Энергетические сообщества с возобновляемыми источниками энергии: эффективное планирование и управление в условиях многокритериальности. Часть 1

18

В

О

З

О

Б

Н

О

В

Л

Я

Е

М

А

Я

 Э

Н

Е

Р

Г

И

Я

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГИЯ

Томин

Н

.

В

., 

к

.

т

.

н

., 

старший

научный

сотрудник

, 

заведующий

лабораторией

управления

функционированием

электроэнергетических

систем

ИСЭМ

СО

РАН

Шакиров

В

.

А

., 

к

.

т

.

н

., 

старший

научный

сотрудник

, 

заведующий

лабораторией

межотраслевых

и

межрегиональных

проблем

ТЭК

ИСЭМ

СО

РАН

Курбацкий

В

.

Г

., 

д

.

т

.

н

., 

профессор

, 

главный

научный

сотрудник

ИСЭМ

СО

РАН

Попова

Е

.

В

., 

к

.

т

.

н

., 

старший

инженер

-

исследователь

ИСЭМ

СО

РАН

Сидоров

Д

.

Н

., 

д

.

ф

.-

м

.

н

., 

профессор

РАН

, 

главный

научный

сотрудник

ИСЭМ

СО

РАН

Козлов

А

.

В

., 

к

.

т

.

н

., 

старший

научный

сотрудник

ИСЭМ

СО

РАН

Корев

Д

.

А

., 

начальник

Управления

стратегического

развития

ПАО

 «

РусГидро

»

Энергетические сообщества 
с возобновляемыми 
источниками энергии: 
эффективное планирование 
и управление в условиях 
многокритериальности. Часть 1

УДК

 621.311.1:004.855  

Ключевые

слова

: 

энергетическое

сообщество

, 

микросеть

, 

возобновляемая

энергия

, 

многокритериальный

выбор

, 

многоцелевая

оптимизация

, 

обучение

с

подкреплением

, 

нулевая

эмиссия

выбросов

углерода

, 

локальный

рынок

, 

двухуровневая

оптимизация

Энергетические

сообщества

 (

ЭСО

) 

представляют

собой

объеди

-

нения

нескольких

территориально

близких

микросетей

, 

потре

-

бители

которых

имеют

возможность

обмениваться

излишками

энергии

, 

производимой

в

том

числе

с

использованием

возоб

-

новляемых

источников

 (

ВИЭ

). 

Эффективность

функционирова

-

ния

и

длительность

агрегации

такого

сообщества

определяются

целым

рядом

экономических

, 

экологических

, 

социальных

и

технических

факторов

, 

которые

необходимо

учитывать

как

на

этапе

его

создания

, 

так

и

на

последующем

этапе

оператив

-

ного

управления

. 

В

первой

части

представленной

статьи

прове

-

ден

детальный

анализ

новых

подходов

и

примеров

построения

ЭСО

в

мире

и

России

. 

Рассмотрены

современные

многокрите

-

риальные

подходы

к

созданию

и

управлению

ЭСО

. 

На

основе

проведенных

аналитических

исследований

делается

вывод

о

необходимости

разработки

многокритериальных

подходов

к

созданию

и

управлению

ЭСО

с

учетом

различных

интересов

его

участников

. 

Перспективными

инструментами

в

решении

этой

нетривиальной

задачи

являются

методы

многокритери

-

ального

принятия

решений

, 

многокритериальной

оптимизации

и

искусственного

интеллекта

. 

Во

второй

части

статьи

будет

рассмотрен

предложенный

авторами

единый

многокритериаль

-

ный

подход

к

созданию

и

управлению

энергетическим

сообще

-

ством

с

ВИЭ

с

учетом

множества

усложняющих

факторов

. 

Его

эффективность

будет

продемонстрирована

на

численном

при

-

мере

для

трех

удаленных

поселков

Приморского

края

. 

19

Э

нергетика

претерпевает

сегодня

крупней

-

шее

преобразование

со

времен

Томаса

Эдисона

. «

Умные

» 

технологии

и

новые

энергетические

практики

, 

такие

как

Ин

-

тернет

энергии

, 

блокчейн

, 

машинное

обучение

, 

цифровые

двойники

, 

энергетические

сообщества

(

ЭСО

), 

виртуальные

электростанции

и

т

.

п

. 

распро

-

страняются

с

невероятной

скоростью

. 

Ключевым

элементом

новой

энергетики

в

силу

высокой

доли

возобновляемых

источников

энергии

 (

ВИЭ

) 

в

энер

-

гобалансе

станет

энергетическая

гибкость

, 

цен

-

ность

которой

за

время

пандемии

во

многих

стра

-

нах

уже

существенно

выросла

, 

а

с

учетом

проблем

и

целей

  «

энергетического

перехода

» 

станет

чрез

-

вычайно

важной

. 

Энергетические

сообщества

мо

-

гут

приносить

существенную

пользу

энергосисте

-

мам

в

качестве

нового

агрегированного

источника

распределенной

гибкости

, 

а

новые

технологии

 — 

иметь

немалый

экономический

и

экологический

эффект

для

таких

сообществ

.

