Сьогодні структура потужностей генерації в Україні зазнає істотних змін, пов’язаних із руйнуванням енергетичної інфраструктури внаслідок війни та збільшенням частки відновлюваних джерел енергії в загальному балансі енергетичної системи України. Це обумовлює необхідність розвитку розподіленої енергетики шляхом перебудови мережевої інфраструктури на основі сучасних технологій, зокрема — мікромереж. Про застосування цих технологій на одному з нещодавніх засідань Президії Національної академій наук України докладно розповів заступник директора з наукової роботи Інституту електродинаміки НАНУ доктор технічних наук Ігор БЛІНОВ.
Як нагадав доповідач, розпорядженням Кабміну від 18 липня 2024 р. № 713-р) схвалено Стратегію розвитку розподіленої генерації на період до 2035 року, а також затверджено операційний план заходів з її реалізації у 2024 – 2026 роках.
Одним із пунктів цього документа є впровадження мікромереж.
Ще раніше, у 2022-му, уряд схвалив Концепцію впровадження «розумних мереж» в Україні до 2035 року та затвердив деталізований план заходів з її реалізації.
— Важливим аспектом розвитку «розумних мереж» є формування відповідних вимог, стимулів, мотивацій, рекомендацій до впровадження мікромереж і реалізації відповідних пілотних проєктів, — зауважив Ігор Блінов.
На основі міжнародних стандартів
Указ Президента України № 737/2023 передбачав терміновий аналіз чинних законодавчих актів з метою внесення законодавчих змін, необхідних для створення та функціонування в громадах мікромереж. А у 2024 році відповідні зміни з’явилися у Законі України «Про ринок електричної енергії», де поняття «мікромережа» визначається,
як група взаємопов’язаних навантажень розподіленої генерації з певними електричними межами, що утворюють локальну енергетичну систему на рівні систем розподілу, тобто обленерго. «Така мережа діє як єдиний керований об’єкт, здатна працювати паралельно з ОЕС України та в острівному (ізольованому) режимі», — розповів Ігор Блінов.
У плані заходів Міненерго щодо впровадження сучасних європейських і міжнародних стандартів у сфері розвитку «розумних мереж» відзначена і важливість такого впровадження у сфері мікромереж.
У цьому контексті Ігор Блінов відзначив багаторічну роботу Технічного комітету стандартизації «Керування енергетичними системами та пов’язані з ним процеси інформаційної взаємодії» (ТК 162), базовою організацією якого є Інститут
електродинаміки НАНУ, де було забезпечено впровадження понад 80 % стандартів у сфері «розумних мереж» за останні десятиліття.
Як зауважив доповідач, на замовлення Міністерства енергетики України науковці інституту розробили проєкти національних нормативних документів у галузі мікромереж на основі міжнародних стандартів щодо технічних вимог і вимог до їх експлуатації, систем енергоменеджменту, моніторингу й керування мікромережами, саморегулювання навантажень у них.
Сценарії використання
Ігор Блінов навів основні сценарії використання мікромереж для розвитку розподіленої енергетики. Перший варіант — мікромережі, структура яких спрямована на підвищення надійності та забезпечення безперервності енергопостачання приєднаного навантаження або його частини за допомогою можливості роботи в острівному режимі. Як ішлося в доповіді, у цьому разі мікромережа може бути, наприклад, частиною мережі розподілу загальної призначеності, що обслуговує широке коло споживачів, або мікромережею окремого об’єкта, наприклад, державної чи комерційної структури, військової бази, лікарні.
Другий сценарій — мікромережі, структура яких спрямована на зниження витрат у разі забезпечення електроенергією віддалених районів, для яких організація надійного централізованого електропостачання є надто витратною. Як приклад, у презентації було наведено ізольовані мікромережі для електропостачання об’єктів у сільській місцевості.
Третій — мікромережі, структура яких спрямована на зниження витрат на електроенергію для їхніх користувачів шляхом оптимального використання власних активів (зокрема, це відновлювані джерела та установки зберігання енергії, диспетчеризоване навантаження і генератори).
Четвертий варіант — мікромережі, структура яких спрямована на забезпечення стійкості електропостачання до стихійних лих або пошкоджень енергетичної інфраструктури шляхом оптимального використання власних активів. Як ішлося в презентації, мікромережі такого типу доцільно будувати в районах, де часто спостерігаються особливі умови роботи, або використовувати їх для поліпшення показників надійності електропостачання для об’єктів критичної інфраструктури тощо.
Навів доповідач і основні режими, в яких функціонують мікромережі: режим паралельної роботи з зовнішньою мережею електропостачання (системою розподілу) і острівний режим з живленням від власних джерел енергії, коли відповідно виникає ситуація з перебоями централізованого електропостачання.
Енергетичний менеджмент
Основою забезпечення функціонування мікромережі, як зауважив Ігор Блінов, є система енергетичного менеджменту, що реалізується на базі сучасних мікроконтролерів та систем інформаційного обміну. Функції планування функціонування мікромереж стосуються таких задач, як формування оптимальної графіки функціонування мікромереж на певний заданий період (доба, місяць, рік), і ситуативне коригування графіків на основі відповідного моніторингу відхилень фактичних характеристик режиму роботи мікромережі від запланованих. Основними функціями системи енергоменеджменту мікромережі є згладжування піків електроспоживання і компенсація його провалів.
Як ішлося у виступі, науковці Інституту електродинаміки НАН України на основі міжнародного досвіду запропонували структуру системи енергетичного менеджменту і визначили основні вимоги щодо забезпечення функціонування мікромереж.
