Основной акцент в данном материале сделан на реализацию второго направления из обозначенных во вступлении к статье, так как претворение первого направления зависит не от недостатка технических решений и мероприятий, а от возможностей государства. Наведение порядка в энергосистемах различных уровней за счёт снижения потерь энергии в системах генерации, передачи, распределения, преобразования и потребления электроэнергии позволит сэкономить десятки миллионов тонн топлива и многие миллиарды киловатт-часов. Из этого следует, что в ближайшее время в зоне централизованного электроснабжения нет необходимости вводить в эксплуатацию дополнительные электрические мощности.

Распределённая энергетика на территории Челябинской области и России в целом. 7/2017. Фото 1

Распределённая энергетика объединяет следующие её подотрасли: малая (дизельная) энергетика; малая атомная энергетика; солнечная и аэрокосмическая энергетика; ветроэнергетика; малая гидроэнергетика; геотермальная энергетика; приливная энергетика; биоэнергетика — использование торфа, ТБО, отходов сельского и лесного хозяйства для энергетических целей.

Если распределённая энергетика будет стремительно развиваться, то это станет непременным условием развития других отраслей промышленности и всей экономики государства в целом. Предпосылки для быстрого развития такой энергетики вызваны не только необходимостью обеспечения энергетической и экологической безопасности удалённых регионов Российской Федерации, но и рациональным использованием природных богатств страны.

В настоящее время отсутствует рациональная модель потребления ресурсов, в основу которой прежде всего должны быть положены энергоэффективность, рациональная схема размещения объектов электроэнергетики в России с учётом оптимизации их структуры по видам использования энергоресурсов и широкого использования ВИЭ и местных углеводородных топлив. 

Что надо сделать?

Предлагаемые в данном материале первоочередные мероприятия в конечном итоге направлены на создание современной российской инфраструктуры распределённой энергетики. Заинтересованные организации должны объединиться и сотрудничать в целях создания на базе Челябинской области научно-производственной площадки (возможно, кластера) для производства и апробации высококонкурентных отечественных технологий в области распределённой энергетики на основе комплексных источников электрической и тепловой энергии (традиционная углеводородная генерация и ВИЭ) с целью последующего продвижения данных технологий на российский и международный рынки. При этом основной результат первого этапа состоит в создании современной инфраструктуры распределённой энергетики на территории Челябинской области, являющейся основой развития энергетики удалённых регионов России.

Распределённая энергетика на территории Челябинской области и России в целом. 7/2017. Фото 2

Основной целью предполагаемых работ является реализация комплексного Проекта в области распределённой энергетики на территории Челябинской области на основе объединения и координации усилий с использованием научно-производственного потенциала всех участников.

Для достижения этой цели необходимо выполнить ряд условий. В частности, к ним относится обеспечение единой стратегии и научно-технической политики, синхронизированной и сбалансированной со стратегиями развития других элементов социально-экономических систем, а также создание и обеспечение доступного информационноаналитического, нормативно-правового и нормативнотехнического поля развития энергетики. Необходимо разработать программу комплексного развития энергетики в РФ на период до 2035 года, включая действующие федеральные, ведомственные и региональные программы и постановления по данному вопросу с синхронизацией их выполнения по срокам и средствам. Сама Программа по существу должна стать аналогом плана ГОЭЛРО.

Распределённая энергетика на территории Челябинской области и России в целом. 7/2017. Фото 3

Одним из ключевых условий реализации проекта должно стать объединение профессиональных энергетиков в единую структуру на основе реализации конкретных амбициозных планов развития энергетики. Следует консолидировать усилия профильных институтов РАН, вузов, энергетических компаний, субъектов РФ, ТПП, РСПП, Общественной палаты РФ, технологических платформ в рамках Экспертного совета Комитета Государственной Думы по энергетике ФС РФ в деле создания «точек роста» в области распределённой энергетики. Консолидация в рамках Проекта организаций-инвесторов, деятельность которых направлена на создание «точек роста», в том числе на финансирование заводов и инфраструктурных проектов в области распределённой энергетики. Следует реализовать обязательное требование (совместно с Министерством экономического развития Российской Федерации) формирования стратегии энергетического развития регионов в структуре концепций и программ социальноэкономического развития этих регионов и территорий, а также разработать модельную форму «дорожной карты» формирования современной инфраструктуры распределённой и возобновляемой энергетики.

