Заходи та засоби перетворення енергетики України на інтелектуальну екологічно безпечну систему

Перехід від домінування джерел електроенергії на основі вуглеводневого палива до низьковуглецевої енергетики зумовлює необхідність трансформації всіх складових енергетичної системи, створення децентралізованого ринку енергії, розвитку інтелектуальних мереж і систем відповідно до концепції Smart Gr...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2022
1. Verfasser:	Кириленко, О.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2022
Schriftenreihe:	Вісник НАН України
Schlagworte:	Загальні збори НАН України
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/185028
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Заходи та засоби перетворення енергетики України на інтелектуальну екологічно безпечну систему / О В. Кириленко // Вісник Національної академії наук України. — 2022. — № 3. — С. 18-23. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-185028
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1850282022-08-31T01:25:46Z Заходи та засоби перетворення енергетики України на інтелектуальну екологічно безпечну систему Кириленко, О.В. Загальні збори НАН України Перехід від домінування джерел електроенергії на основі вуглеводневого палива до низьковуглецевої енергетики зумовлює необхідність трансформації всіх складових енергетичної системи, створення децентралізованого ринку енергії, розвитку інтелектуальних мереж і систем відповідно до концепції Smart Grid у поєднанні з розвитком технологій та ринку зберігання електроенергії, а також з появою активних споживачів енергії. The transition from the dominance of hydrocarbon-based energy sources to low-carbon ones necessitates the transformation of all components of the energy system, the creation of a decentralized energy market, development of smart grids and systems according to the Smart Grid concept combined with the development of technologies and energy storage market and with the formation of active energy consumers. 2022 Article Заходи та засоби перетворення енергетики України на інтелектуальну екологічно безпечну систему / О В. Кириленко // Вісник Національної академії наук України. — 2022. — № 3. — С. 18-23. — укр. 0372-6436 DOI: doi.org/10.15407/visn2022.03.018 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/185028 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Загальні збори НАН України Загальні збори НАН України
spellingShingle	Загальні збори НАН України Загальні збори НАН України Кириленко, О.В. Заходи та засоби перетворення енергетики України на інтелектуальну екологічно безпечну систему Вісник НАН України
description	Перехід від домінування джерел електроенергії на основі вуглеводневого палива до низьковуглецевої енергетики зумовлює необхідність трансформації всіх складових енергетичної системи, створення децентралізованого ринку енергії, розвитку інтелектуальних мереж і систем відповідно до концепції Smart Grid у поєднанні з розвитком технологій та ринку зберігання електроенергії, а також з появою активних споживачів енергії.
format	Article
author	Кириленко, О.В.
author_facet	Кириленко, О.В.
author_sort	Кириленко, О.В.
title	Заходи та засоби перетворення енергетики України на інтелектуальну екологічно безпечну систему
title_short	Заходи та засоби перетворення енергетики України на інтелектуальну екологічно безпечну систему
title_full	Заходи та засоби перетворення енергетики України на інтелектуальну екологічно безпечну систему
title_fullStr	Заходи та засоби перетворення енергетики України на інтелектуальну екологічно безпечну систему
title_full_unstemmed	Заходи та засоби перетворення енергетики України на інтелектуальну екологічно безпечну систему
title_sort	заходи та засоби перетворення енергетики україни на інтелектуальну екологічно безпечну систему
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2022
topic_facet	Загальні збори НАН України
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/185028
citation_txt	Заходи та засоби перетворення енергетики України на інтелектуальну екологічно безпечну систему / О В. Кириленко // Вісник Національної академії наук України. — 2022. — № 3. — С. 18-23. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT kirilenkoov zahoditazasobiperetvorennâenergetikiukraíninaíntelektualʹnuekologíčnobezpečnusistemu
first_indexed	2025-07-16T05:32:49Z
last_indexed	2025-07-16T05:32:49Z
_version_	1837780403983745024
