Optimal siting of wind and solar power plants in an electric power system

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This study developed a single‑criterion mathematical model for selecting optimal sites for wind and solar power plants within an electric power system, taking into account renewable generation variability and economic efficiency. The objective functions included maximizing total electricity output, minimizing the overall rate of power change, minimizing total power increments, and maximizing base power, subject to constraints on installed capacity and the number of units per site. A test system was designed with six potential sites for wind power plants and two sites for solar power plants, with a combined installed capacity of 600 MW. The study proposed an algorithm integrating daily power profile simulations for a single wind turbine and a photovoltaic module group across candidate sites with varying topography and daylight duration. Optimization of installed capacity distribution among sites was then performed. Application of the model to the test system showed that the type of objective function significantly affects the configuration of the optimal system and the allocation of capacity among sites. Transitioning from the criterion of maximum electricity output to criteria related to power dynamics reduces generation by 6–7%, while decreasing the total rate of power change and total power increments by 19–39% and increasing base power by up to 38%. The proposed optimization algorithm provides a systematic framework for decision-making in the design of renewable energy systems with minimal internal volatility of generation. The selection of the objective function depends on the flexibility characteristics of a given power system and can be applied at early stages of planning renewable energy facilities.

About the authors

O. Y. Sigitov

Patrice Lumumba Peoples’ Friendship University of Russia

Email: olegsigitov@gmail.com
ORCID iD: 0009-0007-8541-4542

K. V. Suslov

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Email: dr.souslov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0484-2857

