Концептуальне бачення смарт-енергосистеми

У сучасних наукових і політичних колах смарт-енергосистема розглядається як складова Індустрії 4.0, оскільки в широкому розумінні вона має на меті підвищення ефективності виробництва шляхом упровадження технологій штучного інтелекту. Однак наразі не існує єдиного усталеного бачення щодо поняття «сма...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2024
Автори:	Сердюк, О.С., Андрієнко, Б.Я.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут економіки промисловості НАН України 2024
Назва видання:	Економіка промисловості
Теми:	Проблеми стратегії розвитку та фінансово-економічного регулювання промисловості
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/197822
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Концептуальне бачення смарт-енергосистеми / О.С. Сердюк, Б.Я. Андрієнко // Економіка промисловості. — 2024. — № 2 (106). — С. 52-63. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-197822
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1978222024-07-19T10:28:00Z Концептуальне бачення смарт-енергосистеми Сердюк, О.С. Андрієнко, Б.Я. Проблеми стратегії розвитку та фінансово-економічного регулювання промисловості У сучасних наукових і політичних колах смарт-енергосистема розглядається як складова Індустрії 4.0, оскільки в широкому розумінні вона має на меті підвищення ефективності виробництва шляхом упровадження технологій штучного інтелекту. Однак наразі не існує єдиного усталеного бачення щодо поняття «смарт-енергосистема». Як правило, її розглядають через призму окремих, найчастіше не пов’язаних між собою технологічних процесів, що ускладнює розроблення несуперечливих теоретичних положень і практичних рекомендацій щодо розвитку Індустрії 4.0. Метою статті є систематизація наукових поглядів на окремі аспекти застосування цифрових технологій у сфері енергетики та розроблення цілісного концептуального бачення смарт-енергосистеми. Визначено ключові елементи смарт-енергосистеми: смарт-енергогенерація – комплекс заходів цифровізації системи управління енергогенеруючими установками, спрямований на підвищення питомого виробництва електроенергії (кВт·год. на одиницю палива), а також коригування навантаження в межах вузлів виробництва електроенергії з відновлюваних джерел із метою стабілізації енергетичного потоку; смарт-синхронізація – розподілення навантаження серед секторів енергетики на засадах інтелектуального оцінювання потреб і спроможностей системи; смарт-дистрибуція – оптимізація роботи розподільчих мереж на основі аналізу даних щодо часових і просторових тенденцій у системі передачі електроенергії; смарт-споживання – технологічні заходи, що створюють умови для економного споживання електроенергії. Обґрунтовано цілісне бачення концепції «смарт-енергосистема», яка передбачає комплексну реалізацію заходів у рамках мікроконцепцій смарт-енергогенерації, смарт-синхронізації, смарт-дистрибуції та смарт-споживання. Аргументовано, що імплементація концепції «смарт-енергосистема» забезпечуватиме синергетичний ефект економного споживання енергетичних ресурсів. In modern scientific and political circles, the smart energy system is considered as an integral component of Industry 4.0, since in a broad sense it serves the purpose of increasing production efficiency due to the introduction of artificial intelligence technologies. However, currently there is no single, established vision regarding the meaning of the term "smart energy system". As a rule, it is viewed through the prism of separate, often unrelated technological processes, which complicates the development of consistent theoretical provisions and practical recommendations for the development of Industry 4.0. The purpose of the article is the systematization of scientific views on certain aspects of the application of digital technologies in the field of energy and the development of a holistic conceptual vision of a smart energy system. The key elements of the smart energy system consist of smart energy generation, as a set of digitalization measures for the control system of energy generating facilities, aimed at increasing the specific production of electricity, as well as adjusting the load within the nodes of electricity production from renewable sources with the aim of stabilizing the energy flow; smart synchronization, which is designed to distribute the load among the energy sectors on the basis of an intelligent assessment of system needs and capabilities; smart distribution, which optimizes the operation of distribution networks based on data analysis of temporal and spatial trends in the electricity transmission system; and smart consumption, which involves the implementation of technological measures that create conditions for economical consumption of electricity. The holistic vision of the "smart energy system" concept, which provides for the comprehensive implementation of measures provided for by the micro-concepts of smart energy generation, smart synchronization, smart distribution and smart consumption, is substantiated. It is argued that the implementation of the “smart energy system” concept will ensure a synergistic effect of economical utilization of energy resources. 2024 Article Концептуальне бачення смарт-енергосистеми / О.С. Сердюк, Б.Я. Андрієнко // Економіка промисловості. — 2024. — № 2 (106). — С. 52-63. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 1562-109Х DOI: http://doi.org/10.15407/econindustry2024.02.052 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/197822 005.216.3:620.9 uk Економіка промисловості Інститут економіки промисловості НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Проблеми стратегії розвитку та фінансово-економічного регулювання промисловості Проблеми стратегії розвитку та фінансово-економічного регулювання промисловості
spellingShingle	Проблеми стратегії розвитку та фінансово-економічного регулювання промисловості Проблеми стратегії розвитку та фінансово-економічного регулювання промисловості Сердюк, О.С. Андрієнко, Б.Я. Концептуальне бачення смарт-енергосистеми Економіка промисловості
description	У сучасних наукових і політичних колах смарт-енергосистема розглядається як складова Індустрії 4.0, оскільки в широкому розумінні вона має на меті підвищення ефективності виробництва шляхом упровадження технологій штучного інтелекту. Однак наразі не існує єдиного усталеного бачення щодо поняття «смарт-енергосистема». Як правило, її розглядають через призму окремих, найчастіше не пов’язаних між собою технологічних процесів, що ускладнює розроблення несуперечливих теоретичних положень і практичних рекомендацій щодо розвитку Індустрії 4.0. Метою статті є систематизація наукових поглядів на окремі аспекти застосування цифрових технологій у сфері енергетики та розроблення цілісного концептуального бачення смарт-енергосистеми. Визначено ключові елементи смарт-енергосистеми: смарт-енергогенерація – комплекс заходів цифровізації системи управління енергогенеруючими установками, спрямований на підвищення питомого виробництва електроенергії (кВт·год. на одиницю палива), а також коригування навантаження в межах вузлів виробництва електроенергії з відновлюваних джерел із метою стабілізації енергетичного потоку; смарт-синхронізація – розподілення навантаження серед секторів енергетики на засадах інтелектуального оцінювання потреб і спроможностей системи; смарт-дистрибуція – оптимізація роботи розподільчих мереж на основі аналізу даних щодо часових і просторових тенденцій у системі передачі електроенергії; смарт-споживання – технологічні заходи, що створюють умови для економного споживання електроенергії. Обґрунтовано цілісне бачення концепції «смарт-енергосистема», яка передбачає комплексну реалізацію заходів у рамках мікроконцепцій смарт-енергогенерації, смарт-синхронізації, смарт-дистрибуції та смарт-споживання. Аргументовано, що імплементація концепції «смарт-енергосистема» забезпечуватиме синергетичний ефект економного споживання енергетичних ресурсів.