fulltext	18 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (3) ЗАХОДИ ТА ЗАСОБИ ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГЕТИКИ УКРАЇНИ НА ІНТЕЛЕКТУАЛЬНУ ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНУ СИСТЕМУ Доповідь на науковій сесії Загальних зборів НАН України 17 лютого 2022 року Перехід від домінування джерел електроенергії на основі вуглеводневого палива до низьковуглецевої енергетики зумовлює необхідність трансфор- мації всіх складових енергетичної системи, створення децентралізованого ринку енергії, розвитку інтелектуальних мереж і систем відповідно до кон- цепції Smart Grid у поєднанні з розвитком технологій та ринку зберігання електроенергії, а також з появою активних споживачів енергії. Світова тенденція з декарбонізації економіки, зокрема орієнта- ція на низьковуглецеву енергетику, передбачає перехід до гло- бального використання електричної енергії як базового джере- ла. При цьому цей тренд супроводжується відмовою від домі- нування джерел електроенергії на основі вуглеводневих видів палива та орієнтацією на постійно зростаюче використання відновлюваних джерел енергії. Відповідні зміни торкнулися й України, яка сьогодні рухається в напрямі загальних світових тенденцій. У цьому аспекті одним з базових нормативних документів став Національний план дій з розвитку відновлюваної енер- гетики до 2020 року, який, однак, було виконано не в повно- му обсязі. Проте частка відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) в електроенергетиці навіть перевищила плановий показник у 11 %, дещо пом’якшивши відставання у тепловій енергетиці та транспортному секторі. Базовими джерелами відновлюваної енергії є сонячна та вітрова енергія. Слід зазначити, що ВДЕ мають низку переваг перед тради- ційними джерелами енергії. Серед них — відновлюваність дже- рел; практична безкоштовність і доступність ресурсів; корот- кий інвестиційний цикл (за винятком «великої» гідроенерге- тики); прийнятний екологічний тиск на довкілля. Для вітрової КИРИЛЕНКО Олександр Васильович — академік НАН України, академік-секретар Відділення фізико-технічних проблем енергетики НАН України, директор Інституту електродинаміки НАН України doi: https://doi.org/10.15407/visn2022.03.018 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 3 19 ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ та сонячної енергетики великою перевагою є також відсутність необхідності використову- вати воду у виробничих процесах. До недоліків слід віднести залежність від погодних умов; нерівномірний територіальний розподіл ресурсів; відносно низький коефіці- єнт корисної дії сонячних панелей (від 5—7 % для панелей з аморфного кремнію і до 22 % для панелей з монокристалічного кремнію). На рис. 1 наведено дані щодо сумарних об- сягів впроваджених в Україні потужностей ВДЕ за останні 5 років. Так, у 2021 р. 731 МВт потужностей ВДЕ отримали «зелений» та- риф, тоді як у 2020 р. цей показник був майже вдвічі вищим — 1337 МВт. Зокрема, найбіль- ше потужностей минулого року додалося у ві- троенергетиці (ВЕС). Сонячні електростанції (СЕС) традиційно лідирують у галузі, при цьо- му особливо динамічно зростає кількість при- ватних будинкових станцій (СЕСд) на фоні сповільнення темпів росту великих промисло- вих станцій (СЕСп). Загалом проблема декарбонізації багатопла- нова і містить цілу низку складових. Я зупи- нюся лише на проблемах, які притаманні елек- троенергетиці і пов’язані з впровадженням ВДЕ в Об’єднану енергетичну систему (ОЕС) України. Слід зазначити, що ОЕС України не повною мірою готова до переходу до низько- вуглецевої енергетики. Система має низку не- доліків, які стримують темпи такого переходу. Назву найголовніші з них: • недостатність балансуючих потужностей; • низька гнучкість системи — ОЕС України одна із найбільш негнучких систем у Європей- ському співтоваристві; • нестача ресурсів для ефективного регулю- вання потужності та частоти; • спрацьованість і технічна застарілість електроенергетичного та електротехнічного обладнання; • застарілість систем регулювання частоти і потужності; • недостатня пропускна спроможність дея- ких перетинів; • недостатні обсяги засобів регулювання на- пруги та компенсації реактивної потужності; • недостатній рівень оснащеності засобами телемеханіки, релейного захисту і автоматики, діагностики та недосконалість контрольно-ви- мірювальної апаратури; • недосконалість систем диспетчерського керування. Без вирішення цих проблем (особливо трьох перших) подальший рух ОЕС України в цьому напрямі стає практично неможливим. Так, постійне нарощування потужностей ВДЕ зумовлює необхідність трансформації наявної структури генерації (рис. 2), впровадження нових балансуючих потужностей і проведен- ня змін у всіх складових енергетичної системи відповідно до нових умов, які виникають при