Забезпечення гнучкості електрозабезпечення індустріальних парків шляхом можливості обміну надлишками доступної генерації
Вантажиться...
Дата
2025
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Актуальність теми: енергетична безпека та стійкість функціонування
критичної інфраструктури, зокрема промислових об'єктів та індустріальних парків, набули стратегічного значення в умовах сучасних викликів. Традиційні централізовані системи електропостачання демонструють вразливість перед зовнішніми впливами та мають обмежену здатність до інтеграції значних обсягів розподіленої генерації, зокрема з відновлюваних джерел енергії.
Індустріальні парки, як зосередження енергоємних споживачів, вимагають не лише надійного, але й гнучкого електрозабезпечення, яке б дало можливість оперативно реагувати на зміни у навантаженні та генерації.
Гнучкість електрозабезпечення в контексті індустріальних парків
розглядається як здатність системи швидко адаптуватися до непередбачуваних коливань попиту та пропозиції енергії, що є характерним для відновлюваних джерел енергії (наприклад, сонце, вітер) та динамічного виробничого процесу.
Неефективне використання локальної генерації, її надлишки або дефіцити призводять до значних економічних втрат і підвищеного навантаження на зовнішню мережу.
Наукова проблема полягає в необхідності розробки ефективних
механізмів та архітектурних рішень, які б дали можливість індустріальним паркам перейти від моделі пасивного споживача до моделі активного енергетичного вузла (мікромережі). Ключовим елементом такої трансформації є можливість обміну надлишками доступної генерації між резидентами парку.
Цей обмін дає можливість максимізувати самоспоживання, зменшити
залежність від зовнішньої мережі та підвищити загальну стійкість
(резильєнтність) енергосистеми парку.
Глобальні тенденції. Розвиток концепції Microgrids (мікромереж) та
інтелектуальних систем управління енергією, наприклад, EcoStruxure
Microgrid Advisor, які забезпечують автономну роботу й оптимізацію
енергетичних потоків.
Національні пріоритети. Україна активно працює над децентралізацією
енергосистеми та впровадженням Smart Grid технологій. Індустріальні парки, що мають пільгові умови для розвитку, є ідеальними полігонами для пілотного впровадження цих рішень.
Актуальність дисертаційного дослідження обумовлена потребою в
теоретичному обґрунтуванні та практичній розробці алгоритмів, які мають забезпечувати:
технічну гнучкість, шляхом впровадження інтелектуальних систем
керування, що координують роботу розподіленої генерації (наприклад,
сонячна електрична станція), установок зберігання енергії та навантаження.
економічну ефективність, шляхом створення моделі внутрішнього
енергетичного ринку індустріального парку, що дає можливість монетизувати
або раціонально використовувати надлишки генерації.
Таким чином, дослідження, зосереджене на обміні надлишками
генерації, є критично важливим для забезпечення енергетичної автономності,
підвищення інвестиційної привабливості індустріальних парків та зміцнення
енергетичної безпеки країни в цілому.
Мета та задачі дослідження: Розробка науково обґрунтованої
методики й архітектурно-технічних рішень для підвищення гнучкості
електрозабезпечення індустріальних парків на основі впровадження концепції
мікромережі та створення ефективного механізму обміну надлишками
доступної генерації між його резидентами. Для досягнення поставленої мети
необхідно вирішити такі основні задачі:
проаналізувати сучасний стан розвитку розподіленої генерації,
мікромереж і систем управління енергією у світі та в Україні, з особливим
акцентом на застосування в промисловому секторі;
розробити функціональну та структурну схеми мікромережі
індустріального парку, що забезпечує інтеграцію різнорідних джерел генерації
(відновлювані джерела енергії, когенерація) й установки зберігання енергії;
запропонувати математичну модель та алгоритм роботи систем
управління енергією для оптимізації обміну енергією між резидентами, що
забезпечить максимізацію самоспоживання, економічну ефективність та
стійкість системи з урахуванням технічних обмежень;
сформулювати практичні рекомендації щодо впровадження
механізмів обміну генерацією у чинне енергетичне законодавство та технічні
нормативи.