— Важливим елементом функціонування мікромереж (і відповідно — системи енергетичного менеджменту) є прогнозування відпуску і споживання електричної енергії, — розповів Ігор Блінов. — В Інституті електродинаміки ми розробили моделі прогнозування навантаження споживачів та відпуску електричної енергії в мікромережах із використанням засобів штучного інтелекту, зокрема штучних нейронних мереж глибокого навчання. Зараз ми інтегруємо їх у системи енергетичного менеджменту, що розробляються.
Найбільша СЕС у НАНУ
Ці результати науковці Інституту електродинаміки отримали в межах реалізації пілотного проєкту «Оптимізоване управління мікромережею в Україні» програми міжнародної технічної допомоги «Інноваційний фонд зеленої енергетики Innovate Ukraine», що фінансується урядом Великої Британії.
— Як уже йшлося, основна мета проєкту полягає в розробленні системи енергоменеджменту на базі мікроконтролера, який би забезпечував надійне живлення критичних споживачів в умовах відключень, зниження витрат на закупівлю електричної енергії, коли ситуація є сприятливою і нормальною, а надалі — надання операторам мереж послуг з регулювання напруги, — пояснив Ігор Блінов.
Власне, така мікромережа створюється в інституті. Минулого року на даху було побудовано сонячну електростанцію з використанням баластної системи кріплень. За словами доповідача, сьогодні це найбільша дахова СЕС у НАН України (також сонячні електростанції є в Інституті відновлюваної енергетики та в Інституті газу). На сьогодні вже встановлено сучасні гібридні інвертори, установку зберігання електричної енергії, в тестовому режимі під’єднано критичне навантаження та «розумні» лічильники електроенергії. Розпочато побудову систем керування роботою мікромережі на базі мікроконтролера.
Як розповів Ігор Блінов, нещодавно відбувся візит до інституту заступника міністра закордонних справ Великої Британії з питань Європи Стівена Дауті. Гість ознайомився з ходом реалізації цього та інших проєктів інституту, висловив зацікавленість у подальшій роботі програми й дав схвальну оцінку роботі науковців.
Як резюмував доповідач, сьогодні й у найближчому майбутньому впровадження технологій мікромереж, їхній розвиток у частині цифрової трансформації передбачатиме розв’язання цілої низки наукових та науково-практичних задач, пов’язаних з розробленням моделей розрахунків режимів роботи мікромереж, моделей функціонування обладнання в їхньому складі, моделей для аналізу впливу режимів роботи таких мікромереж на параметри якості електричної енергії, оптимізація функціонування в різних режимах їхньої роботи.
Відповідаючи на запитання, Ігор Блінов зауважив, що науковці Інституту електродинаміки також мають на меті надати рекомендації та відповідні оцінки (як технічні, так і, можливо, техніко-економічні) щодо доцільності впровадження таких систем в установах НАН України.
Перспективні напрями
Під час обговорення доповіді директор Інституту загальної енергетики НАН України академік Віталій Бабак зауважив, що функціонування децентралізованих мікромереж на рівні системи розподілу електричної енергії має особливості, зокрема, у принципах регулювання частоти й активної потужності, напруги та реактивної потужності, управління генерацією енергомереж з відновлюваними джерелами енергії.
Тому окремими завданнями повинні бути пошук оптимальних місць установлення відновлюваних джерел, їхньої потужності, визначення місткості накопичувачів та прогнозування параметрів роботи як у паралельному із зовнішньою енергосистемою, так і в острівному режимах.
Перспективним напрямом, на думку Віталія Бабака, може бути розроблення методів отримання режимних залежностей параметрів мікромереж для розроблення спеціальних алгоритмів, що будуть використовуватися в мікроконтролерах та системах інформаційного обміну, а також моделі регулювання напруги та реактивної потужності для підтримки нормованих параметрів якості електричної енергії в ізольованих мікромережах та надання відповідних послуг регулювання реактивної потужності в мережевих умовах експлуатації з використанням відновлюваних джерел енергії.
Окрім того, як зауважив академік Бабак, важливим є також розроблення науково-методичних інструментів для інвентаризації елементів регіональних мереж на основі геоінформаційних технологій, розроблення і впровадження цифрових двійників, сучасних систем диспетчеризації на основі, наприклад, SCADA (від англ. supervisory control and data acquisition — диспетчерське управління і збір даних) тощо.
Керівниця експертної групи директорату ресурсоефективних трансформацій Міністерства енергетики України Оксана Колосова нагадала, що відомство є бенефіціаром проєкту «Оптимізоване управління мікромережами в Україні» й очікує на результати відповідних досліджень. Експертка висловила впевненість, що вони дадуть основу, поштовх та необхідну інформацію для ухвалення політичних рішень і розроблення нормативно-правових актів.
Також Оксана Колосова відзначила, що Інститут електродинаміки бере активну участь у робочій групі при Міністерстві енергетики з впровадження «розумних мереж». «Ця співпраця дуже цінна для нас і ми вже маємо її результати», — додала експертка.
Академік-секретар Відділення енергетики та енергетичних технологій НАН України Олександр Кириленко відзначив, що під керівництвом Ігоря Блінова виконується цілий комплекс робіт з науково-технічного та нормативно-правового забезпечення розвитку в Україні технологій «розумних мереж». І ці роботи, зокрема з розвитку сучасних моделей мережі, розроблення методів прогнозування споживання, створення системи моніторингу та інші, відділення повністю підтримує.
Як підсумував президент НАН України академік Анатолій Загородній, беручи до уваги актуальність та важливість практичного використання напрацьованих фахівцями академії теоретичних та практичних результатів розв’язання проблем розвитку розподіленої енергетики та системи енергетичного менеджменту різного рівня, приклад практичної реалізації проєкту, про який йшлося у виступі Ігоря Блінова, необхідно тісніше співпрацювати з відповідними міністерствами, державними та приватними компаніями.
Підготував Дмитро ШУЛІКІН
Читайте також: