Генераторы в тундре больше не работают вхолостую: алгоритм дозирует нагрузку и убирает перерасход топлива

Разработка НГТУ адаптирует энергетику к погодным условиям — ученые

Учёные Новосибирского государственного технического университета разработали алгоритмы, способные повысить эффективность автономных систем электроснабжения в труднодоступных регионах.

Эти технологии уже находят применение в районах Крайнего Севера и на Дальнем Востоке, где электроэнергия традиционно стоит дорого из-за транспортировки топлива. Об этом сообщает ТАСС со ссылкой на пресс-службу НГТУ.

Новое решение для удалённых территорий

Автономные энергосистемы — основа жизнеобеспечения малых населённых пунктов, оторванных от централизованных сетей. В таких местах основным источником энергии остаются дизельные генераторы, однако их эксплуатация обходится дорого. Стоимость топлива, доставка по труднопроходимой местности и необходимость резервных мощностей делают электроэнергию для северных регионов одной из самых дорогих в России.

"Проект направлен на повышение эффективности автономных систем электроснабжения, где основным источником энергии остаётся дизельное топливо, но при этом всё активнее используются возобновляемые источники", — рассказали в пресс-службе НГТУ.

Разработанные алгоритмы позволяют более точно распределять нагрузку между дизельными установками, возобновляемыми источниками (солнечными и ветровыми) и системами накопления энергии. В результате сокращаются расходы на топливо и повышается устойчивость электроснабжения.

Принцип работы алгоритма

Главная задача системы — оптимизировать соотношение между традиционными и альтернативными источниками энергии. Алгоритм анализирует текущие и прогнозируемые показатели генерации и потребления, а затем формирует режим работы установок на ближайшие сутки.

"В периоды низкого потребления можно запасать энергию в накопителе и использовать её во время пиковой нагрузки", — пояснили в пресс-службе университета.

Модель учитывает такие параметры, как скорость ветра, солнечная активность, температура воздуха и текущий уровень заряда аккумуляторов. При этом дизельная установка запускается только в те моменты, когда возобновляемых источников и накопителей не хватает для покрытия спроса.

Это не только снижает цену электроэнергии, но и уменьшает количество выбросов углекислого газа, делая энергосистему более экологичной.

Оптимизация генерации и распределения

Одним из ключевых элементов проекта стала модель прогнозирования нагрузки. Учёные используют методы математического моделирования для оценки оптимального графика работы каждой установки.

"Когда известен график нагрузки на сутки вперёд, мы определяем плановый режим всех источников — дизельной генерации, возобновляемых установок и накопителя. Среди возможных вариантов выбираем тот, что даёт наибольшую эффективность", — рассказал разработчик проекта Сергей Митрофанов.

Математическая модель описывает взаимосвязи между элементами системы — например, зависимость мощности ветроустановки от скорости ветра или влияние солнечной радиации на выработку фотоэлектрических панелей.

Эти данные используются для создания гибкого режима работы энергосистемы, который автоматически подстраивается под погодные условия и потребности потребителей.

Малые ГЭС и энергонакопители как часть решения

Учёные отмечают, что в северных районах особую роль играет малая гидроэнергетика. Небольшие водотоки способны обеспечить устойчивое производство энергии в периоды, когда солнечные панели или ветроустановки работают нестабильно.

Сочетание гидрогенерации, ветровых и солнечных источников с системой хранения энергии позволяет создать гибридную энергосистему, минимизирующую затраты на топливо.

"Если дизельная установка запускается только при нехватке энергии от возобновляемых источников, можно существенно снизить себестоимость электроэнергии", — уточнили в НГТУ.

Такой подход особенно актуален для посёлков Крайнего Севера, где доставка топлива ограничена навигацией и погодными условиями. Автоматизация позволяет избегать перегрузок и перерасхода ресурсов.

Сравнение: традиционные и интеллектуальные энергосистемы

Традиционная автономная система:

Основной источник — дизельная установка.
Расход топлива и износ оборудования высоки.
Управление осуществляется вручную.
Зависимость от погодных условий и человеческого фактора.

Интеллектуальная система с алгоритмом НГТУ:

Использует комбинированные источники — солнечные, ветровые, гидро и дизельные.
Управление и распределение нагрузок происходят автоматически.
Расход топлива снижается до 30-40%.
Повышается надёжность и экологичность энергоснабжения.

Такое решение делает энергетику удалённых территорий устойчивой и менее затратной, при этом снижая нагрузку на региональные бюджеты, которые часто субсидируют дизельное электричество.

Плюсы и минусы применения алгоритма

Преимущества:

снижение стоимости электроэнергии;
уменьшение выбросов и расхода топлива;
повышение надёжности электроснабжения;
автономная работа в условиях отсутствия централизованных сетей;
гибкая адаптация к погодным изменениям.

Ограничения:

необходимость точных прогнозов погодных условий;
высокая стоимость внедрения на старых системах;
потребность в обучении персонала для работы с автоматизированными модулями.

Тем не менее, по оценке специалистов, даже частичное внедрение новых алгоритмов может сократить расходы на энергию в северных регионах на 15-20 % уже в первый год эксплуатации.

Технологическое значение и перспективы

Созданные в НГТУ алгоритмы станут основой программного комплекса для автоматизированного управления автономными энергосистемами. Он будет способен в реальном времени регулировать работу генераторов и аккумуляторов, оптимизировать распределение мощности и предотвращать перегрузки.

"Мы разрабатываем программный модуль, который сможет интегрироваться в существующие дизельные станции и управлять ими без участия человека", — отметили в вузе.

В перспективе проект может быть использован не только в северных районах России, но и в удалённых арктических посёлках, на исследовательских станциях и производственных площадках, где стабильное электроснабжение критически важно.

Кроме того, технология позволит сократить объём субсидий, выделяемых государством на энергоснабжение труднодоступных территорий, что снизит нагрузку на бюджет.

Экономический и экологический эффект

Оптимизация энергопроизводства в изолированных системах открывает новые возможности для регионов. Снижение расходов на топливо повышает рентабельность малых предприятий и делает жизнь в удалённых посёлках более комфортной.

Использование возобновляемых источников уменьшает выбросы углерода и загрязнение атмосферы. Это особенно важно для Арктической зоны, где экосистема крайне уязвима.