використанні ВДЕ. Така трансформація енер- гетики має відбуватися згідно з концепцією, відомою як 3D (декарбонізація, децентраліза- ція, диджіталізація), що й зумовлює сутність енергетичного переходу. На сьогодні можна визначити певні ознаки енергетичного переходу. Йдеться про пере- хід від домінування джерел електроенергії на основі вуглеводневого палива та вертикально інтегрованих компаній з потужним обладнан- ням до більш гнучкої архітектури енергетич- них систем завдяки зростанню частки віднов- люваної та розподіленої генерації. При цьому відбувається також перехід до децентралізова- ного ринку енергії, розвитку інтелектуальних Рис. 1. Зростання потужностей відновлюваної енерге- тики в Україні (* дані щодо СЕСд наведено станом на ІІІ кв. 2021 р.) 20 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (3) ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ мереж і систем відповідно до концепції Smart Grid (розумна мережа) у поєднанні з розви- тком технологій та ринку зберігання електро- енергії, а також з появою активних споживачів енергії. У рамках такого переходу змінюється ар- хітектура системи — від централізованих електричних мереж з односпрямованими по- токами електроенергії (тобто від генератора до споживача) до нового пакету технологій, таких як розподілена генерація електроенергії на основі ВДЕ, застосування силової електро- ніки, систем зберігання енергії, водневої енер- гетики тощо. Особливого значення набуває трансформація системи регулювання ринку електроенергії. Розглянемо окремі складові концепції 3D. Декарбонізація — це перехід до екологічно чистої «безвуглецевої» економіки та енерге- тики, пов’язаний зі збільшенням частки ВДЕ в енергетичному балансі, розвитком електрич- ного транспорту, високими податками на вико- ристання викопних палив. Децентралізація — це збільшення частки розосереджених джерел електроенергії міс- цевого значення (ВДЕ, накопичувачі енергії тощо), які утворюють локальні кластери ви- робництва чи споживання та підключені до за- гальної мережі або працюють автономно. Диджіталізація — перехід до реалізації кон- цепції Smart Grid електричних мереж, ство- рення та впровадження нових бізнес-моделей, сервісів і ринків на основі цифрових техноло- гій, використання smart-лічильників, нових давачів інформації, системи дистанційного керування та автоматизації мережі. Це дозво- ляє керувати мережею та її підключеними ресурсами в режимі реального часу і збирати дані про мережу й параметри поточних режи- мів. Йдеться насамперед про «інтелектуальні» мережі, які дають можливість використовува- ти нові методи для контролю різноманітних відновлюваних ресурсів. Застосування нових методів керування дозволяє уникнути скоро- чування постачання від ВДЕ-ресурсів через мережеві обмеження, що зменшить потребу в посиленні мережі та полегшить умови для участі ВДЕ-генерації на ринку. Отже, реалізація цієї концепції передбачає перехід до нової функціональної архітектури ОЕС України, розвиток розумних мереж, тех- нологій зберігання енергії, а також появу актив- них (розумних) споживачів. Це перехід на но- вий технологічний пакет та нові бізнес-моделі, насамперед перехід від традиційного ланцюга формування доданої вартості «генерація — тор- гівля — передача — продаж» до моделі «інтер- нет-енергетики», а також перехід від підтримки ВДЕ та конкуренції на ринку електроенергії до пріоритету підтримки споживачів. До ключових елементів, орієнтованих на реалізацію концепції Smart Grid, належать розосереджені пристрої і давачі, які реалізу- ють функції контролю, вимірювання, переда- чі даних до центрів оперативного управління. Крім того, в мережі передачі та розподілу вста- новлюють цифрові розумні (smart) лічильни- ки, блоки вимірювання фаз та інтелектуальні електронні системи, які виконують функції контролю та обліку. До таких елементів від- носять також комунікаційні мережі, що реалі- зують функції обміну даними між пристроями та системами, системи керування інформацією та обчислювальні додатки, які забезпечують аналіз даних, що надходять від цифрових при- строїв, та здійснюють їх обробку для надання консультативних послуг операторам системи. Впровадження концепції Smart Grid дозво- ляє говорити про створення розумних енер- Рис. 2. Структура потужностей в ОЕС України ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 3 21 ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ У реалізації положень концепції Smart Grid слід особливо відзначити випереджаюче зрос- тання ролі локальних систем енергозабезпе- чення, так званих систем Microgrid, зокрема еволюцію Microgrid як системи взаємодії ак- тивних