energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2023-66-5-423-432energy-2308Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGМинимизация влияния возобновляемых источников энергии на работу энергосистемы путем совместного использования солнечной и ветряной генерацийMinimizing of Renewable Energy Sources Impact on the Energy System Operation by the Joint Use of Solar and Wind GenerationЛюбчикО. А.LiubchykV. A.

Адрес для переписки:Любчик Ольга Андреевна –Белорусский национальный технический университет,просп. Независимости, 65,220013, г. Минск, Республика Беларусь.Тел.: +375 17 293-96-24olga.liubchik@yandex.ru

 

Address for correspondence:Opeiko Olga F. –Belаrusian National Technical University,65, Nezavisimosty Ave., 220013, Minsk, Republic of BelarusTel.: +375 17 293-96-24 olga.liubchik@yandex.ru 

olga.liubchik@yandex.ruБыстрыхС. В.BystrykhS. V.

г. Минск

Minsk

КазакА. Н.KazakA. N.

г. Минск

Minsk

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus202312102023665423432Copyright © Любчик О.А., Быстрых С.В., Казак А.Н., 20232023Любчик О.А., Быстрых С.В., Казак А.Н.Liubchyk V.A., Bystrykh S.V., Kazak A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2308

Цель исследования – проверка гипотезы о существовании оптимального соотношения установленной мощности солнечных и ветряных электростанций, позволяющего при большой установленной мощности возобновляемых источников энергии с переменным характером работы минимизировать влияние их генерации на работу энергосистемы и снизить емкость накопителей энергии при их использовании в системе. Были поставлены следующие задачи: на основе метеорологических данных произвести почасовой расчет выработки энергии для нескольких лет комплексами из солнечных и ветряных электростанций различной комбинации мощностей, провести анализ выработки и при подтверждении гипотезы найти искомое соотношение мощностей. В ходе исследования применялись методы моделирования и численные методы решения задач оптимизации: метод итерации и нелинейный метод наименьших квадратов. Определен оптимальный диапазон соотношения установленных мощностей солнечных и ветряных электростанций в отдельном комплексе и в целом энергосистеме для условий Республики Беларусь, который составил от 0,4:1,0 до 0,6:1,0 (солнце:ветер). Комплексы энергоисточников, имеющих соотношение мощностей в указанном диапазоне, позволяют снизить требуемую емкость систем накопления энергии по сравнению с емкостью для только солнечных или только ветряных электростанций в 2,6–4 раза, что ведет к уменьшению капитальных затрат и срока окупаемости проекта. Выход за пределы рекомендуемого диапазона приводит к выраженному переизбытку либо дефициту выработки электроэнергии в различные периоды суток разных периодов года в зависимости от соотношения установленных мощностей. Также определена оптимальная удельная емкость систем накопления энергии для комплексов, состоящих из солнечных и ветряных электростанций в рекомендуемых соотношениях установленных мощностей, которая составила 0,4–0,8 кВт·ч/кВт суммарной установленной мощности.

The purpose of the study was to test the hypothesis of the existence of an optimal ratio of the installed capacity of solar and wind power plants, which allows, with a large installed capacity of renewable energy sources with a variable nature of operation, to minimize the impact of their generation on the operation of the power system and reduce the capacity of energy storage devices when they are used in the system. The following tasks were set: on the basis of meteorological data, to calculate hourly energy generation by complexes of solar and wind power plants of various combinations of capacities for several years, analyze the generation and, if the hypothesis is confirmed, find the optimal ratio of capacities. In the course of the study, modeling methods and numerical methods for solving optimization problems were used, viz. the iteration method and the nonlinear least squares method. The optimal range of the ratio of solar and wind power plants installed capacities in a separate complex and in the whole power system for the conditions of the Republic of Belarus was determined, which was 0.4:1–0.6:1 (sun:wind). Complexes of energy sources with a power ratio in the specified range can reduce the required capacity of energy storage systems compared to the capacity for only solar or only wind power plants by 2.6–4.0 times, which leads to a reduction in capital costs and the payback period of the project. Going beyond the recommended range leads to a pronounced surplus or shortage of electricity generation in different periods of the day of different periods of the year, depending on the ratio of installed capacities. Also, the optimal specific capacity of energy storage systems for complexes consisting of solar and wind power plants in the installed capacities recommended ratios was determined, which amounted to 0.4–0.8 kW×h/kW of total installed capacity.

