Мощность всех электростанций, работающих на возобновляемых источниках энергии, уже достигла в Германии более 100 ГВт. Они уже покрывают около одной трети потребности в электроэнергии, но их вклад в балансирующую электроэнергию все еще относительно мал. Так не может продолжаться и далее, если мы планируем увеличить использование возобновляемых источников энергии.
В крупномасштабной, хорошо разветвленной сети переменного тока, которая соединяет между собой всех производителей и потребителей электроэнергии, частота является основной величиной. Она чувствительно реагирует, когда спрос и предложение больше не соответствуют друг другу. Если производители электроэнергии подают в сеть больше мощности, чем берется из нее, то частота растет выше 50 Гц, и падает, когда подаваемая мощность недостаточна для удовлетворения спроса. Отклонения в обе стороны означают нагрузку на подключенных потребителей, поэтому нужно как можно быстрее вернуться к заданному значению. В данном случае балансирующая электроэнергия является одним из важнейших инструментов, с помощью которых четыре крупных оператора линий электропередачи Германии поддерживают стабильность энергоснабжения. Они компенсируют кратковременные отклонения частоты в сетях путем балансировки между выработкой электроэнергии и ее потреблением.
Частота как основной параметр
Еще несколько лет тому назад рост частоты был очень распространенным явлением в отдаленных регионах страны, когда солнечные парки подключались к относительно слабым тупиковым линиям сети. И если вокруг было всего несколько потребителей, в солнечные дни мощность солнечных электростанций очень быстро превышала спрос и заставляла частоту расти. Действующее с 2011 года правило сетевого подключения VDE-AR-N 4105 предписывает, что солнечные парки должны автоматически регулировать свою мощность, как только частота превысит 50,2 Гц. Также и ветряные электростанции должны уменьшить свою мощность, чтобы противодействовать росту частоты. А так как все солнечные электростанции, а также и почти все ветряные электростанции подают электроэнергию в сеть через инверторы, то технически они в состоянии выполнить это требование. Таким образом, они способствуют тому, чтобы расширение использования возобновляемых источников энергии продолжалось, поскольку они сами освобождают путь для дальнейшего расширения.
Но это всего лишь одна из пассивных функций, поскольку солнечные и ветряные фермы тем самым только противодействуют тенденции, причиной возникновения которой они сами же чаще всего и являются. Гораздо более значимыми являются надрегиональные эффекты, которые возникают, например, вследствие отказа крупных электростанций, работающих на ископаемых видах топлива. Такие надрегиональные эффекты могут быть решены только в том случае, если несколько генерирующих установок смогут в короткие сроки предоставить балансирующую мощность. Такие генерирующие установки участвуют в так называемом балансирующем энергетическом рынке и могут зарабатывать хорошие деньги с помощью этого полезного сервиса.
Стадийная реакция электростанций
На балансирующем энергетическом рынке есть три стадии («степени детализации»), которые отличаются друг от друга скоростью своей активации: первичный резерв формируется электростанциями, которые постоянно измеряют частоту сети и могут среагировать в течение от нескольких секунд максимум до 30 секунд. Вторичный резерв можно активироваться в течение 5 минут, а третичный резерв активируется в течение 15 минут. Электростанция, которая может предложить положительную балансирующую мощность, должна быть способна в короткий срок повысить свою мощность. Для отрицательной балансирующей мощности все происходит наоборот. Пока что на балансирующий энергетический рынок попущены только мощности ветряных электростанций, да и то только в качестве третичного резерва. То есть для выполнения только «самых простейших требований», потому что третичный резерв может только снизить мощность, да и то только если первичный резерв и вторичный резерв уже активизировались. В качестве последнего резерва ветряной электроэнергии отводится лишь второстепенная роль на балансирующем энергетическом рынке.
Итак, пришло время для следующего шага: время активного участия ветропарков и солнечных парков в балансирующем энергетическом рынке. Поэтому Федеральное министерство экономики профинансировало научно-исследовательский проект «Regelenergie durch Wind- und Photovoltaikparks (ReWP) — Балансирующая электроэнергия, предоставляемая ветряными и солнечными парками» (REWP) в рамках финансовой инициативы «Устойчивые электросети будущего» федерального правительства. В нем участвовали три из четырех основных операторов линий электропередачи (Amprion, TenneT и 50Hertz), а также Enercon и Energiequelle, оба операторы ветряных электростанций. Также Enerparc предоставила несколько собственных солнечных парков для полевых испытаний. Компания In.power участвовала в проекте в качестве специалиста по подключению генераторов электроэнергии из возобновляемых источников к виртуальной электростанции. В исследовательском проекте были также представлены через специализированное объединение VGB PowerTech многие другие компании, для которых режимы работы силовых электростанций и соответствующие технологии являются важной основой их деятельности. Исследовательский проект координировался Институтом ветряной энергетики и энергетических технологий Фраунгофера (IWES) из Касселя. Проект, который начался в апреле 2014 года, завершился многочисленными полевыми испытаниями, недавно опубликованными IWES.
Больше ответственности за возобновляемые источники энергии
«Возобновляемые источники энергии должны взять на себя ответственность уже хотя бы потому, что мы начали постепенно прощаться с электростанциями, работающими на ископаемых видах топлива», — говорит руководитель проекта Райнхард Макензен. Для того чтобы иметь возможность предлагать балансирующую мощность, солнечные и ветровые фермы должны отвечать высоким требованиям к точности и временному разрешению «возможной подачи электроэнергии в сеть». Количество этой электроэнергии должно соответствовать мощности, которая могла бы попасть в сеть, если бы оператор сети не остановил ее подачу.
Возможная подача электроэнергии служит опорным параметром для начала отбора балансирующей мощности. То, что это может быть обеспечено ветряными электростанциями, уже доказано исследовательским проектом, который был завершен в 2014 году. Теперь партнеры по проекту разработали процесс, который определяет потенциальную возможность подачи электроэнергии в сеть солнечными парками и отвечает требованиям по предоставлению балансирующей электроэнергии. Ученые также проверили, какое влияние на точность подачи электроэнергии в сеть оказывает объединение нескольких солнечных ферм. Такое же правило действует и для портфелей предоставляемых сетевых услуг ветровыми и солнечными парками. «Электростанции должны быть застрахованы на тот случай, если запрашивается балансирующая электроэнергия, но на данный момент мало солнца или ветра», — подчеркивает Райнхард Макензен. Такую страховку могут предоставить только управляемыми генераторы электроэнергии, например, биогазовые установки. В текущем проекте были исследованы ветряные электростанции и солнечные парки, распределенные по территории всей Германии (общей мощностью около 180 МВт), но если они хотят участвовать в качестве виртуальной электростанции в балансирующем энергетическом рынке, то в своем портфеле они должны включить и биогазовые установки. Когда частота в сети падает, солнечные и ветровые фермы должны увеличить свою мощность. Но это возможно только в том случае, если их мощности ранее были ограничены в качестве меры предосторожности. Такая возможность также была успешно протестирована в ходе полевых испытаний.
Источник: http://www.sonnewindwaerme.de/windenergie-panorama/regelenergie-geld-verdienen