споживачів та віртуальних електро- станцій (Virtual Power Plant — VPP) при ши- рокому використанні джерел розосередженої генерації. Система Microgrid — це група взаємо по в’я- заних навантажень та розосереджених енерге- тичних ресурсів у чітко визначених електрич- них межах, яка відносно зовнішньої мережі діє як єдиний керований об’єкт. Вона може під- ключатися або відключатися від мережі, що за- безпечує їй можливість працювати або як учас- ник загальної мережі, або окремо, в острівному режимі. Така інтегрована енергетична система складається з п’яти основних елементів, які ви- значають основу її функціонування (рис. 3): 1) мікроджерела енергії або розосереджені генератори; 2) гнучкі навантаження; 3) розосереджені накопичувачі енергії; 4) системи керування; 5) точки загального підключення компо- нентів. Така система здатна працювати в керовано- му або узгодженому режимі. Стрімка еволюція систем Microgrid по в’я- зана насамперед з формуванням так званих активних споживачів. Споживач може бути пасивним, тобто з керованим навантаженням, солідарним чи активним. Активний споживач стає споживачем інтелектуальним, з функці- ями партнерства на основі рівноправності з енергопостачальною компанією. При цьому до сучасних активних споживачів висувають абсолютно нові вимоги. Це передусім перед- бачуваність, поведінка з урахуванням попиту, зростання ролі такого споживача в системі як рівноправного елемента. При цьому активні споживачі мають можливості для формування співтовариства — так званих об’єднань актив- них споживачів. З точки зору розвитку систем генерації в Microgrid формується підхід, орієнтований гетичних систем, орієнтованих на вирішення проблем оптимізації загальної ефективності та балансу взаємопов’язаних енергетичних тех- нологій і процесів, які реалізуються в рамках системи. Це досягається завдяки динамічно- му керуванню попитом і пропозицією; поси- леному моніторингу електричних, теплових і паливних складових; контролю та оптимізації обладнання, приладів та послуг; забезпеченню інтеграції розподіленої енергії до системи, а та- кож мінімізації витрат як для постачальників, так і для споживачів. Розумна енергетична система, побудована на основі концепції Smart Grid, — це система, яка може інтегрувати дії всіх підключених до неї користувачів (генераторів, споживачів та інших об’єктів) для ефективного забезпечення стабільного, економічного та безпечного по- стачання електроенергії. Реалізація цієї концепції пов’язана з вико- нанням низки завдань. Йдеться про полегшен- ня підключення та забезпечення умов роботи генераторів усіх потужностей і технологій; надання дозволу споживачам брати активну участь в оптимізації роботи системи, забезпе- чення їх необхідною інформацією і створення для споживачів можливостей вибору варіантів рішень. Концептуальна модель NIST Smart Grid у за- гальному вигляді дає уявлення про склад сис- тем і додатків електричних мереж. Така модель відображає значне збільшення кількості та типів розподілених енергетичних ресурсів, що використовуються по всій мережі, зростання значення систем розподілу, а також підвищен- ня ролі постачальників послуг у системі роз- поділу. Концепція передбачає тісну взаємодію між усіма виробниками та постачальниками електроенергії, забезпечення умов для торгівлі електроенергією та послугами. При цьому ре- жимне керування енергосистемою здійснюєть- ся через прямі трансакції між користувачами. Тобто така система передбачає рівноправність усіх учасників та реалізацію архітектури «рів- ний до рівного» (peеr-to-peеr), у якій окремі елементи системи можуть взаємодіяти один з одним напряму. 22 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2022. (3) ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ на створення віртуальних електростанцій. Це група об’єктів типу джерел розподіленої гене- рації, споживачі з регульованим (керованим) навантаженням, система акумулювання і пе- редачі енергії з єдиним автоматизованим керу- ванням, яка при взаємодії з централізованою електроенергетичною системою імітує тради- ційний генеруючий об’єкт. Розумна, чи як її ще називають — інтелек- туальна мережа є сполучною ланкою між ме- режами вищого рівня та Microgrid. Вона авто- матично відстежує потоки енергії та, відповід- но, адаптується до змін у попиті та пропозиції. У поєднанні з інтелектуальними системами вимірювання розумні мережі охоплюють і спо- живачів, і постачальників, надаючи інформа- цію про споживання електроенергії в реально- му часі. За допомогою розумних лічильників споживачі можуть регулювати своє споживан- ня енергії як у часі, так і за обсягом, адаптувати його до