В научном плане не обойтись без обеспечения интеграции результатов фундаментальных и прикладных исследований по приоритетным направлениям развития распределённой энергетики и соответствующего качества реализации проекта, подразумевающего исключение дублирования и повторного выполнения НИОКР.

Для оптимального развития проекта следует выявить и устранить законодательно-ведомственную разобщённость по вопросам развития распределённой энергетики. В практическом плане придётся реализовать инфраструктурные проекты с использованием многофункциональных энерготехнологических комплексов (МЭК) в пилотных регионах Российской Федерации.

Распределённая энергетика на территории Челябинской области и России в целом. 7/2017. Фото 4

Неотъемлемой частью работы над проектом является развитие системы опережающей подготовки и повышения квалификации научных, инженерно-технических и управленческих кадров с предварительной отработкой списка вузов для подготовки специалистов с учётом равномерного размещения по территории России.

Важна работа по популяризации и продвижению идей и планов в распределённой и возобновляемой энергетики с привлечением для достижения этой цели российской общественно-политической и отраслевой прессы, а также телевидения. Это направление, безусловно, должно быть активизировано.

Только при таком комплексном подходе решения проблем развития распределённой энергетики можно достигнуть желаемых результатов. Начиная с подготовки кадров и заканчивая производством, проектированием, строительством и эксплуатацией энергетических установок и комплексов малой мощности.

Распределённая энергетика на территории Челябинской области и России в целом. 7/2017. Фото 5

И, конечно, решая эти проблемы, мы обращаемся к опыту наших предшественников, которые умели как разрабатывать «красивые» программы, так и — самое главное — досрочно их реализовывать. Наглядным подтверждением этого является реализация плана ГОЭЛРО, разработанного под руководством Г. М. Кржижановского. Следует вспомнить и П. С. Непорóжнего — министра энергетики и электрификации СССР, крупнейшего энергетика страны, академика РАН, который был вдохновителем и организатором большой программы мощного энергетического строительства СССР.

Состав основных работ при создании современной инфраструктуры распределённой энергетики на территории Челябинской области

Организация серийного производства модулей многофункциональных энерготехнологических комплексов (МЭК) на предприятиях участников проекта солнечных панелей, ветроустановок, накопителей энергии, САУ МЭК, преобразователей частоты, всережимных генераторов, системы утилизации тепла ДВС.

Распределённая энергетика на территории Челябинской области и России в целом. 7/2017. Фото 6

Строительство двух солнечных электростанций на юге Челябинской области суммарной мощностью 20–40 МВт, а также пилотного МЭК в горнозаводской зоне Челябинской области суммарной мощностью 400 кВт.

Создание федеральной экспериментальной площадки по опережающей подготовке элитных научных кадров и специалистов для проектирования, монтажа и эксплуатации объектов в области распределённой энергетики.

Вопрос формирования современной инфраструктуры распределённой энергетики многоаспектен, и поэтому в рамках проекта вклад каждого участника в совокупности будет направлен на достижение основной цели, а состав участников должен быть таков, чтобы совместными усилиями возможно было решить поставленные задачи, перечисленные ниже.

Минэнерго России может внести свой вклад, оказывая содействие в реализации комплексного Проекта на территории Челябинской области и всей России.

Распределённая энергетика на территории Челябинской области и России в целом. 7/2017. Фото 7

Минпромторг России возьмёт на себя решение вопросов о выделении средств из федерального бюджета на создание современной инфраструктуры распределённой энергетики на территории Челябинской области, в том числе на создание условий для серийного производства оборудования для распределённой энергетики на территории указанного региона. Данное министерство должно будет создать условия для масштабирования результатов комплексного Проекта на территорию Российской Федерации, а также оказать содействие в разработке нормативноправовых документов в области распределённой энергетики.

На администрацию Челябинской области ляжет нагрузка оказания содействия в разработке и реализации комплексного проекта на территории Челябинской области, а также в организации кооперированного производства модулей, узлов и комплектующих частей оборудования на предприятиях на территории региона.

Администрации предлагается приложить усилия в содействии в привлечении средств областного бюджета, внебюджетных источников, а также средств, выделяемых международными и зарубежными организациями для финансирования комплексного проекта, и также в привлечении средств инвесторов и рассмотрении возможности долевого финансирования комплексного проекта из собственных источников.

