Неоднозначно и влияние распределенной
генерации на качество электроэнергии
по уровням напряжений. С одной стороны,
наличие распределенной генерации в распределительной
сети позволяет более стабильно поддерживать
уровни напряжений в узлах за счет возможностей
этих генераторов по генерированию реактивной
мощности, в отличие от традиционных распределительных
сетей, в которых потери напряжения тем
больше, чем дальше от питающей подстанции
высокого напряжения. С другой стороны,
обнаружены явления, получившие название фликкера в англоязычной литературе и связанные с быстрыми колебаниями напряжения. Характерно, что фликкер развивается при резком снижении напряжения в узле присоединения малого генератора, особенно если генератор асинхронный [22,26].
Неоднозначно также влияние
распределенной генерации на генерацию
высших гармоник в системе. С одной стороны,
наличие распределенных генераторов снижает
их уровень. Но, с другой стороны, многие
малые установки, например, ВЭУ, высокочастотные
ГТУ, подключаются к распределительной
сети через преобразователи переменного тока в постоянный и обратно, которые генерируют в сеть высшие гармоники [22, 26, 29].
Подключение источников распределенной
генерации к распределительной сети увеличивает
токи короткого замыкания, что может потребовать
замены коммутационных аппаратов, изменения
настроек защит и др. [22, 26, 29].
Появление распределенной генерации
усложняет диспетчерское управление ЭЭС,
смещая его функции на распределительную
сеть. Проблема при этом заключается в
высокой неопределенности режимов работы
распределенной генерации вследствие
неравномерности загрузки агрегатов,
отсутствия текущей информации об их работе
и др. В последнее время появился ряд разработок,
в которых предпринимаются попытки решения
этой проблемы на основе распределенной
системы диспетчерского управления с
использованием Интернет-технологий [22, 30]. В связи с этим появилось понятие "виртуальная электростанция", которая условно объединяет распределенную генерацию посредством распределенной Интернет-системы управления.
Распределенная генерация усложняет
также систему релейной защиты и автоматики,
противоаварийного управления ЭЭС [22,
23, 31, 32]. Распределительная сеть с появлением
в ней установок распределенной генерации
приобретает черты основной сети, т.е.
в ней возникают проблемы устойчивости
и др., что требует разработки устройств
автоматики, аналогичных основной сети.
При потере электроснабжения от питающей
подстанции основной сети имеется возможность
выделить установку распределенной генерации
на близкую по мощности нагрузку, что обеспечит
электроснабжение ответственных потребителей.
Эта проблема в англоязычной литературе
получила название "Islanding", она достаточно активно изучается [22, 24, 26, 29] и имеет ряд составляющих, в частности: определение состава потребителей, подключаемых к малому генератору при выделении; разработка принципов и конкретных устройств соответствующей автоматики; учет конкретных условий работы распределенных генераторов и др.
Следует отметить и такой негативный
фактор ВЭУ, как генерирование инфразвука
при вращении лопастей. Эта проблема во
многом решается за счет специальной конструкции
лопастей [22, 24, 29].
Все перечисленные особенности
распределенной генерации требуют тщательного
изучения свойств и характеристик различных
установок, разработки их математических
моделей работы в различных режимах. Требуется
разработка новых методов анализа режимов работы
систем электроснабжения, включающих распределенную генерацию, их надежности, устойчивости и т.п. Необходима также разработка математических моделей и методов планирования развития систем электроснабжения и ЭЭС с учетом распределенной генерации [22, 33, 34 и др.].
Категории распределенной
генерации в России
Распределенной генерацией
можно считать те объекты, которые находятся
вблизи конечного потребления, вне зависимости
от того, кто является их владельцем. На
сегодняшний день в России можно выделить
три категории генерирующих мощностей,
которые подпадают под широкое определение
распределенной генерации:
блок-станции, источник электрической (иногда тепловой) энергии, расположенный на территории или в непосредственной близости от промышленного предприятия и принадлежащий владельцам этого предприятия на правах собственности или ином законном основании, например праве аренды. Блок-станции, как правило, выгодны их владельцам, поскольку могут функционировать за счет побочных продуктов основного производства (попутный или доменный газ и т.п.);
теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).
ТЭЦ и централизованное теплоснабжение
населенных пунктов были гордостью советской
энергетики. И действительно, комбинированное
производство электроэнергии и тепла
повышает коэффициент использования топлива
(КИТ) в среднем на 30%. На фоне этого эффекта
существенные затраты и неудобства при
сооружении и эксплуатации теплосетей
становятся приемлемыми. Это одна из причин,
по которым когенерация широко пропагандируется и поощряется сейчас на Западе;
объекты малой и средней генерации,
в числе которых газотурбинные и газопоршневые
станции, а также пока еще малочисленные
в России электростанции на возобновляемых
источниках электроэнергии (ВИЭ).
При этом распространение малой
и средней генерации во владении конечных
потребителей в мире в последнее время
идет весьма активно. Так, по данным одного
из ведущих производителей оборудования
для такого рода объектов – фирмы «Катерпиллер»,
к настоящему моменту ею поставлено и
установлено 14600 ГТУ и ПГУ различной мощности
по всему миру. Состав заказчиков такого
оборудования весьма разнообразен – от
военных аэродромов до целлюлозно-бумажных
комбинатов. И это только один из трех
ведущих производителей.
В 2000 году мощность ТЭЦ на промышленных
предприятиях в Канаде (по российскому
определению – блок-станций) составляла
7,7 ГВт, или около 7% от общей установленной
мощности в 111 ГВт. Мощность распределенной
генерации на ВИЭ (солнечных батарей, ветрогенераторов
и приливных станций) составляла 500 МВт.