На

основе

определений

из

 [1–3] 

с

дополнени

-

ем

из

обсуждений

, 

представленных

в

 [4, 5], 

в

этой

статье

будет

использоваться

следующее

опреде

-

ление

энергетического

сообщества

: «

ЭСО

техни

-

чески

представляет

собой

группу

микросетей

или

объектов

  (

например

, 

взаимосвязанные

нагрузки

и

распределенные

энергоисточники

) 

в

четко

опре

-

деленных

электрических

границах

, 

которые

дей

-

ствуют

как

единый

управляемый

объект

по

отно

-

шению

к

внешней

электрической

сети

. 

ЭСО

может

подключаться

или

отключаться

от

внешней

энерго

-

сети

, 

чтобы

иметь

возможность

работать

как

в

ре

-

жиме

подключения

, 

так

и

в

изолированном

режиме

(

рисунок

 1). 

Такое

сообщество

обычно

основано

на

открытом

и

добровольном

участии

. 

При

этом

, 

в

той

или

иной

степени

, 

оно

автономно

и

эффективно

контролируется

акционерами

или

участниками

, 

на

-

ходящимися

в

непосредственной

близости

от

про

-

ектов

ВИЭ

. 

Как

правило

, 

эти

проекты

принадлежат

и

разрабатываются

этими

лицами

». 

Под

акционе

-

рами

или

участниками

здесь

понимаются

простые

физические

лица

, 

а

также

малые

и

средние

пред

-

приятия

или

местные

органы

власти

, 

включая

муниципалитеты

. 

Исследования

, 

проведенные

в

последние

годы

на

тему

ЭСО

, 

отражают

многие

важные

аспекты

, 

такие

как

факторы

возникновения

и

развития

ЭСО

, 

под

-

держивающая

институциональная

среда

 [7], 

барь

-

еры

на

пути

создания

модели

ЭСО

и

бизнес

-

моде

-

лей

для

их

реализация

 [8], 

подходы

к

проектирова

-

нию

и

управлению

энергетическими

сообществами

[9, 10], 

моделирование

поведения

участников

ЭСО

[11], 

концепции

кооперативного

энергопотребления

на

базе

сообществ

 [12].

Реализация

успешного

проекта

ЭСО

осложняется

целым

рядом

факторов

. 

Прежде

всего

при

создании

ЭСО

и

управлении

их

функционированием

пресле

-

дуется

несколько

целей

, 

направленных

на

повыше

-

ние

экономической

эффективности

, 

минимизацию

воздействий

на

окружающую

среду

, 

обеспечение

высоких

показателей

технической

эффективности

. 

Эти

цели

в

большинстве

случаев

противоречивы

и

обеспечение

высоких

оценок

по

одним

критери

-

ям

достигается

за

счет

ухудшения

по

другим

. 

Кроме

того

, 

этапы

разработки

и

последующего

оптималь

-

ного

управления

ЭСО

связаны

, 

и

решения

, 

приня

-

тые

при

разработке

конфигурации

ЭСО

, 

отражаются

в

дальнейшем

на

эффективности

управления

таким

сообществом

. 

Дополнительно

проблема

многокри

-

териального

выбора

конфигурации

ЭСО

осложняет

-

ся

неопределенностью

предпочтений

лица

или

груп

-

пы

лиц

, 

принимающих

решения

. 

Это

объясняется

высокой

длительностью

жизненного

цикла

проекта

и

многообразием

вариантов

изменения

внешних

ус

-

ловий

. 

Последующая

задача

управления

таким

сооб

-

ществом

с

учетом

нескольких

критериев

эффектив

-

ности

осложнена

проблемой

сходимости

и

высокой

вычислительной

сложностью

оптимизационных

мо

-

делей

. 

Фактически

возникает

нетривиальная

зада

-

ча

формирования

справедливого

локального

рынка

электроэнергии

внутри

ЭСО

, 

где

требуется

увязать

личные

интересы

отдельных

участников

с

макси

-

мизацией

общественного

благосостояния

всего

со

-

общества

для

поддержания

длительной

агрегации

такой

энергетической

структуры

. 

Подходы

к

многокритериальному

выбору

кон

-

фигураций

микросетей

и

микросетевых

сообществ

представлены

в

недавних

работах

, 

например

 [13–15]. 

Однако

фактор

неопределенности

учитывается

только

в

некоторых

из

них

 [16, 17] 

и

только

при

про

-

ектировании

отдельных

микросетей

. 

Исследования

по

многокритериальному

управлению

ЭСО

учитыва

-

ют

распределение

тепловой

, 

холодовой

и

электри

-

ческой

энергии

, 

управление

реакцией

спроса

для

достижения

экономического

, 

экологического

и

тех

-

нического

эффектов

 [9, 18]. 

Однако

мало

внимания

уделяется

оптимизации

взаимного

обмена

энергией

между

членами

сообщества

с

учетом

как

их

интере

-

сов

, 

так

и

сообщества

в

целом

.

НОВЫЕ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ

ПРАКТИКИ

ДЛЯ

ПОСТРОЕНИЯ

ЭСО

Для

повышения

экономичности

и

надежности

энер

-

госнабжения

объектов

внутри

локальных

интел

-

лектуальных

энергосистем

, 

а

также

повышения

эффективности

их

взаимодействия

с

внешними

крупными

энергосистемами

все

чаще

использу

-

ются

ЭСО

, 

состоящие

из

нескольких

разнородных

локальных

энергосистем

. 

Такие

ЭСО

могут

со

-

Рис

. 1. 

