Integration of RES-based Power Plants into the Unified Energy System of Russia: Problematic Issues and Approaches to Solving Them
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2022-4-98-107Keywords:
wind power plant, solar power plant, renewable energy sources, Unified Energy System of Russia, technical requirements, control of power system operation modesAbstract
Recent years have seen mass-scale integration of wind (WPP) and solar (SPP) power plants for capacities ranging from a few to several hundred megawatts into the Unified Energy System (UES) of Russia. Wind and solar power plants for a total capacity of 5.28 GW are to be commissioned by the end of 2024, and around 6.7 GW else are to be commissioned within the next decade. WPPs and SPPs are constructed in the framework of capacity supply agreements, which guarantee the return of investments in the wholesale electricity and capacity market. The aim of the study is to analyze problematic matters concerned with integrating RES into the UES of Russia and to outline a list of first-priority and further steps to be taken for securing the optimal control of power system operation modes under the conditions of a growing share of RES in the mix of generating capacities. In view of the fact that certain power districts operating within the UES of Russia have been islanded for various reasons, the problematic matters of RES integration are analyzed also for these power system operation conditions. Experience gained around the world with integrating RES into power systems is considered, and the RES introduction scales for which certain organizational and technical measures must be developed and taken are ranked. Statistical data from Russian and foreign sources on the reliability indicators of wind farms and photovoltaic systems for various capacities are given. The equipment of modern WPPs and SPPs features high availability indicators; however, it is quite frequently disconnected, which leads to load surges on the adjacent grids and the need to cover the emergency active power shortage by conventional power plants. The article suggests a list of first-priority steps to be taken for correctly integrating RES into distribution grids that will make it possible to avoid grid equipment failures and incidents involving mass-scale loss of power supply to consumers in the course of power system operation. The implementation of the plans that have been set forth will facilitate smooth integration of the growing RES capacities into the UES of Russia, while keeping the ability to control the power systems operation modes. The article substantiates the need of introducing certain amendments to the legislation, statutory, regulatory and technical documents that set out technical requirements for RES equipment, its technological connection to and operation as part of power systems. If implemented in a goal-seeking and stage-by-stage manner, the suggested measures will help rule out excessive disconnections of RES, engage them in control of power system operation modes, guarantee reliable power supply to consumers, and secure safe and reliable performance of the UES of Russia.
References
2. Бутузов В.А., Безруких П.П., Елистратов В.В. Российская возобновляемая энергетика // Энергия единой сети. 2021. № 3(58). С. 70—77.
3. Безруких П.П. Прогноз развития возобновляемой энергетики мира на период до 2030 года // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2018. № 9(201). С. 92—94.
4. Бутузов В.А., Безруких П.П., Елистратов В.В. Возобновляемая энергетика в России. С первых шагов до наших дней // Энергосбережение. 2021. № 4. С. 62—72.
5. Елистратов В.В., Кудряшева И.Г. Режимы работы установок и энергокомплексов на основе возобновляемых видов энергии: учебное пособие. СПб.: Политех-пресс, 2021.
6. Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П. Модели и методы исследования факторов, влияющих на режим работы гибридного энергокомплекса гарантированного энергоснабжения // Вестник МЭИ. 2021. № 5. С. 58—68.
7. Илюшин П.В., Гуревич Ю.Е. О специальном воздействии на систему возбуждения автономно работающих генераторов при больших набросах нагрузки // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2016. № 2. С. 2—7.
8. Папков Б.В., Осокин В.Л., Дулепов Д.Е., Осокин С.В. Особенности управления объектами современной электроэнергетической системы // Вестник НГИЭИ. 2021. № 7(122). С. 26—37.
9. Стребков Д.С., Бобовников Н.Ю. Роль новых технологий в развитии солнечной энергетики // Энергетик. 2020. № 7. С. 33—36.
10. Бутузов В.А., Безруких П.П., Грибков С.В. Ветроэнергетика России // Энергия: экономика, техника, экология. 2021. № 10. С. 38—50.
11. Стребков Д.С., Филиппченкова Н.С. Перспективы использования возобновляемых источников энергии на территории мегаполиса в рамках концепции Smart City // Новое в российской электроэнергетике. 2020. № 12. С. 25—30.
12. Илюшин П.В. Учет особенностей объектов распределенной генерации при выборе алгоритмов противоаварийного управления в распределительных сетях // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2011. № 4. С. 19—25.
13. Кучеров Ю.Н., Березовский П.К., Веселов Ф.В., Илюшин П.В. Анализ общих технических требований к распределённым источникам энергии при их интеграции в энергосистему // Электрические станции. 2016. № 3. С. 2—10.
