічні
акумулятори Електроенергія 1–40 10–100
разів на добу 1 с – 1 хв 0,001–1 с
Використання тепла
газів, що відходять
Теплові
накопичувачі,
термодинамічні,
пневмоповітряні
акумулятори,
накопичувачі
Теплова енер-
гія 1–10 1–20
разів на добу 1 год – 1 доба < 10 хв
Комбінований цикл
вироблення теплової
та електичної енергії
(наприклад, ТЕЦ)
Теплова енер-
гія 1–5 1–10
раз на добу 1 хв – 1 год < 15 хв
Автономний пуск
електростанції (без
використання
зовнішнього джерела
електропостачання)
водень, ТАЕС,
ГАЕС Електроенергія 0,1–400 < 1 рази на рік 1–4 год < 1 год
Ізольовані енергосис-
теми
Електрохімічні, єм-
нісні,
індуктивні
накопичувачі,
ГАЕС, ТАЕС,
водневі
елементи.
Електроенер-
гія,
теплова енергія
0,001–0,01 0,75–1,5
рази на добу 3–5 год < 1 год
Зміна попиту і скоро-
чення піків спожи-
вання
Електроенер-
гія,
Теплова енер-
гія
0,001–0,01 1–29
разів на добу 1 хв – 1 год < 15 хв
Сезоне зберігання ГАЕС
ТАЕС
Електроенер-
гія,
теплова енергія
500–2000 1–5 разів на рік Декілька діб –
місяць 1 доба
Регулювання частоти
змінного струму
електрохімічні,
ємнісні,
індуктивні
накопичувачі
Електроенергія 1–2000 20–40
разів на добу 1–15 хв 1 хв
Ціновий арбітраж Електроенергія 100–2000 0,25–1
разів на добу 8–24 год > 1 год
Вироблення енергії на
основі використання
ВДЕ
електрохімічні
акумулятори
Електроенер-
гія,
теплова енергія
1–400 0,5–2
рази на добу 1 хв – 1 год < 15 хв
«Гарячий» резерв, що
обертається
електрохімічні
Електроенергія 10–2000 0,5–2
рази на добу 15 хв – 2 год < 15 хв
«Холодний» резерв Електроенергія 10–2000 0,5–2
рази на добу 15 хв – 2 год < 15 хв
Таблиця 1. Основні характеристики застосування технологій зберігання електроенергії
Table 1. The main characteristics of energy storage systems
32
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Комплексні проблеми енергетичних систем на основі
досі достатньою мірою не забезпечують їх економічну
ефективність [11].
Серед найбільш значущих бар'єрів, що перешкоджають
розвитку ринку систем накопичення енергії, необхідно
виділити такі:
• в умовах діючої моделі оптового ринку електроене-
ргії та потужності накопичувачі не є економічно ефе-
ктивними та інвестиційно привабливими об'єктами;
• існують обмеження нормативного правового і техні-
чного регулювання електроенергетики, відсутня сис-
темна послуга «згладжування мінімумів наванта-
ження» або статус особливого системного генера-
тора;
• спостерігається високий рівень імпортозалежності,
практично немає власних технологічних продуктів
систем накопичення енергії повного циклу виробни-
цтва;
• відсутні успішно реалізовані демонстраційні проє-
кти, які підходять для подальшого масштабування в
енергосистему.
Щляхи застосування систем накопичення енергії для
задач керування режимами в ЕЕС України. Під час ви-
никнення великих дефіцитів активної потужності, відді-
лення великої ЕЕС від енергооб'єднання, асинхронних
режимів відбуваються значні зміни частоти і активної
потужності. Підтримання частоти в допустимих межах
здійснюється за допомогою оперативного й автоматич-
ного регулювання частоти.
Так, первинне регулювання частоти обмежує відхи-
лення частоти при дефіциті активної потужності в ЕЕС за
рахунок мобілізації первинних резервів потужності на
енергоблоках, яка реалізується автоматичними регуля-
торами частоти обертання турбін, що змінюють потуж-
ність генераторів у межах наявних на них первинних ре-
зервів регулювання та регулювального ефекту наванта-
ження за частотою.
Величина необхідного сумарного нормованого первин-
ного резерву енергооб'єднання на завантаження і роз-
вантаження визначається найбільшим розрахунковим
дефіцитом активної потужності, який приймається рів-
ним 1000 МВт. Час повної мобілізації нормованого пер-
винного резерву регулювання частоти становить 30 с.