Естественно, последняя задача невозможна без работы среди потенциально заинтересованных инвесторов по формированию положительного имиджа комплексного проекта.

Имидж проекта важен и в среде широкой общественности, среди которой информация о деятельности всех участников проекта по реализации этапов должно, в частности, распространяться посредством официальных средств массовой информации Челябинской области.

Возможности участников проекта

Оценим возможности и планируемую работу участников проекта. Государственный ракетный центр имени академика В. П. Макеева производит на базе своего предприятия ВЭУ и оборудование для малых ГЭС и объектов распределённой энергетики (по согласованию). Энергетический институт имени Г. М. Кржижановского разрабатывает единую идеологию и научно-техническую и инновационную политику в области распределённой энергетики, Концепцию рационального потребления невозобновляемых и возобновляемых энергоресурсов на территории РФ на период до 2035 года с учётом глобальных целей устойчивого развития, провозглашённых ООН, Концепцию комплексного развития распределённой энергетики на территории РФ на период до 2035 года. Он же выступает системным координатором в разработке и реализации комплексного Проекта и координирует действия участников Проекта в соответствии с совместно разработанным планом работ. Кроме перечисленного, институт участвует в создании новых энергетически эффективных технологий, направленных на решение задач комплексного Проекта.

Распределённая энергетика на территории Челябинской области и России в целом. 7/2017. Фото 8

На плечи сотрудников Энергетического института имени Г. М. Кржижановского ложится разработка и последующее авторское сопровождение концепции комплексного Проекта как «научно-производственной площадки» для отработки передовых отечественных технологий в области распределённой энергетики с целью последующего продвижения на российский и мировой рынки. Эта же организация разрабатывает технико-экономическое обоснование комплексного Проекта, нормативную базу и национальные стандарты в области распределённой энергетики, алгоритм управления МЭК различных типов, а также разрабатывает и реализовывает интеллектуальную автономную систему энергоснабжения. В научно-методическом плане Энергетический институт занят написанием учебников, учебных пособий и монографий в области распределённой энергетики.

Большую роль в «солнечной» части Проекта отводится НП «Евросолар Россия», которое участвует в разработке единой научно-технической политики и стратегическом планировании в области солнечной энергетики, а также разрабатывает концепцию и приоритетные направления развития солнечной энергетики России и предложения по использованию технологий, созданных в области солнечной энергетики с учётом международного опыта, и востребованных различными секторами экономики. Партнёрство призвано создавать условия для усиления роли солнечной энергетики в системе энергообеспечения удалённых регионов России, оно участвует в разработке эффективных механизмов сопряжения научно-исследовательских работ, проводимых в ведущих научно-исследовательских институтах и вузах, с возможностями их крупномасштабной реализации в регионах Российской Федерации на технологическом уровне. Также «Евросолар Россия» занято предоставлением консультационных, информационных и других услуг в рамках своей компетенции.

В свою очередь, Московский технологический университет (МИРЭА) отвечает за такую специфическую и сложную часть проекта, как аэрокосмическая (солнечная) энергетика, и осуществляет единую научно-техническую политику и стратегическое планирование в данной области. В зоне ответственности МИРЭА лежит подготовка предложений по использованию технологий, созданных в области аэрокосмической (солнечной) энергетики, в целях продвижения технологий многофункциональных энерготехнологических комплексов, востребованных различными секторами экономики. Университет разрабатывает приоритетные направления развития в области аэрокосмической (солнечной) энергетики.

Распределённая энергетика на территории Челябинской области и России в целом. 7/2017. Фото 9

МИРЭА участвует в создании экспериментального (международного) полигона для отработки (ключевых, базовых) технологий в области солнечной энергетики на базе филиала КрАО в посёлке Симеизе (Республика Крым), а также в создании на базе МИРЭА центра отработки технологий и экспериментально-производственной апробации наноректенных преобразователей солнечной энергии для аэрокосмических энергетических систем.

Кроме того, вуз занят вопросом повышения энергетической эффективности солнечных энергопреобразующих элементов с использованием перспективных технологий и материалов.

ООО «Инжиниринговый Центр «Преобразовательная техника» призвано содействовать в привлечении инвесторов для реализации комплексного Проекта.