14. Бык Ф.Л., Мышкина Л.С. Надежность объектов распределенной энергетики // Надежность и безопасность энергетики. 2021. Т. 14. № 1. С. 45—51.
15. Илюшин П.В., Самойленко В.О. Анализ показателей надежности современных объектов распределенной генерации // Промышленная энергетика. 2019. № 1. С. 8—16.
16. Куликов А.Л., Шарыгин М.В., Илюшин П.В. Принципы организации релейной защиты в микросетях с объектами распределённого генерирования электроэнергии // Электрические станции. 2019. № 7. С. 50—56.
17. Шарыгин М.В., Куликов А.Л. Oбеспечение селективности релейной защиты в системах электроснабжения на основе байесовского метода проверки гипотез // Электричество. 2017. № 9. С. 24—33.
18. Ефремов В.А., Ефремов А.В., Петрушков М.Ю., Широкина Е.В. Особенности выполнения защит линий при наличии ветровых электростанций // Релейная защита и автоматика энергосистем: Сб. докл. Междунар. конф. М., 2021. Т. 4. C. 43—49.
19. Бык Ф.Л., Мышкина Л.С. Цифровые технологии и эффективность локальных энергосистем // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: Материалы 93-го заседания семинара. Волжский, 2021. С. 99—107.
20. Илюшин П.В. Перспективные направления развития распределительных сетей при интеграции локальных интеллектуальных энергосистем // Электроэнергия. Передача и распределение. 2021. № 4. С. 70—80.
21. Грибков С.В. Ветроэнергетическое оборудование и комплексы гарантированного электроснабжения малой мощности // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2017. № 8(188). С. 82—85.
22. Папков Б.В., Шарыгин М.В. Организация договорных отношений для управления надежностью электроснабжения потребителей // Энергетическая политика. 2013. № 3. С. 25—33.
23. Бляшко Я.И. Типовые решения для оборудования малых ГЭС // Гидротехника. 2019. № 2(55). С. 55—59.
---
Для цитирования: Илюшин П.В. Интеграция электростанций на основе возобновляемых источников энергии в Единую энергетическую систему России: обзор проблемных вопросов и подходов к их решению // Вестник МЭИ. 2022. № 4. С. 98—107. DOI: 10.24160/1993-6982-2022-4-98-107
---
Работа выполнена при поддержке: Российского научного фонда (проект № 21-79-30013) в Институте энергетических исследований Российской академии наук.
#
1. Tyagunov M.G. Tsifrovaya Transformatsiya i Energetika. Energeticheskaya Politika. 2021;9(163):74—85. (in Russian).
2. Butuzov V.A., Bezrukikh P.P., Elistratov V.V. Rossiyskaya Vozobnovlyaemaya Energetika. Energiya Edinoy Seti. 2021;3(58):70—77. (in Russian).
3. Bezrukikh P.P. Prognoz Razvitiya Vozobnovlyaemoy Energetiki Mira na Period do 2030 goda. Santekhnika, Otoplenie, Konditsionirovanie. 2018;9(201):92—94. (in Russian).
4. Butuzov V.A., Bezrukikh P.P., Elistratov V.V. Vozobnovlyaemaya Energetika v Rossii. S Pervykh Shagov do Nashikh Dney. Energosberezhenie. 2021;4:62—72. (in Russian).
5. Elistratov V.V., Kudryasheva I.G. Rezhimy Raboty Ustanovok i Energokompleksov na Osnove Vozobnovlyaemykh Vidov Energii: Uchebnoe Posobie. SPb.: Politekh-press, 2021. (in Russian).
6. Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. Modeli i Metody Issledovaniya Faktorov, Vliyayushchikh na Rezhim Raboty Gibridnogo Energokompleksa Garantirovannogo Energosnabzheniya. Vestnik MEI. 2021;5:58—68. (in Russian).
7. Ilyushin P.V., Gurevich Yu.E. O Spetsial'nom Vozdeystvii na Sistemu Vozbuzhdeniya Avtonomno Rabotayushchikh Generatorov pri Bol'shikh Nabrosakh Nagruzki. Elektro. Elektrotekhnika, Elektroenergetika, Elektrotekhnicheskaya Promyshlennost'. 2016;2:2—7. (in Russian).
8. Papkov B.V., Osokin V.L., Dulepov D.E., Osokin S.V. Osobennosti Upravleniya Obektami Sovremennoy Elektroenergeticheskoy Sistemy. Vestnik NGIEI. 2021;7(122):26—37. (in Russian).
