Анализ подходов к объединению микросетей в энергетические сообщества

Цель – определить и проанализировать ключевые особенности агрегации микросетей в энергетические сообщества в зависимости от преобладания промышленных и бытовых нагрузок. В работе были использованы методы литературного обзора и мета-анализа в области планирования, моделирования и управления микроэнергетических систем и их сообществ.  Также применялся методологический подход, сочетающий методы многокритериального принятия решений и искусственного интеллекта. Эффективность предлагаемого подхода продемонстрирована на примере образования двух типов энергетических сообществ, построенных применительно к реальным удаленным поселениям на побережье Японского моря, которые сочетают типично «жилые» нагрузки с промышленными. Получены результаты тестирования модели «Автономный диспетчер», построенной на основе аппарата двухуровневой оптимизации и алгоритма обучения с подкреплением Монте-Карло по поиску в дереве для оптимального экономического управления режимами работы потенциального энергетического сообщества. На нижнем уровне данной модели решается задача нахождения рыночного равновесия посредством минимизации функции общих эксплуатационных затрат. На верхнем – выбирается стратегия управления, дающая наилучшее распределение прибылей между членами сообщества. Исследовались два сценария объединения и работы микросетей поселков в энергетическом сообществе: промышленного и общественного типа. Проведенные исследования показали, что работа поселков в составе энергетических сообществ любого типа более выгодна (с экономической и экологической точек зрения), чем в индивидуальном режиме. Установлено, что при объединении поселков в энергетическое сообщество промышленного типа происходит более существенное снижение стоимости электроэнергии по показателю LCOE от нормированного значения, чем в аналогичном сообществе общественного типа (с 22 руб/кВт∙ч до 6 руб/ кВт∙ч – против 22 руб/кВт∙ч до 9 руб/кВт∙ч). Анализ приведенных характеристик разных типов энергетических сообществ может помочь также и проектировщикам определить возможности, особенности и последствия от агрегации микросетей разного типа в различных территориальных и климатических условиях.

1. Warneryd M., Håkansson M., Karltorp K. Unpacking the complexity of community microgrids: a review of institutions’ roles for development of microgrids // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. Vol. 121. Р. 109690. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109690.

2. Dhabi A. Renewable power generation costs in 2017 // IRENA. International Renewable Energy Agency. Режим доступа: https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2018/Jan/IRENA_2017_Power_Costs_2018.pdf (дата обращения: 17.02.2024).

3. Abolhosseini S., Heshmati A. The main support mechanisms to finance renewable energy development // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. Vol. 40. Р. 876–885. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.08.013.

4. Дацко К.А. Активные энергокомплексы // Энергетическая политика. 2020. № 6. С. 64–75. https://doi.org/10.46920/2409-5516_2020_6148_64. EDN: KEVGJS.

5. Magnani N., Osti G. Does civil society matter? Challenges and strategies of grassroots initiatives in Italy’s energy transition // Energy Research & Social Science. 2016. Vol. 13. Р. 148–157. https://doi.org/10.1016/j.erss.2015.12.012.

6. Gjorgievski V.Z., Cundeva S., Georghiou G.E. Social arrangements, technical designs and impacts of energy communities: a review // Renewable Energy. 2021. Vol. 169. P. 1138–1156. https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.01.078.

7. Bomberg E., McEwen N. Mobilizing community energy // Energy Policy. 2012. Vol. 51. Р. 435–444. https://doi.org/10.1016/J.ENPOL.2012.08.045.

8. Domenech T., Davies M. Structure and morphology of industrial symbiosis networks: the case of Kalundborg // Procedia - Social and Behavioral Sciences. 2011. Vol. 10. Р. 79–89. https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2011.01.011.

9. Lombardi D.R., Laybourn P. Redefining industrial symbiosis: crossing academic-practitioner boundaries // Journal of Industrial Ecology. 2012. Vol. 16. Iss. 1. Р. 28–37. https://doi.org/10.1111/j.1530-9290.2011.00444.x.

10. Deutz P., Lyons D.L., Gibbs D., Jackson T. Industrial ecology and regional development, progress in industrial ecology // International Journal. 2007. Vol. 4. Iss. 3-4. Р. 155–163.

