06ff-1-opreview (Методология оптимизации параметров микрогенерирующих энергокомплесов на основе возобновляемых источников энергии)

ОТЗЫВ официального оппонента д.т.н. М.Г.Тягунова о диссертации ВЕЛЬКИНА Владимира Ивановича «МЕТОДОЛОГИЯ ОПТИМИЗАЦИИ Г1АРАМЕТРОВ МИКРОГЕНЕРИРУЮЩИХ ЭНЕРГОКОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕР! ИИ», представленной на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05,14.08 — Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии В работе рассматриваются вопросы распределенной генерации на основе энсргетическихкомплексов, называемых автором «микрогенерирующими комплексными системами»,с различными сочетаниями энергоустановокпа основе ВИЭ: ветроэнергетическими (ВЭУ) и фотоэлектрическими (ФЭП), солнечными коллекторами (СК), малыми гидроэлектростанциями (МГЭС), биогазовыми установками (БГУ), тепловь!ми насосами (ТН), для энергоснабжения изолированных потребителей энергии, снижения потребления органического топлива и загрязнения окружающей среды.

Развитие распределенной генерации — важная задача последних лет как в России, так и в мире. Энергоснабжение удаленных изолированных потребителей от локальных генераторов вполне конкурентоспособно с подключением этих потребителей к сетям централизованного энергоснабжения, т,с. к сетям передачи и распределения электроэнергии и тепла. ПАО «Россети»предварительно оценивает мощность потребления объектов подведомственных изолированных территорий в 269 МВт установленной мощности, что с использованием распределенной генерации потребует 48 млрд. руб. инвестиций по 274 объектам в 4 ДЗО, а при электроснабжении с использованием традиционных электрических сетей - 128 млрд.

руб., т.е. более, чем в 2,5 раза больше, Способам организации энергоснабжения изолированных потребителей посвящено значительное количество научных работ, конференций и правительственных решений. В частности, в России инициирована отраслевая программа «Внедрение систем энергоснабжения для отдаленных и изолированных территорий». имеющая статус националыюго инновационного проекта, ответственными за который являются ФГБУ «Российское энергетическое агентство» Минэнерго России и АО «Национальный Инжиниринговый Центр Энергетики». В решении круглого стола Государственной думы 20.02,2017 отмечена необходимость подготовки предложений по разработке проекта федерального закона «О малой раси(>оделенной энергетике», направлс!!ного на развитие ~а~оЙ расп1ъедслснной :и!срге!ики, лиоо по внесеншо необходимь!х доно»не!н!Й в Федеральный закон о! 2(»03.2003 № 35-ФЗ «Об электроэнергетике» и Федеральный закон от 27.07.2010 № 190- ФЗ «О теплоснабжении».

С 2010 года в России существует Технологическая платформа «Малая распределенная генерация», задача которой не ограничивается энергоснабжением удаленных изолированных потребителей, а распространяется на все локальные энергетические системы, для которых подключение к единой электрической сети не представляется экономически целесообразным. Важное место распределенная генерация занимает и в рамках реализации дорожной карты «Энерджинет» Национальной технологической инициативы. Все это безусловно подтверждает актуальность разработки методологии использования и алгоритмов расчета параметров энергоустановок на основе ВИЭ в распределенных энергетических системах.

Цель диссертационной работы определена автором в диссертации как разработка методологии применения комплексных микрогенерирующих систем с расширенным рядом видов ВИЭ и определения оптимального состава оборудования возобновляемых источников энергии для удаленных децентрализованных объектов на основе метода выпуклой оптимизации. Правда, в автореферате цель определена иначе. Связанный с этим вопрос сформулирован в разделе «Вопросы и замечания». Основные задачи, решаемые в работе, также несколько разняться в автореферате и диссертации.

В отзыве они приведены по диссертации, где формулировки более понятны и определенны: 1. Разработать классификацию энергетических систем с ВИЭ для расчета эффективных многокомпонентных комплексов, состоящих из оборудования различных видов ВИЭ. 2. Разработать магематическую модель энергокомплекса и алгоритм оптимизации состава оборудования на основе метода выпуклой оптимизации„а также предложить графическую интерпретацию поиска эффективной энергокомплекса, использующей различные сочетания «рисковых» и «безрисковых» источников энергии. 3. Создать натурный объект для проведения комплексных исследований по использованию ВИЭ в различных сочетаниях типов и мощности оборудования. 4.

Провести экспериментальные исследования и натурные испытания энергокомплекса на реальных объектах для верификации разработанной математической модели. 5. Разработать компьютерные программы для расчета оптимальной (по составу и установленной мощности каждого типа оборудования) энергокомплекса для конкретной территории. б. Определить потенциал ВИЭ Свердловской области (ветроэнергетика, солнечная и гидроэнергетика, биогазовые установки, тепловые насосы на основе геотермальной энергии).

