Наукові досягнення та розробки
Найбільш вагомі результати (2025 рік)
В Інституті загальної енергетики НАН України розроблено математичну модель функціонування розподіленої генерації вітрових та сонячних електростанцій із установками зберігання енергії, яка на основі миттєвих значень потужності забезпечує визначення енергії генерації, зарядно-розрядних процесів, техніко-економічних показників та дозволяє встановити умови досяжності режимів самодостатності. Моделювання перехідних режимів в системі «вітрова електростанція-установка зберігання енергії» показало, що застосування установки зберігання енергії з потужністю, еквівалентною потужності вітрової електростанції, у поєднанні з адаптивними регуляторами забезпечує дотримання нормативних вимог до відхилення частоти та активної потужності в об’єднаній енергосистемі. Це сприятиме підвищенню енергетичної безпеки та обороноздатності держави, стійкому функціонуванню критичної інфраструктури у воєнний та повоєнний періоди.
Розроблено дворівневу систему математичних моделей прогнозування довгострокового розвитку об’єднаної енергосистеми та систем теплопостачання. На верхньому рівні системи застосовано удосконалену математичну модель прогнозування довгострокового розвитку структури генеруючих потужностей об’єднаної енергосистеми та систем теплопостачання для збалансованого покриття попиту на електричну та теплову енергію з використанням технологій комбінованого виробництва та Power-to-Heat. На нижньому рівні застосовано удосконалену модель оптимізації завантаження потужностей енергосистем з урахуванням використання установок зберігання енергії та технологій Power-to-Heat. Це забезпечує їх балансову надійність та утилізацію надлишкових обсягів генерації відновлюваних джерел енергії зі спільним покриттям попиту на електричну та теплову енергію на кожному році прогнозного періоду.
Розроблено програмно-інформаційний комплекс «GreenPowerAtlas» для автоматизованого збору та опрацювання супутникових метеоданих (швидкість вітру, інсоляція, хмарність, опади, температура та інше) з використанням базових масивів The POWER (NASA) та адаптивного інтерфейсу. Це дозволило розвинути методологію оперативного просторово-часового оцінювання потенціалу генерації вітрових і сонячних електростанцій для потреб проєктування розподіленої генерації та підвищення стійкості енергосистеми в умовах критичних навантажень.
Розроблено спосіб узгодженого поєднання систем удосконалених математичних моделей загального енергетичного балансу, оптимального завантаження енергоблоків об’єднаної енергосистеми та трансформації вугільної промисловості, який дозволив побудувати ситуативні енергетичні баланси за умов значних руйнувань в енергетиці та змін в економіці. Сформовано напрями енергозабезпечення країни до 2030 року, що передбачають оптимізацію структури вуглевидобувних підприємств, визначення необхідних джерел та обсягів імпортування вугільної продукції, відновлення теплових електростанцій для покриття критично необхідних навантажень об’єднаної енергосистеми, поступову заміну вугільних енергоблоків високоманевровими газовими потужностями та установками зберігання енергії.
Проведено техніко-економічний аналіз варіантів побудови вторинних систем автоматичного регулювання частоти та потужності, який показав, що використання установок зберігання енергії як регулятора дозволить створити систему відповідно вимогам ENTSO-E, зменшити завдяки високій швидкодії установок зберігання енергії час компенсації небалансів в енергосистемі, ефективно використовувати потужність регулятора, підвищити якість регулювання частоти та надійність роботи енергосистеми в цілому.
Розвинуто метод оцінювання кутових розподілів шкідливих речовин в околі об’єктів енергетики, який ґрунтується на поєднанні методу оберненої функції генерації випадкових кутів із заданим розподілом та методу тригонометричних моментів для отримання емпіричних розподілів за вибірковими даними випадкових кутів. Це дозволило оцінити щільність ймовірності концентрації забруднюючих речовин у полярних координатах за даними сенсорів та запропонувати структуру системи моніторингу на основі гібридної архітектури з використанням штучного інтелекту, що відповідає кращим світовим аналогам.
