Мультиагентные системы постоянного тока с использованием ВИЭ и водородных топливных элементов

Отмечены недостатки электроэнергетических систем переменного тока по сравнению с системами постоянного тока в части устойчивости, управляемости, надежности и резервирования. Выявлена необходимость перехода от цифровизации в виде автоматических систем управления технологическим процессом к умным сетям, а в последующем к мультиагентным сетям постоянного тока (МСПТ) с повышенной степенью резер-вируемости. Указанные сети позволяют при повреждении одного из элементов сохранять энергоснабжение потребителей и автоматически восстанавливать работу поврежденного элемента за счет отработанных алгоритмов диагностики и восстановления исходного режима.

Рассмотрена распределенная генерация в составе традиционных источников и возобновляемых источников электроэнергии, а также накопители и статические преобразователи в составе МСПТ. Приведены характеристики данных элементов для моделирования режимов МСПТ с целью выбора структуры и алгоритмов управления, обеспечивающих повышенную степень надежности и неуязвимости энергоснабжения. Для математического моделирования режимов предложены и описаны схемы замещения и аналитические выражения возобновляемых источников и накопителей электроэнергии. Рассмотрены наиболее перспективные твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ). Коммерциализация в области малой и распределенной энергетики пока сдерживается высокой удельной стоимостью ТОТЭ, однако они обладают серьезными преимуществами -высоким КПД и экологичностью. Перспективы применения ТОТЭ в большой энергетике неочевидны, однако за рубежом в микро- и малой энергетике их коммерциализация идет нарастающими темпами, несмотря на ограничения. Так, с 2007 г. по 2016 г. объем реализации ТОТЭ на мировом рынке вырос в 13 раз с объемом продаж до 480 МВт. В России имеется огромный внутренний рынок для внедрения ТОТЭ, который к 2035 г. составит 114 ГВт с потребностями до 44 млн микромощностей, сотнями тысяч малой мощности (до 200 кВт эл.) и десятками тысяч большей мощности (свыше 2 МВт эл.). Указанный объем внутреннего рынка позволяет перевести отечественные разработки в область промышленного освоения и коммерциализации в ближайшей перспективе.

1. Рогалев, Н.Д. Проблемы развития электроэнергетики России и пути их решения / Н.Д. Рогалев, B. В. Молодюк // XXVIII Международная научнотехническая конференция ТРАВЕК «Перспективы развития электроэнергетики и высоковольтного электротехнического оборудования», 7-8 ноября 2018 г., Москва.

2. Makarov, Yu.V. Blackout prevention in the United States, Europe and Russia / Yu.V. Makarov, etc. // Proceedings of the IEEE. - 2005. - Vol. 93. - No. 11. -P. 1942-1955.

3. Besanger, Y. Major grid blackouts: Analysis Classification, and prevention / Y. Besanger, M. Eremia, N. Voropai // Handbook of Electrical Power System Dynamics: Modeling, Stability, and Control. New Jersey: Wiley - IEEE Press, 2013, p. 789-863.

4. Отчет Комиссии РАО «ЕЭС России» по расследованию аварии в ЕЭС России, произошедшей 25 мая 2005 года, М: 2005. - Режим доступа: http://www.yug.so-ups.ru/Page.aspx?IdP=657. - (Дата обращения: 18.02.2019).

5. Ивакин, В.И. Электропередачи и вставки постоянного тока и статические тиристорные компенсаторы / В.И. Ивакин, Н.Г. Сысоева, В.В. Худяков. -М.: Энергоатомиздат, 1993; 336 с.

6. Везироглу, Т.Н. Энергетическая система на основе термоядерного синтеза водорода / Т.Н. Вези-роглу // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). - 2017. -№ 16-18. - С. 16-29; https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.16-18.016-029.

7. Бокрис, Дж.О'М. Солнечно-водородная энергия. Сила, способная спасти мир. Дж.О'М. Бокрис, Т.Н. Везироглу, Д. Смит. Пер. с англ. Дуников Д. О. - М.: Изд-во МЭИ, 2002. - 164 с.

8. Измайлов, С.В. Новые подходы к созданию энергоинформационных распределительных систем / C. В. Измайлов, А.Р. Шульга, Р.Н. Шульга // Электротехника. -2014. - № 2. - С. 39-43.