format	Article
author	Сердюк, О.С. Андрієнко, Б.Я.
author_facet	Сердюк, О.С. Андрієнко, Б.Я.
author_sort	Сердюк, О.С.
title	Концептуальне бачення смарт-енергосистеми
title_short	Концептуальне бачення смарт-енергосистеми
title_full	Концептуальне бачення смарт-енергосистеми
title_fullStr	Концептуальне бачення смарт-енергосистеми
title_full_unstemmed	Концептуальне бачення смарт-енергосистеми
title_sort	концептуальне бачення смарт-енергосистеми
publisher	Інститут економіки промисловості НАН України
publishDate	2024
topic_facet	Проблеми стратегії розвитку та фінансово-економічного регулювання промисловості
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/197822
citation_txt	Концептуальне бачення смарт-енергосистеми / О.С. Сердюк, Б.Я. Андрієнко // Економіка промисловості. — 2024. — № 2 (106). — С. 52-63. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.
series	Економіка промисловості
work_keys_str_mv	AT serdûkos konceptualʹnebačennâsmartenergosistemi AT andríênkobâ konceptualʹnebačennâsmartenergosistemi
first_indexed	2024-07-21T04:01:11Z
last_indexed	2024-07-21T04:01:11Z
_version_	1805159730805473280
fulltext	–––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry –––––––––––––––––––––––––––––– 52 ISSN 1562-109X Econ. promisl. 2024, № 2 (106) УДК 005.216.3:620.9 DOI: http://doi.org/10.15407/econindustry2024.02.052 Олександр Сергійович Сердюк, канд. екон. наук, старший дослідник Інститут економіки промисловості НАН України, вул. Марії Капніст, 2, м. Київ, 03057, Україна E-mail: oleksandrserdyk@ukr.net https://orcid.org/0000-0003-3049-3144; Богдан Ярославович Андрієнко, аспірант Інститут економіки промисловості НАН України, вул. Марії Капніст, 2, м. Київ, 03057, Україна E-mail: bogdan_andrienko@ukr.net https://orcid.org/0009-0009-1016-3122 КОНЦЕПТУАЛЬНЕ БАЧЕННЯ СМАРТ-ЕНЕРГОСИСТЕМИ У сучасних наукових і політичних колах смарт-енергосистема розглядається як скла- дова Індустрії 4.0, оскільки в широкому розумінні вона має на меті підвищення ефективності виробництва шляхом упровадження технологій штучного інтелекту. Однак наразі не існує єдиного усталеного бачення щодо поняття «смарт-енергосистема». Як правило, її розгляда- ють через призму окремих, найчастіше не пов’язаних між собою технологічних процесів, що ускладнює розроблення несуперечливих теоретичних положень і практичних рекомендацій щодо розвитку Індустрії 4.0. Метою статті є систематизація наукових поглядів на окремі аспекти застосування ци- фрових технологій у сфері енергетики та розроблення цілісного концептуального бачення смарт-енергосистеми. Визначено ключові елементи смарт-енергосистеми: смарт-енергогенерація – комплекс заходів цифровізації системи управління енергогенеруючими установками, спрямований на підвищення питомого виробництва електроенергії (кВт·год. на одиницю палива), а також коригування навантаження в межах вузлів виробництва електроенергії з відновлюваних дже- рел із метою стабілізації енергетичного потоку; смарт-синхронізація – розподілення наван- таження серед секторів енергетики на засадах інтелектуального оцінювання потреб і спро- можностей системи; смарт-дистрибуція – оптимізація роботи розподільчих мереж на основі аналізу даних щодо часових і просторових тенденцій у системі передачі електроенергії; смарт-споживання – технологічні заходи, що створюють умови для економного споживання електроенергії. Обґрунтовано цілісне бачення концепції «смарт-енергосистема», яка передбачає ком- плексну реалізацію заходів у рамках мікроконцепцій смарт-енергогенерації, смарт-синхро- нізації, смарт-дистрибуції та смарт-споживання. Аргументовано, що імплементація концеп- ції «смарт-енергосистема» забезпечуватиме синергетичний ефект економного споживання енергетичних ресурсів. Ключові слова: смарт-енергосистема, смарт-енергогенерація, смарт-синхронізація, смарт-дистрибуція, смарт-споживання, цифровізація, енергетика. JEL: L 16, L 23, L 60, L 69, L 94 Поняття «смарт-енергосистема» є ба- гатозначним та, як правило, характеризує окремі аспекти застосування цифрових тех- нологій в енергетиці. Серед дослідників та організацій не існує одностайної думки щодо цього поняття. Частина з них ототож- нюють смарт-енергосистеми з інтелекту- альною мережею (Smart Grid), акцентуючи © Видавець ВД «Академперіодика» НАН України, 2024 –––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry –––––––––––––––––––––––––––––– ISSN 1562-109X Econ. promisl. 53 2024, № 2 (106) увагу на дистрибутивних функціях системи (Tuballa, Abundo, 2016; Чернецька, Замулко, 2020; European SmartGrids Technology Plat- form, 2006; Huge test, 2011; NIST, 2010). Інші пов’язують смартизацію енергосистем з оптимізацією процесів енергогенерації з використанням цифрових технологій (Су- ходоля, 2022; Midgley, 2024; Innovative technologies, 2024). У законодавстві Укра- їни не існує поняття «смарт-енергосисте- ма», проте використовується термін «розу- мні мережі», який у рамках Закону України «Про енергетичну ефективність» визначено як «електричні мережі, що об’єднують в економічно доцільний спосіб учасників ри- нку електричної енергії та дозволяють керу- вати передачею енергії та її споживанням з метою підвищення надійності електропо- стачання та безвідмовності роботи енерге- тичної системи» (Про енергетичну ефекти- вність, 2022). Метою статті є систематизація науко- вих поглядів на окремі аспекти застосу- вання цифрових технологій у сфері енерге- тики та розроблення цілісного концептуаль- ного бачення смарт-енергосистеми. Для розкриття теоретичного змісту поняття «смарт-енергосистема» слід звер- нутися