Модели и методы адаптации систем энергетики в современных условиях их функционирования и развития

Объект исследования – системы энергетики России и её Севера. Цель работы – разработка подходов и методов оценки изменений систем энергетики в ответ на изменение их внешнего окружения и внутренних правил развития и функционирования, в т.ч. их надёжности. Методологическая основа работы – системные исследования в энергетике, математическое моделирование и программирование, сценарный анализ, теория вероятностей и статистики, методы оптимизации, иерархическое моделирование, энергоэкономический анализ. Результаты работы. Разработан метод решения задачи сравнительной оценки неопределённости информации, необходимой для прогнозирования развития отраслей энергетики. Основным новым результатом исследования стало выявление двух групп отраслей, у которых уровни неопределённости при прогнозировании существенно разнятся. Результат плодотворно применим при моделировании перспектив развития топливно-энергетического комплекса благодаря ослаблению негативного влияния высокой неопределённости в некоторых отраслях энергетики. Обоснован состав средств резервирования при различных сценариях развития солнечных и ветровых электростанций в объединенной энергосистеме Юга ЕЭС России. Потребуется увеличение величины оперативного резерва мощности на 160 МВт (0,94 % от максимума нагрузки) при работе в составе ЕЭС России и 420 МВт (2,47 %) при изолированной работе. Предложен метод оперативного определения объёма выбросов парниковых газов на уровне региона, использующий информационные возможности сводного топливно-энергетического баланса. Содержащиеся в балансе данные могут быть использованы для изучения роли регионов в решении задач борьбы с глобальным изменением климата, прежде всего, в части регулирования эмиссии парниковых газов. Обосновано, что, несмотря на ряд явных и неявных преимуществ автомобилей на электрической тяге для общества и владельцев транспортных средств (в т.ч. в плане безопасности движения, дешевизне заправки и эксплуатации), сколь-нибудь широкое их использование видится в пределах населённых пунктов и городских пригородов. А единственная весомая польза от их использования на Севере состоит в улучшении экологической обстановки в городах. Показано, что положительная динамика природоохранной составляющей инвестиций традиционной энергетики вследствие общей нестабильности мировой экономики после кризиса 2008 г. привела к снижению её конкурентности. Сделан вывод о наличии факторов искусственного характера в тенденции занижения конкурентности традиционных энерготехнологий со стороны развитых стран. Для определения в реальном времени изменений в топологии электрической сети разработан классификатор на основе свёрточной нейронной сети. Вычислительные эксперименты продемонстрировали возможность использования предлагаемого классификатора на больших системах. Практическая значимость определяется необходимостью актуализации расчётной схемы сети, используемой при мониторинге и управлении режимами электроэнергетической системы. Для построения имитационных моделей электроэнергетических систем впервые использованы современные языки акаузального моделирования. Разработаны и верифицированы экспериментальные библиотеки моделей основных компонентов электроэнергетической системы, которые показали принципиальную возможность и эффективность применения такого подхода для быстрого прототипирования сложных электроэнергетических систем. Проанализированы особо высокие требования к надёжности программного обеспечения (ПО) микропроцессорной защиты и автоматики энергосистем, поскольку оно относится к программам критически важных приложений, работающих в реальном времени. Выявлен ряд свойств ПО, нацеленных на его улучшение. Показана необходимость определенной автономности отдельных устройств защит, т.к. стремление к комплексности задач снижает параметры надёжности защиты. Показано, что развитие технологий создает для энергетики новые возможности и вызовы. Анализ практики внедрения технологий Smart Grid в США, Европейском Союзе и Китае выявил изменение ландшафта электроэнергетической отрасли, когда потребитель может играть более активную роль и сокращать зависимость от централизованных систем энергоснабжения с помощью ВИЭ, а в перспективе и накопителей. В этих условиях перспективы развития интеллектуальных энергосистем в России связаны с децентрализованным электроснабжением в регионах, не относящихся к ЕЭС России.