Вторинне регулювання частоти передбачає викорис-
тання вторинного резерву потужності для компенсації
дефіциту активної потужності, ліквідації переванта-
ження транзитних ЛЕП, відновлення як частоти, так і ви-
користаних резервів первинного регулювання. Для роз-
міщення резервів вторинного регулювання залучаються
маневрені гідравлічні й теплові електростанції. Макси-
мальний час усунення дефіцитів потужності засобами
вторинного регулювання становить 15 хв [8].
Системи накопичення енергії можуть ефективно засто-
совуватися як резерв первинного і вторинного
регулювання частоти, час їх пуску становить 1−3 с. Це
створює умови використання систем накопичення ене-
ргії для одночасного виконання функції як первинного,
так і вторинного резерву активної потужності. Усунення
дефіциту активної потужності за кілька секунд поліп-
шить якість регулювання частоти при виникненні знач-
них дефіцитів активної потужності.
ЕЕС України являє собою енергооб'єднання з міжсисте-
мними зв'язками обмеженої пропускної здатності. Відк-
лючення будь-якої ЛЕП високої напруги викликає зна-
чне зниження максимально допустимих перетоків у ко-
нтрольованих перетинах. З огляду на це, розміщення
вторинних резервів активної потужності та їх сумарний
обсяг визначаються більшою мірою збереженням існу-
ючого рівня максимально допустимих перетоків при
ослабленні контрольованих перетинів, ніж покриттям
аварійних дефіцитів потужності.
Напруга в електричній мережі змінюється залежно від
навантаження та вироблення електроенергії в певний
момент, вказівок диспетчера зі зміни режиму, аварій-
них ситуацій в ЕЕС (відключення генераторів, трансфор-
маторів, ЛЕП). Відповідно до стандарту «Правила запо-
бігання розвитку і ліквідації порушень нормального ре-
жиму електричної частини енергосистем» [13] при ро-
боті зі зниженою напругою і виникненні тенденції зни-
ження напруги вживаються заходи щодо обмеження
передачі потужності по ЛЕП і енергоспоживання у вуз-
лах із зниженою напругою.
Якщо рівень напруги після вжитих заходів щодо її відно-
влення залишається нижче аварійно допустимого зна-
чення, відключають чергами навантаження в тому вузлі,
де відбулося зниження напруги, до підвищення напруги
вище мінімально допустимого значення. Відключення
споживачів можна уникнути, якщо в пунктах підклю-
чення навантаження використовувати системи накопи-
чення енергії, керування якими здійснюється за рівнем
напруги.
При зниженні напруги нижче аварійно допустимого рі-
вня на шинах розподільних підстанцій вмикаються сис-
теми накопичення енергії, знижуючи перетоки потуж-
ності та падіння напруги в ЛЕП. Як системи накопичення
енергії для цього випадку можуть застосовуватися шви-
дкодіючі накопичувачі, які використовуються для авто-
матичного резервування електропостачання відповіда-
льних споживачів, так і більш повільні, наприклад рото-
рні, накопичувачі.
Наступною сферою застосування систем накопичення
енергії може бути інтеграція в енергосистему відновлю-
ваних джерел енергії. Вироблення енергії вітроелектро-
станціями або фотоелектричними станціями носить імо-
вірнісний характер і залежить від метеоумов. Це ускла-
днює керування режимом при наявності значної гене-
рації відновлюваних джерел. Прикладом може слугу-
вати енергія великих ВЕС, що працюють паралельно з
ЕЕС. Наприклад, в ENTSO-E потужність відновлюваних
джерел енергії (у відповідності зі стратегією 20+20+20)
33
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Комплексні проблеми енергетичних систем на основі
повинна була до 2020 року досягти 20 % сумарної гене-
рації енергооб'єднання. В 2017 році сумарна встанов-
лена потужність ENTSO-E склала 1 136 795 МВт, а сума-
рне споживання потужності – 3597 ТВтˑч [15].
Стохастичний характер генерації породжує необхідність
технічних рішень для перетворення генерації із нестабі-
льної в постійну видачу потужності. Одним із таких рі-
шень є застосування накопичувачів великої потужності,
створення технічних комплексів «ВДЕ − система накопи-
чення енергії». Це дасть змогу виключити стохастичний
характер генерації та спростити керування потоками по-
тужності від відновлюваних джерел енергії. В цьому разі
доцільно використовувати накопичувачі великої енер-
гоємності − ГАЕС або накопичувачі на стислому повітрі.