Розроблено метод ультразвукового неруйнівного контролю на основі магнітострикційного ефекту, який полягає в збудженні напівсферичної поверхневої хвилі та скануванні досліджуваної поверхні точковим приймачем – малоапертурним магнітострикційним сенсором, що перетворює акустичний сигнал в електричний, за параметрами якого визначається розподіл акустичного тиску для виявлення дефектів, їх виду та розташування. Метод не потребує спеціальної підготовки поверхні досліджуваних об’єктів та використання імерсійних рідин для забезпечення акустичного контакту, реалізує контроль поверхонь зі значним радіусом кривизни. Може бути застосований для контролю робочих лопатей газотурбінних двигунів, лонжеронів лопатей літальних апаратів, клепаних з’єднань та тонкостінних елементів несучих конструкцій.
Найбільш вагомі результати фундаментальних і прикладних досліджень Інституту загальної енергетики НАН України:
2024
Вперше запропоновано спосіб використання енергії ВЕС і СЕС, що полягає у застосуванні власної енергії цих електростанцій для стабілізації частоти і потужності в енергосистемі без залучення зовнішніх джерел генерації. У цьому способі використано системи акумулювання для накопичення електричної енергії у визначеній пропорції, що забезпечує функціонування ВЕС і СЕС у режимі самодостатності та дозволяє одночасно вирішити ряд проблем державного значення: здійснювати у повному обсязі оплату вартості електроенергії, виробленої цими електростанціями; перевести енергоринок України зі стану прихованого банкрутства у стан рентабельності; зменшити витрати на стабілізацію частоти і потужності. Реалізація запропонованого способу дає змогу енергоринку України уникнути збитків обсягом до 16 млрд дол. США щорічно; вивільнити більше 30 млн т вугільної продукції, призначеної для резервних ТЕС; знизити викиди парникових газів, що у сукупності стане вагомим внеском у енергетичну, економічну та екологічну безпеку країни.
Вперше в Україні створено систему математичних моделей дослідження локальних енергосистем, які базуються на установках низьковуглецевої розподіленої генерації, що використовує принципи оптимальної диспетчеризації установок енергосистеми при формуванні їх складу та завантаження. Це дає змогу визначити необхідну потужність ВЕС та СЕС для задоволення потреб в електроенергії локальної енергосистеми за умови дотримання балансової надійності, провести оцінку економічної доцільності впровадження джерел розподіленої генерації в локальних енерговузлах при їх функціонуванні у синхронному та ізольованому режимах.
Вперше розроблено модель енергозабезпечення країни, що відрізняється деталізованим та узгодженим поданням технологічних способів електроенергетичного та вугільного секторів з урахуванням рівнів завантаження встановлених потужностей ОЕС України. Модель призначена для розрахунку енергобалансів країни на короткотермінову перспективу в критичних ситуаціях, наприклад в умовах воєнного часу, та дозволяє прогнозувати напрями узгодженої трансформації галузей енергетики, зокрема закриття збиткових вугільних підприємств при забезпеченні потреби економіки в електроенергії та вугільній продукції.
Вперше обґрунтовано використання дискретного перетворення Гільберта як основи реалізації програмно-вимірювальних комплексів опрацювання сигналів, що дозволяє збільшити інформативність систем моніторингу в енергетиці. Використання цього перетворення для ідентифікації та моніторингу показників якості електроенергії у мережах загальної призначеності дає змогу визначити нові детерміновані та статистичні характеристики для формування баз даних, що описують стан енергетичного обладнання та параметри якості електроенергії і динаміку їх зміни.