різних протягом доби цін на електро- енергію, заощаджуючи свої кошти внаслідок Рис. 3. Узагальнена структура Microgrid: DS — групи навантажень; DG — розосереджені джерела генерування; CHP — накопичувачі енергії, Utility Grid — зовнішня мережа; PCC — підстанційний трансформатор, через який DG та CHP підключені до зовнішньої мережі споживання більших обсягів енергії у більш низькі цінові періоди. Свою назву розумні мережі здобули завдя- ки можливості реалізації в них цілої низки функцій, таких як самодіагностування, само- відновлення після аварії, розширене технічне обслуговування, наявність високоефективних та високоякісних мереж передачі, гнучка керо- ваність, підвищення надійності передачі тощо. До основних функціональних систем розум- ної мережі належать такі: • система управління генерацією (genera- tion management system); • гнучкі системи передачі змінного струму (FACTS for grids); • система енергетичного менеджменту (en- ergy management system); • система запобігання системним аваріям в енергосистемі (blackout prevention system); • вдосконалена система управління розпо- ділом (advanced distribution management sys- tem); ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2022, № 3 23 ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ • система автоматизації розподілу (distribu- tion automation system); • система автоматизації роботи підстанцій (substation automation system); • система управління розосередженими енергетичними ресурсами (distributed energy resources operation system); • удосконалена інфраструктура обліку енер- гії (advanced metering infrastructure); • система управління ринками (market plac- es system). Реалізація енергетичного переходу та га- рантування стабільності мережі в контексті розподіленої генерації робить роль операторів систем розподілу (DSO) вирішальною. Це осо- бливо важливо при розгляді завдань системи Microgrid. Роль системи розподілу пов’язана з керуванням та координацією розподіленого генерування на локальному рівні. Крім того, вона забезпечує легкий доступ до мереж пере- дачі та розподілу. З огляду на завдання, які постали перед електроенергетикою України щодо вирішення проблем декарбонізації економіки, слід відзна- чити важливість розробленого Міністерством енергетики проєкту Концепції комплексно- го впровадження розумних мереж в Україні до 2035 року та Плану заходів з її реалізації. В проєкті Концепції визначено найбільш ак- туальні та першочергові завдання, пов’язані з реалізацією положень концепції Smart Grid, а саме: • інтеграція ВДЕ та розподілена генерація; • підвищення якості та безпеки електропо- стачання; • забезпечення прогнозування і керуван- ня піковим навантаженням та надлишковим енергетичним балансом; • забезпечення реакції енергосистеми на зміну попиту та формування цін; • агрегація систем накопичення енергії. Особливого значення цей проєкт набуває в ключовий період переходу ОЕС України на паралельну роботу з Європейською енергосис- темою. На завершення наведу окремі приклади впровадження в ОЕС України елементів розум- них мереж, розроблених за участю науковців НАН України. Так, гнучкі системи передачі на змінному струмі, застосовані в перетині ОЕС України — Молдова, дозволили збільшити до- пустиму потужність перетоку (1300 МВт) на додаткові 250 МВт. Впроваджено систему моні- торингу електроенергетичних систем і об’єктів, систему моніторингу обладнання тягової під- станції, інтелектуальний оперативно-керуваль- ний комплекс. Створено базову розумну енер- гетичну комірку з ВДЕ. Розроблено методику побудови інтелектуальної електричної мережі з активними споживачами; стратегію та дорожню карту з впровадження міжнародних та європей- ських стандартів щодо керування енергетич- ною системою та ринками електричної енергії на основі концепції Smart Grid. Olexandr V. Kyrylenko Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3610-7670 MEASURES AND WAYS OF TRANSFORMING UKRAINE’S ENERGY SECTOR INTO AN INTELLIGENT ENVIRONMENTALLY FRIENDLY SYSTEM Report at the scientific session of the General Meeting of the NAS of Ukraine, February 17, 2022 The transition from the dominance of hydrocarbon-based energy sources to low-carbon ones necessitates the transforma- tion of all components of the energy system, the creation of a decentralized energy market, development of smart grids and systems according to the Smart Grid concept combined with the development of technologies and energy storage market and with the formation of active energy consumers.

Заходи та засоби перетворення енергетики України на інтелектуальну екологічно безпечну систему

Institution

Ähnliche Einträge