Сообщение о последних отключениях электричества в августе 2003 дало ряд рекомендаций, среди которых было усиление реактивной мощности и напряжения во всех регионах NERS. По наблюдениям "Task Force" «недостаточная реактивная мощность была сутью выключения света, но не его причиной», однако, разработка лучшей политики и стандартов для обеспечения поддержания реактивной мощности является приоритетной.
За последние декады США и другие страны начали переход от снабжения энергией вертикально интегрированными коммунальными предприятиями к основанному на конкуренции снабжению энергией поколением «неконтролируемых» экономических объектов, которые доставляют свою энергию к системам передачи и распределения, которые должны оставаться контролируемыми или государственными. Серьезные проблемы происходили при реструктуризации, как свидетельствуют сообщения читателей из Калифорнии и других мест. Тем не менее, главный принцип разделения производства энергии конкурирующей "GenCos” от ее доставки передающими и снабжающими компаниями является минимальным требованием для избежания конфликта интересов между вертикально интегрированными службами и конкурирующими производителями. (Я буду указывать на то, что даже это минимальное требование не достигнуто на многих реструктуризированных электрических рынках, несмотря на "Chinese - walls" и "affiliate rules".)
Однако, это минимальное требование все еще недостаточно для ряда параметров. Например, энергия не только «товар» в электрической системе. В дополнение к связанным с энергией товарам таким, как резервы, все инженеры знают, что реактивная мощность является существенной частью производства и доставки активной мощности.
В рамках этой статьи буду концентрировать внимание на планировании и управлении ресурсами на реструктуризированном электрическом рынке. Снова цитируя "Task Force", «рыночные механизмы должны быть использованы, где возможно». Поэтому встает вопрос о том, что рыночные механизмы должны использоваться не только для активной мощности, но и для приобретения реактивной.
Как показал Хоган, когда есть ограничения на наличие реактивной мощности в сети, выбор способов отправки может поднять цену на активную мощность. Поэтому ценность реактивной мощности может быть иногда очень высока, и ограничение на производство реактивной мощности может провоцировать высокие рыночные цены на энергию.
Возвращаясь, однако, к стоимости производства реактивной мощности, мы должны признать важное отличие, отраженное в технической литературе, например, предлагаемое Недвиком и, по крайней мере, в принципиальном подходе к тарифам на снабжение согласно приказу 888 Федеральной комиссии по регулированию энергии. Реактивная мощность производится, с одной стороны, конденсаторами, которые имеют низкую закупочную стоимость, обычно обеспечивают довольно грубый контроль за производством реактивной мощности и имеют приблизительно нулевые эксплуатационные затраты. С другой стороны, реактивная мощность производится генераторами и статическими ВАр компенсаторами, которые осуществляют хорошее регулирование производства реактивной мощности, большие капитальные затраты, некоторые эксплуатационные затраты, обусловленные потерями.
Основываясь, в частности, на этих различиях, Недвик, Мистр и Кросдейл придерживались в середине 1990-х философии установления достаточного реактивного резерва, поэтому такие распределительные устройства имеют единый для всей сети коэффициент мощности или даже немного повышенный при низких нагрузках, и такая система передачи установленной государством реактивной мощности практически вся обеспечивается системой передачи конденсаторов. Пока компенсация реактивной мощности широко используется разными коммунальными предприятиями, эта философия идет дальше согласования генераторов с ближайшими системами передачи конденсаторами к обеспечению того, что коэффициент мощности генератора будет близок к общему при нормальных условиях, с поддержанием уровня напряжения в системе, несмотря на различные нагрузочные условия.
В общем, согласно этой философии, генератор реактивной мощности используется для поддержания уровней напряжения, и динамическая реакция используется для обеспечения реактивного резерва. Конденсаторы, близкие к генераторам, переключаются на поддержание генерации реактивной мощности близко к нормальному уровню. Эта философия соответствует рекомендациям "Task Force".
Есть несколько превосходных аргументов в пользу этой философии, которые касаются как производственной, так и рыночной стороны вопроса. Аргументы включают лучшую реакцию на изменения ситуации, лучшее использование передающего и генерирующего оборудования и лучшее соответствие передающих систем коммерческим моделям. Я буду очерчивать эти аргументы в следующих абзацах.