до трактувань загальновизнаних те- рмінів, з яких воно складається. Відповідно до ДСТУ 3440-96 «Системи енергетичні. Терміни та визначення» енергетична сис- тема ‒ це «сукупність електростанцій, елек- тричних та теплових мереж, з’єднаних між собою і пов’язаних загальним режимом у безперервному процесі виробництва, перет- ворення й розподілення електроенергії та тепла за умови загального керування цим процесом» (ДСТУ, 1996). Інша складова – термін «смарт» є багатозначним. У кон- тексті його прив’язки до енергетичних сис- тем доцільно взяти до уваги інтерпретацію, яка стосується організації виробничих про- цесів. Цьому критерію відповідає термін «смарт-індустрія», який характеризує засто- сування інтелектуальних систем управління виробничими процесами (бездротові дат- чики, 5G інтернет тощо) з метою оптиміза- ції діяльності підприємств (Smart industry, 2024). Синтез двох ключових термінів дає змогу визначити поняття та ознаки смарт- енергосистеми. Отже, смарт-енергосисте- ма ‒ це сукупність взаємопов’язаних енер- гогенеруючих і розподільчих підприємств, а також об’єктів споживання електроенер- гії, які використовують інтелектуальні сис- теми управління для оптимізації діяльності. Напрям оптимізації визначається функцією підприємств у рамках енергосистеми. Смарт-енергогенерація Ключовим елементом, на якому вибу- довується структура смарт-енергосистем, є смарт-енергогенерація, яка являє собою процеси виробництва електроенергії на за- садах оптимізації виробничого наванта- ження. Концептуальна природа цього явища полягає в тому, що бездротові дат- чики зчитують інформацію з енергогенеру- ючих установок (споживання енергетич- ного ресурсу, обсяг виробництва електрое- нергії, тривалість експлуатації тощо) та пе- редають її на сервер, де вона обробляється за допомогою методів глибинного аналізу даних і машинного навчання, в результаті чого визначаються ефективні режими ро- боти енергогенеруючих установок. Далі ус- тановки переводяться в режим роботи, який є максимально ефективним в умовах поточ- них потреб енергетичної системи. Принцип розрахунку ефективного ре- жиму роботи енергетичних установок ґрун- тується на теорії виробничих функцій (Robinson, 1954) відповідно до якої існує кі- лькісна залежність між факторами виробни- цтва та величиною випуску продукції. У контексті енергетичних установок факто- ром виробництва є енергетичний ресурс, тоді як випуск продукції дорівнює обсягу виробництва електроенергії. Відповідно, критерієм ефективної роботи енергетичних установок є максимальний обсяг виробниц- тва електроенергії на одиницю спожитого енергетичного ресурсу. Сфера практичного застосування смарт-енергогенерації, заснованої на прин- –––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry –––––––––––––––––––––––––––––– 54 ISSN 1562-109X Econ. promisl. 2024, № 2 (106) ципі переведення устаткування в ефектив- ний режим роботи, обмежується технологі- чними властивостями енергетичних устано- вок. Необхідними умовами для застосу- вання такої смарт-енергогенерації є: по-пе- рше, безперебійний доступ до енергетич- ного ресурсу; по-друге, можливість швид- кого регулювання навантаження енергетич- них установок. Серед енергогенеруючих підприємств, що використовують віднов- лювані джерела енергії, лише частина від- повідає наведеним умовам: це енергоблоки, які працюють на біопаливі, та геотермальні станції, що використовують енергію терма- льних підземних вод. Натомість для найпо- ширеніших видів електростанцій сектору відновлюваної енергетики не доступна оп- ція оптимізації режиму роботи. Сонячні та вітрові електростанції технологічно влаш- товані так, що максимально ефективного режиму роботи вони досягають лише в умо- вах, коли мають доступ до найбільшої кіль- кості енергетичного ресурсу (сонячного сві- тла, вітру). Однак цей доступ є нерегульова- ним, а отже, неможливо оптимізувати діяль- ність електростанцій штучним способом. Можливості оптимізації режиму роботи гі- дроелектростанцій є обмеженими, оскільки обсяг енергетичного ресурсу, подачу якого можна регулювати, залежить від об’єму води, яка збирається у водосховищі. Тобто регулювати навантаження можна лише до того часу, допоки вода надходитиме з водо- сховища. Після її вичерпання електростан- ція фактично припиняє свою роботу. Незважаючи на те що до окремих ви- дів електростанцій (найпоширеніших) не- можливо застосувати підхід, спрямований на оптимізацію навантаження енергетичних установок, смартизувати виробництво елек- троенергії в рамках відновлюваного сек- тору енергетики можна шляхом коригу- вання навантаження в межах вузлів вироб- ництва електроенергії з відновлюваних джерел. Ці вузли являють собою об’єднані спільною системою управління електро- станції, які використовують різні джерела відновлюваної енергії. Принцип управління вузлами полягає в компенсації нестачі запи- таного енергетичною системою обсягу еле- ктроенергії за рахунок використання альте- рнативних джерел енергії. Наприклад, якщо в похмуру погоду сонячна електростанція не виробляє енергії, то цю нестачу можна компенсувати за рахунок енергії, яка вироб- ляється вітровою електростанцією. Однак може статися так, що за відсутності сонця і вітру жодна електростанція не відпуска- тиме електроенергію в мережу. Для уник- нення цієї проблеми слід забезпечити ши- року диверсифікацію джерел енергопоста- чання в рамках вузлів виробництва електро- енергії з відновлюваних джерел. В ідеалі вузол має складатися з електростанцій, які використовують різні відновлювані дже- рела енергії, а саме: сонячних електростан- цій (СЕС), вітрових електростанцій (ВЕС), гідроелектростанцій (ГЕС), гідроакумулю- вальних електростанцій (ГАЕС). Оскільки призначенням вузлів як структурних оди- ниць енергетичної системи є стабілізація виробництва електроенергії через коопера- цію нестабільних джерел, включати до них геотермальні електростанції (геоТЕС) і теп- лові електростанції, що працюють на біопа- ливі (біоТЕС), не має сенсу, тому що ці об’єкти здатні самостійно підтримувати стабільний обсяг виробництва електроенер- гії. Принцип дії вузла виробництва елект- роенергії з диверсифікованих відновлюва- них джерел є таким: у період високої інтен- сивності енергогенерації на СЕС і ВЕС час- тина електроенергії спрямовується на запо- внення верхнього басейну ГАЕС, у той час як ГЕС перебуває в режимі накопичення води у водосховищі. У випадку, коли обсяг виробництва електроенергії на СЕС та/або ВЕС зменшується (або припиняється), не- стача електроенергії, яка відпускається в мережу, компенсується за рахунок роботи ГАЕС та/або ГЕС (рис. 1). –––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry –––––––––––––––––––––––––––––– ISSN 1562-109X Econ. promisl. 55 2024, № 2 (106) ГЕС СЕСВЕС Збалансування енергетичних потоків ГАЕС Напрямок руху електроенергії Напрямок коригувальних сигналів Стабільний обсяг електроенергії Рисунок 1 – Принцип функціонування вузлів виробництва електроенергії з відновлю- ваних джерел Ідея смартизації виробництва елект- роенергії в рамках вузлів полягає в автома- тизованому зборі інформації про технічні аспекти діяльності об’єктів енергогенерації, тенденції доступу до енергоресурсів (як ча- сто світить сонце, наскільки сильним є ві- тер, як швидко заповнюється водосховище ГЕС тощо), властивості дистрибутивної системи. На основі отриманої інформації інтелектуальна система здійснюватиме розрахунки щодо оптимальної комбінації розподілення навантаження серед об’єктів енергогенерації, яка відповідає поточній кон’юнктурі факторів виробництва. Відпо- відно до цих розрахунків система коригува- тиме роботу електростанцій (вмикатиме та вимикатиме потужності), і в результаті зага- льна ефективність виробництва електроене- ргії в рамках вузла зростатиме. Навчання системи на великих масивах даних, зчитуваних упродовж тривалого пе- ріоду, в довгостроковій перспективі при- веде до збільшення стабільних обсягів ви- робництва електроенергії в рамках вузлів. Тривалі спостереження за зміною факторів виробництва сприятимуть розширенню го- ризонтів коригування навантаження без шкоди для стабільності системи. Іншими словами, на початковому етапі система ви- значатиме досяжну мету виробництва стабі- льного обсягу електроенергії, виходячи з того обмеженого обсягу даних, який нею був попередньо проаналізований. Із часом після накопичення даних на основі додатко- вої інформації система може дійти висно- вку, що вузол забезпечуватиме стабільне виробництво більших обсягів електроенер- гії. У практичному аспекті створення ву- злів виробництва електроенергії з віднов- люваних джерел може ускладнюватися з урахуванням відстані між існуючими елект- ростанціями, які вже зараз можуть бути об’єднані у вузли, а також місць доступу до джерел відновлюваної енергії, де можна по- будувати електростанції. При цьому сту- пінь перешкоди, яку створює чинник від- стані, залежить від потенціалу та розга- –––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry –––––––––––––––––––––––––––––– 56 ISSN 1562-109X Econ. promisl. 2024, № 2 (106) луженості електричної мережі в місцевості. Там, де мережа є розгалуженою та має ви- соку пропускну здатність, відстань між дію- чими електростанціями та/або неосвоєними відновлюваними джерелами енергії не ма- тиме критичного значення для розбудови вузлів. Слід зауважити, що на відміну від концепції смарт-енергогенерації, яка перед- бачає переведення автономних силових ус- тановок (які не обмежені в доступі до дже- рел енергії) в ефективний режим роботи, економічний ефект від діяльності вузлів ви- робництва електроенергії з відновлюваних джерел буде опосередкованим. У першому випадку економічні переваги полягатимуть в економії палива за рахунок зменшення його питомих витрат (на одиницю виробле- ної електроенергії), у другому – вузли забез- печуватимуть стабільний потік електро- енергії від джерел, які апріорі є економними (не потребують палива, яке становить ви- соку частку витрат енергогенерації), а отже, забезпечуватиметься стабільне постачання дешевої електроенергії. Щодо концепції смарт-енергогенера- ції, яка передбачає переведення автономних силових установок в ефективний режим ро- боти, слід звернути увагу на те, що її засто- сування до енергоблоків атомних електрос- танцій може бути недоцільним із декількох причин. По-перше, навантаження на енер- гоблоки АЕС неможливо швидко регулю- вати, тому вони не здатні швидко реагувати на запити енергетичної системи. Теорети- чно їх можна залишити працювати в макси- мально ефективному режимі, але в умовах, коли частка АЕС в енергетичному балансі країни є високою (в країні працює багато енергоблоків), малоймовірно, що загальний обсяг виробництва електроенергії на всіх енергоблоках АЕС відповідатиме потребам енергетичної системи. Скоріш за все, цей обсяг буде занадто великим або занадто ма- лим. Певною мірою матиме сенс залишити працювати енергоблоки АЕС в ефектив- ному режимі в умовах, коли їх налічується лише декілька одиниць на енергетичну систему з великими потребами. Однак з огляду на співвідношення вартості ядер- ного палива та обсягу електроенергії, який можна з нього виробити, це забезпечува- тиме