возобновляемые источники энергиисолнечные электростанцииветряные электростанцииграфик нагрузки энергосистемывыработка электроэнергииоптимизациянакопители энергииrenewable energy sourcessolar power plantswind power plantspower system load schedulepower generationoptimizationenergy storageReferencesМихалевич, А. А. Энергетическая безопасность / А. А. Михалевич // Наука и инновации. 2021. № 10. С. 10–13.Mikhalevich A. A. (2021) Energy Security. Nauka i Innovatsii = Science and Innovations, (10), 10–13 (in Russian).Чиж, Е. П. Энергетическая безопасность Республики Беларусь с учетом ввода БелАЭС [Электронный ресурс] / Е. П. Чиж // Модернизация хозяйственного механизма сквозь призму экономических, правовых, социальных и инженерных подходов: сб. материалов XIII Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 50-летию Научной школы в области исследования модернизации экономики, 22 ноября 2018 г. / редкол.: C. Ю. Солодовников (председатель) [и др.]. Минск: БНТУ, 2018. Режим доступа: https://rep.bntu.by/handle/data/53105?show=full.Chizh E. P. (2018) Energy Security of the Republic of Belarus Taking Into Account the Commissioning of the Belarusian NPP. Modernizatsiya Khozyaistvennogo Mekhanizma Skvoz' Prizmu Ekonomicheskikh, Pravovykh, Sotsial'nykh i Inzhenernykh Podkhodov: Sb. Materialov XIII Mezhdunar. Nauchn.-Prakt. Konf., Posvyashchennoi 50-Letiyu Nauchnoi Shkoly v Oblasti Issledovaniya Modernizatsii Ekonomiki, 22 noyabrya 2018 g. [Modernization of the Economic Mechanism through the Prism of Economic, Legal, Social and Engineering Approaches: Collection of Materials of the XIII International Scientific and Practical Conference Dedicated to the 50th Anniversary of the Scientific School in the Field of Economic Modernization Research, November 22, 2018]. Minsk, BNTU. Available at: https://rep.bntu. by/handle/data/53105?show=full (in Russian).Зорина, Т. Г. Влияние тенденций развития энергетического сектора Республики Беларусь на укрепление энергетической безопасности / Т. Г. Зорина, О. А. Любчик // Экономическая безопасность как основной приоритет устойчивого развития государства: тез. докл. респ. науч.-практ. конф. (Минск, 26 нояб. 2021 г.) / учреждение образования «Акад. М-ва внутр. дел Респ. Беларусь»; редкол.: О. В. Маркова (отв. ред.) [и др.]. Минск: Академия МВД, 2021. С. 59–62.Zorina T. G., Lyubchik O. A. (2021) Influence of Trends in the Development of the Energy Sector in Belarus on the Enhancing of Energy Security. Ekonomicheskaya Bezopasnost' kak Osnovnoi Prioritet Ustoichivogo Razvitiya Gosudarstva: Tez. Dokl. Resp. Nauch.-Prakt. Konf. (Minsk, 26 Noyab. 2021 g.) [Economic Security as the Main Priority of Sustainable Development of the State: Abstracts of the Republican Scientific and Practical Conference (Minsk, 26 Nov. 2021)]. Minsk, Academy of the Ministry of Internal Affairs of the Republic of Belarus, 59–62 (in Russian).Концепция энергетической безопасности Республики Беларусь [Электронный ресурс]: постановление Совета Министров Респ. Беларусь, 23 декабря 2015, № 1084 // Национальный правовой Интернет-портал Республики Беларусь. Режим доступа: https://pravo.by/document/?guid=3871&p0=C21501084. Дата доступа: 12.06.2023.The Concept of Energy Security of the Republic of Belarus: Resolution of the Council of Ministers of the Republic of Belarus, December 23, 2015, No. 1084. National Legal Internet Portal of the Republic of Belarus. Available at: https://pravo.by/document/?guid=3871&p0=C21501084 (accessed 12 June 2023) (in Russian).Методические подходы к решению проблемы энергетической безопасности Молдовы и Беларуси / Е. В. Быкова [и др.]. Кишинев, 2010. 100 с. (Сер. Энергетическая безопасность; кн. 5).Bykova E. V., Mikhalevich A. A., Postolatii V. M., Fisenko S. P., Shnip A. I., Rimko D. V., Grodetskii M. V. (2010) Methodological Approaches to Solving the Problem of Energy Security of Moldova and Belarus. Energy Security. Book 5. Chisinau. 