9. Strebkov D.S., Bobovnikov N.Yu. Rol' Novykh Tekhnologiy v Razvitii Solnechnoy Energetiki. Energetik. 2020;7:33—36. (in Russian).
10. Butuzov V.A., Bezrukikh P.P., Gribkov S.V. Vetroenergetika Rossii. Energiya: Ekonomika, Tekhnika, Ekologiya. 2021;10:38—50. (in Russian).
11. Strebkov D.S., Filippchenkova N.S. Perspektivy Ispol'zovaniya Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii na Territorii Megapolisa v Ramkakh Kontseptsii Smart City. Novoe v Rossiyskoy Elektroenergetike. 2020;12:25—30. (in Russian).
12. Ilyushin P.V. Uchet Osobennostey Obektov Raspredelennoy Generatsii Pri Vybore Algoritmov Protivoavariynogo Upravleniya v Raspredelitel'nykh Setyakh. Elektro. Elektrotekhnika, Elektroenergetika, Elektrotekhnicheskaya Promyshlennost'. 2011;4:19—25. (in Russian).
13. Kucherov Yu.N., Berezovskiy P.K., Veselov F.V., Ilyushin P.V. Analiz Obshchikh Tekhnicheskikh Trebovaniy k Raspredelennym Istochnikam Energii pri Ikh Integratsii v Energosistemu. Elektricheskie Stantsii. 2016;3:2—10. (in Russian).
14. Byk F.L., Myshkina L.S. Nadezhnost' Obektov Raspredelennoy Energetiki. Nadezhnost' i Bezopasnost' Energetiki. 2021;14;1:45—51. (in Russian).
15. Ilyushin P.V., Samoylenko V.O. Analiz Pokazateley Nadezhnosti Sovremennykh Obektov Raspredelennoy Generatsii. Promyshlennaya Energetika. 2019;1:8—16. (in Russian).
16. Kulikov A.L., Sharygin M.V., Ilyushin P.V. Printsipy Organizatsii Releynoy Zashchity v Mikrosetyakh s Obektami Raspredelennogo Generirovaniya Elektroenergii. Elektricheskie Stantsii. 2019;7:50—56. (in Russian).
17. Sharygin M.V., Kulikov A.L. Obespechenie Selektivnosti Releynoy Zashchity v Sistemakh Elektrosnabzheniya na Osnove Bayesovskogo Metoda Proverki Gipotez. Elektrichestvo. 2017;9:24—33. (in Russian).
18. Efremov V.A., Efremov A.V., Petrushkov M.Yu., Shirokina E.V. Osobennosti Vypolneniya Zashchit Liniy pri Nalichii Vetrovykh Elektrostantsiy. Releynaya Zashchita i Avtomatika Energosistem: Sb. Dokl. Mezhdunar. Konf. M., 2021;4:43—49. (in Russian).
19. Byk F.L., Myshkina L.S. Tsifrovye Tekhnologii i Effektivnost' Lokal'nykh Energosistem. Metodicheskie Voprosy Issledovaniya Nadezhnosti Bol'shikh Sistem Energetiki: Materialy 93-go Zasedaniya Seminara. Volzhskiy, 2021:99—107. (in Russian).
20. Ilyushin P.V. Perspektivnye Napravleniya Razvitiya Raspredelitel'nykh Setey pri Integratsii Lokal'nykh Intellektual'nykh Energosistem. Elektroenergiya. Peredacha i Raspredelenie. 2021;4:70—80. (in Russian).
21. Gribkov S.V. Vetroenergeticheskoe Oborudovanie i Kompleksy Garantirovannogo Elektrosnabzheniya Maloy Moshchnosti. Santekhnika, Otoplenie, Konditsionirovanie. 2017;8(188):82—85. (in Russian).
22. Papkov B.V., Sharygin M.V. Organizatsiya Dogovornykh Otnosheniy dlya Upravleniya Nadezhnost'yu Elektrosnabzheniya Potrebiteley. Energeticheskaya Politika. 2013;3:25—33. (in Russian).
23. Blyashko Ya.I. Tipovye Resheniya dlya Oborudovaniya Malykh GES. Gidrotekhnika. 2019;2(55):55—59. (in Russian).
---
For citation: Ilyushin P.V. Integration of RES-based Power Plants into the Unified Energy System of Russia: Problematic Issues and Approaches to Solving Them. Bulletin of MPEI. 2022;4:98—107. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2022-4-98-107
---
The work is executed at support: Russian Science Foundation (Project No. 21-79-30013) at the Institute of Energy Research of the Russian Academy of Sciences.