Вперше в Україні запропоновано напрями декарбонізації електроенергетики та енергоємних галузей промисловості, зокрема чорної металургії, виробництв аміаку та цементу, відповідно до вимог вітчизняної екологічної політики та міжнародних зобов’язань країни, що враховують технічний стан, наявні встановлені потужності промисловості та електроенергетики, дефіцит електроенергії та перспективи повоєнного відновлення. Це дає змогу оцінити досяжні обсяги зниження викидів парникових газів, необхідні інвестиції для впровадження заходів і технологій декарбонізації, вуглецеємність електроенергії та енергоємної промислової продукції, зміни потреби в паливно-енергетичних ресурсах і сировині.
Вперше розроблено оптимізаційну модель визначення встановленої потужності ВДЕ-електростанцій та систем акумулювання енергії для забезпечення електроенергією споживачів в децентралізованих мережах, що базується на використанні ретроспективних даних стосовно обсягів вироблення/споживання електроенергії. Цільовою функцією моделі є мінімізація середньозваженої собівартості електроенергії, що враховує вартість її виробництва та зберігання. Це дозволяє мінімізувати вартість технологічних структур систем електроживлення з полігенерацією та підвищити ефективність використання енергетичного обладнання.
2023
В Інституті загальної енергетики НАН України вперше запропоновано напрями підвищення ефективності функціонування об’єднаної енергосистеми на базі нової структури надвеликої електротеплової системи шляхом електрифікації теплопостачання з використанням енергії автономних відновлюваних джерел. Це дає змогу вирішити проблему стабілізації частоти в об’єднаній енергосистемі та гарантувати фінансову стабільність функціонування енергоринку України.
Розвинуто теорію системних досліджень в енергетиці, зокрема вперше запропоновано нову концепцію процесу досліджень: об’єкт – енергія – інформація/сигнал – модель – міра – метод/алгоритм – програма–результат. Концепція, на відміну від існуючих, уможливлює проведення цілісного комплексу теоретичних, імітаційних та експериментальних досліджень функціонування об’єктів енергетики за напрямами: технічна система, що включає підсистеми вимірювання, контролю, діагностики, моніторингу та ідентифікації стану; продукція для енергетичних ринків; екологічний стан довкілля.
Вперше в Україні розроблено математичну модель реструктуризації вугільної промисловості на основі багатофакторних критеріїв ефективності функціонування вуглевидобувних підприємств, яка відрізняється від відомих одночасним урахуванням показників перспективності шахт, потреби країни на вугільну продукцію необхідних марок та обмежень низьковуглецевих сценаріїв розвитку економіки. Математичну модель інтегровано до системи моделей взаємоузгодженої трансформації секторів паливно-енергетичного комплексу, що дозволило виконати дослідження сценаріїв реструктуризації вугільної галузі в процесі переходу економіки до низьковуглецевого розвитку.
Розвинуто методологію дослідження повітропроникності будівель та мікроклімату приміщень. Зокрема, удосконалено: алгоритм розрахунку теплових втрат будівлі із врахуванням інфільтраційних тепловтрат багатошарових стінових конструкцій, уточнено коефіцієнти тепловіддачі на внутрішній і зовнішній поверхнях від зміни гідродинамічних і теплових характеристик повітряного середовища; метод контролю теплового опору із застосуванням CFD моделі сегмента конструкції оболонки будівлі. Це дозволило знизити вплив інструментальних факторів на процес дослідження з урахуванням кондуктивного та конвективно-радіаційного теплообміну.
2022
В Інституті загальної енергетики НАН України розвинуто теоретичні засади об’єктно-орієнтованої ідентифікації явищ, процесів і об’єктів, що базується на дослідженнях інформаційного ресурсу – характеристик шумових полів, які утворюються об’єктами енергетики. Вперше в світі запропоновано конструктивні моделі шумових сигналів об’єктів енергетики, які враховують ретроспективну і поточну інформацію про стан об’єкта та відображають його життєвий цикл. Застосування конструктивних моделей шумових сигналів відкриває можливості аналізування поточного стану об’єкта енергетики, включаючи моніторинг викидів в атмосферу та використання цієї інформації для прогнозування подальшого його функціонування. Це відповідає кращим світовим аналогам і використовуватиметься в енергетиці та в процесі контролю техногенно-небезпечних об’єктів.