Общая

схема

типичного

ЭСО

, 

подключенного

к

внешней

электрической

сети

№

 3 (78) 2023

20

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ 

ЭНЕРГИЯ

вместно

взаимовыгодно

использовать

местные

энергоресурсы

, 

развивать

сопутствующие

произ

-

водства

, 

а

также

приносить

значительную

эконо

-

мическую

пользу

внешним

энергосистемам

при

на

-

личии

электрической

связи

с

ними

. 

К

настоящему

времени

разработано

немало

концепций

построе

-

ния

таких

сообществ

и

продолжается

поиск

наибо

-

лее

эффективных

архитектурно

-

технических

реше

-

ний

 (

например

, 

как

на

рисунке

 2).

Активное

развитие

локальных

интеллектуальных

энергосистем

в

ЕС

, 

США

, 

Австралии

в

формате

ЭСО

привело

к

внедрению

новых

практик

, 

которые

реа

-

лизуют

новые

экономические

и

социальные

прин

-

ципы

построения

локальных

объединений

. 

Напри

-

мер

, 

так

называемый

принцип

со

-

организации

 (

англ

. 

«

с

o-assembly») 

реализует

платформенное

управле

-

ние

агрегированными

множествами

объектов

рас

-

пределенной

энергетики

 [19]. 

Такая

практика

может

быть

задействована

как

на

локальном

уровне

вну

-

три

микросетей

  (

где

такие

платформы

формируют

со

-

организующееся

ЭСО

), 

так

и

на

национальном

и

даже

региональном

уровне

больших

энергосистем

. 

В

этом

случае

платформенные

решения

использу

-

ются

для

создания

виртуальных

электростанций

, 

интеграции

в

оптовые

рынки

накопителей

электро

-

энергии

и

управляемой

нагрузки

.

Подобный

принцип

активно

реализуется

в

Вели

-

кобритании

, 

где

развиваются

несколько

проектов

по

созданию

локальных

энергетических

рынков

 — 

рынков

электроэнергии

и

гибкости

 [20]. 

К

примеру

, 

на

Оркнейских

островах

, 

принадлежащих

Шотлан

-

дии

, 

где

более

 10% 

жителей

имеют

собственные

источники

энергии

, 

организовано

ЭСО

, 

в

котором

реализуется

сразу

два

проектных

эксперимента

 — 

TraDER 

и

 ReFLEX. 

В

проекте

 TraDER 

реализуются

идеи

локального

энергетического

рынка

реального

времени

, 

на

котором

между

собой

должны

торговать

ВИЭ

и

источники

гибкости

, 

в

качестве

которых

вы

-

ступают

накопители

электроэнергии

, 

управляемая

нагрузка

и

локальная

маневренная

генерация

. 

На

-

значение

рынка

 — 

за

счет

услуг

поставщиков

гибко

-

сти

обеспечить

как

можно

более

высокий

коэффи

-

циент

использования

ВИЭ

в

местной

энергосистеме

. 

Проект

 ReFLEX, 

в

отличие

от

локального

энергети

-

ческого

рынка

, 

предполагает

создание

централи

-

зованной

системы

интеллектуального

управления

местными

ВИЭ

и

источниками

гибкости

, 

в

качестве

которых

выступают

зарядные

станции

для

электро

-

мобилей

и

сис

темы

жилищно

-

коммунального

хозяй

-

ства

 [21]. 

Проект

сосредоточен

на

способах

мотива

-

ции

местного

сообщества

к

инвестициям

в

эти

ВИЭ

и

источники

гибкости

. 

В

рамках

проекта

вводится

«

зеленый

» 

тариф

, 

оплата

энергии

по

которому

дает

возможность

потребителям

финансово

поддержать

местных

владельцев

ВИЭ

и

позволяет

самим

про

-

сьюмерам

с

ВИЭ

продавать

электроэнергию

в

сеть

.

В

другом

проекте

 [22] 

энергокомпания

 Western 

Power Distribution (WPD) 

в

Корнуолле

для

поддержки

локальных

ЭСО

предлагает

бизнес

-

модель

энерге

-

тических

консультантов

. 

В

рассматриваемом

реги

-

оне

расположены

 97 

ЭСО

с

общей

установленной

мощностью

генерации

более

 100 

МВт

, 

для

которых

WPD 

выполняет

постоянный

мониторинг

, 

анализ

и

планирование

их

деятельности

, 

запускает

ана

-

литические

онлайн

-

сервисы

, 

осуществляет

управ

-

ление

проектными

фондами

, 

ведет

консультации

и

образовательную

деятельность

. 

Эти

сервисы

поз

-

воляют

ЭСО

региона

получать

экономический

эф

-

фект

в

виде

снижения

расходов

на

свое

энергоснаб

-

жение

. 

Также

в

стадию

реализации

вступил

другой

проект

 Local Energy Oxfordshire (LEO) 

по

созданию

локального

ЭСО

в

масштабах

целого

графства

 [23]. 

Рис

. 2. 

Пример

энергетических

сообществ

с

ВИЭ

, 

реализующих

агрегацию

потребителей

и

энергоисточников

на

разных

уровнях

распределительной

сети

с

целью

постепенного

снижения

тарифа

 (

адаптировано

из

 [6])

Шина

среднего

напряжения

Шина

низкого

напряжения

Небольшое

энергетическое

сообщество

: 

обмен

электроэнергией

через

шину

сети

низкого

напряжения

Крупное

энергетическое

сообщество

:

обмен

электроэнергией

через

шину

сети

среднего

напряжения

Небольшое

энергетическое

сообщество

: 

обмен

электроэнергией

через

шину

сети

низкого

напряжения

Шина

низкого

напряжения

21

В

рамках

проекта

предполага

-

ется

развернуть

рынок

гибкости

PicloFlex 

с

подключением

к

ней

всех

просьюмеров

и

владельцев

источников

гибкости

графства

. 

