Использование цифрового двойника гибридных энергетических комплексов для оптимизации их параметров и режимов
Ключевые слова:
распределенная энергетика, возобновляемые источники энергии, изолированные энергосистемы, гибридный энергокомплекс, система накопления энергии, водородные аккумуляторы, суперконденсаторы, ветро- и фотоэнергетическая установки, цифровой двойник, 3D-модель
Аннотация
Цель работы — создание универсального механизма, позволяющего быстро и с высокой точностью определять оптимальный состав, параметры и режимы функционирования гибридных энергетических комплексов с энергоустановками на основе использования возобновляемых источников энергии и систем накопления энергии с точки зрения безопасного функционирования и гарантированного электро- и теплоснабжения потребителей изолированных и труднодоступных территорий. Показана эффективность исследования и выработки рекомендаций по выбору параметров и режимов работы гибридных энергетических комплексов, имеющих разнотипный состав генерирующих установок и высокую зависимость от природных неопределенных факторов, на всех этапах жизненного цикла с использованием разработанного универсального цифрового двойника, верифицированного на примере реальных энергетических комплексов с различным составом оборудования.
Литература
1. Илюшин П.В. Системный подход к развитию и внедрению распределённой энергетики и возобновляемых источников энергии в России // Энергетик. 2022. № 4. С. 2027.
2. Юдаев И.В., Даус Ю.В., Ганага В.В. Возобновляемые источники энергии. СПб.: Лань, 2020.
3. Аналитический центр при Правительстве РФ [Электрон. ресурс] https://ac.gov.ru/projects (дата обращения 24.07.2022).
4. Чубайс А.Б., Копылов А.Е., Зубакин В.А. Развитие возобновляемой энергетики в России: технологии и экономика. М.: Издат. группа Точка, 2020.
5. Тягунов М.Г. Как должна быть построена энергетическая система с установками на основе ВИЭ // Технический оппонент. 2019. № 2. С. 22—29.
6. Тягунов М.Г. Цифровизация и управление в распределенных энергетических системах с ВИЭ // Цифровая энергетика: новая парадигма функционирования и развития. М.: Изд-во МЭИ, 2019. С. 187—203.
7. Kharchenko V., Gusarov V., Bolshev V. Reliable Electricity Generation in Res-based Microgrids // Handbook of Research on Smart Power System Operation and Control. Hershey: Igi Global, 2019. Pp. 162—187.
8. Maleki A., Nazari M.A., Pourfayaz F. Harmony Search Optimization for Optimum Sizing of Hybrid Solar Schemes Based on Battery Storage Unit // Energy Repo. 2020. V. 6. Pp. 102—111.
9. Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П. Влияние режимов работы гибридных энергетических комплексов на основе возобновляемых источников энергии на определение типа аккумуляторов энергии // Вестник МЭИ. 2020. № 4. С. 62—70.
10. Свидетельство гос. регистрации базы данных № 2015620053 от 12 января 2015 г. Энергокомплексы на возобновляемых и традиционных источниках энергии / Елистратов В.В. и др.
11. Frolov D. How Machine Learning Empowers Models for Digital Twins // Benchmark. 2018. V. 6. Pp. 48—53.
12. El Saddik A. Digital Twins: the Convergence of Multimedia Technologies // IEEE MultiMedia. 2018. V. 25. No 2. Pp. 87—92.
13. Qia Q., Taoa F., Zuoa Y., Zhaob D. Digital Twin Service Towards Smart Manufacturing // Proc. CIRP. 2018. V. 72. Pp. 237—242.
14. Tao F. e. a. Digital Twin-driven Product Design Framework // International J. Production Res. 2018. V. 57(1). Pp. 1—19.
15. Прохоров А., Лысачев М. Цифровой двойник. Анализ, тренды, мировой опыт. М.: ООО «АльянсПринт», 2020.
16. Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П. Модели и методы исследования факторов, влияющих на режим работы гибридного энергокомплекса гарантированного энергоснабжения // Вестник МЭИ. 2021. № 5. С. 58—68.
17. Свидетельство гос. регистрации программы для ЭВМ № 2021681290 от 20 декабря 2021 г. Программный комплекс для исследования и оптимизации состава и режимов работы гибридного энергетического комплекса на основе возобновляемых источников энергии «RES Energy Complex» / Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П.
18. Расписание погоды [Электрон. ресурс] https://rp5.ru (дата обращения 23.06.2022).
