Аспирантка кафедры электроснабжения и электротехники ИрГТУ Елена Козлова работает над математической моделью и методами, с помощью которых потребление электроэнергии становится выгодным для потребителей и поставщиков.
Проект Е. Козловой имеет прямое отношение к бурно развивающемуся во всем мире направлению преобразования электроэнергетики на базе концепции Smart Grid, направленной на создание автоматизированной системы, обеспечивающей двусторонний поток электрической энергии и информации между энергообъектами. Одним из атрибутов Smart Grid является активное участие потребителей в управлении потреблением энергии.
«Быть активным потребителем электроэнергии – значит, прежде всего, располагать информацией и иметь возможность оптимизировать свои затраты, выбирая наиболее выгодный тариф, а также распределять потребление энергии наиболее рациональным способом. Это делает всех нас компетентными участниками потребительского рынка электроэнергии»,- считает Е. Козлова. Целью ее работы является внедрение моделей активного поведения потребителей в энергосистему области.
Е. Козлова рассматривает двух участников процесса потребления энергии – снабжающую организацию и активных потребителей, будь то конкретная семья или промышленное предприятия. «В настоящее время энергосистема диктует свои правила, и у нас почти нет активных потребителей. Большая часть населения не знает о том, что может быть дифференцированный по времени суток тариф», - уверена Е. Козлова.
Аспирантка проанализировала суточный график потребления энергии отдельными потребителями, а затем интерполировала его на недельный, месячный и годовой режимы, что позволило ей сделать определенные выводы.
«В энергосистеме, характерной для Сибири, отчетливо видны два пика - утренний (с 6.30 до 9 ч.) и вечерний (с 18 до 20.30 ч.), - рассказывает Е. Козлова. - Дифференциация тарифов распределяется по времени суток: в пике энергоснабжающая организация выставляет очень дорогой тариф, а в дневное и ночное время электроэнергия более дешевая. Моя задача состоит в том, чтобы оптимизировать систему потребления, срезать эти пики и перенести на зону с более дешевым видом тарифом. Для населения мы можем предложить перераспределить собственное потребление энергии иутем переноса времени эксплуатации некоторых бытовых приборов, например, стиральной машины: она будет стирать утром на 2 часа раньше (начнет в 4 часа утра и закончит в 6 часов) и в пик потребления не попадет. Это можно продумать и для других потребителей, не только для домохозяйства. Фантастическая идея о создании умного дома становится реальной». Таким образом, математическая модель позволяет учитывать интересы потребителей. Такой подход делает потребителей более активными, стимулирует их относиться к процессу потребления энергии более осознанно и творчески.
Тот же подход Е. Козлова использовала при анализе электрической нагрузки отдельного предприятия. Предлагается внедрить систему, которая поможет перераспределить нагрузку предприятия, а его технологический процесс сдвинуть в ту или иную сторону. В соответствии с этим разработана программа, которая сама подбирает, как распределить нагрузку, чтобы получить экономическую выгоду.
«Мы исследовали технологический процесс конкретного производства. За объект исследований взята система Студгородка ИрГТУ. Были проанализированы такие объекты, как общежития, объекты социально-бытового назначения (аптека, магазин), комбинат студенческого питания. Оказалось, что наиболее регулируемым звеном в плане потребления энергии является комбинат студенческого питания. Мы выяснили, как можно наиболее рациональным способом распределить нагрузку данного объекта. перенести с пиков на минимум. В частности, работники предприятия рассказали, что, приходя на работу, первым делом они нагревают кондитерские печи и жаровни, прежде чем приступить к приготовлению пищи. Весь процесс нагревания занимает около двух часов. Мы хотим предложить применить технологические устройства, таймеры, чтобы печь включалась заранее, и к приходу персонала была готова к процессу приготовления пищи».
В следующем году Е. Козлова планирует проанализировать энергопотребление более крупного предприятия: «Когда потребитель найдет наиболее выгодный режим эксплуатации имеющегося у него оборудования, выяснит свои плюсы, он сможет получать экономическую выгоду, в то время как поставщик энергии от этого будет страдать. Моя задача - произвести исследования для энергоснабжающей организации, предложить ей рекомендации и разработать компромиссное решение между потребителем и поставщиком энергии. Для энергоснабжающей организации пики потребления тоже невыгодны. В этой ситуации у нее два выхода: она может построить новые генерирующие источники, чтобы обеспечить нагрузку этих пиков, или заинтересовать активных потребителей, предложив им дифференцированные тарифы. Так, например, если в пики поставить высокую ставку тарифов, это заставит потребителя задуматься, как распорядиться энергией в минимуме потребления. Для поставщика энергии это выгодно, так как он не будет тратить капиталовложения на постройку новых станций.
Недавно Е. Козлова представляла свою работу в Университете Отто-фон-Герике в г. Магдебурге. Она рассказала, что европейские ученые, работающие в области Smart Grid, активно занимаются изучением спроса на электроэнергию и предлагают методы регулирования нагрузки. Немецкие энергетики выяснили, что наиболее регулируемой нагрузкой является кондиционирование, а труднее всего регулировать потребление энергии в жилом секторе. Разрабатываются разные методы, позволяющие решить эти проблемы.
Программа Е. Козловой является демонстрационным материалом для защиты кандидатской диссертации по теме «Разработка математических моделей и методы совместной оптимизации суточных режимов систем электроснабжения и потребителей». Это одна из четырех диссертаций, подготовленных в рамках проекта ведущего немецкого ученого в области энергетики Збигнева Стычински «Smart Grid» - «Байкал».
В целом программа, позволяющая произвести расчет оптимальной стоимости оплаты за электроэнергию для потребителей и поставщиков электроэнергии, будет представлять единый комплекс. Аспирантка уверена - если данным программным обеспечением будут руководствоваться энергетики Иркутской области, внедрив его в производство, то потребление электроэнергии станет выгодным как для потребителей, так и для поставщиков энергии.
В Германии работу аспирантки консультирует доктор Пио Ломбарди, который в этом году читал лекции по Smart Grid в Технопарке ИрГТУ. Научными руководителями Е. Козловой в Иркутске являются заведующий кафедрой электроснабжения и электротехники НИ ИрГТУ, директор Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН профессор Н. Воропай и профессор кафедры Эиэ НИ ИрГТУ профессор В. Степанов. Аспирантка является стипендиатом компании BP как молодой перспективный ученый.
Справка:
Smart Grid - концепция интегрированной, саморегулирующейся и самовосстанавливающейся электроэнергетической системы, имеющей сетевую топологию. Данная система включает в себя все генерирующие источники, магистральные и распределительные сети и все виды потребителей электрической энергии, управляемые единой сетью автоматизированных устройств в режиме реального времени. За счет применения новейших технологий, инструментов и методов Smart Grid наполняет электроэнергетику знаниями, позволяющими резко повысить эффективность работы энергетической отрасли.
Наталья Розова