Центр принимает участие в разработке концепции комплексного Проекта как «научно-производственной площадки» для отработки передовых отечественных технологий в области распределённой энергетики с целью последующего продвижения на российский и мировой рынки и в разработке его технико-экономического обоснования. Кроме этого, производственная площадка «Инжиниринговый Центр «Преобразовательная техника» изготавливает на базе своего предприятия компоненты САУ МЭК.

Компания ООО «Авелар Солар Технолоджи» в случае положительного заключения по результатам экспертизы ТЭО профинансирует строительства МЭК различных типов, окажет содействие в привлечении инвесторов для реализации проекта, а также проконсультирует инвесторов по вопросам развития распределённой энергетики Челябинской области и организует партнёрство для кооперированного производства в России оборудования и компонентов МЭК различных типов (в первую очередь — на предприятиях Челябинской области).

Институт биохимической физики ИБХФ РАН принимает участие в разработке единой научно-технической политики в области распределённой энергетики, а также разрабатывает предложения по использованию передовых технологий в области распределённой энергетики, в целях продвижения новейших технологий, востребованных предприятиями Челябинской области. ИБХФ предоставляет испытательный стенд, позволяющий проводить натурные испытания солнечных панелей в различных климатических условиях Российской Федерации.

Институт участвует в проектно-конструкторских, строительно-монтажных и пусконаладочных работах с целью реализации комплексного Проекта. Он же организует экспертизы проектов и готовит заключения по проектам в области распределённой энергетики. Координационная нагрузка института отражается в ведении заседаний секции «Солнечная энергетика» Рабочей группы по фотонике для координации деятельности по развитию отрасли в рамках государственных программ, программ инновационного развития государственных корпораций, компаний с государственным участием и программ технологической платформы «Фотоника» при Минпромторге России.

Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ) создаёт на своей базе при поддержке Минобрнауки России и администрации Челябинской области экспериментальную площадку по опережающей подготовке элитных научных кадров и специалистов для проектирования, монтажа и эксплуатации объектов в области распределённой энергетики. Он участвует совместно со специалистами учебно-методического объединения вузов в области энергетического образования в разработке государственных образовательных стандартов и учебных планов по специальностям подготовки кадров элитные научные кадры и специалистов через магистратуру, аспирантуру и докторантуру вузов Челябинской области для проектирования, монтажа и эксплуатации объектов в области распределённой энергетики.

Также вуз принимает участие в работе независимой постоянно действующей коммуникационной и аналитической площадки на базе секции «Кадровое обеспечение ТЭК» Научно-экспертного Совета при Рабочей группе Совета Федерации по мониторингу реализации законодательства в области энергетики, энергосбережения и повышения энергетической эффективности, деятельность которой направлена на:

  • формирование условий для создания опережающей системы подготовки кадров для нужд топливно-энергетического комплекса на основе консолидации усилий ведущих учебных, академических и научно-исследовательских институтов и энергетических компаний по кадровому, учебно-методическому, научно-техническому и информационному обеспечению образовательной деятельности;
  • своевременную разработку современных образовательных стандартов и учебных программ по перспективным прорывным направлениям развития распределённой энергетики;
  • формирование условий для создания новых межвузовских кафедр, полигонов и демонстрационных площадок, учебных и научно-исследовательских лабораторий по всем направлениях развития распределённой энергетики на основе объединения потенциала ведущих учебных и научно-исследовательских институтов и энергетических компаний с использованием новейших своих разработок в области науки и техники;
  • создание условий для опережающей качественной подготовки разработчиков, проектировщиков и эксплуатационников энергетического оборудования нового поколения в связи с необходимостью масштабного и глубокого технического перевооружение предприятий в области распределённой энергетики;
  • обеспечение чёткого планирования потребностей разных специалистов для нужд топливно-энергетического комплекса в области распределённой энергетики;
  • усиление связи подготовки кадров с профессиональными компетенциями работодателей;
  • обеспечение гарантии трудоустройства выпускников вузов в отраслях в области распределённой энергетики;
  • создание условий для обеспечения воспроизводства научных кадров для нужд топливно-энергетического комплекса в области распределённой энергетики;
  • разработку технологии и инструментов опережающей качественной подготовки кадров для отраслей в области распределённой энергетики;
  • разработку нормативно-правовых и организационных механизмов реализации мер по обеспечению условий для повышения качества подготовки кадров для отраслей распределённой энергетики;
  • создание условий для осуществления подготовки элитных кадров для отраслей.

