Техніка та енергетика

Моделювання енергетичних балансів громади за умов збільшення енергонезалежності та скорочення викидів парникових газів

Тетяна Нечаєва, Олександр Тесленко, Віктор Троханяк, Світлана Макаревич
Завантажити статтю
Анотація

Існує необхідність розробки ефективних техніко-технологічних рішень для оптимізації використання відновлюваної енергії в комбінованих систем енергозабезпечення, що дозволить вирішити проблеми нерівномірності навантаження та стохастичності генерації, забезпечуючи енергетичну незалежність громад і мінімізуючи вплив на довкілля. Метою роботи було створити модель оптимального завантаження установок технологічної структури комбінованого енергозабезпечення громади при покритті добових графіків електричного та теплового навантаження мікроенергетичної системи. Її використання дозволило сформувати структуру річних щомісячних прогнозних балансів теплової та електричної енергії енергонезалежної громади із мінімізацією негативного впливу на довкілля для подальшого прогнозного аналізу та визначення напрямів інноваційного вдосконалення енергосистеми громади за умов запобігання змінам клімату та стійкого розвитку суспільства. Результати модельних розрахунків помісячних річних балансів теплової та електричної енергії для сформованих варіантів технологічної структури комбінованої енергетичної системи Смілянської територіальної громади засвідчили, що збільшення частки енергетичних потужностей відновлювальних джерел енергії у її структурі з 55 % до 69 % при 30 % обмеженні споживання електроенергії (імпорту) з зовнішньої електромережі приводить до скорочення викидів  парникових газів (СО2екв) при виробництві електроенергії у 3,5 рази. Загальне скорочення викидів ПГ системи комбінованого енергозабезпечення громади склало 42 %. Зростання частки зеленої генерації у технологічній структурі комбінованого енергозабезпечення громади обумовило надлишок в локальної мережі електроенергії, частка якої від загального річного споживання громади для варіанту з найбільшим обсягом впровадження зеленої генерації склало 2,5 %. Результати дослідження показали, що забезпечення відповідності генерації відновлюваних джерел енергії змінному навантаженню локальної мережі потребувало подальшого врахування можливості використання акумуляційних систем накопичення енергії для перенесення надлишків електроенергії або технологій її перетворення на теплову енергію. Це дозволило б заміщувати відповідні обсяги теплової генерації від котлів на природному газі, сприяючи підвищенню енергонезалежності громади та скороченню викидів парникових газів

Ключові слова

модель математичного програмування, добовий графік навантаження, технологічна структура, баланс енергії, комбінована система енергозабезпечення, енергонезалежна громада

ЦИТУВАТИ
Nechaieva, T., Teslenko, O., Trokhaniak, V., & Makarevych, S. (2025). Modelling the energy balances community under conditions increasing energy independence and reducing greenhouse gas emissions. Machinery & Energetics, 16(1), 104-116. https://doi.org/10.31548/machinery/1.2025.104
Використані джерела

[1] Abdou, I., & Tkiouat, M. (2018). Unit commitment problem in electrical power system: A literature review. International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), 8(3), article number 1357. doi: 10.11591/ijece.v8i3.pp1357-1372.

[2] Akinyele, D., Amole, A., Olabode, E., Olusesi, A., & Ajewole, T. (2021). Simulation and analysis approaches to microgrid systems design: Emerging trends and sustainability framework application. Sustainability, 13(20), article number 11299. doi:10.3390/su132011299.

[3] Alzahrani, A., Ferdowsi, M., Shamsi, P., & Dagli, C.H. (2017). Modeling and simulation of microgrid. Procedia Computer Science, 114, 392-400. doi:10.1016/j.procs.2017.09.053.

[4] Babak, V., & Kulyk, M. (2023). Increasing the efficiency and security of integrated power system operation through heat supply electrification in Ukraine. Science and Innovation, 19(5), 100-116. doi: 10.15407/scine19.05.100.

[5] Derii, V., Nechaieva, T., & Leshchenko, I. (2023). Assessment of the effect of structural changes in Ukraine’s district heating on the greenhouse gas emissions. Science and Innovation, 19(4), 57-65. doi: 10.15407/scine19.04.057.

[6] Deshmukh, M.K., & Deshmukh, S.S. (2008). Modeling of hybrid renewable energy systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12(1), 235-249. doi: 10.1016/j.rser.2006.07.011.

[7] Explore Renewable Energy Potential Around the World. (n.d.). Retrieved from https://www.re-explorer.org/.