Вперше у світі теоретично обґрунтовано і експериментально доведено доцільність використання вітрових і сонячних електростанцій сумісно з резервними традиційними електростанціями для покриття графіків електричних навантажень енергосистеми, що підвищить їх енергоекономічні показники та прибутковість українського енергоринку. З використанням цифрового моделювання встановлено, що без застосування запропонованого підходу втрачені прибутки енергоринку України становили у 2021 році біля 3 млрд доларів США. Очікувані додаткові прибутки енергоринку України на рівні 2030 року згідно зроблених оцінок становитимуть близько 6 млрд доларів США.
Уперше розроблено новий метод діагностування елементів складних енергетичних об’єктів, з використанням алгоритмів глибинного навчання штучних нейронних мереж, що відкриває шлях до створення ефективної, керованої даними системи діагностування енергетичного обладнання з можливістю опрацьовувати події, які сталися тисячі дискретних часових кроків тому, і запам’ятати їх, що в свою чергу дозволяє підвищити точність прогнозування надійності та оцінки залишкового ресурсу обладнання. Практична цінність отриманих результатів полягає у розробленні алгоритму функціонування комп’ютеризованої системи контролю процесу спалювання палива із ступінчастою корекцією формування повітряно-паливної суміші за сигналами зворотного зв’язку від сенсора кисню, що дало змогу підтримувати коефіцієнт надлишку повітря у відхідних газах в необхідному діапазоні та досягти зменшення утворення шкідливих викидів. Запропоновано структуру системи керування та контролю процесу спалювання палива, що базується на застосуванні широкосмугового сенсора кисню та частотно-регульованого електропривода вентилятора дуття, що дозволило забезпечити ефективне спалювання палива в котлоагрегаті шляхом підтримання стехіометричної повітряно-паливної суміші зі зменшенням утворення шкідливих викидів та рекомендувати впровадження в практику модернізації котлоагрегатів.
Вперше в Україні запропонована модель математичного програмування навантаження потужностей генерування електричної та теплової енергії, в якій одночасно забезпечується виконання двох балансів виробництва-споживання – електричної та теплової енергії відповідно до графіків споживання кожної доби року та оптимізується використання електричних теплогенераторів, які споживають електричну енергію з урахуванням графіка електричного навантаження та відпускають теплову енергію відповідно до потреб абонентів, підключених до системи централізованого теплопостачання. Це дозволяє вирівняти графіки електричних навантажень і уникнути тимчасових зупинок теплових електростанцій у нічні години доби, що суттєво покращує умови їх експлуатації. Результати впроваджено в «НЕК «Укренерго» за господарчим договором від 28.09.2022 №1916.
Вперше в Україні створено стійкий до зростаючих обмежень щодо повноти інформаційного забезпечення програмно-інформаційний засіб прогнозування національного енергетичного балансу, який поєднує можливості статистичного і технологічного підходів до визначення коефіцієнтів матриці випуску-витрат Леонтьєва, що дозволить визначати оптимальні обсяги енергозабезпечення енергетичних підсистем та об’єктів, окремих виробничих процесів з різних джерел постачання, контролювати використання паливно-енергетичних ресурсів. Розроблений програмно-інформаційний засіб використовуватиметься при вирішенні задачі формування «Річного прогнозного паливно-енергетичного балансу», який розробляє Мінекономіки України.