В

задачи

входит

выработка

обще

-

го

подхода

к

быстрому

подключе

-

нию

новых

просьюмеров

и

распре

-

деленной

генерации

, 

разработка

новых

подходов

к

долгосрочному

планированию

развития

энерго

-

систем

в

условиях

существова

-

ния

ЭСО

и

исследование

новых

вариантов

архитектуры

энергети

-

ческого

рынка

в

ситуации

, 

когда

распределенная

энергетика

пре

-

валирует

над

централизованной

.

В

Австралии

, 

в

силу

особен

-

ностей

ее

географического

по

-

ложения

, 

в

основном

развивает

-

ся

другой

тип

ЭСО

 — 

локальные

энергосистемы

с

единым

конту

-

ром

управления

, 

создаваемые

для

энергоснабже

-

ния

островных

ЭСО

. 

На

островах

основной

задачей

микрогридов

является

снижение

расхода

привозно

-

го

дизельного

топлива

за

счет

использования

ВИЭ

, 

при

этом

необходимо

, 

чтобы

электроснабжение

ста

-

новилось

одновременно

и

более

автономным

, 

и

бо

-

лее

дешевым

, 

и

более

экологичным

 [24]. 

На

остро

-

вах

реализуются

проекты

, 

в

которых

в

микрогридах

используются

различные

сочетания

множества

эле

-

ментов

различной

мощности

, 

в

том

числе

дизельные

генераторы

, 

солнечные

панели

, 

ветрогенераторы

и

накопители

энергии

. 

Одним

из

примеров

такого

микрогрида

является

ЭСО

на

острове

Кинг

рядом

с

Тасманией

 [25], 

которое

включает

дизельные

ге

-

нераторы

на

биотопливе

, 

солнечные

панели

, 

ветро

-

генераторы

, 

системы

накопления

электроэнергии

 — 

батареи

на

 1,5 

МВт

·

ч

емкости

, 

а

также

маховиковые

накопители

энергии

для

регулирования

частоты

. 

Са

-

мое

необычное

из

  «

островных

» 

ЭСО

Австралии

 — 

это

подземный

город

Кубер

-

Педи

, 

мировая

столица

добычи

опалов

. 

Для

его

электроснабжения

вместо

существующей

дизельной

генерации

создается

ми

-

крогрид

на

основе

ветрогенерации

, 

солнечных

па

-

нелей

, 

аккумуляторных

батарей

, 

маховиков

и

ди

-

намической

балластной

нагрузки

 [26]. 

Дизельные

генераторы

до

 70% 

времени

будут

использоваться

только

в

качестве

резервных

источников

энергии

.

Один

из

примеров

построения

островного

ЭСО

в

Европе

  (

остров

Кулатра

, 

Португалия

) [27] 

демон

-

стрирует

другой

принцип

со

-

развития

  (

англ

. «

с

o-

development»), 

предполагающий

более

развитый

уровень

кооперативного

поведения

. 

Это

обеспечи

-

вает

получение

не

только

оперативных

результатов

, 

но

и

достижение

долгосрочных

эффектов

, 

связан

-

ных

с

усложнением

самой

совокупности

взаимо

-

действующих

объектов

, 

решением

новых

задач

. 

На

практических

примерах

в

 [27] 

показано

, 

как

сообще

-

ству

удается

адаптировать

новые

технологические

решения

для

  «

зеленого

перехода

» 

в

соответствии

с

конкретными

потребностями

острова

, 

выражен

-

ными

местными

жителями

, 

включая

аккумуляторы

, 

электромобили

, 

модернизацию

дома

или

тепло

-

вые

насосы

. 

Агрегация

всех

элементов

позволя

-

ет

заложить

основу

для

создания

ЭСО

на

основе

ВИЭ

и

использовать

соответствующие

социально

-

экономические

преимущества

. 

В

 [11] 

отмечается

, 

что

при

достижении

доли

участников

-

энтузиастов

25% 

в

подобных

сообществах

обеспечиваются

су

-

щественные

преимущества

, 

в

том

числе

значитель

-

ное

сокращение

чистого

обмена

энергией

с

внешней

электрической

сетью

.

Другими

примерами

ЭСО

, 

реализующих

принцип

со

-

развития

, 

являются

экологические

коммуны

-

по

-

селения

в

Нидерландах

, 

использующие

цифровые

решения

, 

созданные

компаниями

 Spectral 

и

 Metabolic. 

Например

, 

поселение

будущего

предлагает

эколо

-

гическое

ЭСО

  «

Земные

корабли

» (Aardehuizen), 

по

-

строенное

вокруг

идеи

максимальной

ресурсной

эф

-

фективности

и

автономности

 [28]. 

Дома

в

поселении

оснащены

солнечными

панелями

мощностью

 80 

кВт

, 

есть

микро

-

ТЭЦ

на

 35 

кВт

, 

работающая

на

биотопли

-

ве

из

древесной

щепы

, 

тепловой

насос

на

 10 

кВт

, 

система

накопления

электроэнергии

мощностью

100 

кВт

и

зарядные

станции

для

электромобилей

общей

мощностью

 580 

кВт

, 

а

также

присоединение

к

электрической

сети

 (

рисунок

 3). 

