Наукові досягнення та розробки

2021 рік

Найбільш вагомі результати фундаментальних і прикладних досліджень Інституту загальної енергетики НАН України, які отримані у 2021 році

1. Вперше розроблені та всебічно досліджені в теорії міжгалузевого балансу цінова модель і модель індексів цін, які на відміну від цінової моделі Леонтьєва та інших відомих цінових моделей побудовані на принципово інших засадах, а саме вони сформовані не на балансі витрат, а на балансі випусків у комплексі математичних засобів Input-Output (IO). У результаті запропоновані нові цінові моделі IO позбавлені методичних похибок, які (похибки) при реалістичних вихідних даних для відомих цінових моделей IO сягають десятків відсотків і навіть більше (акад. НАН України М.М. Кулик).


2. Розроблено і розвинуто математичні моделі дослідження процесів регулювання частоти і потужності в об’єднаних енергосистемах (ОЕС), до складу яких входять потужні вітрові (ВЕС) та сонячні (СЕС) електростанції, шляхом введення залежностей, що описують роботу швидкодіючих генераторів-регуляторів різних типів, зокрема акумуляторних батарей (АБ). В математичній моделі на відміну від існуючих розроблено та використано нові закони регулювання частоти в енергосистемах з ВЕС та СЕС. Встановлено, що поєднання в законі двох складових, а саме, адаптивної та пропорційно-диференційно-інтегральної надає якісно кращі результати із забезпечення точності по частоті та стійкості системи регулювання. Знайдено оптимальне відношення між цими складовими, що забезпечує максимальний регулюючий ефект. Окрім того, був розроблений додатковий (інтервальний) закон адаптивного регулювання, який у поєднанні із іншими складовими надає можливість зменшити необхідні потужності регулюючих АБ на 20%. Експериментально доведено, що залучення АБ та ГЕС для стабілізації режимів роботи ОЕС зі значними обсягами потужностей ВЕС та СЕС забезпечує у базовій зоні графіка електричних навантажень (ГЕН) стабільну частоту, що відповідає не тільки стандарту для ОЕС України (50 ± 0,2 Гц), але навіть перевищує вимоги ОЕС Євросоюзу ENTSO-E (50 ± 0,02 Гц). Більш того, згідно виконаних досліджень комплекси ВЕС, СЕС та АБ разом із ГЕС забезпечують можливість стабільної по частоті та потужності роботи ОЕС не тільки у базовій, але навіть у напівпіковій і піковій зонах ГЕН. Це значно підвищує конкурентоздатність зазначених комплексів
(акад. НАН України М.М. Кулик, О.В. Згуровець).


3. Виконано важливе дослідження щодо впливу закону про зелений тариф на функціонування ОЕС та економіку України в цілому. Показано, що преференції, які надаються згідно цього закону власникам ВЕС та СЕС є вищими за ті, які будь-коли надавались у Євросоюзі. Проведені розрахунки демонструють, що витрати споживачів електроенергії на її виробництво вітровими та сонячними електростанціями загальною потужністю біля 12 ГВт протягом одного року будуть на порядок більшими за витрати на аналогічний обсяг енергії, що може забезпечити традиційна енергетика. При цьому різниця у витратах перевищує 3 млрд дол. США, що є збитками для споживачів. Такі втрати не зможе витримати ринок електроенергії України, який є єдиним покупцем електроенергії у власників ВЕС та СЕС. Навіть зараз, коли сумарна встановлена потужність ВЕС та СЕС становить біля 8 ГВт, енергоринок України самостійно не може розраховуватись за електроенергію цих електростанцій. НЕК «Укренерго» видало дозволів на будівництво ВЕС та СЕС загальним обсягом біля 18 ГВт. Тому їх встановлена потужність розміром 12 ГВт буде досягнута вже за наступні 1–2 роки, і тоді ринок електроенергії збанкротує, а перед економікою України реальною стане загроза дефолту. Для запобігання цьому явищу потрібно терміново прийняти зміни до закону про зелений тариф, і першим кроком повинна стати відміна в ньому архаїчного і кабального принципу «бери або плати»
(акад. НАН України М.М. Кулик).


4. Вперше розроблено модель математичного програмування з цілочисловими змінними визначення структури та обсягів розвитку традиційної і відновлюваної енергетики при виконанні міжнародних екологічних угод та безпекових обмежень, яка за своєю функціональністю відповідає кращим світовим аналогам, деякі з яких наразі використовуються операторами систем передачі ENTSO-E. На відміну від аналогів, модель більш детально враховує структуру генеруючих потужностей України, їх техніко-економічні і фізико-технічні показники та усталені притаманні ОЕС України характерні режими експлуатації електростанцій. Універсальність алгоритмів, що реалізовані в моделі дозволяють її застосування для широкого кола досліджень, зокрема, з оптимізації режимів навантаження генеруючих потужностей енергосистеми на короткотермінову перспективу, формування балансів електроенергії України на наступний рік або середньострокову перспективу, як складової досліджень з розроблення стратегічних документів, наприклад, Енергетичної стратегії України до 2050 року і інших. З використанням моделі здійснено формування структури генеруючих потужностей ОЕС України до 2040 року, яка забезпечує збереження в роботі існуючих енергоблоків атомних електростанцій, а також інтеграцію близько 18 ГВт встановленої потужності ВЕС та СЕС із дотриманням принципів балансової надійності енергосистеми (С.В. Шульженко).


