Исследователи из Сколтеха, Шаньдунского университета и инновационного центра ORE Catapult предложили способ стабилизировать работу ветряных электростанций в условиях перенапряжения, когда из-за дисбаланса в электросети ветрогенераторы на время вынужденно отключаются. Научный коллектив описывает, как подача в цепь точно подобранного «реактивного тока» сделает возможной непрерывную генерацию энергии в условиях кратковременных бросков напряжения. Статья опубликована в журнале International Journal of Electrical Power & Energy Systems — одном из наиболее престижных изданий в области электротехники.
Ветер — экологически чистый, но по сути своей переменный и непостоянный источник энергии: он есть не всегда, а когда есть, то дует с переменной скоростью. Для обеспечения бесперебойной работы на фоне перепадов ветра, турбины снабжают так называемой силовой электроникой.
Однако, помогая обуздать переменчивую скорость ветра, силовая электроника вносит в систему другую уязвимость, поскольку может выйти из строя от других дисбалансов в электросети, называемых недо- и перенапряжением. Итог тот же: повреждение элементов силовой электроники прервёт генерацию и энергоснабжение потребителей.
Руководитель исследования профессор Сколтеха Владимир Терзия поясняет:
«Представьте: вот есть несколько генераторов, которые одновременно подключены к электросети. Они обеспечивают энергоснабжение потребителей. Вместе это — сложная система, которая представляет собой критически важный элемент инфраструктуры нашего общества. В некоторый момент времени в точке подключения некоторого генератора могут иметь место разные условия: напряжение может быть номинальным — в расчётном диапазоне нормальной работы — а может оказаться слишком высоким или низким из-за происходящего в других точках сети».
Такого рода кратковременные просадки и всплески напряжения, если никак к ним не приспособиться, могут вывести ветряк из строя, повредив силовую электронику. Чтобы этого не происходило, генераторы автоматически отключаются при недо- и перенапряжении. Проблема в том, что любое отключение — это недополученная электроэнергия, которую нужно так или иначе компенсировать другими средствами, например сжигая ископаемое топливо.
Как раз над этой проблемой и работают Терзия и его соавторы.
«Инженеры уже добились того, что генераторы могут без отключения выдерживать недонапряжение на протяжении секунд, поэтому сейчас работа в условиях перенапряжения — более актуальная задача, — рассказывает учёный. — Наше решение состоит в том, чтобы при возникновении перенапряжения подавать в сеть так называемый реактивный ток. В статье описано, как надёжно и устойчиво реализовать этот подход, добившись тем самым безаварийной генерации и бесперебойного электроснабжения».
Таким образом, предложенная исследователями стратегия позволяет не пережидать, а благополучно переносить периоды перенапряжения, не выключая ветряк. За счёт повышения итогового времени работы генератора решение делает возобновляемую энергию дешевле и снижает зависимость экономики от неэкологичных ископаемых видов топлива. Будучи устойчивыми к перенапряжению, ветряные электростанции смогут работать даже в неблагоприятных условиях, улавливая доступную экологически чистую энергию по максимуму.
В настоящее время научная группа под руководством Терзии работает над рядом других вопросов, которые тоже касаются оптимальной интеграции возобновляемых источников энергии в существующие электросети.