Сформированный

из

этих

источников

энергии

и

гибкости

микрогрид

управляется

системой

Интеллектуальной

интегра

-

ции

распределенной

энергетики

 (SIDE) 

от

компании

Metabolic. SIDE, 

помимо

оптимального

управления

, 

обеспечивает

функцию

одноранговой

 (

англ

. peer-to-

peer) 

торговли

электроэнергией

между

объектами

микрогрида

, 

принадлежащими

разным

собственни

-

кам

, 

в

среднем

в

размере

 11,5

МВт

·

ч

в

год

.

Американский

рынок

микрогридов

, 

в

том

числе

микрогридов

сообществ

, — 

один

из

самых

больших

в

мире

. 

Здесь

в

ЭСО

Тихоокеанских

штатов

и

аме

-

риканского

Юга

создаются

  «

резервные

» 

микрогри

-

Рис

. 3. 

Конфигурация

микросети

ЭСО

 «

Земные

корабли

» [30]

№

 3 (78) 2023

22

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ 

ЭНЕРГИЯ

ды

, 

основное

назначение

которых

 — 

обеспечить

электроснабжение

в

условиях

регулярных

природ

-

ных

стихийных

бедствий

. 

В

Калифорнии

такие

ми

-

крогриды

выступают

экологичной

и

технологичной

альтернативой

установке

резервных

дизельных

ге

-

нераторов

, 

которые

должны

включаться

во

время

превентивных

сетевых

отключений

, 

регулярно

ис

-

пользуемых

для

предотвращения

лесных

пожаров

[29]. 

Примером

служит

проект

  «

Умное

соседство

» 

в

Алабаме

, 

в

котором

задействованы

солнечные

панели

, 

литий

-

ионный

накопитель

, 

газовая

микро

-

турбина

, 

а

также

системы

кондиционирования

и

вен

-

тиляции

у

потребителей

. 

Все

активы

находятся

в

собственности

ЭСО

и

управляются

централизован

-

но

системой

 SCEISMIC, 

разработанной

Ок

-

Риджской

национальной

лабораторией

. 

Важной

особенностью

такого

ЭСО

является

возможность

проработать

12 

часов

только

на

заряде

батарей

 — 

на

случай

от

-

ключения

электроэнергии

во

время

нередких

в

Ала

-

баме

сезонных

ураганов

. 

В

микрогриде

на

острове

Окракок

 (

штат

Северная

Каролина

) 

установлены

ди

-

зельные

генераторы

, 

накопитель

энергии

емкостью

1 

МВт

·

ч

, 

солнечные

панели

, 

термостаты

и

электри

-

ческие

водонагреватели

с

удаленным

управлением

. 

При

необходимости

автономное

электроснабжение

острова

может

быть

реализовано

до

 3 

дней

 [30].

ПЕРСПЕКТИВЫ

РАЗВИТИЯ

ЭСО

В

РОССИИ

Важно

подчеркнуть

, 

что

индивидуальной

российской

концепции

построения

различных

видов

ЭСО

: 

для

фермерских

хозяйств

, 

коммерческих

и

некоммер

-

ческих

предприятий

, 

островных

государств

, 

изоли

-

рованных

и

неизолированных

территорий

к

насто

-

ящему

времени

фактически

не

существует

. 

Однако

наработанные

зарубежные

теории

архитектуры

их

построения

и

функционирования

применимы

также

в

России

. 

Заслуживают

внимания

разрабатываемые

отечественные

микросети

, 

соответствующие

особен

-

Рис

. 4. 

Иллюстрация

архитектуры

АЭК

с

управляемыми

интеллектуальными

соединениями

 (

УИС

)

ностям

и

потребностям

территорий

, 

которые

необхо

-

димо

объединить

в

сообщества

.

В

целом

, 

создание

микросетей

и

объединение

их

в

ЭСО

имеет

существенное

практическое

значение

для

потребителей

, 

входящих

в

эти

микросети

, 

по

-

скольку

они

позволяют

решать

проблему

роста

цен

на

электроэнергию

. 

Особенно

привлекательным

для

России

решением

является

создание

микросетей

для

энергоснабжения

коммерческих

и

промышлен

-

ных

потребителей

. 

Коммерческие

и

промышленные

микросети

, 

дополняя

электроснабжение

от

энерго

-

системы

, 

позволяют

обеспечить

своим

потребите

-

лям

значимый

для

них

эффект

снижения

расходов

на

электроэнергию

и

выполнить

требования

к

 «

без

-

углеродности

» 

потребляемой

энергии

, 

к

надежности

электропитания

и

качеству

электроэнергии

, 

зача

-

стую

более

жесткие

, 

чем

те

, 

которым

удовлетворяет

централизованное

электроснабжение

. 

Для

развития

этой

бизнес

-

практики

промышлен

-

ных

микрогридов

в

России

создается

регуляторная

база

. 

Первым

шагом

стало

появление

концепции

ин

-

дустриальных

ЭСО

 — 

активных

энергетических

ком

-

плексов

 (

АЭК

) 

в

системах

внутреннего

электроснаб

-

жения

промышленных

предприятий

 [35] (

рисунок

 4). 