Ще однією функцією може бути вирівнювання добових
диспетчерських графіків навантаження в ЕЕС. Відомо,
що добовий графік навантаження ЕЕС має нічний міні-
мум і два максимуми – ранковий і вечірній. Накопичу-
ючи електроенергію в період нічного мінімуму, коли її
вартість мінімальна, і видаючи її в періоди максимумів,
накопичувач сприяє згладжуванню добового графіка.
Це дозволяє зменшити наявну потужність в ЕЕС, знизити
перетоки потужності по ЛЕП систем передачі в періоди
максимумів. Як накопичувачі, що застосовуються для
згладжування добових графіків навантаження, викорис-
товуються ГАЕС або накопичувачі на стислому повітрі,
що дають змогу накопичувати протягом декількох годин
великі обсяги енергії.
Споживачі електричної енергії можуть бути ідентифіко-
вані як енергоустановки особливої групи, якщо раптове
порушення їх електропостачання спричиняє виник-
нення загрози життю і здоров'ю людей, майну фізичних
та юридичних осіб, державному або муніципальному
майну, загрози негативного впливу на довкілля. До спо-
живачів особливої групи можна віднести системи елек-
тропостачання нафто-, газопроводів, системи власних
потреб електричних станцій, металургійні, хімічні виро-
бництва і т. п. Споживач електричної енергії особливої
групи повинен бути забезпечений автономним джере-
лом електропостачання. З цією метою використову-
ються зазвичай дизельгенераторні установки. В процесі
запуску автономного джерела, тривалість якого стано-
вить кілька секунд, вибіг двигунів може викликати не-
припустимі пускові струми в разі самозапуска асинхрон-
них двигунів або випадання з синхронізму синхронних
двигунів. Включення електрохімічних акумуляторів або
надпровідникових магнітних накопичувачів як автоном-
ного джерела з часом відгуку 10−20 мс дозволить міні-
мізувати ці негативні процеси.
Для електропостачання відповідальних споживачів ве-
ликої потужності здійснюється двостороннє живлення.
В деяких випадках можливе використання секціонован-
ної схеми електропостачання з використанням автома-
тичного введення резерву, що забезпечує самозапуск
асинхронних двигунів власних потреб електростанцій,
обмежуючи час перерви електропостачання, що стано-
вить менше ніж 1-2 с. Особливістю роботи синхронних
двигунів, підключених до секції, що втратила живлення
за час циклу автоматичного введення резерву, є випа-
дання із синхронізму. Так, робота автоматичного вве-
дення резерву при живленні синхронного наванта-
ження дозволяється в двох випадках: після відключення
синхронного двигуна; після зняття збудження й пере-
ходу в пусковий режим. Завдяки використанню системи
накопичення як автоматичного введення резерву мож-
ливо відновити електропостачання через 10−20 мс та
здійснювати електропостачання за секціонованною схе-
мою як асинхронного, так і синхронного навантаження.
Автоматичне протиаварійне управління в ЕЕС реалізу-
ється за допомогою таких видів протиаварійної автома-
тики [10]:
• автоматика запобігання порушенню стійкості пара-
лельної роботи;
• автоматика обмеження перевантаження облад-
нання;
• автоматика ліквідації асинхронних режимів;
• автоматика обмеження зниження частоти і напруги;
• автоматика обмеження підвищення частоти і на-
пруги.
Функції протиаварійного керування реалізуються проти-
аварійною автоматикою такими видами керуючих впли-
вів:
• короткочасне і тривале розвантаження енергоблоків
ТЕС і АЕС;
• поділ ЕЕС на несинхронно працюючі райони;
• електричне гальмування;
• відключення генераторів;
• відключення споживачів електроенергії;
• автоматичне завантаження генераторів;
• зміна топології електричної мережі, режимів роботи
і експлуатаційного стану керованих елементів елект-
ричної мережі.
Керуючі впливи протиаварійного керування можуть
бути розраховані на основі заданих суб'єктом операти-
вно-диспетчерського управління функціональних зале-
жностей обсягу керуючого впливу від параметрів елект-
роенергетичного режиму. Якщо для вибраного керую-
чого впливу передбачено відключення споживачів або
завантаження генераторів, то можливе застосування си-
стем накопичення енергії. Система протиаварійного ке-
рування висуває жорсткі вимоги щодо швидкодії реалі-
зації керуючого впливу. Тому з метою запобігання пору-
шенню статичної або динамічної стійкості генераторів,
двигунового навантаження і запобігання переванта-
жень ЛЕП і обладнання ЕЕС як додаткові керуючі впливи
можуть бути використані електрохімічні акумулятори,
суперконденсатори або надпровідникові системи нако-
пичення енергії.