Вперше в Україні розроблений новий методичний підхід щодо визначення прогнозних обсягів впровадження на регіональному рівні теплонасосних станцій у системах централізованого теплопостачання, з використанням якої визначено склад та оцінено потенціал джерел низькопотенційної теплоти. Передано рекомендації для Державного агентства з енергоефективності та енергозбереження України щодо напрямів і прогнозних обсягів застосування теплонасосних установок в регіональних системах теплопостачання України. Запропонований методичний підхід дозволить для кожної області визначити економічно-доступний енергетичний потенціал запровадження теплонасосних станцій у період повоєнного відновлення України.
Запропоновано модель моніторингу та ідентифікації об’єктів енергетики, в якій споживачі енергоресурсів представлені як стохастичне просторово-часове середовище енергоспоживання, а інтенсивності інформаційних параметрів забруднення повітря в просторі і часі – як n-вимірне випадкове поле. Узагальнено ієрархічний алгоритм моніторингу забруднення повітря об’єктами енергетики з визначенням ієрархічних рівнів інформації, що формуються інформаційного-аналітичними центрами, та доступу до цієї інформації різних типів користувачів, передбачено зворотний зв’язок від центрів прийняття рішень, що впливають на функціонування об’єктів контролю та регулювання кількості забруднюючих речовин, що надходить у повітря. Це відповідає кращим світовим аналогам і використовуватиметься в процесі моніторингу об’єктів в енергетиці.
Вперше у світі на базі теорії нечітких множин розроблено багаторівневу модель циркуляційно-узгодженої сервіс-домінантної трансформації структури гібридної енергетичної системи, сформовано систему відповідних рівнянь та запропоновано організаційний механізм взаємодії учасників ринку енергосервісних послуг з ринками енергії та палива. Використання багаторівневої моделі дозволить визначати структуру та обсяги оптимальних енергоресурсів в процесі трансформації енергетичної системи та напрями залучення транскордонної допомоги. Це відповідає світовому рівню і використовуватиметься при трансформації паливно-енергетичного комплексу в умовах повоєнного відновлення країни.
2021
Вперше розроблені та всебічно досліджені в теорії міжгалузевого балансу цінова модель і модель індексів цін, які на відміну від цінової моделі Леонтьєва та інших відомих цінових моделей побудовані на принципово інших засадах, а саме вони сформовані не на балансі витрат, а на балансі випусків у комплексі математичних засобів Input-Output (IO). У результаті запропоновані нові цінові моделі IO позбавлені методичних похибок, які (похибки) при реалістичних вихідних даних для відомих цінових моделей IO сягають десятків відсотків і навіть більше.
Розроблено і розвинуто математичні моделі дослідження процесів регулювання частоти і потужності в об’єднаних енергосистемах (ОЕС), до складу яких входять потужні вітрові (ВЕС) та сонячні (СЕС) електростанції, шляхом введення залежностей, що описують роботу швидкодіючих генераторів-регуляторів різних типів, зокрема акумуляторних батарей (АБ). В математичній моделі на відміну від існуючих розроблено та використано нові закони регулювання частоти в енергосистемах з ВЕС та СЕС. Встановлено, що поєднання в законі двох складових, а саме, адаптивної та пропорційно-диференційно-інтегральної надає якісно кращі результати із забезпечення точності по частоті та стійкості системи регулювання. Знайдено оптимальне відношення між цими складовими, що забезпечує максимальний регулюючий ефект. Окрім того, був розроблений додатковий (інтервальний) закон адаптивного регулювання, який у поєднанні із іншими складовими надає можливість зменшити необхідні потужності регулюючих АБ на 20%. Експериментально доведено, що залучення АБ та ГЕС для стабілізації режимів роботи ОЕС зі значними обсягами потужностей ВЕС та СЕС забезпечує у базовій зоні графіка електричних навантажень (ГЕН) стабільну частоту, що відповідає не тільки стандарту для ОЕС України (50 ± 0,2 Гц), але навіть перевищує вимоги ОЕС Євросоюзу ENTSO-E (50 ± 0,02 Гц). Більш того, згідно виконаних досліджень комплекси ВЕС, СЕС та АБ разом із ГЕС забезпечують можливість стабільної по частоті та потужності роботи ОЕС не тільки у базовій, але навіть у напівпіковій і піковій зонах ГЕН. Це значно підвищує конкурентоздатність зазначених комплексів.