19. Передвижная энергетика [Электрон. ресурс] http://передвижная-энергетика.рф/ (дата обращения 05.09.2022).
20. Численность населения Российской Федерации [Электрон. ресурс] https://rosstat.gov.ru/compendium/document/13282 (дата обращения 20.09.2022).
---
Для цитирования: Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П. Использование цифрового двойника гибридных энергетических комплексов для оптимизации их параметров и режимов // Вестник МЭИ. 2023. № 3. С. 109—118. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-109-118.
#
1. Ilyushin P.V. Sistemnyy Podkhod k Razvitiyu i Vnedreniyu Raspredelennoy Energetiki i Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii v Rossii. Energetik. 2022;4:2027. (in Russian).
2. Yudaev I.V., Daus Yu.V., Ganaga V.V. Vozobnovlyaemye Istochniki Energii. SPb.: Lan', 2020. (in Russian).
3. Analiticheskiy Tsentr pri Pravitel'stve RF [Elektron. Resurs] https://ac.gov.ru/projects (Data Obrashcheniya 24.07.2022). (in Russian).
4. Chubays A.B., Kopylov A.E., Zubakin V.A. Razvitie Vozobnovlyaemoy Energetiki v Rossii: Tekhnologii i Ekonomika. M.: Izdat. Gruppa Tochka, 2020. (in Russian).
5. Tyagunov M.G. Kak Dolzhna Byt' Postroena Energeticheskaya Sistema s Ustanovkami na Osnove VIE. Tekhnicheskiy Opponent. 2019;2:22—29(in Russian).
6. Tyagunov M.G. Tsifrovizatsiya i Upravlenie v Raspredelennykh Energeticheskikh Sistemakh s VIE. Tsifrovaya Energetika: Novaya Paradigma Funktsionirovaniya i Razvitiya. M.: Izd-vo MEI, 2019:187—203. (in Russian).
7. Kharchenko V., Gusarov V., Bolshev V. Reliable Electricity Generation in Res-based Microgrids. Handbook of Research on Smart Power System Operation and Control. Hershey: Igi Global, 2019:162—187.
8. Maleki A., Nazari M.A., Pourfayaz F. Harmony Search Optimization for Optimum Sizing of Hybrid Solar Schemes Based on Battery Storage Unit. Energy Repo. 2020;6:102—111.
9. Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. Vliyanie Rezhimov Raboty Gibridnykh Energeticheskikh Kompleksov na Osnove Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii na Opredelenie Tipa Akkumulyatorov Energii. Vestnik MEI. 2020;4:62—70. (in Russian).
10. Svidetel'stvo Gos. Registratsii Bazy Dannykh № 2015620053 ot 12 Yanvarya 2015 g. Energokompleksy na Vozobnovlyaemykh i Traditsionnykh Istochnikakh Energii. Elistratov V.V. i dr. (in Russian).
11. Frolov D. How Machine Learning Empowers Models for Digital Twins. Benchmark. 2018;6:48—53.
12. El Saddik A. Digital Twins: the Convergence of Multimedia Technologies. IEEE MultiMedia. 2018;25;2:87—92.
13. Qia Q., Taoa F., Zuoa Y., Zhaob D. Digital Twin Service Towards Smart Manufacturing. Proc. CIRP. 2018;72:237—242.
14. Tao F. e. a. Digital Twin-driven Product Design Framework. International J. Production Res. 2018;57(1):1—19.
15. Prokhorov A., Lysachev M. Tsifrovoy Dvoynik. Analiz, Trendy, Mirovoy Opyt. M.: OOO «Al'yansPrint», 2020. (in Russian).
16. Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. Modeli i Metody Issledovaniya Faktorov, Vliyayushchikh na Rezhim Raboty Gibridnogo Energokompleksa Garantirovannogo Energosnabzheniya. Vestnik MEI. 2021;5:58—68. (in Russian).
17. Svidetel'stvo Gos. Registratsii Programmy dlya EVM № 2021681290 ot 20 Dekabrya 2021 g. Programmnyy Kompleks dlya Issledovaniya i Optimizatsii Sostava i Rezhimov Raboty Gibridnogo Energeticheskogo Kompleksa na Osnove Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii «RES Energy Complex». Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. (in Russian).
