Турдуев И.Э., Абдыраева Н.Р., Мамбет уулу Б., Тороканов О.

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 621.311                                     

Современный мир стоит перед лицом глобальных вызовов, связанных с изменением климата и растущей потребностью в энергии. В связи с этим, переход к устойчивым и экологически чистым источникам энергии становится все более актуальным. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ), такие как солнечная, ветровая и гидроэнергия, играют ключевую роль в этом процессе. Однако, интеграция ВИЭ в существующие энергосистемы представляет собой сложную задачу, требующую новых подходов и технологий. Одним из наиболее перспективных направлений является развитие интеллектуальных энергосистем (Smart Grids) - систем, использующих передовые телекоммуникационные и информационные технологии для управления производством, передачей и потреблением электроэнергии. Рассмотрим будущее интеллектуальных энергосистем, проанализируем ключевые вызовы и возможности, связанные с интеграцией ВИЭ, и обсудим потенциальные решения, которые позволят создать более устойчивую, надежную и эффективную энергетическую систему для будущих поколений.

Рисунок 1. Управление электросетями с помощью интеллектуальных энергосистем

Интеллектуальные энергосистемы, или Smart Grids, представляют собой революционный подход к управлению электросетями. Они интегрируют современные телекоммуникационные и информационные технологии, создавая единую, "умную" инфраструктуру. Это позволяет в реальном времени контролировать, анализировать и управлять всем процессом: от производства электроэнергии до ее потребления конечными пользователями. Внедрение Smart Grids открывает новые возможности для повышения эффективности сетей. Благодаря возможности дистанционного мониторинга и адаптивного управления, можно оперативно реагировать на изменения в нагрузке, снижая потери и предотвращая перегрузки. Это особенно актуально для сельских сетей 0,38 кВ, где несимметричная нагрузка является распространенной проблемой. Smart Grids позволяют скомпенсировать эту несимметрию, обеспечивая более стабильное и качественное энергоснабжение для всех потребителей [1].

Современное сельское хозяйство и жизнедеятельность сельского населения немыслимы без стабильного и качественного электроснабжения. Сельские электрические сети напряжением 0,38 кВ, являясь основой энергосистем данного типа, зачастую сталкиваются с рядом специфических проблем, одной из которых является существенная несимметричность нагрузки. Эта несимметрия, обусловленная разнообразным характером потребления электроэнергии (от бытовых нужд до работы сельскохозяйственной техники и промышленных предприятий), приводит к ряду негативных последствий: снижению качества электроэнергии, увеличению потерь, перегрузке отдельных фаз и, как следствие, к снижению общей эффективности энергоснабжения.

Материалы и методы исследования

Данная работа посвящена актуальной и многогранной задаче повышения эффективности энергоснабжения в сельских сетях 0,38 кВ, акцентируя внимание на преодолении вызовов, связанных с несимметричной нагрузкой. Мы рассмотрим ключевые аспекты данной проблемы, начиная от причин возникновения несимметрии и ее влияния на параметры сети, и заканчивая анализом существующих и перспективных методов ее компенсации и управления. Целью исследования является разработка комплексного подхода к оптимизации работы сельских распределительных сетей, направленного на минимизацию потерь, обеспечение требуемого качества электроэнергии и, в конечном итоге, на повышение надежности и экономической целесообразности энергоснабжения потребителей в аграрном секторе.

Необходимость эффективного распределения электроэнергии от распределенных ВИЭ до конечных потребителей с минимальными потерями и максимальной загрузкой сетевой инфраструктуры. Интеллектуальные счетчики, датчики и системы мониторинга, объединенные в телекоммуникационную сеть, обеспечивают двусторонний обмен информацией между потребителями, генерирующими компаниями и оператором сети. С каждым годом проблемы относительно зеленых технологий имеет место актуальной темой для рассмотрения среди заинтересованных сторон и порождают направление для развития ВИЭ в Кыргызстане [2].

Система управления спросом, получая информацию о ценах на электроэнергию, автоматически отключает менее важные электроприборы в периоды пикового спроса, тем самым снижая нагрузку на сеть и экономя средства потребителя. Переход к децентрализованной генерации требует активного участия потребителей в управлении энергосистемой. Телекоммуникационные технологии предоставляют потребителям доступ к информации о тарифах, собственном энергопотреблении и возможностях генерации энергии. Это позволяет им самостоятельно генерировать электроэнергию — устанавливать солнечные панели или ветрогенераторы и продавать излишки энергии в сеть; анализировать данные о потреблении и принимать меры по его снижению; участвовать в программах управления спросом, это когда получать вознаграждение за снижение потребления в пиковые периоды. Потребитель, установивший солнечные панели на крыше своего дома, может продавать излишки произведенной электроэнергии в сеть, получая доход и снижая зависимость от централизованного энергоснабжения. Необходимость сокращения выбросов парниковых газов в энергетическом секторе. Интеграция ВИЭ и телекоммуникационных технологий позволяет существенно увеличить долю возобновляемых источников энергии в энергобалансе, тем самым снижая зависимость от ископаемого топлива и повышая экологичность энергосистемы. В итоге, интеграция ВИЭ и телекоммуникационных технологий не только обеспечивает надежное и эффективное электроснабжение, но и создает «умную» энергосистему, способную адаптироваться к изменяющимся условиям и удовлетворять потребности современного общества в устойчивой и экологически чистой энергии [1].