суто маржиналістський економічний ефект, що протиставлятиметься ефекту масштабу. Іншими словами, економія від збільшення питомого виробництва електро- енергії на одинцю палива буде занадто ма- лою, щоб її враховувати, оскільки вартість цієї одиниці є мізерною порівняно з виго- дами, які забезпечує масштабне виробниц- тво (зумовлене високим навантаженням на енергоблоки). Можна заперечити цю тезу, висунувши припущення про те, що ефекти- вний режим роботи перебуває на вищому рівні навантаження енергоблоку, ніж він є в даний момент. Однак у цьому випадку ви- никає проблема великого надлишку елект- роенергії, що нівелює вигоди від переходу в ефективний режим роботи. Отже, обста- вини, пов’язані з ефектом економії від збі- льшення питомого виробництва електрое- нергії, є другою причиною, яка робить не- доцільним застосування концепції смарт- енергогенерації до енергоблоків АЕС. У секторальному контексті найсприя- тливіші умови для імплементації концепції смарт-енергогенерації, яка передбачає пере- ведення автономних силових установок в ефективний режим роботи, мають підпри- ємства теплової енергетики. Технологія ви- робництва електроенергії на ТЕС і ТЕЦ до- зволяє швидко регулювати навантаження на енергоблоках, що разом із необмеженим до- ступом до джерела енергії (вугілля, газу, ма- зуту) відкриває можливості для високочас- тотного коригування навантаження відпо- відно до запитів енергетичної системи. Ре- гулювання навантаження має бути спрямо- ване на забезпечення синергії у виробництві електроенергії тепловим сектором. Наван- таження серед енергоблоків має бути розпо- ділене таким чином, щоб позитивний ефект для системи був максимальним. Коригування навантаження має здійс- нюватися з використанням рівнянь, які ха- рактеризують залежність питомого вироб- –––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry –––––––––––––––––––––––––––––– ISSN 1562-109X Econ. promisl. 57 2024, № 2 (106) ництва електроенергії (кВт·год. на одиницю палива) від рівня навантаження на енерго- блок або ТЕС (рис. 2). У свою чергу, ці рів- няння складатимуться шляхом аналізу ве- ликих масивів даних щодо обсягу вироб- ництва електроенергії за певного рівня навантаження та характерних для цього об- сягу витрат палива. У довгостроковій перс- пективі в результаті аналізу більшого об- сягу даних та, як наслідок, кращого нав- чання системи рівняння можуть бути моди- фіковані. Рисунок 2 – Залежність питомого виробництва електроенергії (кВт на 1 т вугілля) від загального навантаження на Ладижинській ТЕС На рис. 2 наведено криві, що характе- ризують залежність питомого виробництва електроенергії від загального навантаження на Ладижинській ТЕС, які було складено на основі рівняння тренду. Різні типи ліній ха- рактеризують залежність для різних видів вугілля із неоднаковою теплотворністю. Для інших ТЕС та окремих енергоблоків форма кривих буде схожою, оскільки відпо- відно до закону спадної віддачі зі зростан- ням навантаження обсяг виробництва елек- троенергії на одиницю палива спочатку збільшуватиметься, потім досягне свого піку і після цього почне зменшуватися. Згідно з логікою прив’язки режиму роботи окремих силових установок до за- гальних результатів діяльності сектору теп- лової енергетики можна передбачити, що внаслідок розподілення навантаження, спрямованого на забезпечення максималь- ного позитивного ефекту для сектору, ре- жим роботи кожної окремої силової устано- вки буде близьким до показника, що відпо- відає вершині кривої (за формою, аналогіч- ною до рис. 2), яка характеризує залежність питомого виробництва електроенергії від загального навантаження. Результати аналізу технологічних ас- пектів реалізації концепції смарт-енергоге- нерації свідчать про доцільність переве- дення силових установок ТЕС, ТЕЦ, гео- ТЕС та біоТЕС в ефективний режим роботи з розрахунку загального ефекту для енерге- тичної системи. Щодо АЕС, то має сенс –––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry –––––––––––––––––––––––––––––– 58 ISSN 1562-109X Econ. promisl. 2024, № 2 (106) залишити їх працювати в режимі статич- ного забезпечення потреб енергетичної сис- теми без урахування чинника максимізації виробництва на одиницю палива, оскільки це створюватиме більше проблем, ніж ви- гід. У свою чергу, електростанції, які вико- ристовують відновлювані джерела енергії, доцільно об’єднати у вузли або, іншими словами, закільцювати їх у єдину мікроме- режу, яка сполучатиметься із загальною си- стемою єдиним виходом. Таким чином, буде створена окрема структурна одиниця в рамках енергетичної системи, яка діятиме на засадах концепції смарт-енергогенерації, що передбачатиме регулювання наванта- ження електростанцій (які використовують різні джерела відновлюваної енергії) з ме- тою забезпечення стабільного обсягу виро- бництва електроенергії. Смарт-синхронізація Однією з ключових властивостей смарт-енергосистем є максимізація вироб- ництва дешевої енергії та, відповідно, міні- мізація виробництва електроенергії з висо- кою собівартістю. У секторальному вимірі найбільш дешевою є електроенергія, яка ви- робляється на АЕС; на другому місці – від- новлювані джерела енергії, а найбільш до- рогу електроенергію продукують ТЕС і ТЕЦ. Для мінімізації середньої собівартості виробництва енергії по сектору енергетики загалом слід пріоритизувати навантаження на різні типи електростанцій. Передусім не- обхідно максимально задіяти потужності АЕС; можливий дефіцит електроенергії (якщо потужностей АЕС виявиться недо- статньо) спробувати покрити за рахунок електростанцій, що використовують