Под

АЭК

в

данном

случае

понимаются

коммерче

-

ские

микросети

, 

связанные

с

ЕЭС

, 

в

состав

которых

входит

не

участвующая

в

оптовом

рынке

генерация

мощностью

до

 25 

МВт

.

В

условиях

российской

глубинки

в

небольших

микрогридах

 [36–39], 

для

обеспечения

электроэнер

-

гией

и

теплом

предприятий

сельскохозяйственного

и

иного

назначения

предлагаются

оригинальные

ме

-

тодики

использования

газогенераторных

установок

, 

способных

работать

как

на

традиционном

моторном

топливе

, 

так

и

на

альтернативном

топливе

, 

получа

-

емом

при

сжигании

отходов

сельскохозяйственного

производства

: 

животноводческих

комплексов

  (

при

использовании

метана

в

качестве

биогаза

), 

отходов

растениеводства

 (

в

виде

соломы

и

половы

) 

и

отхо

-

дов

деревопереработки

. 

В

 [37] 

для

получения

био

-

газа

предлагается

технология

сжигания

твердых

бытовых

отходов

 (

ТБО

) 

и

дегазации

полигонов

ТБО

, 

которая

кроме

теплоснабжения

близлежащих

жилых

домов

и

коммунально

-

бытовых

потребителей

пред

-

назначена

также

для

решения

актуальной

миро

-

вой

экологической

проблемы

загрязнения

воздуха

и

окружающей

среды

. 

Газогенераторные

установки

имеют

повышенный

КПД

работы

 (75–78%), 

поскольку

позволяют

не

толь

-

ко

вырабатывать

электроэнергию

, 

утилизируя

при

этом

ТБО

и

отходы

сельхозпроизводства

, 

но

также

получать

тепловую

энергию

, 

используемую

на

тех

-

нологические

цели

, 

такие

как

подогрев

воды

для

поения

животных

на

фермах

, 

мойку

технологиче

-

ского

оборудования

, 

а

также

обогрев

близлежащих

поселений

. 

Для

реализации

избыточного

биогаза

(

при

спаде

потребляемых

мощностей

), 

а

также

для

покрытия

пиковых

нагрузок

 (

при

недостатке

биогаза

) 

необходима

более

равномерная

загрузка

имеюще

-

гося

в

такой

локальной

энергосистеме

оборудова

-

ния

, 

позволяющая

выравнивать

графики

генерации

ЕЭС

России

АЭК

УИС

УИС

УИС

УИС

23

и

потребления

, 

а

также

торговля

электроэнергией

с

общими

электрическими

сетями

по

установлен

-

ным

тарифам

 [39] 

при

наличии

электрической

связи

с

ними

.

В

 [31] 

показана

перспектива

и

экономическая

эффективность

использования

систем

накопления

энергии

для

выравнивания

графика

нагрузки

и

гене

-

рации

в

изолированных

крупных

и

средних

локальных

энергосистемах

, 

не

имеющих

связи

с

объединенной

энергосистемой

страны

, 

например

в

труднодоступ

-

ных

российских

регионах

Арктики

, 

Крайнего

Севера

и

Дальнего

Востока

 [31–34]. 

Такие

энергосистемы

характеризуются

ограниченным

количеством

круп

-

ных

генерирующих

объектов

и

групп

потребителей

, 

основу

которых

составляют

горнообогатительные

комбинаты

, 

морские

порты

, 

месторождения

углево

-

дородов

, 

нефтяные

платформы

. 

МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫЙ

АНАЛИЗ

ПРИ

СОЗДАНИИ

И

УПРАВЛЕНИИ

ЭСО

Создание

ЭСО

микросетей

и

управление

их

функци

-

онированием

преследует

достижение

совокупности

целей

, 

охватывая

экономические

, 

экологические

и

социальные

аспекты

развития

. 

Многокритери

-

альный

анализ

при

принятии

решений

по

развитию

сообществ

микросетей

получил

теоретическое

раз

-

витие

и

вошел

в

практику

.

Университет

Фраунгофера

совместно

с

 Metabolic 

и

 Spectral 

провел

детальное

технико

-

экономическое

исследование

микрогридов

в

ЭСО

Нидерландов

, 

и

, 

как

утверждается

в

 [30, 40], 

сделал

революцион

-

ное

открытие

в

области

ВИЭ

за

счет

  «

повышения

гибкости

снизу

-

вверх

». 

Рассматривались

и

сравни

-

вались

технико

-

экономические

показатели

 9 

различ

-

ных

сценариев

, 

полученных

для

четырех

вариантов

энергетических

сообществ

: Aardehuizen — 

самодо

-

статочная

экодеревня

, 

состоящая

из

 23 

домов

, 

по

-

строенных

собственноручно

из

экологически

чистых

материалов

; DeCeuvel — 

бывшая

верфь

, 

где

лодки

подняты

на

сушу

; Schoonschip — 

плавучие

дома

-

бар

-

жи

; Republica Papaverweg — 

смешанная

застройка

в

бывшей

промзоне

Северного

Амстердама

. 

Оценка

результатов

моделирования

выполнялась

с

исполь

-

зованием

 4-

х

ключевых

показателей

эффективно

-

сти

, 

измеряемых

в

интервале

от

 0 

до

 10: 

отношение

величины

произведенной

энергии

к

величине

потре

-

бления

; 

самодостаточность

  (

доля

локальной

гене

-

рации

в

совокупной

); 

капитальные

вложения

; 

срок

окупаемости

  (

период

времени

, 

за

который

система

становится

экономически

более

эффективной

, 

чем

традиционная

). 