Виконано важливе дослідження щодо впливу закону про зелений тариф на функціонування ОЕС та економіку України в цілому. Показано, що преференції, які надаються згідно цього закону власникам ВЕС та СЕС є вищими за ті, які будь-коли надавались у Євросоюзі. Проведені розрахунки демонструють, що витрати споживачів електроенергії на її виробництво вітровими та сонячними електростанціями загальною потужністю біля 12 ГВт протягом одного року будуть на порядок більшими за витрати на аналогічний обсяг енергії, що може забезпечити традиційна енергетика. При цьому різниця у витратах перевищує 3 млрд дол. США, що є збитками для споживачів. Такі втрати не зможе витримати ринок електроенергії України, який є єдиним покупцем електроенергії у власників ВЕС та СЕС. Навіть зараз, коли сумарна встановлена потужність ВЕС та СЕС становить біля 8 ГВт, енергоринок України самостійно не може розраховуватись за електроенергію цих електростанцій. НЕК «Укренерго» видало дозволів на будівництво ВЕС та СЕС загальним обсягом біля 18 ГВт. Тому їх встановлена потужність розміром 12 ГВт буде досягнута вже за наступні 1–2 роки, і тоді ринок електроенергії збанкротує, а перед економікою України реальною стане загроза дефолту. Для запобігання цьому явищу потрібно терміново прийняти зміни до закону про зелений тариф, і першим кроком повинна стати відміна в ньому архаїчного і кабального принципу «бери або плати».
Вперше розроблено модель математичного програмування з цілочисловими змінними визначення структури та обсягів розвитку традиційної і відновлюваної енергетики при виконанні міжнародних екологічних угод та безпекових обмежень, яка за своєю функціональністю відповідає кращим світовим аналогам, деякі з яких наразі використовуються операторами систем передачі ENTSO-E. На відміну від аналогів, модель більш детально враховує структуру генеруючих потужностей України, їх техніко-економічні і фізико-технічні показники та усталені притаманні ОЕС України характерні режими експлуатації електростанцій. Універсальність алгоритмів, що реалізовані в моделі дозволяють її застосування для широкого кола досліджень, зокрема, з оптимізації режимів навантаження генеруючих потужностей енергосистеми на короткотермінову перспективу, формування балансів електроенергії України на наступний рік або середньострокову перспективу, як складової досліджень з розроблення стратегічних документів, наприклад, Енергетичної стратегії України до 2050 року і інших. З використанням моделі здійснено формування структури генеруючих потужностей ОЕС України до 2040 року, яка забезпечує збереження в роботі існуючих енергоблоків атомних електростанцій, а також інтеграцію близько 18 ГВт встановленої потужності ВЕС та СЕС із дотриманням принципів балансової надійності енергосистеми.
Вперше розроблено математичну модель оптимізації забезпечення вугільною продукцією економіки країни, в якій враховано вугільну продукцію не тільки для потреб енергетики, а й для інших споживачів за видами економічної діяльності та населення. На відміну від відомих, модель поєднує детальне врахування техніко-економічних показників технологічного обладнання шахт і збагачувальних фабрик з алгоритмами узгодження потоків всіх видів вугільної продукції, що надало можливість прогнозувати структуру готової вугільної продукції із забезпеченням необхідних показників її якості у технологічному ланцюгу «шахта – збагачувальна фабрика – споживач». Із застосуванням програмної реалізації моделі розроблено прогнозну структуру вугільної продукції для електроенергетики та загальний баланс вугільної продукції в економіці України за сценаріями розвитку вугільної галузі на період до 2040 року, згідно яких максимального видобутку вугілля за оптимістичним сценарієм, – 61 млн т, буде досягнуто у 2035 році, за базовим і песимістичним – 46 млн т і 41 млн т, відповідно, буде досягнуто у 2030 році.