9. Измайлов, С.В. Реализация облачной информационной технологии для контроля, мониторинга и управления распределительными энергосистемами / С.В. Измайлов, А.Р. Шульга, Р.Н. Шульга // Электротехника. - 2013. - № 12. - С. 52-57.

10. Гетманова, Н.Ю. Облик цифровой системы управления, регулирования и защиты перспективной вставки постоянного тока / Н.Ю. Гетманова. В.А. Местергазин, Р.Н. Шульга // Научно-практическая конференция «Опыт и перспективы применения СПП и ППТ». - 2016.

11. «Сеть 2030». Национальный взгляд (видение) на второе столетие электроэнергетики. Вашингтон, 2-3 апреля 2003. - 31 с.

12. Шульга, Р.Н. К вопросу о возможности создания гибридной энергораспределительной сети ГЭРС с накоплением электроэнергии / Р.Н. Шульга // Новое в российской электроэнергетике. - 2015. - № 12. - С. 29-44.

13. Шульга, Р.Н. Анализ средств управления режимами работы кабельных и воздушных линий переменного тока / Р.Н. Шульга, М.Ю. Дружинин // Новое в Российской электроэнергетике. - 2017. - № 5. - С. 37-55.

14. Каменев, А.С. Нейромоделирование как инструмент интеллектуализации энергоинформационных систем / А.С. Каменев, С.Ю. Королев, В.Н. Со-котущенко. - М.: ИЦ Энергия, 2012. - 124 с.

15. Шульга, Р.Н. Автономное энергоснабжение с использованием разнородной генерации / Р.Н. Шульга // Электро. - 2015. - № 3. - С. 7-11.

16. Соломин, Е.В. Использование ветро-водородного комплекса бесперебойного энергоснабжения в различных климатических условиях / Е.В. Соломин [др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). -2018. - № 13-15. - С. 30-54; https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.13-15.030-054

17. Solomin, E. Wind-hydrogen standalone uninterrupted power supply plant for all-climate application / E. Solomin et al // International Journal of Hydrogen Energy. - 2019. - Vol. 44. - Issue 7. - P. 3433-3449; https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.12.001.

18. Суд, В.К. HVDC and FACTS Controllers: Применение статических преобразователей в энергетических системах / В.К. Суд. - пер. с англ. НП «НИИА», 2009. - 344 с.

19. Челик, С. Микроуровневый двумерный термический анализ и анализ напряжений на границе раздела анод - электролит твердоокисного топливного элемента. / С. Челик и др. // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). - 2017. - № 22-24. - С. 110-120; https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.22-24.110-120.

20. Везироглу, А. Преимущества ускоренного введения в эксплуатацию транспортных средств на водородном топливе: Анализ оценочных показателей. / А. Везироглу, Р. Макарио // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). - 2014. - № 2. - С. 29-76.

21. Бредихин, С.И. Стационарные энергетические установки с топливными элементами: материалы, технологии, рынки / С.И. Бредихин [др.]. - М.: НТФ «Энергопрогресс» Корпорации «ЕЭЭК», 2017. - 392 с.

22. Лисицын, Л.Г. Комплексное решение проблем автоматизации перспективных вставок постоянного тока / Л.Г. Лисицын, В.А. Местергазин, Р.Н. Шульга // Электро. – 2017. – № 2. – С. 21–25.

23. Шульга, Р.Н. Характеристики накопителей и статических преобразователей / Р.Н. Шульга // Энергосбережение и водоподготовка. - 2016. - №1 (99). -С. 68-76.

24. Шульга, Р.Н. Распределенная генерация с использованием ВИЭ в составе мультиагентных систем постоянного тока / Р.Н. Шульга // Энергосбережение и водоподготовка. - 2017. - № 5 (109). - С. 58-68.

25. Путилов, В.Я. Некоторые технические и экологические аспекты применения накопителей электроэнергии в энергетике / В.Я. Путилов, Р.Н. Шульга // Электро. - 2016. - № 1. - С. 6-12.

26. Шульга, Р.Н. Облик накопителя электроэнергии на основе литий-ионных аккумуляторов мегаваттного класса мощности / Р.Н. Шульга [др.] // Электро. - 2017. - № 6. - С. 38-44.