[8] Freeman, J., Jorgenson, J., Gilman, P., & Ferguson, T. (2014). Reference manual for the system advisor model’s wind power performance model. Golden: National Renewable Energy Laboratory.

[9] Gilman, P. (2015). SAM photovoltaic model technical reference. Golden: National Renewable Energy Laboratory.

[10] Gupta, A., Saini, R.P., & Sharma, M.P. (2011). Modelling of hybrid energy system – part I: Problem formulation and model development. Renewable Energy, 36(2), 459-465. doi:10.1016/j.renene.2010.06.035.

[11] Hotra, O., Kulyk, M., Babak, V., Kovtun, S., Zgurovets, O., Mroczka, J., & Kisała, P. (2023). Organisation of the structure and functioning of self-sufficient distributed power generation. Energies, 17(1), article number 27. doi: 10.3390/en17010027.

[12] Kaplun, V. (2023). Principles of resource-process modeling of territorial communities combined energy supply in the climate change prevention context. System Research in Energy, 4(75), 55-64. doi: 10.15407/srenergy2023.04.055.

[13] Knueven, B., Ostrowski, J., & Watson, J.-P. (2020). On mixed-integer programming formulations for the unit commitment problem. INFORMS Journal on Computing, 32(4), 857-876. doi: 10.1287/ijoc.2019.0944.

[14] Kostenko, G., & Zaporozhets, A. (2023). Enhancing of the power system resilience through the application of micro power systems (microgrid) with renewable distributed generation. System Research in Energy, 3(74), 25-38. doi: 10.15407/srenergy2023.03.025.

[15] Montero, L., Bello, A., & Reneses, J. (2022). A review on the unit commitment problem: Approaches, techniques, and resolution methods. Energies, 15(4), article number 1296. doi: 10.3390/en15041296.

[16] Nate, B., DiOrio, N., Freeman, J., Gilman, P., Janzou, S., Neises, T., & Wagner, M. (2018). System Advisor Model (SAM) general description (version 2017.9.5). Golden: National Renewable Energy Laboratory.

[17] Nechaieva, T.P. (2021). Modeling of flexible nuclear power unit operational modes in the mathematical model of the Ukraine’s power system daily electric load profile dispatching. The Problems of General Energy, 1(64), 29-37. doi: 10.15407/pge2021.01.029.

[18] Order of the Cabinet of Ministers of Ukraine No. 587-р. “On the Approval of the National Energy and Climate Plan for the Period Up to 2030”. (2024, June). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/587-2024-р#Text.

[19] Order of the Cabinet of Ministers of Ukraine No. 713-р “On the Approval of the Strategy for the Development of Distributed Generation for the Period until 2035 and the Approval of the Operational Plan of Measures for Its Implementation in 2024-2026”. (2024, Juiy). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/713-2024-р#Text.

[20] Order of the Cabinet of Ministers of Ukraine No. 373-p “On the Approval of the Energy Strategy of Ukraine for the Period until 2050”. (2023, April). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/373-2023-р#Text .

[21] Order of the Cabinet of Ministers of Ukraine No. 761-р “On the Approval of the National Renewable Energy Action Plan for the Period Up to 2030 and the Plan of Measures for Its Implementation”. (2024, August). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/761-2024-р#Text.

[22] Shulzhenko, S.V., Turutikov, O.I., & Ivanenko, N.P. (2020). Mixed-integer linear programming mathematical model for founding the optimal dispatch plan of Ukrainian thermal power plants’ units and hydro pumping storages stations’ units for balancing daily load profile of power system of Ukraine. The Problems of General Energy, 1(60), 14-23. doi: 10.15407/pge2020.01.014.

[23] Smila city territorial community. (n.d.). Retrieved from https://www.rayrada.ck.ua/8-silski-rady/5605-smilianska-miska-terytorialna-hromada.html.

[24] Suresh, V., Muralidhar, M., & Kiranmayi, R. (2020). Modelling and optimization of an off-grid hybrid renewable energy system for electrification in a rural areas. Energy Reports, 6, 594-604. doi: 10.1016/j.egyr.2020.01.013.

[25] Teslenko, O.I. (2024). Energy potential of distributed generation at powerful boiler houses of Ukraine in conditions of military aggression. Energy Technologies & Resource Saving, 78(1), 47-59. doi: 10.33070/etars.1.2024.04.

[26] Varetsky, Y., & Hanzelka, Z. (2015). Modeling hybrid renewable energy system for micro grid. Renewable Energy and Power Quality Journal, 10(13), 429-432. doi:10.24084/repqj13.347.

[27] World weather. (n.d.). Retrieved from https://globalmeteo.com/.