Информационен бюлетин

Проектът разглежда проблем, които има пряко отношение към внедряването на по-големи производствени мощности от възобновяеми енергийни източници. През последните години електроенергийната система на България е близо до прага на възможностите си за управление на честотата и мощностите. Аналогична е ситуацията и в останалата част на Европа. Провеждането на фундаментални изследвания по тематиката на проекта допринася за разбирането на процесите, които ще настъпят при последващо увеличаване на генерацията от възобновяеми източници. В резултат от проекта се създадат и развиват нови научни знания, които адресират много съществен обществен проблем, какъвто се явяват намаляването на енергийната зависимост и вредните емисии в атмосферата.

Електроенергийната система представлява най-голямата и значима инфраструктура, осигуряваща електроенергия за захранване на икономиките на всички държави в света. Тя представлява съвкупност от електрически централи за производство на електрическа енергия, електропреносна мрежа (милиони километри електропроводи), електрически подстанции за разпределяне и трансформиране на електроенергията, и потребители – битови и промишлени. До преди няколко десетилетия, електроенергийните системи на отделните държави са функционирали като независими, изолирани една от друга. С времето обаче е разпозната ползата от енергийните обединения, свързана с осигуряване на свободна търговия с електроенергия и взаимно предоставяне на допълнителни услуги. При това, в Европа се появява електроенергийното обединение наречено UCTE (понастоящем ENTSO-E), включващо в себе си голяма част от континенталната част и скандинавските страни. България става част от това обединение през 2002 г.

През последното десетилетие европейската електроенергийна система търпи съществена трансформация, понеже освен като основен двигател на всяка икономика, тя се явява и голям източник на замърсяване на атмосферата с парникови газове. Това наложи ратифицирането на протокола в Киото, директива 20-20-20 на ЕС и други документи, с които страната ни, както и всички западни държави се задължиха да редуцират вредните емисии. При това, стартира бурно разработване и развитие на електрически централи използващи възобновяема енергия, както и внедряването им в електроенергийната система. В това отношение България изпълни своите задължения по директивите за 2020 г. още през 2012 г. и въпреки това делът на възобновяемите източници продължава да расте, макар и със значително по-бавни темпове. Към момента присъединените фотоволтаични централи са с инсталирана мощност около 1000 MW, а вятърните около 700 MW. На фона на системния товар, това са значителни мощности, чиито произход (вятър и слънце) предполага високо ниво на неопределеност и ниска предвидимост. Това създава съществени проблеми с колебанието на мощностите и честотата в системата, тъй като българската се оказва на ръба на своята гъвкавост и управляемост, дължащи се най-вече на водните ни електрически централи. Последващо увеличаване на дела на възобновяеми източници е възможно единствено след фундаментално изучаване на процесите свързани с това и внедряването на нови технологични решения за съхраняване на електрическа енергия и подобряване на устойчивостта.

От техническа гледна точка, генераторите използващи възобновяеми енергийни източници (ВЕИ) са съществено различни спрямо генераторите в конвенционалните електрически централи. Тези различия се изразяват основно в липсата на връзка между механичните процеси в роторите на ветрогенераторите (при фотоволтаиците липсват механични въртящи се компоненти) и електромагнитните процеси в електрическата част на електроенергийната мрежа. Това води до съществено изменение на общата инертност на въртящата се маса и принципа за синхронно въртене на роторите на генераторите и поддържането на честотата на напрежението в електроенергийната система. Освен това, увеличаването на дела на ВЕИ генерацията значимо ще се отрази върху устойчивостта на системата, както при малки, така и при големи смущения.
Набелязаните практически проблеми не са в достатъчна степен застъпени в литературата и изискват формирането на нови знания, чрез фундаментална научна дейност. Приносът на проекта се изразява в създаването на нови математични модели и подходи за изследване на устойчивостта и регулирането на честотата в електроенергийната система, работеща при бъдещите условия на значително по-голяма генерация от ВЕИ.

Програма на проекта е структурирана в шест работни пакета (РП)
РП1. Координиране и управление на проекта;
РП2. Проектиране и създаване на лабораторен изследователски комплекс;

РП3. Създаване на нови математични модели;
РП4. Софтуерни имплементации;
РП5. Планиране и провеждане на физически и числови експерименти;
РП6. Обмяна на опит и разпространение на резултатите.