Как заявляет Заместитель министра энергетики Кыргызской Республики Алтынбек Рысбеков Возобновляемые источники энергии-новый этап развития национальной энергетики Глубоко изучив текущие проекты и планы, я поделюсь с вами текущими делами и основными шагами в энергетическом секторе. Для меня это большая честь и ответственность - работать на благо отрасли и ориентироваться на современные и устойчивые решения. В Кыргызской Республике реализуется ряд крупных инвестиционных проектов в области возобновляемых источников энергии. Президент Кыргызской Республики Садыр Жапаров неоднократно отмечал, что развитие возобновляемой энергетики - один из стратегических приоритетов государства. В этом направлении министерство энергетики ведет активную работу по переводу страны на «чистую» энергетику, снижению зависимости от традиционных источников и укреплению энергетической безопасности. На сегодняшний день разрабатываются проекты общей мощностью более 5 ГВт-строительство солнечных и ветряных электростанций в Чуйской, Иссык-Кульской, Нарынской, Джалал-Абадской и Ошской областях. Самые крупные из них: ОсОО «Реца» — 1900 МВт; Molin Energy Company Limited — 400 МВт; и др., от 100350 МВт. Реализация этих проектов станет важным шагом для устойчивого развития и зеленого будущего Кыргызстана. Планируется строительство солнечных и ветровых электростанций (СЭС и ВЭС) - СЭС общей мощностью 3650 МВт с выработкой 6,6 млрд кВт.ч в год, и 2 ВЭС общей мощностью 400 МВт 560 млн кВт.ч в год .

Результаты исследования

Благодаря выгодному географическому положению и климатическим условиям, территория Кыргызстана получает в среднем в год от солнца 4,64 млрд. МВт·ч лучистой энергии или 23,4 кВт·ч на 1 кв. м, и является одним из развитых и перспективных направлений на сегодняшний день. Несмотря на достаточно высокий потенциал, солнечная энергия, при преобразовании в электричество и тепло, обладает как рядом достоинств, так и недостатков. Средняя стоимость строительства солнечных и ветряных электростанций в Кыргызстане составляет от 200 до 1500 тыс. сомов за 1 кВт установленной мощности [3].

Срок окупаемости солнечных станций напрямую зависит от существующих тарифов за электроэнергию. Например, для дома, который в среднем в час потребляет до 2 кВт, в сутки подбирается солнечная станция с мощностью 2 кВтч. При нынешних тарифах за электроэнергию 2,16 сом за 1 кВт, срок окупаемости составляет 13 лет, при сроке службы оборудования более 25 лет (Рисунок 2). Такой долгий срок окупаемости обуславливается недорогой стоимостью электроэнергии в Кыргызской Республике. В случае повышения тарифов за электроэнергию в последующем, срок окупаемости снизится. Снизу представлен график окупаемости станции при тарифе 5 сом за 1 кВт электроэнергии, которая приравнивается к 7 годам (Рисунок 3).

Ряд стран активно демонстрирует пример перехода к устойчивой энергетике, делая ставку на возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Так, Германия успешно интегрировала ВИЭ, получая из них более половины всей производимой электроэнергии, и активно развивает ветряные и солнечные станции. В свою очередь, Дания обеспечивает значительную часть своих энергетических потребностей, покрывая 47% за счет ветроэнергетики. Эти достижения подчеркивают реальную возможность масштабирования ВИЭ для покрытия растущих энергетических запросов [4].

150 000,00

-200 000,00

100 000,00

50 000,00

-50 000,00

-100 000,00

-150 000,00

Рисунок 2. Срок окупаемости солнечной станции

500 000,00

400 000,00

300 000,00

200 000,00

100 000,00

-100 000,00

-200 000,00

Рисунок 3. Срок окупаемости солнечной станции при тарифе 5 сом за 1 кВт·ч

Солнечная энергия является хорошей альтернативой возобновляемым источникам энергии. Солнечная энергия является важным компонентом производства, не наносящим вреда окружающей среде [5].