Об’єктом дослідження є процеси забезпечення гнучкості
електрозабезпечення індустріальних парків на основі архітектури
мікромереж з інтелектуальним управлінням розподіленою генерацією.
Предмет дослідження — теоретичні основи, методики та технічні
рішення, пов’язані з обміном надлишків доступної генерації між
індустріальними парками для підвищення енергоефективності та
забезпечення гнучкості електрозабезпечення.
Методи дослідження — для досягнення поставленої мети та
вирішення визначених задач у дисертаційній роботі будуть використані такі
наукові методи:
системний аналіз та узагальнення — для вивчення сучасного стану
проблеми, світового досвіду впровадження мікромереж та оцінки
функціональних можливостей ключового обладнання (інвертори, установки
зберігання енергії, систем управління енергією) та нормативно-правової бази;
теорія електричних мереж і режимів роботи — для аналізу
електричних зв’язків, розрахунку балансу потужності й оцінки якості
електроенергії в умовах розподіленої генерації;
математичне й імітаційне моделювання — для формалізації
процесів генерації, споживання й обміну енергією, а також для створення
моделі функціонування мікромережі індустріального парку;
економіко-математичні методи — для техніко-економічного
обґрунтування запропонованих рішень, оцінки інвестиційної привабливості та
розрахунку ефекту від оптимізації самоспоживання й обміну надлишками
генерації.
інженерний розрахунок та проєктування — для верифікації
технічних параметрів обладнання (наприклад, розрахунок стрінгів,
потужності установок зберігання енергії) на основі фактичного матеріалу
робочого проєкту.
Наукова новизна одержаних результатів:
вперше розроблено архітектурно-функціональну модель
мікромережі індустріального парку за рахунок інтеграції розподіленої
генерації (на прикладі дахової сонячної електричної станції потужністю
991,2 кВт), установки зберігання енергії (TRENE-P100B215) та системи
інтелектуального керування (Energy Management Systems/Supervisory Control
And Data Acquisition) для забезпечення режиму автономної роботи (island
mode) та підвищення показників резильєнтності електропостачання;
отримав подальший розвиток метод оцінки гнучкості
електрозабезпечення індустріальних парків, що базується на аналізі здатності
системи до швидкого балансування енергетичних потоків
(генерація/споживання) та реалізації механізму віртуального обміну
надлишками електроенергії між резидентами парку;
удосконалено алгоритм інтелектуального управління
енергетичними потоками, який надасть можливість в автоматичному режимі
оптимізувати режим роботи сонячної електричної станції, установки
зберігання енергії та внутрішньопаркових навантажень, керуючись
економічними критеріями та технічними критеріями за умов динамічного
енергообміну.
Практична цінність: сформульовано технічні вимоги та рекомендації
до схем підключення гібридних сонячних електричних станцій (інвертор
PROSOLAX X3-FTH-100K та установка зберігання енергії) на промислових
об'єктах, зокрема щодо верифікації механічних навантажень на дахову
конструкцію (підтверджена допустимість 14,1 кг/м 2 при нормі 14,7 кг/м 2 ) та
параметрів DC-стрінгування (15 панелей, 912,525 В max напруги).
Опис
Ключові слова
гнучкість електрозабезпечення, індустріальний парк, розподілена генерація, мікромережа, обмін надлишками генерації, установка зберігання енергії, інтелектуальне управління енергією, резильєнтність, самоспоживання, power supply flexibility, industrial park, distributed generation, microgrid, generation surplus exchange, Energy Storage System (ESS), Energy Management System (EMS), resilience, self-consumption
Бібліографічний опис
Балан, О. В. Забезпечення гнучкості електрозабезпечення індустріальних парків шляхом можливості обміну надлишками доступної генерації : магістерська дис. : 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка / Балан Олена Володимирівна. – Київ, 2025. – 84 с.