Мельник О. А. Оптимальне інтегрування відновлюваних джерел енергії в локальну енергосистему

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 – Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2026. У дисертаційній роботі вирішується актуальна задача визначення оптимальних параметрів відновлюваних джерел енергії за умови впливу імовірнісного характеру їх надходження та використання електроенергії споживачами для забезпечення енергобалансування в локальній енергосистемі. Об’єктом досліджень є процеси енергобалансування в локальних енергосистемах, що використовують енергію вітру та Сонця. Предметом досліджень є методи та математичні моделі визначення оптимальних параметрів локальної системи, що використовує енергію вітру й Сонця та підсистему акумулювання енергії за змінних потреб споживання. У вступі подається загальна характеристика дисертації, а саме: обґрунтування вибору теми дослідження, її актуальність та доцільність, мета і завдання дослідження відповідно до предмета та об’єкта дослідження, методи дослідження, наукова новизна отриманих результатів, особистий внесок здобувача, апробація матеріалів дисертації, зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, грантами, практичне значення отриманих результатів, структура та обсяг дисертації. У першому розділі здійснено постановку задачі оптимізації локальних енергосистем. Наведено огляд існуючого досвіду та стану дослідженості, розглянуто особливості оптимізації таких енергосистем, наведено приклади оптимізації за рівнем стохастичності та з врахування економічних критеріїв. Також в першому розділі наведено приклади оптимізації за рівнем стохастичності та з врахування економічних критеріїв. Аналіз цих прикладів ґрунтується як на імітаційному моделюванні випадкових процесів, так і на безпосередній перевірці шляхом реаналізу статистичних даних. За результатами порівняння запропоновані математичні моделі представлення випадкових процесів можна вважати достатньо адекватними. У другому розділі проведено оцінку стохастичності процесів балансування потужності та енергії в локальній системі. Наведено аналітичне розв’язання задачі стохастичної оптимізації енергобалансу. Проаналізовано вплив нестабільності споживання та генерації на енергетичний баланс. Математична модель роботи комбінованої локальної енергосистеми може бути сформульована як задача стохастичної оптимізації щодо параметрів потужності окремих складових цієї системи. При застосуванні акумулятора для проміжного зберігання електроенергії на вибір оптимальної потужності впливає волатильність сумарного випадкового процесу генерації та споживання. Аналітичний розв’язок такої задачі виражається через інтеграли відносно вінерівського процесу; не всі інтеграли можна визначити в явному вигляді, тоді результат подається як математичне сподівання та довірчі інтервали. У третьому розділі проведено аналіз впливу акумуляторів на балансування енергосистеми. Досліджено часову дискретність змін енергобалансу та процес акумулювання енергії, що генерується ВДЕ, проведено оцінку стану заряду акумулятора. Наведено алгоритм розрахунку накопиченої енергії в локальній енергосистемі. Встановлено особливості роботи засобів накопичення електроенергії в локальних енергосистемах з випадковим характером надходження та споживання енергії, що дало змогу отримати порівняльні оцінки ефективності систем балансування потужностей для мінімізації рівнів обмежень споживання енергії. Використана математична модель дозволяє виконати імітаційне моделювання випадкових процесів та отримати результати, що описують якісну поведінку та відносні значення досліджуваних величин. Встановлено, що ефективність акумулювання енергії має істотну залежність від ємності АКБ, натомість швидкодія менш важлива за тих темпів зміни потужності, які притаманні вітровій енергетиці або її комбінації з сонячною. У четвертому розділі досліджено комбіноване використання регулюючих потужностей з використанням імітаційної моделі резервного дизельного генератора, описом поточного небалансу локальної енергосистеми як випадкової величини, а також спільне використання акумулятора та резервного дизельного генератора. Також наведено алгоритми енергобалансування локальної системи з регулюючим резервним генератором та розрахунку гібридної системи з акумулятором та допоміжним генератором. Запропоновано метод визначення показників балансової надійності локальних енергосистем із комбінованою генерацією, який базується на застосуванні інтегральних показників для випадкових процесів генерації та споживання енергії.