Во

всех

сценариях

рассматривалось

использование

интеллектуальной

системы

 SIDE 

(

разработка

 Metabolic 

и

 Spectral), 

в

основе

которой

заложен

модуль

оптимизатора

смешанного

целочис

-

ленного

линейного

программирования

 (MILP), 

реша

-

ющий

, 

когда

включать

/

отключать

каждую

из

гибких

нагрузок

для

оптимизации

потоков

энергии

с

учетом

графика

потребления

и

экономических

параметров

оборудования

. 

Оптимизация

проводится

в

два

эта

-

па

: 

сначала

на

уровне

отдельных

потребителей

 (

до

-

мов

), 

затем

на

уровне

всего

ЭСО

.

Результаты

исследования

выявили

ряд

передо

-

вых

практик

  (

сценариев

), 

которые

могут

быть

ис

-

пользованы

для

будущей

разработки

систем

опе

-

ративного

управления

ЭСО

. 

Некоторые

сценарии

проведенного

исследования

включали

различные

«

зеленые

» 

решения

такие

, 

как

, 

например

, 

экологиче

-

ски

чистые

материалы

, 

используемые

для

строитель

-

ства

в

поселениях

 Republica Papaverweg 

и

 De Ceuvel. 

Часть

таких

решений

коррелировала

с

социальными

факторами

, 

как

, 

например

, 

в

поселении

 Schoonschip 

учитывалась

необходимость

поддержания

биораз

-

нообразия

и

здоровья

человека

на

местном

уровне

за

счет

создания

особой

биосреды

, 

где

, 

в

том

числе

, 

используются

вакуумные

туалеты

, 

и

сточные

воды

поставляются

на

биоочистительный

завод

, 

произво

-

дящий

биогаз

, 

дома

должны

иметь

зеленые

насаж

-

дения

на

крышах

. 

В

наиболее

оптимальном

с

эконо

-

мической

точки

зрения

случае

  (

один

из

вариантов

экологического

сообщества

 Aardehuizen) 

сценарий

предполагал

дополнительную

установку

микро

-

ТЭЦ

для

обеспечения

тепла

и

электроэнергии

зимой

, 

работающей

на

древесной

щепе

. 

Было

также

пред

-

усмотрено

централизованное

теплоснабжение

через

тепловой

насос

от

внешней

ТЭЦ

, 

а

также

зарядные

станции

для

электрического

транспорта

. 

В

итоге

та

-

кой

сценарий

приводит

к

технически

и

экономически

целесообразной

системе

, 

которая

почти

полностью

(

на

 89%) 

самодостаточна

и

наиболее

экономична

в

долгосрочной

перспективе

, 

окупая

себя

за

 8,5 

лет

вместо

 11,6 

лет

по

сравнению

с

традиционной

газо

-

вой

энергетической

системой

. 

Полученные

также

в

 [29] 

результаты

указыва

-

ли

на

то

, 

что

каждая

микросеть

и

ЭСО

уникальны

и

эффективность

работы

системы

оперативного

управления

ими

 (

в

данном

исследовании

 — 

системы

SIDE) 

сильно

зависит

от

широкого

спектра

условий

и

факторов

 — 

состава

оборудования

, 

характера

его

работы

, 

географических

условий

, 

наличия

местных

производств

и

прочее

. 

Например

, 

чрезвычайно

до

-

рогие

водородные

накопители

эффективны

и

окупа

-

емы

только

для

случаев

полностью

изолированных

ЭСО

. 

В

работе

 [41] 

проведен

анализ

семи

тематических

исследований

по

созданию

ЭСО

в

Бельгии

, 

Испании

, 

Нидерландах

и

Греции

на

основе

подхода

многофак

-

торного

многокритериального

анализа

. 

Внимание

уделялось

вопросам

идентификации

заинтересо

-

ванных

сторон

, 

вариантам

ЭСО

, 

учету

местных

тре

-

бований

и

предпочтений

среди

заинтересованных

сторон

. 

Основными

целями

на

всех

объектах

иссле

-

дования

были

сокращение

выбросов

и

поддержание

функциональности

энергосистемы

при

учете

соци

-

ально

-

экономических

критериев

. 

Все

варианты

ЭСО

предусматривали

более

высокую

долю

генерации

ВИЭ

. 

Это

исследование

выявило

существование

большой

разнородности

в

вариантах

ЭСО

, 

множе

-

ственность

целей

и

субъектов

принятия

решений

. 

Важность

учета

экологических

и

социальных

кри

-

териев

была

отражена

в

работе

 [42], 

где

развитие

сообщества

микросетей

рассматривалось

в

грани

-

цах

природоохранной

территории

. 

Это

наложило

№

 3 (78) 2023

24

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ 

ЭНЕРГИЯ

ограничение

на

состав

генерирующих

источников

. 

Авторы

предложили

комплексный

подход

к

планиро

-

ванию

и

управлению

ЭСО

, 

учитывающий

социаль

-

ные

, 

экологические

и

экономические

преимущества

конкретного

расположения

такого

сообщества

. 

По

-

добный

подход

позволяет

реализовать

полный

цикл

проектных

исследований

: 

от

оценки

целесообразно

-

сти

создания

сообщества

микросетей

в

определен

-

ном

районе

 (

города

, 

удаленной

местности

, 

промыш

-

ленной

зоны

и

т

.