11. Walls J.L., Paquin R.L. Organizational perspectives of industrial symbiosis: a review and synthesis // Organization and Environment. 2015. Vol. 28. Iss. 1. Р. 32–53. https://doi.org/10.1177/1086026615575333.

12. Golev A., Corder G.D., Giurco D.P. Barriers to industrial symbiosis: insights from the use of a maturity grid // Journal of Industrial Ecology. 2015. Vol. 19. Iss. 1. Р. 141–153. https://doi.org/10.1111/jiec.12159.

13. Jensen P.D., Basson L., Hellawell E.E., Bailey M.R., Leach M. Quantifying “geographic proximity”: Experiences from the United Kingdom’s national industrial symbiosis programme // Resources Conservation and Recycling. 2011. Vol. 55. Iss. 7. Р. 703–712. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2011.02.003.

14. Томин Н.В., Шакиров В.А., Курбацкий В.Г., Попова Е.В., Сидоров Д.Н., Козлов А.В. [и др.]. Энергетические сообщества с возобновляемыми источниками энергии: эффективное планирование и управление в условиях многокритериальности. Часть 1 // Электроэнергия. Передача и распределение. 2023. Т. 3. № 78. С. 18–27. EDN: WTRODK.

15. De Graaf F., Goddek S. Smarthoods: aquaponics integrated microgrids // Aquaponics Food Production Systems / eds. S. Goddek, A. Joyce, B. Kotzen, G.M. Burnell. Cham: Springer, 2019. P. 321–338. https://doi.org/10.1007/9783-030-15943-6_15.

16. Homan B., Hoogsteen G., Nebiolo S., Hurink J.L., Smit G.J.M. Maximizing the degree of autarky of a 16 house neighbourhood by locally produced energy and smart control // Sustainable Energy, Grids and Networks. 2019. Vol. 20. Р. 100270. https://doi.org/10.1016/j.segan.2019.100270.

17. Muttaqee M., Furqan M., Boudet H. Community response to microgrid development: case studies from the U.S. // Energy Policy. 2023. Vol. 181. Р. 113690. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2023.113690.

18. Ceglia F., Marrasso E., Martone C., Pallotta G., Roselli C., Sasso M. Towards the decarbonization of industrial districts through renewable energy communities: techno-economic feasibility of an Italian case study // Energies. 2023. Vol. 16. Iss. 6. Р. 2722. https://doi.org/10.3390/en16062722.

19. Adu-Kankam K.O., Camarinha-Matos L.M. Renewable energy communities or ecosystems: an analysis of selected cases // Heliyon. 2022. Vol. 8. Iss. 12. Р. e12617. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e12617.

20. Yang Weijia, Sparrow S.N., Ashtine M., Wallom D.C.H., Morstyn T. Resilient by design: preventing wildfires and blackouts with microgrids // Applied Energy. 2022. Vol. 313. P. 118793. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.118793.

21. Pandyaswargo A.H., Wibowo A.D., Onoda H. Socio-techno-economic assessment to design an appropriate renewable energy system for remote agricultural communities in developing countries // Sustainable Production and Consumption. 2022. Vol. 31. P. 492–511. https://doi.org/10.1016/j.spc.2022.03.009.

22. Tomin N., Shakirov V., Kurbatsky V., Muzychuk R., Popova E., Sidorov D. et al. A multi-criteria approach to designing and managing a renewable energy community // Renewable Energy. 2022. Vol. 199. Р. 1153–1175. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.08.151.

23. Gjorgievski V.Z., Cundeva S., Georghiou G.E. Social arrangements, technical designs and impacts of energy communities: a review // Renewable Energy. 2021. Vol. 169. P. 1138–1156. https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.01.078.

24. Бык Ф.Л., Васильев В.Г., Карпухин В.А., Мышкина Л.С. Функции региональных сетевых компаний при интеграции локальных энергосистем // Электроэнергия. Передача и распределение. 2020. № 2. С. 48–55. EDN: DQMPRC.

25. Илюшин П.В. Перспективные направления развития распределительных сетей при интеграции локальных интеллектуальных энергосистем // Электроэнергия. Передача и распределение. 2021. № 4. С. 70–80. EDN: JVMAIL.

26. Sepa J. The microgrid case studies: community resilience for natural disasters. 2020. Режим доступа: https://sepapower.org/resource/the-microgrid-case-studies-community-resilience-for-natural-disasters (дата обращения: 18.02.2024).