Архитектура энергетической системы, реализующей концепцию интернет энергии

Энергетические системы, основанные на традиционной централизованной архитектуре, достигли предела своей эффективности. Они не способны отвечать современным требованиям мировой энергетики: изменяющимся качественным характеристикам спроса на электроэнергию, вариабельному характеру спроса и предложения электроэнергии, экологическим требованиям. Вариантом решения проблемы низкой эффективности централизованных систем является переход к концепции распределенной энергетики, в частности – к появлению концепции интернета энергии. Интернет энергии – это совокупность технологий и бизнес-моделей, обеспечивающих оперативное взаимодействие между участниками энергетического рынка в условиях децентрализованного интеллектуального управления энергосистемой. Одной из черт концепции интернет энергии является также то, что, помимо возобновляемых источников энергии, играющими ключевую роль в части производства энергии, для хранения и транспортировки энергии может быть использован водород. Он может быть задействован для хранения избыточной энергии, а затем распределяться по сетям для использования в периоды наибольшей нагрузки на систему. В статье приводится анализ концепции интернета энергии: структурных элементов системы интернета энергии, основных составляющих архитектуры, связей, существующих между ними и обеспечивающих успешное функционирование системы. Также рассматриваются проекты по реализации децентрализованных энергетических систем на основе архитектурной модели интернета энергии, созданные в России, США, Сингапуре: проблемы данных проектов и перспективы для их развития.

1. Farhan M. et al. Towards next generation Internet of Energy system: Framework and trends // Energy and AI. Elsevier, 2023. – Vol. 14. – P. 100306.

2. Ghiasi M. et al. Evolution of smart grids towards the Internet of energy: Concept and essential components for deep decarbonisation // IET Smart Grid. The Institution of Engineering and Technology, 2023. – Vol. 6, № 1. – P. 86-102.

3. S. Eisele et al. «Blockchains for Transactive Energy Systems: Opportunities, Challenges, and Approaches», in Computer, vol. 53, no. 9, pp. 66-76, Sept. 2020. DOI: 10.1109/MC.2020.3002997.

4. Velmozhina K. A., Politaeva N. A., Ilin I. V., Shinkevich P. S. Review of modern strategies for the development of hydrogen bioenergy as key areas for achieving sustainable development goals // International Journal of Hydrogen Energy, 2024, 70, pp. 729-736.

5. Ilin I., Levina A., Iliashenko O. Enterprise Architecture Analysis for Energy Efficiency of Saint-Petersburg Underground (2018). Advances in Intelligent Systems and Computing, 692, pp. 1214-1223.

6. Ilin I., Vasilenok V., Marchenko R. Use of renewable energy and tax burden on CO2 emissions in industrial enterprises (2019) E3S Web of Conferences, 110, 02102.

7. Shemyakina A. A., Levina A. I., Korablev V. V., Lepekhin A. A. Architecture of the management system for hydrogen production at hydropplications // International Journal of Hydrogen Energy. – 2024, 69, pp. 1227-1235.

8. Korablev V. V., Ilin I. V., Levina A. I., Shemyakina A. A. Economic assessment of the life cycle of hydrogen production at hydroapplications // International Journal of Hydrogen Energy. – 2024, 68, pp. 696-704.

9. Gusev A. L., Gafarov A. M., Suleymanov P. H., Habibov I. A., Malikov R. Kh., Hasanov Y. H., Levina A. I., Mikheev P. Yu., Ufa R. A. Some aspects of reliability prediction of chemical industry and hydrogen energy facilities (vessels, machinery and equipment) operated in emergency situations and extreme conditions // International Journal of Hydrogen Energy. – 2024, 86, pp. 482-510.

10. Poljanskihh A., Levina A., Dubgorn A. Investment in renewable energy: Practical case in Estonia (2018). MATEC Web of Conferences, 193, 05065.

11. Anisiforov A., Dubgorn A., Lepekhin A. Organizational and economic changes in the development of enterprise architecture (2019). E3S Web of Conferences, 110, 02051.

12. Hussain H. M. et al. What is energy internet? Concepts, technologies, and future directions // IEEE Access. Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. – 2020. – Vol. 8. – Pp. 183127-183145.

