Оптимальные места размещения и мощности нескольких БЭТС в распределительной сети с ВИЭ: исследование на реальном примере

Поддержание электроснабжения в более чистом мире

По мере того как всё больше домов и предприятий питаются от солнечных ферм и биомассовых установок вместо ископаемого топлива, обеспечение устойчивости электросети становится неожиданно сложной задачей. Солнечная генерация и другие возобновляемые источники меняются в течение дня, а потребление часто резко возрастает вечером. В этом исследовании рассматривается, где разместить и какой мощности установить крупные аккумуляторные системы в реальной тайской сети, чтобы сеть сохраняла стабильность, уменьшались потери и контролировались расходы — давая представление о том, как на практике могут работать более чистые сети будущего.

Почему батареи важны для повседневного электроснабжения

Возобновляемые установки, такие как солнечные панели на крышах и генераторы на биомассе, подают электроэнергию в местные линии, известные как распределительные сети. Эти линии изначально проектировались для однонаправленного потока от крупных электростанций к потребителям. При добавлении ВИЭ в многочисленных точках напряжение может колебаться, некоторые линии перегружаться, а общие потери энергии увеличиваться. Крупные аккумуляторные энергосистемы могут действовать как демпферы: они заряжаются, когда спрос невысокий и электроэнергия дешевая, а разряжаются при пиках потребления. При грамотном размещении и правильном выборе мощности такие батареи сглаживают колебания напряжения, сокращают потери и уменьшают самые высокие пики потребления, которые повышают счета и нагрузку на верхнеуровневую сеть.

Превращая сложную сеть в задачу планирования

Исследователи изучали реальный распределительный фидер в Хуа Хине, Таиланд, с 102 точками подключения и двумя установками ВИЭ: солнечной фермой и биомассовой станцией. Они рассматривали задачу как головоломку планирования: где вдоль этой сети линий следует установить одну, две или три крупные аккумуляторные установки и какой должна быть мощность каждой, чтобы обеспечить наилучшие общие показатели? Показатель производительности определяли одним числовым критерием, который объединял затраты на покупку, установку и обслуживание батарей с экономией от уменьшения проблем с напряжением, потерь в линиях и пиковой мощности, потребляемой из вышестоящей сети. Чтобы достоверно смоделировать поведение батарей в течение суток, команда использовала математическое описание циклов заряда и разряда, учитывая ограничения по энергии, мощности и глубине разряда.

Позволив цифровым ракам искать лучшее решение

Так как возможных мест и размеров батарей много, команда опиралась на современный метод поиска, вдохновлённый поведением животных, — алгоритм оптимизации ракообразных. В этом подходе каждая виртуальная «ракушка» представляет один кандидатный план размещения и ёмкости батарей. Через повторяющиеся шаги, имитирующие кормёжку, поиск убежища и соревнование за территорию, рой кандидатов постепенно улучшается. Алгоритм оценивает каждый план, моделируя полный 24-часовой период на реальном фидере с учётом реальных профилей нагрузки и генерации. Для сравнения исследователи применили также два других широко используемых метода поиска на основе роя частиц и роя сарп — все на одинаковых данных сети и по одной и той же стоимости.

Что происходит при добавлении батарей

Исследование рассмотрело четыре сценария: без батарей, одна батарея, две батареи и три батареи. Добавление аккумуляторов явно изменило суточную загрузку фидера: батареи заряжались в часы низкого спроса и разряжались в пиковые моменты, снижая максимально потребляемую из сети мощность, уменьшая потери энергии и улучшая минимальные значения напряжения по сети. Три батареи дали наибольшие технические улучшения с минимальными потерями и колебаниями напряжения, но потребовали наибольших инвестиций. Однако две хорошо подобранные батареи обеспечили наилучшее соотношение: заметно сократили расходы, связанные с отклонением напряжения, потерями и пиковым спросом, при этом избегая дополнительных затрат на третью установку. Во всех почти всех сравнениях метод на базе «ракообразных» находил более дешёвые и эффективные решения, чем другие алгоритмы, а выбранные места были практичны для размещения вдоль просторной придорожной трассы.

Что это значит для более чистой и умной сети

Для неспециалистов ключевой вывод в том, что простого разбрасывания батарей или ВИЭ по сети недостаточно: их расположение и размеры существенно влияют и на надёжность, и на стоимость. Этот реальный пример показывает, что тщательно спланированная пара крупных батарей в подходящих точках может обеспечить большую часть доступных технических выгод без лишних расходов на дополнительное оборудование. Успешное применение продвинутого метода поиска к сети коммунального масштаба указывает, что похожие инструменты могут помочь энергетическим компаниям по всему миру проектировать более стабильные и эффективные сети по мере роста доли возобновляемой энергетики.

Цитирование: Khunkitti, S., Wichitkrailat, K. & Siritaratiwat, A. Optimal locations and capacities of multiple BESSs in a RES-integrated distribution network: a real-world case study. Sci Rep 16, 9992 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40971-z

Ключевые слова: аккумуляторные энергосистемы, интеграция возобновляемых источников в сеть, распределительные сети, алгоритмы оптимизации, снижение пиковой нагрузки