Найбільш вагомі результати фундаментальних і
прикладних досліджень Інституту загальної енергетики НАН України, які отримані у 2024 році

Розвинуто методологію аналізу і управління динамічними процесами сумісного функціонування в об’єднаній енергосистемі (ОЕС) відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) та електричних теплогенераторів. Вперше розроблено математичну модель стабілізації частоти і потужності в перехідних процесах ОЕС із сонячними (СЕС) та вітровими (ВЕС) електростанціями, що передбачає нелінійні обмеження на швидкість набору потужності генератора-регулятора, деградацію установок зберігання енергії, рівень їх потужності та зону нечутливості. Це дозволяє забезпечити нормативні вимоги щодо стабільності частоти і потужності систем передачі й розподілу електричної енергії, безпечне і надійне функціонування ОЕС з ВДЕ негарантованої потужності та встановити фактори збитковості енергоринку (акад. НАН України Віталій Бабак, акад. НАН України Михайло Кулик, Артур Запорожець).

1. 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 (акад. НАН України Віталій Бабак, акад. НАН України Михайло Кулик, Артур Запорожець).
2. 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 (Тетяна Нечаєва, Віктор Денисов, Ігор Буратинський).
3. 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 (чл.-кор. НАН України Олександр Новосельцев, Микола Каплін, Віталій Макаров, Євген Щербина).
4. 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 (акад. НАН України Віталій Бабак, Світлана Ковтун, Юрій Куц).
5. 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 (Валентина Станиціна, Тетяна Нечаєва, Наталія Іваненко, Георгій Куц, Олександр Тесленко). 
6. 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 (Артур Запорожець, Ігор Буратинський).

Результати досліджень у галузі природничих, соціогуманітарних та технічних наук

Найбільш вагомі результати фундаментальних і прикладних досліджень
Інституту загальної енергетики НАН України,
які отримані у 2023 році

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 (академік НАН України Михайло Кулик, член-кор. НАН України Віталій Бабак, Артур Запорожець).

1. 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 (чл.-кор. НАН України Віталій Бабак, Юрій Куц, Світлана Ковтун, Леонід Щербак).
2. 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
   (чл.-кор. НАН України Олександр Новосельцев, Віталій Макаров, Микола Каплін).
3. 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 (чл.-кор. НАН України
   Віталій Бабак, Артур Запорожець, Олег Декуша).

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 (чл.-кор. НАН України В.П. Бабак, Л.М. Щербак, С.І. Ковтун).

1. 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 (акад. НАН України М.М. Кулик, О.В. Згуровець).
2. 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
   (чл-кор. НАН України В.П. Бабак, С.І. Ковтун, А.О. Запорожець)

3. 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 (С.В. Шульженко, О.І. Тесленко, Т.П. Нечаєва, В.О. Дерій).

4. 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  (М.І. Каплін, В.М. Макаров, Т.Р. Білан).

5. 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 (В.О. Дерій, О.І. Тесленко).

6. 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 (чл-кор. НАН України В.П. Бабак, А.О. Запорожець).

7. 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 (чл.-кор. НАН України О.В. Новосельцев).