п

.) 

до

разработки

интеллектуальных

инструментов

оптимального

управления

режимом

уже

созданного

ЭСО

. 

Численные

результаты

были

получены

на

основе

проведенного

исследования

для

трех

поселков

туристско

-

рекреационной

зоны

Байкала

. 

Предложенная

структура

ЭСО

показала

значительную

эффективность

в

повышении

благо

-

состояния

членов

ЭСО

, 

которые

получают

от

 20% 

до

 40% 

снижения

эксплуатационных

затрат

посред

-

ством

уменьшения

показателя

 LCOE 

при

одновре

-

менном

повышении

надежности

электроснабжения

указанных

поселков

.

Многокритериальные

подходы

к

созданию

и

управлению

ЭСО

предложены

в

ряде

исследо

-

ваний

. 

В

работе

 [9] 

основное

внимание

уделяется

анализу

трех

различных

конфигураций

ЭСО

 c 

по

-

требителями

электрической

и

тепловой

энергии

. 

Особенностью

исследования

является

то

, 

что

ЭСО

представлены

в

виде

просьюмеров

. 

Для

улучшения

конфигураций

сообществ

используется

инструмент

управления

спросом

с

двумя

стратегиями

. 

Первая

стратегия

представляет

собой

программу

регули

-

рования

спроса

на

основе

изменения

цен

, 

а

вторая

стратегия

 — 

это

новая

модель

управления

спросом

, 

которая

адаптирует

спрос

на

электроэнергию

к

воз

-

можностям

местных

ВИЭ

. 

Многокритериальная

оп

-

тимизация

направлена

на

улучшение

экономических

показателей

сообщества

с

одновременной

миними

-

зацией

выбросов

 CO

2

и

стремлением

удовлетворить

потребность

в

энергии

собственными

энергоисточ

-

никами

. 

В

исследованиях

 [14, 15] 

рассмотрен

новый

тип

распределенной

энергетической

системы

, 

сочета

-

ющий

в

себе

несколько

накопителей

энергии

 (

нако

-

пление

тепла

, 

холода

и

электроэнергии

). 

Предложе

-

но

три

режима

работы

энергетической

системы

для

полного

использования

преимуществ

мультиаккуму

-

лирования

энергии

. 

Для

оптимизации

конфигурации

распределенной

энергетической

системы

и

управ

-

ления

ее

функционированием

предложен

двухэтап

-

ный

метод

. 

Многоцелевая

оптимизационная

модель

учитывает

ежегодные

выбросы

 CO

2

, 

ежегодные

сум

-

марные

затраты

и

показатель

самообеспеченности

энергией

в

ЭСО

. 

Установленные

мощности

в

сооб

-

ществе

оптимизировались

в

два

этапа

с

использо

-

ванием

генетического

алгоритма

недоминируемой

сортировки

и

 TOPSIS 

метода

. 

Результаты

примене

-

ния

подхода

показали

достижимость

существенного

снижения

ежегодных

выбросов

 CO

2

и

обеспечения

полной

независимости

от

внешней

сети

.

В

исследовании

 [43] 

выполнялось

проекти

-

рование

и

сравнение

различных

конфигураций

энергетических

систем

, 

объединенных

в

ЭСО

. 

Энергетические

системы

включали

в

свой

состав

фотоэлектрические

панели

, 

ветряные

турбины

и

на

-

копители

электроэнергии

. 

Моделирование

энерге

-

тических

систем

осуществлялось

с

использованием

программного

обеспечения

 TRNSYS, 

а

многокрите

-

риальная

оптимизация

 — 

с

использованием

гене

-

тического

алгоритма

недоминируемой

сортировки

. 

Цель

оптимизации

состояла

в

минимизации

двух

показателей

: 

импортируемой

электроэнергии

и

сум

-

марных

затрат

за

жизненный

цикл

. 

Предложенный

подход

позволил

сформировать

эффективные

конфигурации

и

определить

основные

направле

-

ния

улучшения

технических

и

экономических

по

-

казателей

. 

В

работе

 [44] 

предложен

многокрите

-

риальный

подход

к

разработке

распределенной

энергетической

системы

с

фотоэлектрическими

па

-

нелями

, 

двигателями

внутреннего

сгорания

, 

тепло

-

выми

насосами

, 

газовыми

котлами

, 

накопителями

электрической

и

тепловой

энергии

. 

Метод

энтропии

и

метод

 TOPSIS 

объединены

для

многокритериаль

-

ной

оптимизации

энергетической

системы

. 

Новый

подход

рассматривается

для

снабжения

энергией

населенных

пунктов

с

практически

нулевым

энер

-

гопотреблением

в

различных

сценариях

. 

Оптими

-

зация

проводится

с

тремя

целями

, 

направленными

на

минимизацию

затрат

и

импорта

энергии

, 

мак

-

симизацию

доли

солнечной

энергии

в

совокупной

генерации

.

В

отдельных

исследованиях

рассматриваются

подходы

только

к

многокритериальному

управлению

ЭСО

. 

Так

, 

в

исследовании

 [14, 15, 35] 

авторы

пред

-

ложили

подход

к

обеспечению

гибкости

в

сообще

-

стве

микросетей

с

помощью

программ

реагирования

на

спрос

 [18]. 

В

основанной

на

поощрении

модели

обеспечение

гибкости

возложено