відно- влювані джерела енергії; остаточні потреби (у тому числі маневрові) – забезпечити за рахунок роботи ТЕС і ТЕЦ. Досягненню цієї мети сприятиме концепція смарт-синх- ронізації. Смарт-синхронізація передбачає ана- ліз даних щодо потреб енергетичної сис- теми та виробничих спроможностей секто- рів енергетики, за результатами якого здійснюється розподілення навантаження між секторами. На відміну від розглянутих локальних механізмів розподілення наван- таження (всередині вузлів виробництва ене- ргії з відновлюваних джерел або між ТЕС), які за своєю сутністю більшою мірою відпо- відають критеріям смарт-енергогенерації, смарт-синхронізація не враховує технологі- чних аспектів виробництва електроенергії ‒ вона лише оперує інформацією щодо фак- тичного потенціалу окремих секторів енер- гетики, здійснюючи по відношенню до них запит на виробництво певного обсягу елек- троенергії. Надалі, у рамках процесів смарт- енергогенерації здійснюється розподілення навантаження між електростанціями всере- дині самих секторів. Потенціал для застосування смарт-си- нхронізації залежить від дистрибутивних можливостей енергетичної системи, тобто від технічної спроможності ліній електро- передач доставляти електроенергію до спо- живачів із найбільш віддалених електроста- нцій. Наприклад, може виникнути ситуація, коли смарт-система визначить за доцільне сконцентрувати великий обсяг наванта- ження на електростанціях, розташованих в окремій частині країни, тоді як в іншій час- тині електростанції працюватимуть на міні- мумі. У такому випадку виникає технічне питання: чи вистачить пропускної здатності існуючих ліній електропередач, щоб спря- мувати необхідний обсяг електроенергії до регіонів, де електростанції працюють на мі- німумі. Якщо виявиться, що дистрибутивна система не здатна забезпечити виконання такого завдання, то доцільно сконцентру- вати зусилля на її розбудові та/або сприяти впровадженню концепції смарт-дистрибу- ції. Смарт-дистрибуція Смарт-дистрибуція передбачає вико- ристання інтелектуальних систем із метою оптимізації роботи розподільчих мереж. Система вишукує найкоротші та найопти- мальніші шляхи доставки електроенергії до споживачів та, з урахуванням загальної –––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry –––––––––––––––––––––––––––––– ISSN 1562-109X Econ. promisl. 59 2024, № 2 (106) кон’юнктури енергетичних потоків, розпо- діляє навантаження на лінії електропередач. Смарт-дистрибуція виконує логістичні завдання, однак аналіз даних, навчання системи та автоматизоване управління об’єктами дозволяють вирішувати ці зав- дання набагато якісніше, ніж аналогові сис- теми. Ефективність діяльності смарт-енер- госистем залежить від загального обсягу електроенергії, що споживається в рамках енергетичної системи. Чим більшим є цей обсяг, тим меншим буде позитивний ефект від оптимізації навантаження на окремі еле- ктростанції та сектори енергетики. У випа- дку окремих електростанцій високі потреби в електроенергії обумовлюватимуть високе навантаження, через що фактичні обсяги електрогенерації віддалятимуться від мак- симально ефективного рівня (вершини кри- вої на рис. 2). У контексті секторів енерге- тики високі обсяги споживання електроене- ргії в межах системи визначають необхід- ність у більшому залученні секторів, що ви- робляють енергію з високою собівартістю. Разом із цим високі обсяги споживання еле- ктроенергії ускладнюють її передачу та зни- жують логістичний потенціал дистрибутив- ної системи. Отже, питома ефективність смарт-енергосистем (ефект на одиницю ви- траченого ресурсу) залежить від загальних потреб в електроенергії. Смарт-споживання Із метою зниження загального обсягу споживання електроенергії в рамках смарт- енергосистеми доцільно імплементувати концепцію смарт-споживання. Вона склада- ється з двох ключових компонент: інтелек- туальні лічильники (Smart Metering) та інте- лектуальне регулювання попиту (Demand Response). Призначення інтелектуальних лі- чильників полягає в наданні споживачам ак- туальної інформації про обсяг споживання енергії окремими електроприладами та по- точний тариф, на основі якої вони можуть розвинути практику економного споживан- ня електроенергії. У свою чергу, функція ін- телектуального регулювання попиту надає можливість запланувати використання того або іншого електроприладу в момент, коли це буде найбільш вигідно для споживача. Наприклад, пральні та посудомийні ма- шини, сушарки, зарядні пристрої можуть автоматично вмикатись у нічний час, коли діє дешевий тариф на електроенергію. Такі можливості не лише позитивно позначати- муться на матеріальному становищі спожи- вачів, але і сприятимуть стабілізації обсягів виробництва електроенергії в рамках сис- теми (за рахунок урівноваження денного та нічного споживання енергії). Синтез понять, що визначають напрями використання цифрових технологій у сфері енергетики Узагальнення результатів досліджен- ня концепції смарт-енергосистеми та її клю- чових компонент (мікроконцепцій) дозво- ляє сформулювати таке визначення: смарт- енергосистема ‒ це цілісний комплекс тех- нологічних та організаційних заходів, спря- мованих на здешевлення виробництва елек- троенергії шляхом переведення енергетич- них установок в ефективний режим роботи та створення умов для стабільної діяльності електростанцій, що використовують відно- влювані джерела енергії (смарт-виробниц- тво); зниження загальної вартості виробни- цтва електроенергії через пріоритизацію на- вантаження на різні сектори енергетики (смарт-синхронізація); створення можливо- стей для передачі великих обсягів електрое- нергії в рамках єдиної енергетичної системи шляхом інтелектуальної оптимізації роботи розподільчих мереж (смарт-дистрибуція); забезпечення технологічних умов для еко- номного споживання електроенергії (смарт- споживання). Сукупність зазначених ком- понент, об’єднаних у рамках єдиної мережі «виробництва – дистрибуції – споживання електроенергії», являють собою смарт- енергосистему (рис. 3). –––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry –––––––––––––––––––––––––––––– 60 ISSN 1562-109X Econ. promisl. 