На территории СЭЗ Бишкек было открыто совместное предприятие с немецкими партнерами по производству ФЭС. Также, на рынке представлены фотоэлектрические панели производства Китай, Россия, Чехия и Турция. Проект «Развитие малых ГЭС в Кыргызстане» реализуется Правительством Кыргызской Республики с 2010 г и предусматривает ускорение процесса устойчивой выработки электричества малыми ГЭС (МГЭС) в Кыргызстане за счет инвестиции 20 млн. дол. США в частный сектор и за счет внедрения конкурентного частного энергосектора в электрические сети КР. Проект финансируется Глобальным экологическим фондом и программой развития ООН в Кыргызской республике. Официально проект начат в июне 2010 г после подписания Правительством КР и Постоянным координатором ООН проектного документа. Основными исполнительными партнерами являются Министерство энергетики и промышленности, Государственное агентство охраны окружающей среды и лесного хозяйства при ПКР, Дирекция по развитию малой и средней гидроэнергетики, Общественный фонд «Центр развития ВИЭ и энергоэффективности».

Рисунок 4. Установка автономной солнечной станции

Поставщики ВИЭ: согласно полученным ответам от поставщиков, самые ранние поставки ВИЭ начались с 2002 г и что интересно, это были тепловые насосы и биогазовые установки в Иссык-Кульской области; а с 2014 г начались собственные разработки и тестирование гидроагрегатов и ветрогенераторов. В Кыргызстан ВИЭ технологии завозят из таких стран как Россия, КНР и Турция. Количество установленных ВИЭ технологий в период с 2010 по 2022 гг. варьирует между двумя и более 500 объектами. Основной мотивацией для поставщиков ВИЭ установок являются интерес к инновационным технологиям, большой спрос на зеленые технологии, забота об окружающей среде и природных ресурсах, также они отмечают, что данный бизнес является для них рентабельным и актуальным на сегодняшний день. В то же время, более 40% респондентов отметили, что низкие тарифы на электроэнергию сдерживают активное развитие ВИЭ в Кыргызстане (Рисунок 5).

0,00%    10,00%    20,00%    30,00%    40,00%    50,00%    60,00%    70,00%    80,00%

■ Другое п Продвижение продукции ■ Законы □ Финансы □Налоги ■ Логистика и Тарифы

Рисунок 5. Барьеры, препятствующие развитию ВИЭ в Кыргызстане

Кыргызстан является страной с самым низким тарифом на электричество за счет государственных субсидий и это приводит местные энергокомпании в затруднительное положение в плане содержания инфраструктуры и полноценного обеспечения электричеством всю страну. Международное агентство по ВИЭ (IRENA) отмечает, что восточные страны как Япония, Китай и Вьетнам применяют на практике программу «зеленых» тарифов, в котором четко прописаны условия и тарифы покупок энергии от ВИЭ и применяется такой подход в более чем 80 странах на сегодняшний день. Также IRENA утверждает, что один лишь тариф не может быть выходом из ситуации, так как требуется более комплексная реформа политической, правовой и институциональной среды. Среди респондентов, почти все поставщики ВИЭ занимаются установкой солнечных панелей, солнечных коллекторов и тепловых насосов. На основе своей практики, поставщики ВИЭ технологий также отмечают, что в их клиентской базе больше интересующихся лиц, и часто, эти лица становятся реальными клиентами (Рисунок 6).

20,00%   25,00%   30,00%   35,00%   40,00%   45,00%   50,00%

5,00%    10,00%   15,00%

0,00%

□ Ветрогенераторы

Li Гидроагрегаты

□ Биогазовае установки L Тепловые насосы

□ Соллечные коллекторы □ Солнечные панели

■ Больше 50% -реальные клиенты

■ Соотношение 50% на 50%

■ Почти все интересующиеся лица вдальнейшем становятся реальнымиклиентами

■ Интересующихся лиц больше чемреальных клиентов

■ Реальных клиентов больше, чемпросто интересующихся лиц

Рисунок 6. Спрос на ВИЭ технологии согласно опросу

Повышенная заинтересованность в ВИЭ установках в корреляции с малым количеством практикующих, говорит о недостаточном количестве мотивационных инструментов для пользователей ВИЭ и слабой информированностью среди населения о возможных экономических выгодах в долгосрочном плане и экологической пользе в ближайшем будущем.

Вывод

Успешное внедрение ВИЭ требует комплексного подхода, включающего развитие систем хранения энергии, умных сетей и цифровых технологий для управления энергопотоками. Наиболее перспективным является диверсифицированное использование различных видов ВИЭ, адаптированных к местным климатическим и географическим условиям. Государственная поддержка, нормативно-правовое регулирование и рыночные механизмы играют решающую роль в ускорении перехода на ВИЭ. Научная новизна заключается в разработке и совершенствовании новых материалов для более эффективного преобразования энергии (например, перовскитные солнечные элементы), усовершенствовании алгоритмов прогнозирования выработки ВИЭ, оптимизации систем хранения энергии с использованием ИИ, а также в разработке гибридных энергосистем.