В Западной Европе установленная мощность
распределенной генерации оценивалась
в 2002 году в 50 ГВт, включая малые ГЭС и ветроэлектростанции.
Общая мощность последних – 26,9 ГВт. Более
поздняя информация не публикуется, по-видимому,
по той причине, что на сегодняшний день
это настолько распространенное явление,
что его перестали выделять в отдельную
категорию. В последнее время процесс
начинает набирать обороты и в России
(табл. 2, рис. 4). [Таможенная служба]
Таблица 2. Импорт оборудования
для распределенной генерации в Москву
и Санкт-Петербург* по данным Федеральной
таможенной службы России |
Вид оборудования |
Таможенная стоимость, млн долл.
США |
Рост таможенной стоимости
к предыдущему году, раз |
2009 |
2010 |
2011 |
2009 |
2010 |
2011 |
Турбины газовые мощностью
5–50 МВт |
60,65 |
104,21 |
205,42 |
– |
1,72 |
1,97 |
Электрогенераторные установки
дизельные или полудизельные мощностью
более 375 кВА |
51,25 |
123,41 |
252,28 |
– |
2,41 |
2,04 |
Электрогенераторные установки
с искровым зажиганием мощностью более
375 кВА |
37,97 |
104,46 |
94,81 |
– |
2,75 |
0,91 |
Электрогенераторные установки
ветроэнергетические |
0,50 |
0,26 |
0,50 |
– |
0,52 |
1,95 |
Всего |
150,36 |
332,34 |
553,02 |
– |
2,21 |
1,66 |
|
Рисунок
4. Рост импортного оборудования для распределенной
генерации в Москве и Санкт-Петербурге
Причины популярности
распределенной генерации
Уход многих потребителей от исключительно
централизованного энергоснабжения –
общемировая тенденция. Сюда следует добавить
и такие факторы, как потеря доверия к
государству в целом и к энергокомпаниям
в частности. Выгоды, которые распределенная
генерация приносит ее владельцам, очевидны,
но эффекты присутствия таких объектов
положительны и для системы энергоснабжения
в целом.
В России, несмотря на рост темпов строительства
объектов распределенной генерации, этот
процесс не находит должного места в перспективном
планировании развития системы. Еще нет
осознания того вклада, который распределенная
генерация может внести в общее развитие
системы и ее модернизацию, и нет осмысленной
государственной политики на этот счет.
При разработке такой политики важнейшим
положением должно стать требование проанализировать
и при необходимости пересмотреть философию
и технологию перспективного планирования
развития системы с учетом распространения
распределенной генерации, создания микросетей
и внедрения технологий «умных» сетей.
Вот основные причины привлекательности
распределенной генерации.
Повышение энергоэффективности за счет
возможного производства электроэнергии
и тепла с использованием единого источника
первичной энергии:
Снимается необходимость реконструкции
и строительства новой сетевой инфраструктуры.
Наличие источников напряжения
в непосредственной близости от нагрузки
увеличивает надежность энергоснабжения,
способствует поддержанию должных уровней
напряжения в сети и снижает риск потери
устойчивости.
Снижаются потери в сетях и
перетоки реактивной мощности.
Финансовые риски, связанные
с объектами малой и средней генерации,
намного ниже, чем для объектов с большой
установленной мощностью.
Снижается уязвимость от террористических
атак, т. к. защита распределенной генерации
от такого рода диверсий интегрирована
с охраной самого промышленного предприятия.
Предсказуемость затрат на
энергоснабжение.
Повышение надежности энергоснабжения
для владельца собственного источника
электроэнергии, ведь большинство перерывов
в энергоснабжении связано с нештатными
ситуациями в сетевом хозяйстве.
Возможность расширения производства
на предприятии, т.к. нет необходимости
ждать развития инфраструктуры поставщиками
электроэнергии. По закону сетевой компании
дано право осуществлять технологическое присоединение с отсрочкой в два года. Также отпадает необходимость оплаты технологического присоединения к сетям.
В табл. 3 основные детали положительного
вклада объектов распределенной генерации
сведены вместе.
Таблица 3. Положительный вклад
распределенной генерации |
Элементы
влияния РГ |
Экономия
стоимости
энергии |
Экономия
потерь в
сетях и
сетевых
перегрузок |
Отсрочка
инвестиций
в
генерацию |
Отсрочка
инвестиций
в сетевое
хозяйство |
Повышение
надежности |
Повышение
качества
поставляемой
электроэнергии |
Эффективное
использование
земельных
ресурсов |
Срезание пиков нагрузки
|
Да |
Да |
Да |
Да |
Да |
Да |
Да |
Поставка системных услуг Операционные
резервы Регулирование Запуск с нуля Реактивная
мощность |
Да |
Да |
Да |
Да |
Да |
Да |
Да |
Аварийные резервы |
Да |
Да |
– |
– |
Да |
Да |
Да |
|
Препятствия для развития
распределенной генерации
Высокие таможенные пошлины
на ввозимое из-за рубежа оборудование.
Сложности технического регулирования
и лицензирования при строительстве объектов
распределенной генерации.
Тепловые электростанции, в
том числе объекты распределенной генерации,
относятся к опасным производственным
объектам. Требуется не только подтверждение
соответствия требованиям технического
регламента о безопасности машин и оборудования,
но и подтверждение соответствия требованиям
по энергоэффективности. Кроме того, для эксплуатации объекта распределенной генерации, как правило, требуются лицензии на осуществление таких видов деятельности, как эксплуатация взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектов (в соответствии с законом от 4 мая 2011 года № 99-ФЗ).