Будем считать, что генератор работает с коэффициентом мощности 0,9 при производстве активной и заданной реактивной мощности. На каждый кВт активной мощности, выработанной генератором, он также генерирует около 0,48 кВАр реактивной мощности. Учтем капитальные затраты КБ на обеспечение этой мощности. Установленная мощность КБ обычно составляет $10 на кВАр, поэтому 0,48 кВАр будут стоить $4,8. Предположим очень приблизительно, что капзатраты на электростанцию будут $500/кВт, то есть поддержание реактивной мощности, обеспечиваемое генераторами, будет обеспечиваться КБ со стоимостью, составляющей около 1% стоимости обеспечения генераторами.
С тех пор как существуют ограничения на совместное производство активной и реактивной мощностей, отношение капзатрат между КБ и электростанциями строго предполагают, что будет, в среднем, дешевле обеспечивать стабильную реактивную мощность установкой КБ, чем создавать новые энергетические установки. Из-за загрузки генератора реактивной мощностью, возможно, ограничение отдачи им активной мощности, по крайней мере, во время пика, уменьшающее общий коэффициент реактивной мощности генератора. Например, генератор работает с коэффициентом мощности 0,9 и на термической границе статора, каждый дополнительный кВАр реактивной мощности, им произведенный, будет ограничивать количество активной мощности, которую он может выработать на половину от кВт.
Более того, двойная проблема возникает при обеспечении генератором и активной мощности и реактивной. Первое, активная мощность обеспечивается сетевыми резервами, будет типично повышать нагрузку и реактивные потери в линиях. И как только требование к реактивной мощности в системе повышается из – за увеличения нагрузки, производство реактивной мощности уменьшается из-за отключения генератора. Использование генератора для обеспечения стабильной реактивной мощности означает, что остальные генераторы должны быть в состоянии обеспечивать резерв, если этот генератор выйдет из строя. Совместное производство энергии и стабильной реактивной мощности накладывает на систему более высокие требования, чем при работе генератора с единым коэффициентом мощности.
С учетом относительно низких капзатрат на КБ по сравнению с затратами на электростанции, разумно принять, что генераторы не должны обеспечивать значительную реактивную мощность даже во время пика. Хорошо известно, что компенсация реактивной мощности может улучшить перегрузочную способность линий. Приведенный выше пример также показывает, что способность генератора вырабатывать активную мощность может быть лучше использована, когда реактивная ниже. Забавно, что владельцы генерирующих компаний часто жалуются, что их вынуждают участвовать в производстве стабильной реактивной мощности. Выше приведенный пример предполагает, что КБ, возможно, самый дешевый способ обеспечить заданную реактивную мощность.
Защищая такую точку зрения, что генераторы обеспечивают резервы реактивной мощности, но не производят значительную реактивную мощность, я признаю, что это может предоставить им дополнительные возможности для продажи при нормальных условиях. Это аналогично тому, что обеспечение резервов энергии также ограничивает количество энергии, которая может быть продана. Однако, особые характерные черты производства реактивной мощности способствуют такому положению вещей. В частности, если имеется достаточное количество КБ, тогда будет необходимость лишь в краткосрочном производстве значительной реактивной мощности генератором в ответ на изменение условий.
Значительное производство реактивной мощности генератором в ответ на изменение условий вызывает увеличение потерь в роторе, принципиально обусловленных увеличением принудительного охлаждения. Даже если эти увеличенные потери необходимы на короткий период, все равно должны быть предприняты соответствующие меры. К ним относится: генератор с некоторой перегрузочной способностью может работать с близкой к его номинальной активной мощностью при нормальных условиях. Он также должен быть готов вырабатывать и активную, и реактивную мощность в зависимости от условий, если подключенные КБ доступны для быстрого восстановления единого коэффициента мощности генератора.
Подводя итог, можно сказать, что с технической точки зрения низкая стоимость и жесткое регулирование КБ дополняется высокой стоимостью, хорошим управлением , восприимчивостью и перегрузочной способностью генератора при производстве реактивной мощности.
Фундаментальный вопрос состоит в том, как стимулировать генераторы для обеспечения реактивной мощности в рыночной ситуации. Имея потенциальную разницу между ценностью реактивной мощности и стоимостью обеспечения лучшего реактивного резерва, здесь может быть увеличение переменных затрат из-за ограничения реактивной мощности. В идеале, хотелось бы обеспечить стимулирование эффективного инвестирования в поддержку реактивной мощности. Здесь есть некоторые предложения для рынков реактивной мощности, включая предложенные Бауманом и др. и Хоганом в "For the Further Reading Section", фундаментальной трудностью, связанной с рынком реактивной мощности, будет то, что реактивная мощность не транспортируется на большие расстояния, то есть здесь будет иметь значение местный рынок реактивной мощности, который сегодня может быть значительно хуже, чем рынок активной мощности.