Группа компаний «Приводная техника», со своей стороны, осуществляет долевое финансирование комплексного Проекта в рамках соглашений между участниками и в соответствии с согласованной ими программой работ. ГК оказывает содействие в разработке и реализации комплексного Проекта на территории Челябинской области и как производственная площадка изготавливает на базе своего предприятия компоненты МЭК: преобразователи частоты, всережимные генераторы и САУ МЭК.

ОАО «Уралэлемент» — производственное предприятие, работающее на ВПК и обладающее серьёзным опытом в своей сфере, изготавливает на базе своего предприятия накопители энергии, а также осуществляет долевое финансирование комплексного Проекта по той же схеме, что и ГК «Приводная техника».

На ещё одном производстве — силами ООО «НТЦ «Солнечная энергетика» — изготавливаются передовые системы электроснабжения на основе высокоэффективных солнечных батарей.

Комплексное обоснование Проекта

Актуальность создания в России новой отрасли энергетики — отрасли распределённой энергетики нового поколения с широкомасштабным использованием многофункциональных энерготехнологических комплексов базируется на назревшей необходимости повышения эффективности использования энергетических ресурсов в автономной системе энергоснабжения (АСЭС).

Эффективность АСЭС находится в прямой зависимости от её уровня развития. Десятки тысяч традиционных АСЭС в Российской Федерации, как правило, состоят из одного или несколько дизель-генераторных установок, которые имеют низкую энергетическую эффективность и невысокую надёжность функционирования. В настоящее время не решён ряд технических проблем, в числе которых повышение качества и надёжности функционирования АСЭС с использованием ДВСэлектростанций и ВИЭ; нерациональное использование местных топливно-энергетических ресурсов, в том числе возобновляемых; необходимость повышения эффективности производства, транспорта и потребления местных топливноэнергетических ресурсов, электрической и тепловой энергии.

К числу проблем относятся и требуют изменений: низкие показатели качества электроэнергии, недостаточные многофункциональность и многотопливность АСЭС, повышенные эксплуатационные расходы и недостаточно высокая топливная экономичность двигателя внутреннего сгорания (ДВС), неоптимальный состав оборудования на стадии проектирования АСЭС, а также далёкие от оптимума режимы работы и конструктивнокомпоновочные решения АСЭС по критериям энергетической и технико-экономической эффективности.

Решение перечисленных задач напрямую связано с крупномасштабным внедрением многофункциональных энерготехнологических комплексов (МЭК).

Они являются основой автономных систем энергоснабжения, которые используют различные виды источников энергии, а именно всё многообразие местных энергетических ресурсов. Следовательно, АСЭС можно отнести к наиболее высокому уровню их развития, в составе которых находятся МЭК. Под многофункциональностью следует понимать возможность подобного комплекса производить из местных топливно-энергетических ресурсов моторные топлива, электрическую и тепловую энергию. Использование местных энергоресурсов позволит решить многие вопросы энергоснабжения, проблему «северного завоза», улучшит социально-экономическую и экологическую обстановку.

Применение МЭК в составе АСЭС позволит не только оптимизировать режимы её работы с использованием ВИЭ, но и перевести её на новую конструктивнокомпоновочную схему с многоканальным распределением энергетических потоков различной физической природы.

МЭК является той основой, которая позволит объединить все типы энергетических установок, предназначенных для производства прежде всего моторных топлив, электрической и тепловой энергии. Это объединение должно выполняться в соответствии с мощностным рядом МЭК с использованием серийно выпускаемых энергоустановок и на основе оптимального согласования технических характеристик всех элементов АСЭС по максимуму её полного КПД.