34
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Комплексні проблеми енергетичних систем на основі
Отже, ефективність застосування систем накопичення
енергії визначається можливістю їх використання не
тільки для виконання тих функцій регулювання параме-
трів режиму, для яких вони призначаються, але і для од-
ночасного виконання інших функцій керування режи-
мами в ЕЕС.
Висновки. Технології накопичення енергії розвиваються
високими темпами, системи накопичення енергії дедалі
ширше застосування в практиці регулювання режимів
ЕЕС і керування ними. Проведений аналіз з погляду гло-
бального вектора розвитку технологій, суспільства й
економіки та впливу на кінцеву конфігурацію енергоси-
стеми показав, що незалежно від перспективного сце-
нарію, основними стратегічними задачами держави й
енергокомпаній в розвитку електроенергетики є такі:
акумулювання в галузі нових компетенцій, знань і тех-
нологій; розробки і відтворення передових технологій;
дослідження невирішених проблем використання сис-
тем накопичення енергії. Так, розосередження резерву
первинного і вторинного регулювання, розміщеного на
системах накопичення енергії по вузлах енергооб'єд-
нання, сприятиме зниженню аварійних перетоків в разі
дефіциту активної потужності й тим самим підвищенню
максимально допустимих перетоків у контрольованих
перетинах. Мала тривалість відгуку, значні величини по-
тужності й енергоємності відкривають широкі перспек-
тиви застосування накопичувачів для управління як
усталеними, так і перехідними режимами ЕЕС.
ПОСИЛАННЯ
1. The strategic energy technology plan. European
commission, 2017 [Електронний ресурс].
URL: https://energy.ec.europa.eu/topics/research-and-
technology/strategic-energy-technology-plan_en.
2. Норми якості електричної енергії в Україні [Елект-
ронний ресурс].
URL: https://www.nerc.gov.ua/?id=19529
3. The Hornsdale Power Reserve [Електронний ресурс].
URL: https://hornsdalepowerreserve.com.au/.
4. Eric Lewis. Flow sells: A long-term energy storage solution
// Power Engineering International. Vol. 19, Is. 2. 2011.
5. Графенові суперконденсатори [Електронний ре-
сурс]. URL: https://tehnoobzor.com/hi-technews/169-
grafenovye-superkondensatory.html.
6. Marco Semadeni. Energy storage as an essential part of
sustainable energy systems. A review on applied energy
storage technologies // CEPE working paper. 2003. N
24.
7. Flywheel technology [Електронний ресурс].
URL: http://www.beaconpower.com
8. В. В. Бушуев, Н. Н. Лизалек, Н. Л. Новиков. Динами-
ческие свойства энергообъединений. М.: Энергоато-
миздат, 1995. 320 с.
9. Technology Roadmap - Energy Storage – Analysis -
International Energy Agency. [Електронний ресурс].
URL: http://www.iea.org.
10. Стратегія низьковуглецевого розвитку України до
2050 року. Київ – 2017. 53 с. [Електронний ресурс].
URL: https://menr.gov.ua.
11. Lezhniuk P. D., Kulik V. V, Netrebsky V. V., Teptya V. V.
Principle of the smallest action in electrical engineering
and power engineering: Monograph. − Vinnitsa: VNTU,
2014. 212 p.
12. Постанова НКРЕКП 14.03.2018 № 309. Кодекс систем
передачі. Оперативно-диспетчерське управління.
Регулювання частоти і перетоків активної потужно-
сті.
13. ГНД 34.20.567-2003. Правила застосування систем-
ної протиаварійної автоматики Запобігання та лікві-
дації небезпечного зниження або підвищення час-
тоти в енергосистемах. Науково-технічний центр
електроенергетики «НЕК «Укренерго». Київ, 2003. 40
с.
14. СОУ НЕК 20.571:2018. Визначення необхідних умов і
алгоритмів врахування ВЕС та СЕС при налаштуванні
протиаварійних автоматичних пристроїв, призначе-
них для запобігання порушенню стійкості (АЗПС) у
перетинах ОЕС України, на режим роботи яких вони
мають вплив. Методичні рекомендації. ДП «НЕК «Ук-
ренерго». Київ, 2018. 53 с.
15. ENTSO-E 2017 [Електронний ресурс].
URL: https://annualreport2017.entsoe.eu/ (дата звер-
нення: 23.10.2022).