13. N. Bui, A. P. Castellani, P. Casari and M. Zorzi. «The internet of energy: a web-enabled smart grid system» in IEEE Network. – Vol. 26, no. 4, pp. 39-45, July-August 2012, doi: 10.1109/MNET.2012.6246751.

14. A Comparative study of Operating System for Internet of Things May 2024 // Interantional journal of scientific research in engineering and management 08(05): 1-5. DOI: 10.55041/IJSREM34917

15. Korablev V. V., Ilin I. V., Levina A. I., Shemyakina A. A. Economic assessment of the life cycle of hydrogen production at hydroapplications // International Journal of Hydrogen Energy. – 2024, 68, pp. 696-704.

16. Infrastructure Center Energy Net. Expert and analytical report «Architecture of the Internet of Energy IDEA. Version 2.0». Edited by Dmitry Khokhlin. – Moscow, 2021. – 77 p.

17. L. Chi, Z. Zhao, C. Xia and X. Chang. «A Case Study of Developing an Intelligent Management System for Energy Internet», 2020 IEEE International Conference on Energy Internet (ICEI), Sydney, NSW, Australia. – 2020, pp. 69-73, doi: 10.1109/ICEI49372.2020.00021.

18. Joseph A., Balachandra P. Energy Internet, the Future Electricity System: Overview, Concept, Model Structure, and Mechanism // Energies. – 2020, 13, 4242. https://doi.org/10.3390/en13164242

19. Shahzad Y. et al. Internet of Energy: Opportunities, applications, architectures and challenges in smart industries // Computers & Electrical Engineering. Pergamon. – 2020. – Vol. 86. – P. 106739.

20. Balachandra A. Energy Internet, the Future Electricity System: Overview, Concept, Model Structure, and Mechanism. – 2020. DOI: 10.3390/en13164242

21. Meicheng L. Application and Prospect of Blockchain Technology in the Energy Internet March 2024. DOI: 10.1007/978-981-99-8270-7_10 n book: China’s e-Science Blue Book (2023)

22. Marco A., Diaz-Martinez Q. The internet of things as an essential element for the benefit of the energy sector: a review of the literature August 2024 // South African Journal of Industrial Engineering. – 35(2). DOI: 10.7166/35-2-3004

23. General Electric Homepage, https://www.ge.com/news/press-releases/ge-introduces-startup-current-transform-energy-sector, last accessed 2024/11/09.

24. Guangqian Lin. Some real-world examples of internet of things (IoT) applications in renewable energy projects. Bachelor’s Programme in Electrical Engineering (Double Degree, in co-operation with Hebut), Bachelor’s thesis (2024).

25. Government of Canada, Current investments. https://natural-resources.canada.ca/science-and-data/funding-partnerships/opportunities/current-investments/the-transactive-grid-enabling-end-end-market-services-framework-using-blockchain/22137, last accessed 2024/11/09.

26. Official website of Nanyang Technological University. https://www.ntu.edu.sg/erian/research-capabilities/renewable-energy-integration-demonstrator-singapore, last accessed 2024/11/09.

27. Testbed homepage. http://nti.mpei.ru/home/testbed/, last accessed 2024/11/09.

28. Leap Homepage. https://www.leap.energy/, last accessed 2024/29/09.

29. Startup Insights, Top 5 internet of energy startups impacting the industry. https://www.startus-insights.com/innovators-guide/5-top-internet-of-energy-startups-impacting-the-industry/, last accessed 2024/29/09.

30. Barinova V., Devyatova A., Lomov D. THE ROLE OF DIGITALIZATION IN THE GLOBAL ENERGY TRANSITION 1, 2 // International Organisations Research Journal. National Research University, Higher School of Econoimics, 2021. – Vol. 16, № 4. – Pр. 1-18.

31. Mishra P., Singh G. Energy Management Systems in Sustainable Smart Cities Based on the Internet of Energy: A Technical Review // Energies 2023. – Vol. 16. – Page 6903. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2023. – Vol. 16, № 19. – P. 6903.

32. Energy efficiency predictions for data centres in 2023. Data centre Magazine. https://datacentremagazine.com/articles/efficiency-to-loom-large-for-data-centre-industry-in-2023, last accessed 2024/11/09.