5. Вперше розроблено математичну модель оптимізації забезпечення вугільною продукцією економіки країни, в якій враховано вугільну продукцію не тільки для потреб енергетики, а й для інших споживачів за видами економічної діяльності та населення. На відміну від відомих, модель поєднує детальне врахування техніко-економічних показників технологічного обладнання шахт і збагачувальних фабрик з алгоритмами узгодження потоків всіх видів вугільної продукції, що надало можливість прогнозувати структуру готової вугільної продукції із забезпеченням необхідних показників її якості у технологічному ланцюгу «шахта - збагачувальна фабрика - споживач». Із застосуванням програмної реалізації моделі розроблено прогнозну структуру вугільної продукції для електроенергетики та загальний баланс вугільної продукції в економіці України за сценаріями розвитку вугільної галузі на період до 2040 року, згідно яких максимального видобутку вугілля за оптимістичним сценарієм, – 61 млн т, буде досягнуто у 2035 році, за базовим і песимістичним – 46 млн т і 41 млн т, відповідно, буде досягнуто у 2030 році (В.М. Макаров, М.І. Каплін, М.О. Перов).


6. Удосконалена методика визначення повної енергоємності продукції для багатопродуктових виробництв, яка на відміну від існуючої включає кілька видів енергоємності на різних ієрархічних рівнях: пряму - на рівні технологічного агрегату або цеху; технологічну - на рівні технологічного ланцюга виробництва продукції у цеху чи групі цехів; повну заводську, що включає, крім технологічної енергоємності, енергоємність основних виробничих фондів, трудовитрат, внутрішньозаводських перевезень; повну енергоємність продукції, яка до повної заводської енергоємності включає енергоємність видобування та транспортування сировини до підприємства. Удосконалено методику визначення прямої енергоємності продукції з доповненням алгоритмів визначення енергоємності теплових та вторинних енергоресурсів надлишкового тиску й введенням коефіцієнта розподілу спільних енерговитрат у багатопродуктових виробництвах. Розроблено новий алгоритм визначення повної енергоємності трудовитрат, який на відміну від попереднього, враховує статті доходів населення, а також удосконалено алгоритм повної енергоємності основних виробничих фондів. Розроблено проєкт змін та доповнень до
ДСТУ 3682-98 «Енергозбереження. Методика визначення повної енергоємності продукції, робіт та послуг». За удосконаленою методикою визначено показники повної енергоємності продукції чорної металургії, коксохімії, сумісного виробництва теплової та електричної енергії на ТЕЦ, первинної переробки нафти до 2040 року. Результати роботи розглянуто на засіданні ТК 48 «Енергозбереження» та рекомендовано включити виконану роботу до Програми з національної стандартизації на 2022 рік та надати до ДП «УкрНДНЦ» (О.Є. Маляренко, В.В. Станиціна, Г.О. Куц).


7. З метою дослідження умов виконання зобов’язань, які взяла на себе Україна, приєднавшись до Глобальної ініціативи зі скорочення викидів метану (скоротити до 2030 року викиди метану на 30% від рівня 2020 року) вперше в Україні розроблено прогнози викидів метану від галузей паливно-енергетичного комплексу до 2040 року. Визначено, що у вугільній промисловості досягнення зазначеного скорочення викидів метану можливе лише за умови збільшення уловлювання та утилізації метану від вугільних шахт із нинішніх 10,3% до 21–52% для різних сценаріїв розвитку галузі. Визначено, що у газовій промисловості досягнення зазначеного скорочення викидів метану до 2030 р. можливе лише за умови не тільки впровадження заходів з їх скорочення, але й розроблення національних методик оцінки викидів метану та використання національних коефіцієнтів при формуванні Національного кадастру антропогенних викидів з джерел та абсорбції поглиначами парникових газів (І.Ч. Лещенко, Т.П. Нечаєва, В.Є. Щербина).