REFERENCES
1. The strategic energy technology plan. European
commission, 2017 [Online].
URL: https://energy.ec.europa.eu/topics/research-
and-technology/strategic-energy-technology-plan_en
(дата звернення: 23.10.2022).
2. Standards of quality of electric energy in Ukraine
[Online]. URL: https://www.nerc.gov.ua/?id=19529
3. The Hornsdale Power Reserve [Online].
URL: https://hornsdalepowerreserve.com.au/ (дата
звернення: 23.10.2022).
4. Eric Lewis. Flow sells: A long-term energy storage
solution // Power Engineering International. Vol. 19, Is.
2. 2011.
5. Graphene supercapacitors [Online].
URL: https://tehnoobzor.com/hi-technews/169-grafenovye-
superkondensatory.html (дата звернення: 23.10.2022).
6. Marco Semadeni. Energy storage as an essential part of
sustainable energy systems. A review on applied energy
storage technologies // CEPE working paper. 2003. N 24.
https://energy.ec.europa.eu/topics/research-and-technology/strategic-energy-technology-plan_en
https://energy.ec.europa.eu/topics/research-and-technology/strategic-energy-technology-plan_en
https://hornsdalepowerreserve.com.au/
https://tehnoobzor.com/hi-technews/169-grafenovye-superkondensatory.html
https://tehnoobzor.com/hi-technews/169-grafenovye-superkondensatory.html
35
Відновлювана енергетика. №3/2022 | Комплексні проблеми енергетичних систем на основі
7. Flywheel technology. [Online].
URL: http://www.beaconpower.com
8. Bushuev V. V., Lizalek N. N., Novikov N. L. Dynamic
properties of energy-united. M.: Energoatomizdat,
1995. 320 р.
9. Technology Roadmap - Energy Storage – Analysis -
International Energy Agency. [Online].
URL: http://www.iea.org.
10. Low-carbon development strategy of Ukraine until
2050. Kyiv – 2017. – 53 p. [Online].
URL: https://menr.gov.ua
11. Lezhniuk P. D., Kulik V. V, Netrebsky V. V., Teptya V. V.
Principle of the smallest action in electrical engineering
and power engineering: Monograph. - Vinnitsa: VNTU,
2014.2 p.
12. Resolution of the NCRECP 14.03.2018 No. 309. Code of
transmission systems. Operational and dispatching
management. Regulation of frequency and flows of
active power.
13. ГНД 34.20.567-2003. Rules for the use of system anti-
emergency automation Prevention and elimination of
dangerous reduction or increase in frequency in power
systems. Scientific and technical center of electric
energy "NEC "Ukrenergo". Kyiv, 2003. 40 p.
14. СОУ НЕК 20.571:2018. Determination of the necessary
conditions and algorithms for taking into account WPPs
and SPPs when setting up emergency automatic devices
designed to prevent stability violations (AZPS) at
intersections of the UES of Ukraine, on the mode of
operation of which they influence. Guidelines. SE "NEC
"Ukrenergo". Kyiv, 2018. 53 p.
15. ENTSO-E 2017 [Online].
URL: https://annualreport2017.entsoe.eu/.