18. Raspisanie Pogody [Elektron. Resurs] https://rp5.ru (Data Obrashcheniya 23.06.2022). (in Russian).
19. Peredvizhnaya Energetika [Elektron. Resurs] http://передвижная-энергетика.рф/ (Data Obrashcheniya 05.09.2022). (in Russian).
20. Chislennost' Naseleniya Rossiyskoy Federatsii [Elektron. Resurs] https://rosstat.gov.ru/compendium/document/13282 (Data Obrashcheniya 20.09.2022). (in Russian).
---
For citation: Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. Using a Digital Twin of Hybrid Energy Complexes to Optimize Their Parameters and Operation Modes. Bulletin of MPEI. 2023;3:109—118. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-109-118.
2. Юдаев И.В., Даус Ю.В., Ганага В.В. Возобновляемые источники энергии. СПб.: Лань, 2020.
3. Аналитический центр при Правительстве РФ [Электрон. ресурс] https://ac.gov.ru/projects (дата обращения 24.07.2022).
4. Чубайс А.Б., Копылов А.Е., Зубакин В.А. Развитие возобновляемой энергетики в России: технологии и экономика. М.: Издат. группа Точка, 2020.
5. Тягунов М.Г. Как должна быть построена энергетическая система с установками на основе ВИЭ // Технический оппонент. 2019. № 2. С. 22—29.
6. Тягунов М.Г. Цифровизация и управление в распределенных энергетических системах с ВИЭ // Цифровая энергетика: новая парадигма функционирования и развития. М.: Изд-во МЭИ, 2019. С. 187—203.
7. Kharchenko V., Gusarov V., Bolshev V. Reliable Electricity Generation in Res-based Microgrids // Handbook of Research on Smart Power System Operation and Control. Hershey: Igi Global, 2019. Pp. 162—187.
8. Maleki A., Nazari M.A., Pourfayaz F. Harmony Search Optimization for Optimum Sizing of Hybrid Solar Schemes Based on Battery Storage Unit // Energy Repo. 2020. V. 6. Pp. 102—111.
9. Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П. Влияние режимов работы гибридных энергетических комплексов на основе возобновляемых источников энергии на определение типа аккумуляторов энергии // Вестник МЭИ. 2020. № 4. С. 62—70.
10. Свидетельство гос. регистрации базы данных № 2015620053 от 12 января 2015 г. Энергокомплексы на возобновляемых и традиционных источниках энергии / Елистратов В.В. и др.
11. Frolov D. How Machine Learning Empowers Models for Digital Twins // Benchmark. 2018. V. 6. Pp. 48—53.
12. El Saddik A. Digital Twins: the Convergence of Multimedia Technologies // IEEE MultiMedia. 2018. V. 25. No 2. Pp. 87—92.
13. Qia Q., Taoa F., Zuoa Y., Zhaob D. Digital Twin Service Towards Smart Manufacturing // Proc. CIRP. 2018. V. 72. Pp. 237—242.
14. Tao F. e. a. Digital Twin-driven Product Design Framework // International J. Production Res. 2018. V. 57(1). Pp. 1—19.
15. Прохоров А., Лысачев М. Цифровой двойник. Анализ, тренды, мировой опыт. М.: ООО «АльянсПринт», 2020.
16. Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П. Модели и методы исследования факторов, влияющих на режим работы гибридного энергокомплекса гарантированного энергоснабжения // Вестник МЭИ. 2021. № 5. С. 58—68.
17. Свидетельство гос. регистрации программы для ЭВМ № 2021681290 от 20 декабря 2021 г. Программный комплекс для исследования и оптимизации состава и режимов работы гибридного энергетического комплекса на основе возобновляемых источников энергии «RES Energy Complex» / Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П.
18. Расписание погоды [Электрон. ресурс] https://rp5.ru (дата обращения 23.06.2022).
19. Передвижная энергетика [Электрон. ресурс] http://передвижная-энергетика.рф/ (дата обращения 05.09.2022).
20. Численность населения Российской Федерации [Электрон. ресурс] https://rosstat.gov.ru/compendium/document/13282 (дата обращения 20.09.2022).
---
Для цитирования: Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П. Использование цифрового двойника гибридных энергетических комплексов для оптимизации их параметров и режимов // Вестник МЭИ. 2023. № 3. С. 109—118. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-109-118.
#
1. Ilyushin P.V. Sistemnyy Podkhod k Razvitiyu i Vnedreniyu Raspredelennoy Energetiki i Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii v Rossii. Energetik. 2022;4:2027. (in Russian).