3.1. РП1. Координиране и управление на проекта

Създаден бе Правилник на Общото събрание на проекта, проведени бяха общо 4 заседания. Проведена бе пресконференция за популяризиране на тематиката на проекта. В организационно отношение управлението на проекта не срещна проблеми. Събирането на документация следваше завършването на всяка задача и това помогна за лесното подготвяне на отчета.

3.2. РП2. Проектиране и създаване на лабораторен изследователски комплекс
Създаден е работоспособен физически модел на 8 възлова електроенергийна система, включваща в състава си електропроводи, синхронни агрегати, фотоволтаичен източник (изгражда се) и регулируеми активни товари (изгражда се). Създадена е и първата част от измервателната система за наблюдаване на установени режими.

3.3. РП3. Създаване на нови математични модели
Резултатите са представени като доклади - „Математично описание на генератори в централи използващи ВЕИ и елементи от Smart Grid“; „Математични модели за изследване на преходни процеси при големи смущения“; „Математично описание за обединяване на уравненията на електроенергийната система и конвенционални генератори с тези на ВЕИ генерацията и депата за съхранение на енергия“. Създаден е набор от линеаризирани системи уравнения, които ще се имплементират в софтуера, обект на работен пакет 4.

3.4. РП4. Софтуерни имплементации
Избрани са подходи за програмиране на софтуерния код необходим за изпълнение на дейностите по проекта. Разработен е на 75 % софтуер за изследване на устойчивостта на електроенергийната система при малки смущения – на анг. Език с цел улесняване на колаборацията с чуждестранни учени). Разработен на ниво бета-стадий е софтуер за управление на симулатор на фотоволтаичен парк.

3.5. РП5. Планиране и провеждане на физически и числови експерименти
Според графика за изпълнение на проекта, изпълнението на тази дейност започва в началото на втория етап

3.6. РП6. Обмяна на опит и разпространение на резултатите.
За отчетния период са организирани три посещения на международни конференции в България - ELMA2017, ITTI2017, SIELA 2018 и една в Румъния - TE-RE-RD 2018. Публикациите на конференциите ELMA2017 и SIELA 2018 се издават от IEEE, а на ITTI2017 - Springer и трите са индексирани в SCOPUS. Международната конференция TE-RE-RD 2018 е индексирана в EBSCO, Copernicus и следователно в Google Scholar. На ELMA2017 няма публикувана статия, участието на конференцията бе за осъществяване на срещи с учени от други университети и представяне на идеите на проекта. Представени са общо шест публикации, една от които в EBSCO и Copernicus и пет в SCOPUS.
Осъществени са две мобилности за представяне на проекта. Първата е в Технически университет – София. Представени са и са дискутирани научни проблеми свързани с проектната разработка с доц. д-р инж. Рад Станев и доц. д-р инж. Димитър Богданов. Втората е в Хановер Германия за участие в HANOVER MESSE 2018 по покана на международни партньори. Тази мобилност послужи, както за представяне на проекта, така и за осъществяване на контакти с бизнеса за запознаване с най-новите технологии в енергетиката и събиране на идеи за изграждания по проекта лабораторен комплекс.
Проектът е представен по подходящ начин и е постигнат очаквания интерес. През целия отчетен период се търсеше информация за напредъка по проекта от страна на БТА и бе проведено интервю във връзка с желанието на Европейската комисия за поетапно затваряне на електрическите централи на въглища и ефекта върху електроенергийната система на България и Европа. Създаден е интернет сайт на проекта – freqco.tu-varna.bg.
Създадената по проекта лаборатория е уникална за страната и дава възможност за провеждане на научни изследвания във всички насоки свързани в производството преноса, разпределението и потреблението на електроенергия. В края на първия етап тя е завършена на базово ниво и тъй като е изградена на модулен принцип в състава и могат да се добавят нови елементи като различни източници на енергия, релейни защити, регулатори на напрежение и стабилизатори за генераторите и други устройства касаещи устойчивата работа на електроенергийната система. Лабораторията може да се използва и за тестване на различни системи оказващи влияние на устойчивостта на електроенергийната система.