100 (in Russian).Любчик, О. Анализ эффективности работы солнечных электростанций в Республике Беларусь / О. Любчик // Innovatsion Texnologiyalar. 2022. Vol. 1. С. 60–63.Lyubchik O. (2022) Analysis of the Efficiency of Solar Power Plants in the Republic of Belarus. Innovatsion Texnologiyalar, 1, 60–63 (in Russian).Любчик, О. А. Определение потенциала возобновляемых источников энергии в Республике Беларусь и оценка их использования в аграрном секторе / О. А. Любчик // Энерго- и ресурсосбережение: новые исследования, технологии и инновационные подходы: сб. тр. междунар. конф., Карши, 24–25 сент. 2021 г. Т.: Voris-nashriyot, 2021. С. 281–286.Lyubchik O. A. (2021) Determination of the Potential of Renewable Energy Sources in the Republic of Belarus and Assessment of their Use in the Agricultural Sector. Energo- i Resursosberezhenie: Novye Issledovaniya, Tekhnologii i Innovatsionnye Podkhody: Sb. Tr. Mezhdunar. Konf., Karshi, 24–25 sent. 2021 g. [Energy Conservation and Resource Conservation: New Research, Technologies and Innovative Approaches: Proceedings of the International Conference, Qarshi, September 24–25, 2021]. Tashkent, “Voris-Nashriyot” Publ., 281–286 (in Russian).IRENA [Electronic resource]. Mode of access: https://www.irena.org/Data/View-data-by-topic/Capacity-and-Generation/Technologies/. Date of access: 17.07.2023.IRENA. Available at: https://www.irena.org/Data/View-data-by-topic/Capacity-and-Generation/Technologies/ (accessed 17 July 2023).Повышение точности прогнозирования генерации фотоэлектрических станций на основе алгоритмов k-средних и k-ближайших соседей / П. В. Матренин [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2023. Т. 66, № 4. С. 305–321. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-4-305-321.Matrenin P. V., Khalyasmaa A. I., Gamaley V. V., Eroshenko S. A., Papkova N. A., Sekatski D. A., Potachits Y. V. (2023) Improving of the Generation Accuracy Forecasting of Photovoltaic Plants Based on k-Means and k-Nearest Neighbors Algorithms. Energetika. Proc. CIS Higher Educ. Inst. and Power Eng. Assoc. 66 (4), 305–321. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-4-305-321 (in Russian).Михалевич, А. А. Моделирование работы Белорусской энергосистемы с учетом ввода АЭС / А. А. Михалевич, В. А. Рак // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2021. Т. 64, № 1. С. 5–14. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-1-5-14.Mikhalevic A. A., Rak U. A. (2021) Belarus Power Engineering System Modeling Taking into Account the Nuclear Power Plant Commissioning. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 64 (1), 5–14. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-1-5-14 (in Russian).Концепция применения систем накопления энергии (СНЭ) на базе литий-ионных аккумуляторов в Белорусской энергосистеме: отчет о НИР (Этап 2) / РУП «БЕЛТЭИ»; рук. А. Ф. Молочко. Минск, 2022. 189 с. № Б 22-4/3.Molochko A. F. (Supervisor), RUE “BELTEI” (2022) The Concept of Using Energy Storage Systems (ESS) Based on Lithium-Ion Batteries in the Belarusian Energy System: Research Report (Stage 2). No B 22-4/3. Minsk 189 (in Russian).Разработка энергетического баланса энергосистемы Беларуси с учетом развития возобновляемых источников энергии, в том числе ветроэнергетики: научно-технический отчет / А. Ф. Молочко [и др.]. Минск: Альфа-книга, 2019. 238 с.Molochko A. F., Sivak A. V., Privalov A. S., Chernetsov O. D., Zhuchenko E. A., Shcherbich V. I. [et al.] (2019) Development of the Energy Balance of the Belarusian Energy System Taking into Account the Development of Renewable Energy Sources, Including Wind Energy: Scientific and Technical Report. Minsk, Alfa-Book Publ. 238 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.