2. Yudaev I.V., Daus Yu.V., Ganaga V.V. Vozobnovlyaemye Istochniki Energii. SPb.: Lan', 2020. (in Russian).
3. Analiticheskiy Tsentr pri Pravitel'stve RF [Elektron. Resurs] https://ac.gov.ru/projects (Data Obrashcheniya 24.07.2022). (in Russian).
4. Chubays A.B., Kopylov A.E., Zubakin V.A. Razvitie Vozobnovlyaemoy Energetiki v Rossii: Tekhnologii i Ekonomika. M.: Izdat. Gruppa Tochka, 2020. (in Russian).
5. Tyagunov M.G. Kak Dolzhna Byt' Postroena Energeticheskaya Sistema s Ustanovkami na Osnove VIE. Tekhnicheskiy Opponent. 2019;2:22—29(in Russian).
6. Tyagunov M.G. Tsifrovizatsiya i Upravlenie v Raspredelennykh Energeticheskikh Sistemakh s VIE. Tsifrovaya Energetika: Novaya Paradigma Funktsionirovaniya i Razvitiya. M.: Izd-vo MEI, 2019:187—203. (in Russian).
7. Kharchenko V., Gusarov V., Bolshev V. Reliable Electricity Generation in Res-based Microgrids. Handbook of Research on Smart Power System Operation and Control. Hershey: Igi Global, 2019:162—187.
8. Maleki A., Nazari M.A., Pourfayaz F. Harmony Search Optimization for Optimum Sizing of Hybrid Solar Schemes Based on Battery Storage Unit. Energy Repo. 2020;6:102—111.
9. Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. Vliyanie Rezhimov Raboty Gibridnykh Energeticheskikh Kompleksov na Osnove Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii na Opredelenie Tipa Akkumulyatorov Energii. Vestnik MEI. 2020;4:62—70. (in Russian).
10. Svidetel'stvo Gos. Registratsii Bazy Dannykh № 2015620053 ot 12 Yanvarya 2015 g. Energokompleksy na Vozobnovlyaemykh i Traditsionnykh Istochnikakh Energii. Elistratov V.V. i dr. (in Russian).
11. Frolov D. How Machine Learning Empowers Models for Digital Twins. Benchmark. 2018;6:48—53.
12. El Saddik A. Digital Twins: the Convergence of Multimedia Technologies. IEEE MultiMedia. 2018;25;2:87—92.
13. Qia Q., Taoa F., Zuoa Y., Zhaob D. Digital Twin Service Towards Smart Manufacturing. Proc. CIRP. 2018;72:237—242.
14. Tao F. e. a. Digital Twin-driven Product Design Framework. International J. Production Res. 2018;57(1):1—19.
15. Prokhorov A., Lysachev M. Tsifrovoy Dvoynik. Analiz, Trendy, Mirovoy Opyt. M.: OOO «Al'yansPrint», 2020. (in Russian).
16. Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. Modeli i Metody Issledovaniya Faktorov, Vliyayushchikh na Rezhim Raboty Gibridnogo Energokompleksa Garantirovannogo Energosnabzheniya. Vestnik MEI. 2021;5:58—68. (in Russian).
17. Svidetel'stvo Gos. Registratsii Programmy dlya EVM № 2021681290 ot 20 Dekabrya 2021 g. Programmnyy Kompleks dlya Issledovaniya i Optimizatsii Sostava i Rezhimov Raboty Gibridnogo Energeticheskogo Kompleksa na Osnove Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii «RES Energy Complex». Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. (in Russian).
18. Raspisanie Pogody [Elektron. Resurs] https://rp5.ru (Data Obrashcheniya 23.06.2022). (in Russian).
19. Peredvizhnaya Energetika [Elektron. Resurs] http://передвижная-энергетика.рф/ (Data Obrashcheniya 05.09.2022). (in Russian).
20. Chislennost' Naseleniya Rossiyskoy Federatsii [Elektron. Resurs] https://rosstat.gov.ru/compendium/document/13282 (Data Obrashcheniya 20.09.2022). (in Russian).
---
For citation: Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. Using a Digital Twin of Hybrid Energy Complexes to Optimize Their Parameters and Operation Modes. Bulletin of MPEI. 2023;3:109—118. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-109-118.
Опубликован
2023-02-14
Выпуск
Раздел
Энергетические системы и комплексы (технические науки) (2.4.5)
