Построение эффективной энергетической системы с использованием возобновляемой энергии

Использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в последние годы стало одним из основных трендов развития мировой энергетики, что подтверждается растущей конкуренцией между ее традиционными составляющими - газом, нефтью, углем, атомным сырьем - и ВИЭ - солнечной, ветровой, биомассой, термальной и гидроэнергией, вырабатываемой небольшими станциями. Развитие энергетической отрасли обусловлено основными положениями национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации» и разработанным Министерством энергетики России на ее основе проекте «Цифровая энергетика». Создание цифровых двойников – современный тренд в развитии цифровых технологий. Применение цифрового двойника энергосистемы с ВИЭ направлено на построение моделей энергосистемы с ВИЭ для решения задач энергоснабжения. Такое комплексное цифровое решение позволяет сформировать удобную в использовании виртуальную копию энергосистемы, способную воспроизводить структуру, состояние и поведение оригинала с достаточной степенью достоверности для решения задачи о вовлечении ВИЭ. Цель работы 1 этапа состоит в проектировании и разработке концепции интеллектуальной информационно-аналитической системы оценки решений в возобновляемой энергетике на основе цифровых двойников. Объектом исследования являются энергетические системы с возобновляемыми источниками энергии. В работе использовались методы системного анализа, математического моделирования, искусственного интеллекта, проектирования информационных систем, многокритериальной оптимизации. Разрабатываемая информационно-аналитическая система должна функционировать на различных уровнях планирования и с учетом множества критериев осуществлять оценку потенциала возобновляемых источников энергии с целью дальнейшего их вовлечения в энергобаланс энергетической системы, а также сформировать рекомендации о возможности применения определенных видов ВИЭ и способов их генерации. Для решения поставленной задачи определены входные параметры, которые значительно влияют на работу системы: 1) режимы работы: a) стратегический; b) тактический; c) оперативный; 2) временной интервал: a) долгосрочный; b) среднесрочный; c) краткосрочный; 3) потребители: a) макрорегион; b) регион; c) район; d) типовой объект или индивидуальный потребитель. Указанные параметры необходимо учитывать при оценке решений с применением ВИЭ и последующей выработки рекомендаций по построению энергетической системы. Результатом работы разрабатываемой системы являются рекомендации по построению или модификации системы с ВИЭ. При этом такая интеллектуальная ИАС рассматривает систему на различных уровнях масштаба, временного интервала и с учетом множества факторов и критериев. На первом этапе исследования получены следующие результаты: 1. Разработана структурно-функциональная схема интеллектуальной информационно-аналитической системы, предназначенной для оценки решений в возобновляемой энергетике; определены модули, входящие в состав интеллектуальной информационно-аналитической системы; определен функционал модулей, входные и выходные параметры; определен набор математических и интеллектуальных методов для реализации интеллектуальной информационно-аналитической системы; 2. Сформирован комплекс математических моделей поступления основных видов возобновляемой энергии (солнечной, ветровой, геотермальной, биотоплива и биогаза, прочие виды) для оценки ее потенциала с учетом неопределенности исходной информации и особенностей современных технологий преобразования возобновляемой энергии. Сформированный комплекс математических моделей при объединении с компьютерными моделями в единую систему является основой для построения цифровых двойников. 3. Разработан полный набор критериев для оценки эффективности энергетических систем с возобновляемыми источниками энергии. Проведен анализ системы критериев на полноту, совместимость, непротиворечивость. Полученные результаты являются основой для разработки методики сравнения и выбора технологий для комплексной оценки потенциала ВИЭ и последующим вовлечением ее в энергобаланс региона с учетом динамически изменяющихся технологий ВИЭ, групп критериев эффективности с применением цифровых двойников энергосистем.