References

  1. Solomon B.D., Pasqualetti M.J., Nelson E. Global disparities in renewable energy development: where they exist and why // Applied Geography. 2026. Vol. 186. Р. 103825. https://doi.org/10.1016/j.apgeog.2025.103825.
  2. Akusta E., Cergibozan R. The role of renewable energy sources on the path to sustainable development for OECD countries: Considering the three pillars of sustainability // Renewable Energy. 2026. Vol. 256. Part D. Р. 124101. https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.124101.
  3. Abdelhady S. Performance and cost evaluation of solar dish power plant: sensitivity analysis of levelized cost of electricity (LCOE) and net present value (NPV) // Renewable Energy. 2021. Vol. 168. P. 332–342. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.12.074. EDN: ABXYHP.
  4. Durakovic A. DEC rolls out 13 MW offshore wind turbine // Offshorewind.biz. Режим доступа: https://www.offshorewind. biz/2022/02/23/dec-rolls-out-13-mw-offshore-wind-turbine/ (дата обращения: 10.09.2025).
  5. Moon Hee Seung, Baik Sunhee, Park Won Young. Assessing the levelized cost of energy in South Korea // Energy Strategy Reviews. 2025. Vol. 62. Р. 101897. https://doi.org/10.1016/j.esr.2025.101897.
  6. Kabeyi M.J.B., Olanrewaju O.A. The levelized cost of energy and modifications for use in electricity generation planning // Energy Reports. 2023. Vol. 9. Supplement 9. P. 495–534. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.06.036.
  7. Zhang Yu, Zhang Yongkang, Wu Tiezhou. Integrated strategy for real-time wind power fluctuation mitigation and energy storage system control // Global Energy Interconnection. 2024. Vol. 7. Iss. 1. P. 71–81. https://doi.org/ 10.1016/j.gloei.2024.01.007. EDN: MZNSFG.
  8. Assireu A.T., Fisch G., Carvalho V.S.O., Pimenta F.M., De Freitas R.M., Saavedra O.R., et al. Sea breeze-driven effects on wind down-ramps: Their implications for wind farms along the north-east coast of Brazil // Energy. 2024. Vol. 294. Р. 130804. https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.130804. EDN: OIKOBM.
  9. Артемьев А.Ю., Шакиров В.А., Яковкина Т.Н. Многокритериальный выбор районов для размещения ветровых электрических станций // Системы. Методы. Технологии. 2016. № 3. С. 116–122. https://doi.org/10.18324/2077- 5415-2016-3-116-122. EDN: XQSOBH.
  10. Wang Han, Zhang Ning, Du Ershun, Yan Jie, Han Shuang, Liu Yongqian. A comprehensive review for wind, solar, and electrical load forecasting methods // Global Energy Interconnection. 2022. Vol. 5. Iss. 1. P. 9–30. https://doi.org/10.1016/j.gloei.2022.04.002. EDN: VYPUDU.
  11. Сигитов О.Ю. Сравнительный анализ динамического коэффициента неравномерности ветровых электростанций в различных энергосистемах // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2025. Т. 26. № 1. С. 28–38. http://doi.org/10.22363/2312-8143-2025-26-1-28-38. EDN: JWTYWJ.
  12. Álvarez-García F.J., Fresno-Schmolk G., OrtizBevia M.J., Cabos W., RuizdeElvira A. Reduction of aggregate wind power variability using empirical orthogonal teleconnections: an application in the Iberian Peninsula // Renewable Energy. 2020. Vol. 159. P. 151–161. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.05.153.
  13. Shahriari M., Blumsack S. Scaling of wind energy variability over space and time // Applied Energy. 2017. Vol. 195. P. 572–585. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.03.073.
  14. Сигитов О.Ю. Однокритериальная задача оптимизации мест строительства ветровых электростанций // Известия российской академии наук. Энергетика. 2025. № 3. С. 92–112. https://doi.org/10.31857/S0002331025030067. EDN: KPZLJP.
  15. Суслов К.В. Развитие систем электроснабжения изолированных территорий России с использованием возобновляемых источников энергии // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 5. С. 131–142. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-5-131-142. EDN: YPLMUH.
  16. Воропай Н.И., Подковальников С.В., Труфанов В.В., Беляев Л.С., Гальперова Е.В., Домышев А.В.. Обоснование развития электроэнергетических систем. Методология, модели, методы, их использование: монография. Новосибирск: Наука, 2015. 448 с. EDN: ULMZZB.
  17. Pourasl H.H., Barenji R.V., Khojastehnezhad V.M. Solar energy status in the world: a comprehensive review // Energy Reports. 2023. Vol. 10. P. 3474–3493. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.10.022. EDN: IDZWRD.
  18. Ольховский Г.Г., Радин Ю.А., Макаров О.Н., Осыка А.С., Трушечкин В.П. Расширение регулировочного диапазона парогазовых установок ПГУ-450 // Электрические станции. 2015. № 3. С. 2–9. EDN: TQCIMH.
  19. Радин Ю.А., Ленёв С.Н. Некоторые особенности эксплуатации ПГУ. Проблемы и перспективы // Газотурбинные технологии. 2024. № 1. С. 2–6. EDN: DSQFAZ.
  20. Костюк Р.И., Писковацков И.Н., Чугин А.В., Коцюк Н.Н., Радин Ю.А., Березинец П.А. Некоторые особенности режимов эксплуатации головного энергоблока ПГУ-450Т // Теплоэнергетика. 2002. № 9. С. 6–11. EDN: XROORT.
  21. Теплов Б.Д., Радин Ю.А., Филин А.А., Руденко Д.В. Тепловые испытания газотурбинной установки SGT5-4000F энергоблока ПГУ-420Т ТЭЦ-16 Мосэнерго // Теплоэнергетика. 2016. № 8. С. 10–17. https://doi.org/10.1134/S0040363616080117. EDN: WDOUHD.
  22. Радин Ю.А., Сигитов О.Ю., Зорченко Н.В. Требования к маневренности тепловых электростанций в энергосистемах с ветровыми электростанциями // Электрические станции. 2025. № 1. С. 17–25. https://doi.org/10.71841/EP.ELST.2025.1122.1.02. EDN: LGYQHG.
  23. Теплов Б.Д., Радин Ю.А. Повышение маневренности и экономической эффективности эксплуатации ПГУ в условиях оптового рынка электроэнергии и мощности // Теплоэнергетика. 2019. № 5. С. 39–47. https://doi.org/10.1134/S0040363619050096. EDN: ZBGRFB.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).