Удосконалена методика визначення повної енергоємності продукції для багатопродуктових виробництв, яка на відміну від існуючої включає кілька видів енергоємності на різних ієрархічних рівнях: пряму – на рівні технологічного агрегату або цеху; технологічну – на рівні технологічного ланцюга виробництва продукції у цеху чи групі цехів; повну заводську, що включає, крім технологічної енергоємності, енергоємність основних виробничих фондів, трудовитрат, внутрішньозаводських перевезень; повну енергоємність продукції, яка до повної заводської енергоємності включає енергоємність видобування та транспортування сировини до підприємства. Удосконалено методику визначення прямої енергоємності продукції з доповненням алгоритмів визначення енергоємності теплових та вторинних енергоресурсів надлишкового тиску й введенням коефіцієнта розподілу спільних енерговитрат у багатопродуктових виробництвах. Розроблено новий алгоритм визначення повної енергоємності трудовитрат, який на відміну від попереднього, враховує статті доходів населення, а також удосконалено алгоритм повної енергоємності основних виробничих фондів. Розроблено проєкт змін та доповнень до ДСТУ 3682-98 «Енергозбереження. Методика визначення повної енергоємності продукції, робіт та послуг». За удосконаленою методикою визначено показники повної енергоємності продукції чорної металургії, коксохімії, сумісного виробництва теплової та електричної енергії на ТЕЦ, первинної переробки нафти до 2040 року. Результати роботи розглянуто на засіданні ТК 48 «Енергозбереження» та рекомендовано включити виконану роботу до Програми з національної стандартизації на 2022 рік та надати до ДП «УкрНДНЦ».
З метою дослідження умов виконання зобов’язань, які взяла на себе Україна, приєднавшись до Глобальної ініціативи зі скорочення викидів метану (скоротити до 2030 року викиди метану на 30% від рівня 2020 року) вперше в Україні розроблено прогнози викидів метану від галузей паливно-енергетичного комплексу до 2040 року. Визначено, що у вугільній промисловості досягнення зазначеного скорочення викидів метану можливе лише за умови збільшення уловлювання та утилізації метану від вугільних шахт із нинішніх 10,3% до 21–52% для різних сценаріїв розвитку галузі. Визначено, що у газовій промисловості досягнення зазначеного скорочення викидів метану до 2030 р. можливе лише за умови не тільки впровадження заходів з їх скорочення, але й розроблення національних методик оцінки викидів метану та використання національних коефіцієнтів при формуванні Національного кадастру антропогенних викидів з джерел та абсорбції поглиначами парникових газів.
2020
Розвинуто моделі дослідження процесів регулювання частоти і потужності в об’єднаних енергосистемах, до складу яких входять вітрові та сонячні електростанції, шляхом використання в моделях розроблених нових адаптивних законів регулювання частоти і потужності. Визначено, що поєднання в законі двох складових, а саме, адаптивної та пропорційно-диференційно-інтегральної, надає якісно кращі результати із забезпечення точності по частоті та стійкості системи регулювання. Знайдено оптимальне відношення між цими складовими, що забезпечує максимальний регулюючий ефект. Отримані нові закони регулювання було внесено в розроблений програмно-інформаційний комплекс «Частота-М», що дало змогу провести дослідження з визначення умов та обсягів використання вітрових і сонячних електростанцій у складі ОЕС, а також необхідної кількості регуляторів для забезпечення стабільної роботи енергосистеми. Визначено, що для забезпечення європейських вимог стабільності частоти в ОЕС, у разі використання швидкодіючих регуляторів на базі акумуляторних батарей, їх потужність повинна бути не меншою за розмах сумарної потужності ВЕС та СЕС. Недостатня потужність регулятора призводить до погіршення якості регуляції частоти, що швидко падає зі зменшенням потужності регулятора в порівнянні зі зміною потужності ВЕС.