МЭК — это более высокий уровень развития объектов малой и возобновляемой энергетики, так как в основе его построения заложены новые конструктивно-компоновочные решения и методы оценки его энергетической эффективности. Использование МЭК в составе АСЭС позволит обеспечить:

  • многофункциональность, многотопливность, модульное построение автономных систем энергоснабжения, использование местных энергоресурсов, ВИЭ;
  • реализовать единый обобщённый универсальный унифицированный типовой проект, который отвечал бы современным техническим требованиям, предъявляемым к автономным системам энергоснабжения;
  • согласованность характеристик энергетических модулей, в том числе ДВС, силовых генераторов, ВИЭ-модулей, потребителя нагрузок и других модулей;
  • экономию топлива только за счёт оптимизации режимов работы ДЭС на 10–20 %, в зависимости от нагрузки, и 25–30 % и более за счёт использования потенциала ВИЭ;
  • повышение коэффициента использования топлива с 0,4–0,45 до 0,8–0,9 за счёт комплексной утилизации сбросового тепла ДВС;
  • согласованность характеристик энергетических модулей, в том числе ДВС, генератора и потребителя нагрузок (повышение КПД ДВС-электростанции на 10–20 % и ресурса ДВС);
  • возможность совместной работы ДВСэлектростанции с возобновляемыми источниками энергии (гибридная электростанция) при любом соотношении мощности за счёт применения всережимного генератора, преобразователя частоты и САУ, а также с энергосистемой;
  • обеспечение высокого качества электрической и тепловой энергии независимо от колебаний нагрузки и потенциала возобновляемых видов энергии;
  • высокий коэффициент загрузки ДВС (около единицы).

Использование разработанной нами математической модели обобщённой автономной системы энергоснабжения со множеством каналов передачи энергии различной физической природы к потребителю позволит решить задачи:

1. Объединить на основе технологической схемы системы генерации, электрические сети, потребителей электроэнергии, тепла и топлив в единую автоматизированную систему.
2. Осуществить количественную и качественную оценку энергетического процесса производства, передачи и потребления электроэнергии, тепла и моторных топлив в реальном масштабе времени на сквозном энергетическом анализе.
3. Контролировать, управлять и оптимизировать режимы работы и показатели качества всех элементов АСЭС («различные виды топлива — элементы системы генерации электроэнергии и тепла — элементы системы передачи и распределения электроэнергии и тепла — элементы системы потребления электроэнергии и тепла») в соответствии с системой критериев энергетической эффективности функционирования АСЭС.
4. Совершенствовать структуру и распределение мощностных потоков в распределённых системах генерации на основе использования математических моделей функционирования АСЭС.
5. Принимать на основе моделирования энергетического процесса АСЭС оптимальные управленческие решения по повышению эффективности работы подотрасли распределённой энергетики, а также на стадии проектирования в зависимости от местных условий эксплуатации энергоустановок рекомендовать обоснованный выбор конструктивно-компоновочных решений МЭК.
6. На основе сформированной системы критериев энергетической эффективности АСЭС на базе МЭК определять КПД любого элемента — ДВС, ВИЭ-энергоустановки, силового генератора, канала передачи электрической (ЛЭП, кабельная линия) и тепловой (теплотрасса) энергии к потребителям, силового трансформатора, канала передачи мощности различной физической природы — и полный КПД МЭК.
7. Оценивать влияние показателей качества электроэнергии на энергетическую эффективность генераторов, трансформаторов, электросетей и потребителей.
8. Оценивать влияние показателей качества моторных топлив различных видов на энергетическую эффективность поршневых электростанций.

Следует обратить внимание на то, что основой структуры производственного оборудования АСЭС в настоящее время является двигатель внутреннего сгорания. Следовательно, показатели работы АСЭС будут зависеть прежде всего от эффективности этого звена (модуля). Основные направления совершенствования ДВС-электростанций (повышение надёжности, улучшение экологических показателей и топливной экономичности, снижение эксплуатационных расходов, увеличение ресурса, расширение многотопливности и многофункциональности) в рамках существующего конструктивно-компоновочного решения в значительной степени уже исчерпаны. Анализ общих конструктивно-компоновочных решений и классификация автономных систем энергоснабжения указывают на их большое разнообразие. Однако преимущественное распространение получили АСЭС на базе дизельных электростанций, скоростные режимы которых в настоящее время не оптимизированы (рис. 1).

Распределённая энергетика на территории Челябинской области и России в целом. 7/2017. Фото 10

Далее покажем, в чём заключается суть и значение дифференцированного метода оценки энергетической эффективности использования энергоресурсов в автономных системах энергоснабжения.

При разработке математической модели был применён разработанный нами дифференцированный метод оценки энергетической эффективности использования энергоресурсов в автономных системах энергоснабжения. Суть этого метода заключается в том, что автономная система может быть представлена в виде технологической схемы обобщённого многофункционального энерготехнологического комплекса на базе гибридных энергоустановок и множества каналов поступления и потребления энергии различной физической природой.