2020 рік

1. Розвинуто моделі дослідження процесів регулювання частоти і потужності в об’єднаних енергосистемах, до складу яких входять вітрові та сонячні електростанції, шляхом використання в моделях розроблених нових адаптивних законів регулювання частоти і потужності. Визначено, що поєднання в законі двох складових, а саме, адаптивної та пропорційно-диференційно-інтегральної, надає якісно кращі результати із забезпечення точності по частоті та стійкості системи регулювання. Знайдено оптимальне відношення між цими складовими, що забезпечує максимальний регулюючий ефект. Отримані нові закони регулювання було внесено в розроблений програмно-інформаційний комплекс «Частота-М», що дало змогу провести дослідження з визначення умов та обсягів використання вітрових і сонячних електростанцій у складі ОЕС, а також необхідної кількості регуляторів для забезпечення стабільної роботи енергосистеми. Визначено, що для забезпечення європейських вимог стабільності частоти в ОЕС, у разі використання швидкодіючих регуляторів на базі акумуляторних батарей, їх потужність повинна бути не меншою за розмах сумарної потужності ВЕС та СЕС. Недостатня потужність регулятора призводить до погіршення якості регуляції частоти, що швидко падає зі зменшенням потужності регулятора в порівнянні зі зміною потужності ВЕС (акад. НАН України М.М. Кулик, О.В. Згуровець).
 
2. Розроблено нову математичну модель спільної роботи сонячної фотоелектричної станції і акумуляційної системи накопичення електроенергії для забезпечення підтримки стабільності відпуску електроенергії за змінних погодних умов (мінливої хмарності). Така гібридна система (СЕС та система накопичення електроенергії, зокрема, акумуляторна батарея) дозволяє реалізувати режим експлуатації з перенесенням частки обсягів «надлишків» згенерованої СЕС електроенергії протягом годин максимальної інсоляції, що потенційно може створювати загрозу балансової надійності ОЕС України, у вечірній період пікових навантажень ОЕС. Модельні розрахунки показали, що для СЕС потужністю 10 МВт використання накопичувача ємністю 3,0 МВт·год дозволяє перенести приблизно 4,5% «надлишкової» електроенергії (Т.П. Нечаєва, І.М. Буратинський, С.В. Шульженко).
 
3. Удосконалено математичну модель оцінки показника середньозваженої собівартості теплової енергії за життєвий цикл, в якій, зокрема, детально враховуються витрати на електроенергію як основного енергоносія для виробництва тепла та на під’єднання до електромережі, що є обов’язковим для електрокотлів та теплонасосних установок. Розрахунки засвідчили, що для електрокотлів потужністю 0,54–50 МВт(е), за умов встановлення для них закупівельного тарифу на електроенергію на рівні меншому 50% від середнього в ОЕС України, забезпечується конкурентоздатність на існуючому ринку теплової енергії в системах теплопостачання України (О.І. Тесленко, В.В. Станиціна).
 
4. Розроблено нову математичну модель оптимізації виробничих потужностей вугільної галузі відповідно до потреб в енергетичному вугіллі теплових електростанцій ОЕС України. В моделі, на відміну від існуючих, детально враховано техніко-економічні показники технологічного обладнання шахт, вуглезбагачувальних фабрик та відповідні алгоритми взаємоузгодження потоків палива, що дозволило прогнозувати структуру готової вугільної продукції із забезпеченням показників її якості на всіх ділянках виробництва «шахта–фабрика–ТЕС», а також зменшення викидів в атмосферу шкідливих речовин від спалювання вугілля на ТЕС (М.М. Макортецький, В.М. Макаров, М.О. Перов, І.Ю. Новицький).
 
5. Удосконалено економіко-математичну модель оптимізації розвитку видобувного сектора вугільної промисловості України, призначену для визначення варіантів переобладнання лав вуглевидобувних підприємств, яка вперше враховує не тільки можливості концентрації виробництва на обраній підмножині лав і конкурентоздатність вугільної продукції, а й обсяги виділення шахтного метану, необхідні виробничі потужності обладнання для його утилізації, обсяги капітальних витрат на таке обладнання, а також якість видобутого вугілля. Програмна реалізація моделі дозволила розробити сценарії розвитку вугільної галузі та прогнози скорочення викидів шахтного метану на період до 2050 року, визначити ефективні технології та оптимальну комплектацію очисних комплексів для переоснащення шахт за умови досягнення ними максимальних обсягів виробництва та забезпечення екологічної безпеки (В.М. Макаров, М.І. Каплін, М.М. Макортецький).
 
6. Набула подальшого розвитку модель математичного програмування з цілочисельними змінними «Диспетчеризації генеруючих потужностей при покритті графіків електричних навантажень ОЕС України». Вперше розроблено та запроваджено в моделі математичні рівняння щодо дотримання необхідних обсягів вторинних резервів в ОЕС України, зокрема, відповідно до вимог Кодексу системи передачі. Застосування запропонованих рівнянь дозволяє забезпечити вторинні резерви в необхідних обсягах для кожної години добового графіка електричних навантажень, що є критичним за умови участі в покритті графіків електричних навантажень існуючих неманеврових потужних АЕС. Запропоновані удосконалення дозволяють окремо враховувати рівні необхідних вторинних резервів як на завантаження, так і на розвантаження, які задаються екзогенно для кожного енероблоку та/або гідроагрегату із врахуванням їх фізико-технічних показників, зокрема, швидкості зміни потужності (С.В. Шульженко, В.А. Денисов).
©2022 Iнститут загальної енергетики НАН України

Search