В НГТУ НЭТИ разрабатывают алгоритмы оптимизации работы гибридных систем электроснабжения
В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ разрабатывают алгоритмы выбора оптимального состава генерирующего оборудования автономной системы электроснабжения. Это позволит обеспечить надежное энергоснабжение в удаленных регионах и снизить затраты на электроэнергию для потребителей. Работа ведется в рамках студенческой проектной деятельности.
Как отмечает доцент кафедры систем электроснабжения предприятий кандидат технических наук Сергей Митрофанов, проект посвящен проблеме повышения эффективности автономных систем электроснабжения (АСЭ). АСЭ не связаны с единой энергосистемой и находятся в удаленных регионах — таких как Дальний Восток, Крайний Север, Республика Тыва и других. Чаще всего источником энергии там является дизельное топливо. Проблема в том, что электроснабжение таких регионов довольно дорогое из-за высокой стоимости транспортировки топлива.
«С 2000-х годов начался тренд на повышение энергоэффективности и снижение потребления дизельного топлива. В составе автономных систем электроснабжения свою эффективность показали возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Они являются более дешевой альтернативой завозному дизельному топливу, но отличаются непостоянством выработки, так как зависят от погоды. Поэтому встает вопрос обеспечения оптимального режима работы автономной энергосистемы с учетом закладываемых ограничений (соблюдение баланса между генерацией и потреблением, а также технических возможностей установок). Эффективный подход — комплексное использование разных источников энергии: дизельных установок в традиционной генерации, вырабатывающих электроэнергию в случае, если не работают системы ВИЭ, непосредственно возобновляемых источников энергии и системы накопления энергии, которая выравнивает режим генерации энергии на ВИЭ, сглаживая колебания, провалы, скачки. Это позволяет обеспечить выполнение требований по бесперебойному обеспечению электроэнергией жителей удаленных регионов», — рассказал Сергей Митрофанов.
Оптимизировать работу автономной энергосистемы можно, запуская дизельные установки только в периоды, когда не хватает энергии от ВИЭ. Активное использование ВИЭ (фотоэлектрических панелей, ветряков) обеспечит меньшую цену электроэнергии для потребителей за счет низкой себестоимости ее выработки. В качестве дешевого возобновляемого источника энергии может рассматриваться малая гидрогенерация. Задача разрабатываемого в НГТУ НЭТИ алгоритма — осуществлять поиск оптимального распределения нагрузки между традиционными (дизельная установка) и возобновляемыми источниками энергии, а также системой накопления энергии. Так, в периоды низкого потребления можно запасать энергию в накопителе и перераспределять ее в моменты пиковой нагрузки.
В основе алгоритма лежит прогноз выработки электроэнергии возобновляемыми источниками энергии, на основе которого производится планирование нагрузки на сутки вперед, объяснил Сергей Митрофанов. «Когда известен график нагрузки на сутки вперед, мы определяем плановый режим всех установок — традиционной генерации, возобновляемых источников энергии и накопителя. Среди возможных вариантов покрытия разными источниками энергии ищем тот, который дает наибольшую эффективность».
В рамках работы над проектом были созданы математические модели, которые описывают связи между параметрами отдельных элементов автономной системы электроснабжения. Например, между входным параметром скорости ветра и выходным параметром электрической мощности ветроустановки. Планируется их дорабатывать с учетом режима работы и выбранного состава оборудования, то есть технических характеристик установок ВИЭ, дизельных установок, которые располагаются на объекте, характеристик накопителя, режимных ограничений и планового графика электропотребления и т. д.
Модели будут реализованы в виде программного кода. Внедрение такой программы в автоматизированную систему управления технологическими процессами автономной системы электроснабжения позволит снизить цену на электроэнергию для потребителей и нагрузку на бюджет при субсидировании электроснабжения удаленных регионов. Кроме того, это повысит надежность системы электроснабжения, поскольку в случае аварии наличие нескольких источников энергии позволит сохранить бесперебойное электроснабжение.