Забезпечення гнучкості електрозабезпечення індустріальних парків шляхом можливості обміну надлишками доступної генерації

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorЯрмолюк, Олена Сергіївна
dc.contributor.authorБалан, Олена Володимирівна
dc.date.accessioned2026-04-24T09:18:36Z
dc.date.available2026-04-24T09:18:36Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractАктуальність 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).
dc.description.abstractotherRelevance of the topic: the energy security and resilience of critical infrastructure, particularly industrial facilities and industrial parks, have acquired strategic importance in the context of contemporary challenges. Traditional centralized power supply systems demonstrate vulnerability to external influences and possess limited capacity for integrating significant volumes of Distributed Generation (DG), especially from Renewable Energy Sources (RES). Industrial parks, as concentrations of energy-intensive consumers, require not only reliable but also flexible power supply that allows for operational responsiveness to changes in load and generation. The flexibility of power supply within the context of industrial parks is viewed as the system's ability to quickly adapt to unpredictable fluctuations in energy demand and supply, which are characteristic of RES (solar, wind) and dynamic production processes. Inefficient use of local generation, its surpluses or deficits, leads to significant economic losses and increased strain on the external grid. The scientific problem lies in the necessity of developing effective mechanisms and architectural solutions that would allow industrial parks to transition from a passive consumer model to an active energy hub (microgrid) model. A key element of this transformation is the potential for exchange of surplus available generation among the park’s residents. This exchange allows for maximizing self-consumption, reducing dependence on the external grid, and increasing the overall resilience of the park's power system. Global Trends: The development of the Microgrids concept and intelligent energy management systems (e.g., EcoStruxure Microgrid Advisor), which ensure autonomous operation and optimization of energy flows. National Priorities: Ukraine is actively working on energy system decentralization and the implementation of Smart Grid technologies. Industrial parks, operating under preferential development conditions, are ideal proving grounds for the pilot implementation of these solutions. The relevance of the dissertation research is determined by the need for theoretical justification and practical development of algorithms that ensure: Technical Flexibility: Through the implementation of intelligent control systems coordinating the operation of DG (e.g., SPP), Energy Storage Systems (ESS), and loads. Economic Efficiency: Through the creation of an internal energy market model for the industrial park that allows for the monetization or rational use of surplus generation. Thus, the research focused on the generation surplus exchange is critically important for ensuring energy autonomy, increasing the investment attractiveness of industrial parks, and strengthening the country's energy security as a whole. Objective and tasks of the study: to develop a scientifically grounded methodology and architectural-technical solutions for increasing the flexibility of power supply to industrial parks based on the implementation of the microgrid concept and the creation of an effective mechanism for the exchange of surplus available generation among its residents. To achieve the stated goal, the following main objectives must be solved: To conduct an analysis of the current state of development of distributed generation, microgrids, and Energy Management Systems (EMS) globally and in Ukraine, with a specific focus on industrial sector application. To develop a functional and structural scheme of an industrial park microgrid, ensuring the integration of diverse generation sources (RES, cogeneration) and Energy Storage Systems (ESS). To create a mathematical model of the energy surplus exchange process among park residents, considering the dynamics of generation and consumption, as well as grid technical constraints. To develop an intelligent control algorithm (EMS logic) aimed at maximizing internal self-consumption and optimizing the export/import of generation surpluses to increase the system's economic efficiency and resilience. To perform a technical and economic justification of the proposed solutions based on the example of a typical industrial park and to assess the level of improvement in its power supply flexibility and reliability. To formulate practical recommendations regarding the implementation of generation exchange mechanisms into current energy legislation and technical standards. The object of the research: the processes of ensuring the flexibility of power supply to industrial parks based on the microgrid architecture with intelligent control of distributed generation. The subject of the research: the theoretical foundations, methodologies, and technical solutions aimed at creating a system for the exchange of surplus available generation to enhance the energy flexibility and autonomy of industrial parks. Research methods. In the dissertation, to achieve the stated goal and solve the defined objectives, methods of engineering calculation, system analysis, mathematical and simulation modeling, as well as techno-economic justification using specialized computer tools will be employed. Scientific novelty of the results. The scientific novelty of the obtained results consists of the following: A new approach to integrating distributed generation into the electricity supply of industrial parks has been developed, accounting for the specifics of dynamic industrial consumption, the need for resilience during external outages, and the balancing of energy flows through the exchange of generation surpluses using Energy Storage Systems (ESS) and intelligent management systems (EMS). Techno-economic justification for the feasibility of using microgrids in industrial parks has been proposed, which includes assessing investment attractiveness, reducing energy import costs, and calculating the payback period when applying the mechanism of internal generation exchange. The methodology for assessing the indicators of energy flexibility and resilience of industrial park electricity supply systems has been refined by incorporating criteria for self-consumption optimization, minimization of losses during surplus generation exchange, and the system's capability to transition to island mode.
dc.format.extent84 с.
dc.identifier.citationБалан, 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.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/80407
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectгнучкість електрозабезпечення
dc.subjectіндустріальний парк
dc.subjectрозподілена генерація
dc.subjectмікромережа
dc.subjectобмін надлишками генерації
dc.subjectустановка зберігання енергії
dc.subjectінтелектуальне управління енергією
dc.subjectрезильєнтність
dc.subjectсамоспоживання
dc.subjectpower supply flexibility
dc.subjectindustrial park
dc.subjectdistributed generation
dc.subjectmicrogrid
dc.subjectgeneration surplus exchange
dc.subjectEnergy Storage System (ESS)
dc.subjectEnergy Management System (EMS)
dc.subjectresilience
dc.subjectself-consumption
dc.subject.udc621.311.1:620.92
dc.titleЗабезпечення гнучкості електрозабезпечення індустріальних парків шляхом можливості обміну надлишками доступної генерації
dc.typeMaster Thesis

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
BalanOV_magystr.pdf
Розмір:
4.93 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Магістерські роботи (ЕП)
Магістерські роботи