Розроблено нову математичну модель спільної роботи сонячної фотоелектричної станції і акумуляційної системи накопичення електроенергії для забезпечення підтримки стабільності відпуску електроенергії за змінних погодних умов (мінливої хмарності). Така гібридна система (СЕС та система накопичення електроенергії, зокрема, акумуляторна батарея) дозволяє реалізувати режим експлуатації з перенесенням частки обсягів «надлишків» згенерованої СЕС електроенергії протягом годин максимальної інсоляції, що потенційно може створювати загрозу балансової надійності ОЕС України, у вечірній період пікових навантажень ОЕС. Модельні розрахунки показали, що для СЕС потужністю 10 МВт використання накопичувача ємністю 3,0 МВт·год дозволяє перенести приблизно 4,5% «надлишкової» електроенергії.
Удосконалено математичну модель оцінки показника середньозваженої собівартості теплової енергії за життєвий цикл, в якій, зокрема, детально враховуються витрати на електроенергію як основного енергоносія для виробництва тепла та на під’єднання до електромережі, що є обов’язковим для електрокотлів та теплонасосних установок. Розрахунки засвідчили, що для електрокотлів потужністю 0,54–50 МВт(е), за умов встановлення для них закупівельного тарифу на електроенергію на рівні меншому 50% від середнього в ОЕС України, забезпечується конкурентоздатність на існуючому ринку теплової енергії в системах теплопостачання України.
Розроблено нову математичну модель оптимізації виробничих потужностей вугільної галузі відповідно до потреб в енергетичному вугіллі теплових електростанцій ОЕС України. В моделі, на відміну від існуючих, детально враховано техніко-економічні показники технологічного обладнання шахт, вуглезбагачувальних фабрик та відповідні алгоритми взаємоузгодження потоків палива, що дозволило прогнозувати структуру готової вугільної продукції із забезпеченням показників її якості на всіх ділянках виробництва «шахта–фабрика–ТЕС», а також зменшення викидів в атмосферу шкідливих речовин від спалювання вугілля на ТЕС.
Удосконалено економіко-математичну модель оптимізації розвитку видобувного сектора вугільної промисловості України, призначену для визначення варіантів переобладнання лав вуглевидобувних підприємств, яка вперше враховує не тільки можливості концентрації виробництва на обраній підмножині лав і конкурентоздатність вугільної продукції, а й обсяги виділення шахтного метану, необхідні виробничі потужності обладнання для його утилізації, обсяги капітальних витрат на таке обладнання, а також якість видобутого вугілля. Програмна реалізація моделі дозволила розробити сценарії розвитку вугільної галузі та прогнози скорочення викидів шахтного метану на період до 2050 року, визначити ефективні технології та оптимальну комплектацію очисних комплексів для переоснащення шахт за умови досягнення ними максимальних обсягів виробництва та забезпечення екологічної безпеки.
Набула подальшого розвитку модель математичного програмування з цілочисельними змінними «Диспетчеризації генеруючих потужностей при покритті графіків електричних навантажень ОЕС України». Вперше розроблено та запроваджено в моделі математичні рівняння щодо дотримання необхідних обсягів вторинних резервів в ОЕС України, зокрема, відповідно до вимог Кодексу системи передачі. Застосування запропонованих рівнянь дозволяє забезпечити вторинні резерви в необхідних обсягах для кожної години добового графіка електричних навантажень, що є критичним за умови участі в покритті графіків електричних навантажень існуючих неманеврових потужних АЕС. Запропоновані удосконалення дозволяють окремо враховувати рівні необхідних вторинних резервів як на завантаження, так і на розвантаження, які задаються екзогенно для кожного енероблоку та/або гідроагрегату із врахуванням їх фізико-технічних показників, зокрема, швидкості зміни потужності.