2024, № 2 (106) Смарт- споживання Смарт- енергогенерація Смарт- енергогенерація ТЕС ГЕС Смарт- енергогенерація СЕС Смарт- енергогенерація ВЕС Смарт- енергогенерація АЕС Смарт-синхронізація Смарт- дистрибуція Збалансування енергетичних потоків Смарт- енергогенерація ГАЕС Рисунок 3 – Концепція смарт-енергосистеми Висновок. Поєднання в єдину систему окремих технологічних рішень, що перед- бачають використання цифрових техноло- гій для оптимізації процесів виробництва, дистрибуції та споживання електроенергії, матиме синергетичний ефект. Застосування концепції смарт-енергогенерації сприятиме зниженню собівартості виробництва елект- роенергії на окремих електростанціях, тоді як смарт-синхронізація посилюватиме зага- льний ефект за рахунок пріоритизації нава- нтаження на більш економічні сектори ене- ргетики. Оскільки потенціал застосування смарт-синхронізації залежить від пропуск- ної здатності енергетичної системи, реаліза- ція комплексу заходів щодо оптимізації дія- льності розподільчих мереж (смарт-дистри- буція) дасть змогу переспрямувати більші обсяги виробництва електроенергії на сек- тори з низькою собівартістю енергогенера- ції. Цьому також сприятиме зниження потреб системи в електроенергії в резуль- таті застосування концепції смарт-спожи- вання. Отже, на основі систематизації існую- чих наукових поглядів на окремі аспекти за- стосування цифрових технологій у сфері енергетики встановлено, що смарт-енерго- системою доцільно вважати єдину енерге- тичну систему, в рамках якої комплексно реалізуються заходи, передбачені концепці- ями смарт-енергогенерації, смарт-синхроні- зації, смарт-дистрибуції та смарт-спожи- вання. Література ДСТУ 3440-96. Системи енергетичні. Тер- міни та визначення (1996). ДНАОП зако- нодавча база. URL: https://dnaop.com/ html/62516/doc-%D0%94%D0%A1%D0 %A2%D0%A3_3440-96 (дата звернення: 10.04.2024). –––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry –––––––––––––––––––––––––––––– ISSN 1562-109X Econ. promisl. 61 2024, № 2 (106) Про енергетичну ефективність: Закон Укра- їни від 21 жовтня 2021 р. № 1818-IX (2022). Відомості Верховної Ради Укра- їни. № 2. Cт. 8. URL: https://zakon.rada. gov.ua/laws/show/1818-20#Text (дата зве- рнення: 17.04.2024). Суходоля О. М. (2022). Новітні енергетичні технології та їх вплив на функціонування систем енергопостачання: аналіт. доп. Київ: НІСД. 36 с. URL: https://niss.gov.ua/ sites/default/files/2022-12/ad_new-energy- technologies_gotove.pdf (дата звернення: 10.04.2024). Чернецька Ю. В., Замулко А. І. (2020). Мо- дель інформаційної платформи для пла- нування розвитку систем розподілу електричної енергії. Наукові вісті КПІ. № 4. С. 7-17. DOI: http://doi.org/10.20535/ kpisn.2020.4.207712 European SmartGrids Technology Platform. (2006). Vision and strategy for Europe’s electricity networks of the future. URL: https://op.europa.eu/en/publication-detail/- /publication/a2ea8d86-7216-444d-8ef5-2d 789fa890fc/language-en (дата звернення: 10.04.2024). Huge test of state-of-the-art ideas Republic of Korea’s smart grid development. (2011). Low Carbon Green Growth Roadmap for Asia and the Pacific: Case Study - Republic of Korea’s smart grid development. URL: https://www.unescap.org/sites/default/files/ 37.%20CS-Republic-of-Korea-smart-grid- development.pdf (дата звернення: 10.04. 2024). Innovative technologies for power stations. (2024). PHOENIX CONTACT. URL: https://www.phoenixcontact.com/en-pc/in dustries/conventional-power-generation (дата звернення: 10.04.2024). Midgley E. (2024). Innovations for 24/7 Low Carbon Energy: The Power of Hybrid Energy Systems. Nuclear Innovations for Net Zero. Vol. 64 (3). P. 6-7. URL: https://www.iaea.org/sites/default/files/nuc learinnovations_0.pdf (дата звернення: 10.04.2024). NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards, Release 1.0 (2010). Office of the National Coordinator for Smart Grid Interoperability. URL: https://www.nist.gov/system/files/documen ts/public_affairs/releases/smartgrid_interop erability_final.pdf (дата звернення: 10.04. 2024). Robinson J. (1954). The Production Function and the Theory of Capital. The Review of Economic Studies. Vol. 21. No. 2. P. 81- 106. Smart industry (2024). SPIE. URL: https://www.spie.com/en/clients/industry- services/smart-industry (дата звернення: 10.04.2024). Tuballa M., Abundo M. (2016). A review of the development of Smart Grid technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 59. P. 710-725. References DSTU 3440-96. Energy systems. Terms and definitions. (1996). DNAOP. Retrieved from https://dnaop.com/html/62516/doc- %D0%94%D0%A1%D0%A2%D0%A3_3 440-96 [in Ukrainian]. Law of Ukraine on energy efficiency № 1818- IX (2022). Vidomosti Verkhovnoyi Rady Ukrayiny. № 2. Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/1818- 20#Text [in Ukrainian]. Sukhodolia, O. M. (2022). The latest energy technologies and their impact on the functioning of energy supply systems. Kyiv: NICD. 36 p. Retrieved from https://niss.gov.ua/sites/default/files/2022-12/ ad_new-energy-technologies_gotove.pdf [in Ukrainian]. Chernetska, Y. V., & Zamulko, A. I. (2020). Model of the information platform for planning the development of the elec- tric energy distribution system. Scienti- fic news KPI. № 4. P. 7-17. DOI: http://doi.org/10.20535/kpisn.2020.4.207712 [in Ukrainian]. European SmartGrids Technology Platform (2006). Vision and strategy for Europe’s electricity networks of the future. Retrieved from https://op.europa.eu/en/publication- –––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry –––––––––––––––––––––––––––––– 62 ISSN 1562-109X Econ. promisl. 2024, № 2 (106) detail/-/publication/a2ea8d86-7216-444d- 8ef5-2d789fa890fc/language-en Huge test of state-of-the-art ideas Republic of Korea’s smart grid development (2011). Low Carbon Green Growth Roadmap for Asia and the Pacific: Case Study - Republic of Korea’s smart grid development. Retrieved from https://www.unescap.org/ sites/default/files/37.%20CS-Republic-of- Korea-smart-grid-development.pdf Innovative technologies for power stations (2024). PHOENIX CONTACT. Retrieved from https://www.phoenixcontact.com/en- pc/industries/conventional-power-generation Midgley, E. (2024). Innovations for 24/7 Low Carbon Energy: The Power of Hybrid Energy Systems. Nuclear Innovations for Net Zero, 64 (3), pp. 6-7. Retrieved from https://www.iaea.org/sites/default/files/nuc learinnovations_0.pdf NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards, Release 1.0 (2010). Office of the National Coordinator for Smart Grid Interoperability. Retrieved from https://www.nist.gov/system/files/do cuments/public_affairs/releases/smartgrid_i nteroperability_final.pdf Robinson, J. (1954). The Production Function and the Theory of Capital. The Review of Economic Studies. Vol. 21. No. 2. P. 81- 106. Smart industry (2024). SPIE. Retrieved from https://www.spie.com/en/clients/industry- services/smart-industry Tuballa, M., & Abundo, M. (2016). A review of the development of Smart Grid techno- logies. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 59. P. 710-725. Oleksandr S. Serdiuk, PhD in Economics, Senior Researcher Institute of Industrial Economics of the NAS of Ukraine, 2 Maria Kapnist Street, Kyiv, 03057, Ukraine E-mail: oleksandrserdyk@ukr.net https://orcid.org/0000-0003-3049-3144; Bohdan Ya. Andriienko, postgraduate student Institute of Industrial Economics of the NAS of Ukraine, 2 Maria Kapnist Street, Kyiv, 03057, Ukraine E-mail: bogdan_andrienko@ukr.net https://orcid.org/0009-0009-1016-3122 CONCEPTUAL VISION OF THE SMART ENERGY SYSTEM In modern scientific and political circles, the smart energy system is considered as an integral component of Industry 4.0, since in a broad sense it serves the purpose of increasing production efficiency due to the introduction of artificial intelligence technologies. However, currently there is no single, established vision regarding the meaning of the term "smart energy system". As a rule, it is viewed through the prism of separate, often unrelated technological processes, which complicates the development of consistent theoretical provisions and practical recommendations for the development of Industry 4.0. The purpose of the article is the systematization of scientific views on certain aspects of the application of digital technologies in the field of energy and the development of a holistic conceptual vision of a smart energy system. The key elements of the smart energy system consist of smart energy generation, as a set of digitalization measures for the control system of energy generating facilities, aimed at increasing the specific production of electricity, as well as adjusting the load within the nodes of electricity production from renewable sources with the aim of stabilizing the energy flow; smart –––––––––––––––––––––––––– Економіка промисловості Economy of Industry –––––––––––––––––––––––––––––– ISSN 1562-109X Econ. promisl. 63 2024, № 2 (106) synchronization, which is designed to distribute the load among the energy sectors on the basis of an intelligent assessment of system needs and capabilities; smart distribution, which optimizes the operation of distribution networks based on data analysis of temporal and spatial trends in the electricity transmission system; and smart consumption, which involves the implementation of technological measures that create conditions for economical consumption of electricity. The holistic vision of the "smart energy system" concept, which provides for the comprehensive implementation of measures provided for by the micro-concepts of smart energy generation, smart synchronization, smart distribution and smart consumption, is substantiated. It is argued that the implementation of the “smart energy system” concept will ensure a synergistic effect of economical utilization of energy resources. Keywords: smart power system, smart power generation, smart synchronization, smart distribution, smart consumption, digitalization, power sector. JEL: L 16, L 23, L 60, L 69, L 94 Формат цитування: Сердюк О. С., Андрієнко Б. Я. (2024). Концептуальне бачення смарт-енергосистеми. Економіка промисловості. № 2 (106). С. 52-63. DOI: http://doi.org/10.15407/econindustry 2024.02.052 Serdiuk, O. S., & Andriienko, B. Ya. (2024). Conceptual vision of the smart energy system. Econ. promisl., 2 (106), рр. 52-63. DOI: http://doi.org/10.15407/econindustry2024.02.052 Надійшла до редакції 22.04.2024 р.

Концептуальне бачення смарт-енергосистеми

Репозитарії

Схожі ресурси