Выбор оптимальных режимов электропотребления локальной энергосистемы Республики Алтай на основе возобновляемых и альтернативных источников энергии

Цель – разработка системы оптимального планирования электропотребления в локальной энергосистеме Республики Алтай на основе значительной доли возобновляемых и альтернативных генерирующих источников энергии. Исследования выполнены на основе метода линейного программирования режимов электропотребления генерирующими потребителями. В качестве исходной информации для решения задачи использованы графики потребления электроэнергии по сезонам и почасовые ретроспективные ряды метеорологических данных по скорости ветрового потока и солнечной инсоляции за 2021 год. В качестве объектов локального электроснабжения для расчетов выработки электроэнергии были рассмотрены ветроэнергетические установки, солнечные фотоэлектрические станции, гидроэлектростанции и накопители энергии. В статье приведены результаты расчетов выработки электроэнергии для зимнего сезона, так как в этот период наблюдается наибольший дефицит электроэнергии. Показано, что электропотребители исследуемого региона в связи с дефицитом электроэнергии могут самостоятельно устанавливать дополнительные генерирующие источники энергии в виде ветроэнергетических установок, солнечных фотоэлектрических станций и накопителей энергии. Тем самым их совместное производство смягчает некоторую непредсказуемость генерации мощности возобновляемых источников энергии. Основным новым результатом является разработка методики, дающей возможность генерирующим потребителям минимизировать свои материальные и финансовые затраты, а также снизить «углеродный след» электроэнергетики. Значимость представленных в статье результатов исследований состоит в обосновании гибридной системы электроснабжения с большой долей возобновляемых и альтернативных источников энергии, которая реализована на конкретном примере в Республике Алтай и может быть продуцирована в других локальных энергосистемах с подобными метеорологическими условиями.

1. Jurasz J., Canales F.A., Kies A., Guezgouz M., Beluco A. A review on the complementarity of renewable energy sources: concept, metrics, application and future research directions // Solar Energy. 2020. Vol. 195. P. 703–724. https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.11.087.

2. Feddaoui O., Toufouti R., Labed D., Meziane S. Control of an isolated microgrid including renewable energy resources // Serbian Journal of Electrical Engineering. 2020. Vol. 17. Iss. 3. P. 297–312. https://doi.org/10.2298/SJEE2003297F.

3. Bhatti H.J., Danilovic M. Making the world more sustainable: enabling localized energy generation and distribution on decentralized smart grid systems // World Journal of Engineering and Technology. 2018. Vol. 6. No. 2. P. 350–382. https://doi.org/10.4236/wjet.2018.62022.

4. Манусов В.З., Назаров М.Х. Оптимизация режимов электропотребления автономной электрической системы с возобновляемыми и альтернативными источниками энергии // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 4. С. 810–820. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-4-810-820.

5. Sekretarev Yu.A., Sultonov Sh.M., Nazarov M.Kh. Optimization of long-term modes of hydropower plants of the energy system of Tajikistan // 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing. 2016. https://doi.org/10.1109/ICIEAM.2016.7911428.

6. Асанов М.С., Кокин С.Е., Жабудаев Т.Ж., Дмитриев С.А., Обозов А. Дж., Сафаралиев М. Х. [и др.]. Структурная модель алгоритма расчета микро-ГЭС с учетом гидрологических параметров малых водотоков горных рек в центральной Азии // Альтернативная энергетика и экология. 2020. № 34-36. С. 22–36. https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.34-36.022-036.

7. Ausfelder F., Beilmann C., Bertau M., Bräuninger S., Heinzel A., Hoer R., et al. Energy storage as part of a secure energy supply // ChemBioEng Reviews. 2017. Vol. 4. P. 144–210. https://doi.org/10.1002/cben.201700004.

8. Lawan S.M., Abidin W.A.W.Z. A review of hybrid renewable energy systems based on wind and solar energy: modeling, design and optimization // Wind Solar Hybrid Renewable Energy System. 2018. https://doi.org/10.5772/intechopen.85838.

9. Аюев Б.И., Давыдов В.В., Ерохин П.М. Оптимизационные модели ближайших предельных режимов электрических систем // Электричество. 2011. № 3. С. 1–9.

10. Frangopoulos C.A., Spakovsky M.R., Sciubba E. A brief review of methods for the design and synthesis optimization of energy systems // International Journal Applied Thermodynamics. 2002. Vol. 5. No. 4. P. 151–160. https://doi.org/10.5541/ijot.97.

11. Королев М.Л., Макеечев В.А., Суханов О.А., Шаров Ю.В. Оптимизация режимов электроэнергетических систем на основе моделирования // Электричество. 2006. № 3. С. 2–16.

12. Jurasz J., Dabek P.B., Kazmierczak B., Kies A., Wdowikowski M. Large scale complementary solar and wind energy sources coupled with pumped-storage hydroelectricity for Lower Silesia (Poland) // Energy. 2018. Vol. 161. P. 183–192. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.07.085.

13. Kougias I., Szabó S., Monforti-Ferrario F., Huld T., Bódis K. A methodology for optimization of the complementarity between small-hydropower plants and solar PV systems // Renewable Energy. 2016. Vol. 87. Part 2. P. 1023–1030. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.09.073.

14. Li He, Liu Pan, Guo Shenglian, Ming Bo, Cheng Lei, Yang Zhikai. Long-term complementary operation of a large-scale hydro-photovoltaic hybrid power plant using explicit stochastic optimization // Applied Energy. 2019. Vol. 238. P. 863–875. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.01.111.

15. Parastegari M., Hooshmand R.-A., Khodabakhshian A., Zare A.-H. Joint operation of wind farm, photovoltaic, pump-storage and energy storage devices in energy and reserve markets // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2015. Vol. 64. P. 275–284. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2014.06.074.

16. Манусов В.З., Ганиев З.С., Султонов Ш.М. Оценка доступности энергетических ресурсов за счет солнечной радиации в Республике Таджикистан // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2018. № 1. С. 174–177. http://doi.org/10.17212/1814-1196-2020-1-189-203.

17. Гулов Д.Ю., Давлатов А.М., Горт М.В. Эффективность электроснабжения горных районов Таджикистана // Международный научно-исследовательский журнал. 2021. № 1. С. 61–66. https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.103.1.008.

18. Удалов С.Н., Манусов В.З. Моделирование ветроэнергетических установок и управление ими на основе нечеткой логики: монография. Новосибирск: НГТУ, 2013. 200 с.

19. Шакиров В.А., Артемьев А.Ю. Выбор площадки размещения ветроэлектростанции с использованием компьютерного моделирования рельефа местности и ветрового потока // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 11. С. 133–143. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-11-133-143.

20. Aza-Gnandji M., Fifatin F.-X., Hounnou A.H.J., Dubas F., Chamagne D., Espanet C.,et al. Complementarity between solar and wind energy potentials in Benin Republic // Advanced Engineering Forum. 2018. Vol. 28. P. 128–138. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AEF.28.128.