http://www.beaconpower.com/
|
| id | veorgua-article-356 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:09:55Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/d2/206e822964e9606c3a710d8f089e42d2.pdf |
| spelling | veorgua-article-3562026-07-18T06:32:17Z ENERGY STORAGE SYSTEMS APPLICATION FOR OPERATION MANAGEMENT PROBLEMS IN ELECTRIC POWER SYSTEM OF UKRAINE. STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS ЗАСТОСУВАННЯ СИСТЕМ НАКОПИЧЕННЯ ЕНЕРГІЇ ДЛЯ ЗАДАЧ КЕРУВАННЯ РЕЖИМАМИ ЕЕС УКРАЇНИ: СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ Bolotnyi, N. Loienko, Y. Karmazin, О. electric power system, operation control, energy storage systems, emergency control. електроенергетична система, режимне управління, системи накопичення енергії, протиаварійне управління. The use of electrical energy storage systems opens up new opportunities for improving the quality of electrical operation management and improves the performance of electrical power systems. Today, the new types of storage devices have been increasingly used for energy storage, recently. Among them are electrochemical energy storage, compressed-air storage, superconducting storage and supercapacitors, pumped-storage power plants. A brief review of main storage system types with various development and implementation levels is performed. The main energy storage systems characteristics are presented. They are comparing different energy storage technologies for power industry application. The energy storage possibilities have been determined for steadystate and transient operation in integrated power system of Ukraine. The energy storage are increasingly being used in the practice of power system operation and management. This is increasing the power supply reliability of consumers. Застосування систем накопичення електричної енергіїдозволяє створити нові можливості для підвищення якості керування електричними режимами та поліпшитипоказники функціонування електроенергетичних систем. На сьогодні для накопичення енергії дедалі ширшезастосовуються нові типи накопичувачів − електрохімічні акумуляторні батареї, накопичувачі на стислому повітрі, надпровідникові накопичувачі, суперконденсатори, гідроакумулювальні електричні станції. Проведено короткий огляд основних типів накопичувачів енергії, що перебувають на різних стадіях розробки та впровадження. Представлено порівняння основних характеристик систем накопичення енергії,що використовуються в електроенергетиці. Визначено можливі сфери застосування систем накопичення енергії для регулювання усталених і перехідних режимів у ЕЕС України. Використання систем накопичення енергії дедалі ширше застосовуються в практиці регулювання режимів електроенергетичних систем і управління ними, підвищуючи надійність електропостачання споживачів. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2022-09-30 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/356 10.36296/1819-8058.2022.3(70).28-35 Vidnovluvana energetika ; No. 3(70) (2022): Scientific and applied Journal renewable energy ; 28-35 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 3(70) (2022): Scientific and applied Journal renewable energy ; 28-35 Відновлювана енергетика; № 3(70) (2022): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 28-35 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2022.3(70) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/356/276 Copyright (c) 2022 N. Bolotnyi, Y. Loienko, О. Karmazin https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | electric power system operation control energy storage systems emergency control. Bolotnyi, N. Loienko, Y. Karmazin, О. ENERGY STORAGE SYSTEMS APPLICATION FOR OPERATION MANAGEMENT PROBLEMS IN ELECTRIC POWER SYSTEM OF UKRAINE. STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS |
| title | ENERGY STORAGE SYSTEMS APPLICATION FOR OPERATION MANAGEMENT PROBLEMS IN ELECTRIC POWER SYSTEM OF UKRAINE. STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS |
| title_alt | ЗАСТОСУВАННЯ СИСТЕМ НАКОПИЧЕННЯ ЕНЕРГІЇ ДЛЯ ЗАДАЧ КЕРУВАННЯ РЕЖИМАМИ ЕЕС УКРАЇНИ: СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ |
| title_full | ENERGY STORAGE SYSTEMS APPLICATION FOR OPERATION MANAGEMENT PROBLEMS IN ELECTRIC POWER SYSTEM OF UKRAINE. STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS |
| title_fullStr | ENERGY STORAGE SYSTEMS APPLICATION FOR OPERATION MANAGEMENT PROBLEMS IN ELECTRIC POWER SYSTEM OF UKRAINE. STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS |
| title_full_unstemmed | ENERGY STORAGE SYSTEMS APPLICATION FOR OPERATION MANAGEMENT PROBLEMS IN ELECTRIC POWER SYSTEM OF UKRAINE. STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS |
| title_short | ENERGY STORAGE SYSTEMS APPLICATION FOR OPERATION MANAGEMENT PROBLEMS IN ELECTRIC POWER SYSTEM OF UKRAINE. STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS |
| title_sort | energy storage systems application for operation management problems in electric power system of ukraine. status and development prospects |
| topic | electric power system operation control energy storage systems emergency control. |
| topic_facet | electric power system operation control energy storage systems emergency control. електроенергетична система режимне управління системи накопичення енергії протиаварійне управління. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/356 |
| work_keys_str_mv | AT bolotnyin energystoragesystemsapplicationforoperationmanagementproblemsinelectricpowersystemofukrainestatusanddevelopmentprospects AT loienkoy energystoragesystemsapplicationforoperationmanagementproblemsinelectricpowersystemofukrainestatusanddevelopmentprospects AT karmazino energystoragesystemsapplicationforoperationmanagementproblemsinelectricpowersystemofukrainestatusanddevelopmentprospects AT bolotnyin zastosuvannâsistemnakopičennâenergíídlâzadačkeruvannârežimamieesukraínistantaperspektivirozvitku AT loienkoy zastosuvannâsistemnakopičennâenergíídlâzadačkeruvannârežimamieesukraínistantaperspektivirozvitku AT karmazino zastosuvannâsistemnakopičennâenergíídlâzadačkeruvannârežimamieesukraínistantaperspektivirozvitku |