Ученые из Чунцинского университета и Центра планирования электросетей корпорации Guangdong Power Grid в Китае разработали новую методику планирования резервных мощностей для энергосистем с высокой долей ветрогенерации в регионах, подверженных тропическим циклонам. Их работа позволила определить, какой запас мощности необходим, чтобы гарантировать надежное электроснабжение городов и предприятий даже во время разрушительных тайфунов, когда ветряные турбины вынужденно отключаются.
Ветровая энергетика, особенно офшорная, активно развивается в прибрежных районах Китая: к концу 2024 года в стране введено более 520 ГВт мощностей ветроэнергетики, включая 39 ГВт морских станций. Однако при прохождении тайфуна скорость ветра вблизи его центра может превышать 25 м/с, что выше допустимых значений для работы турбин. В результате целые ветропарки отключаются практически одновременно, и в системе возникает резкий дефицит энер гии (потери достигают 1,4 ГВт генерации всего за несколько часов). Стандартные методы расчета резерва, основанные на возможном выходе из строя одного крупного генератора, здесь оказываются неэффективны, поскольку масштабы потерь гораздо выше.
Чтобы справиться с этой задачей, ученые предложили двухэтапный метод. На первом этапе они с помощью сложной статистической модели, основанной на многомерной цепи Маркова и методе Монте-Карло, сформировали множество возможных сценариев развития тайфунов. Эта модель учитывает динамическое изменение ключевых параметров — траектории движения, скорости и давления в центре циклона, что позволяет получать реалистичные и разнообразные сценарии, включая самые неблагоприятные. Для каждого сценария рассчитывается снижение выработки ветряных электростанций и изменение нагрузки в сети на протяжении 96 часов — типичной продолжительности тайфуна.
На втором этапе проводилось планирование резерва. Сначала исследователи определили экономически оптимальный объем с помощью классического анализа «затраты–выгоды», балансируя расходы на содержание резервных мощностей и экономический эффект от повышения надежности. Для тестовой системы оптимальным оказался показатель 480 МВт. Однако ключевым новшеством стала проверка устойчивости такого резерва. С помощью моделирования работы системы в почасовом режиме исследователи проверили, выдержит ли она не только сам тайфун, но и дополнительный отказ любой крупной электростанции.
Результаты показали, что резерва в 480 МВт для предотвращения отключений в экстремальных условиях недостаточно. Чтобы полностью исключить риск дефицита мощности, запас пришлось увеличить до 516 МВт. Это всего на 36 МВт больше, но именно этот сравнительно небольшой резерв оказался решающим для обеспечения полной устойчивости системы во время стихии.
Исследователи отмечают, что предложенный подход универсален и может применяться не только для тайфунов, но и для других экстремальных погодных явлений — ледяных дождей, продолжительных засух или сильных морозов, которые также несут угрозу стабильности энергосистем.