В свою очередь, МЭК — это комплекс, состоящий из базового источника (многотопливная электростанция) и возобновляемых источников энергии в виде солнечных, ветряных и гидроэнергетических установок и т.п.

При этом технологическая схема АСЭС была построена на основе логического анализа и состояла из трёх подсистем: факторов внешних условий, общих конструктивно-компоновочных решений, а также из подсистемы энергетических и эксплуатационных свойств АСЭС.

Между этими подсистемами и элементами системы установлены энергетические связи. Следует отметить, что к подсистеме факторов внешних условий относятся прежде всего климатические условия: температура, плотность и влажность воздуха, показатели качества энергоресурсов, в том числе теплота сгорания различных топлив, потенциал ВИЭ, график нагрузок потребителей и многое другое.

Математическая модель обобщённой АСЭС позволяет: рассмотреть с единых позиций технологические и энергетические процессы при работе АСЭС любого типа; наметить и реализовать пути повышения эффективности автономных систем благодаря обоснованию оптимальных общих конструктивно-компоновочных решений, оптимизации скоростных и силовых режимов; дать комплексную оценку последствий принимаемых решений в части формирования эксплуатационных характеристик АСЭС или определить качества существующих автономных систем и предпочтительные условия их использования. Она позволяет разработать не только методику по определению оптимальных параметров МЭК, но и создать основу для создания интеллектуальной АСЭС.

Достоинства такой модели заключаются прежде всего в том, что оптимальные параметры АСЭС и элементов системы определяются в автоматическом режиме в реальном масштабе времени при наличии необходимых количественных характеристик внешних условий.

Следовательно, математическая модель обобщённой АСЭС позволяет: рассмотреть с единых позиций технологические и энергетические процессы при работе АСЭС любого типа; наметить и реализовать пути повышения эффективности автономных систем благодаря обоснованию оптимальных общих конструктивно-компоновочных решений, оптимизации скоростных и силовых режимов; дать комплексную оценку последствий принимаемых решений в части формирования эксплуатационных характеристик АСЭС или определить качества существующих автономных систем и предпочтительные условия их использования.

Теперь несколько слов о коммерческой привлекательности инновационного проекта создания и внедрения многофункциональных энерготехнологических комплексов. Внедрение МЭК в энергетику удалённых регионов России решает комплекс проблем, включающих социальные аспекты и вопросы надёжного, качественного энергоснабжения потребителей, рационального использования природных ресурсов, охраны окружающей среды, использования возобновляемых источников энергии. Коммерческая привлекательность инновационного проекта МЭК, способного эффективно работать в условиях Крайнего Севера, Дальнего Востока, Сибири и прочих удалённых регионов, заключается не только в его высоких технико-экономических показателях (экономия топлива до 40 % и использование ВИЭ), но и в коротких сроках окупаемости. Учитывая, что аналогов МЭК в мире не существует, их экспортный потенциал оценивается как очень высокий.

В данном комплексе применены: всережимный генератор, преобразователь частоты с накопителем энергии и уникальная АСУ, позволяющая не только обеспечивать оптимальную параллельную работу ВИЭ-установок и ДВС-электростанции, но и, в зависимости от потенциала ВИЭ и графика нагрузки со стороны потребителей, оптимизировать их режимы работ по критериям максимальной энергетической и экономической эффективности комплекса.

Выводы

Таким образом, вопрос формирования современной инфраструктуры распределённой энергетики многоаспектен и только в тесном взаимодействии между участниками Проекта можно с уверенностью рассчитывать на успешную реализацию такого крупного начинания на территории Челябинской области. При этом обязательными мероприятиями по созданию такой инфраструктуры являются:

1. Разработка Концепции комплексного развития распределённой энергетики на территории Челябинской области на период до 2035 года.
2. Создание условий для организации серийного производства и строительство многофункциональных энерготехнологических комплексов с использованием ВИЭ с аккумулированием электроэнергии (МЭК) в удалённых регионах России.
3. Разработка, согласование и подписание многостороннего соглашения по созданию современной инфраструктуры в области распределённой энергетики на территории Челябинской области.
4. Создание на базе Национального исследовательского Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) федеральной экспериментальной площадки по опережающей подготовке элитных инженерных кадров в области распределённой энергетики.