7, Г1редложить новые разработки энергоустановок на основе ВИЭ и рекомендации по их использованию. 8. Разработать рекомендации по практическому использованию и повышению эффективности различных видов ВИЭ для территорий с высоким значением градусо-суток отопительного периода. Степень обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций, их достоверность и новизна Научнан новизна. В диссертационной работе предложены: - классификация знергокомплексов с ВИЭ, необходимая для обоснования состава и установленной мощности каждого вида оборудования комплексной системы ВИЭ; использование метода выпуклой оптимизации для выбора эффективной структуры энергетического комплекса с установками на основе ВИЭ для заданной географической точки; - методология расчета энергокомплексов малой мощности (до 100 кВт) для тепло- и электроснабжения автономных объектов, базирующаяся на методе выпуклой оптимизации; - математическая модель, алгоритм и программа расчета оптимального состава оборудования энсргокомплексовдля электро- и теплоснабжения автономного объекта «АРК вЂ” ВИЭ» (зарегистрирована в Федеральной службе по интеллектуальной собственности); - графическая интерпретация, методика и программа расчета оптимальной (по соотношениям долей мощности и видов оборудования) «микрогенерирующей комплексной системы» «У17РКО-КЕЯ» (зарегистрирована в Федеральной службе по интеллектуальной собственности)„ - способы и конструкции устройств для интенсификации процессов тсплообмена в оборудовании ВИЭ, повышающие эффективность теплоснабжения автономного объекта, защищенные патентами РФ.

Объект исследований — комплексные системы электро- и теплоснабжения на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Предмет исследований — эффективность комплексных систем электро- и теплоснаб>кения на базе ВИЭ. Методы исследования. Математическое моделирование, анализ дискретных стохастических систем и выпуклое программирование. Практическая значимость работы заключается в выработанных рекомендациях по обоснованию параметров и состава энергокомплексов с ВИЭ для изолированных потребителей; включении в программу развития ТЭК Свердловской области на 2011-2020 г.

нового раздела «Возобновляемые источники энергии» с конкретизацией по видам, мощности и срокам ввода. Использование отдельных результатов работы подтвер>кдается приложенными Актами внедрения, патентами и свидетельствами. Обоснованность и достоверность результатов исследований, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждены удовлетворительным соответствием результатов расчетов, полученных на основе разработанной дискретной стохастической математической модели, и экспериментальными данными, полученными при их испытании на объекте «Энергозффективный дом», а также других установках, Использование автором аналогии оптимизируемого энергетического комплекса с портфелем инвестиций (рисковых и безрисковых) можно считать корректным, учитывая 3 наличие или отсутствие у участников энергетического комплекса гарантированной мощности, а также учитывая получение статистических данных для расчетов из экспериментов на объекте «Энергоэффективный дом», при сооружении и эксплуатации которого были уточнены предположения, сделанные на этапе его проектирования.

Структура, содержание материала диссертации, ее завершенность. Работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы из 154 наименований, изложена на 254 страницах машинописного текста, включает 40 таблиц, 135 иллюстраций, а также трех приложений, содержащих скриншоты программы «АРКВИЭ»; копии гитентов, свидетельств и Актов внедрения. ОСНОВНОК СОДКРЖАНИК РАБОТЫ Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечена научная новизна, практическая ценность и реализация диссертационной работы.

В первой главе дан анализ уровня развития возобновляемой энергетики в мире и в России, описаны комплексные системы ВИЭ в различных регионах, показаны различные подходы и методы расчета энергетических комплексов с ВИЭ. Показано, что особенностью подход автора к решению рассматриваемой задачи является совместное рассмотрение электро- и теплогенерирующих систем ВИЭ в составе единой математической модели, в которой учитываются актинометрические и ветровые характеристики с шагом от 3 сек до суток, для расчета дисперсии параметров, в отличие от используемых в большинстве расчетов математических ожиданий и распределений вероятности. Анализ, проведенный на основе обследования ряда районов Свердловской области, показал низкий уровень энергообеспеченности удаленных районов, показал, что около 30;4 всех электрических сетей области требуют дорогостоящего ремонта или замены.

Альтернативой комплексной реконструкции электрических сетей в этих районах может служить распределенная генерация на основе энергетических комплексов (минкроэнергосистема,микрогрид) с ВИЭ. Во второй главе рассмотрена методология применения гибридных энергокомплексов с ВИЭ для электро- и ~или) теплоснабжения автономных объектов. Предложена пятиуровневая классификация энергокомплексов (микросистем) с ВИЭ по доле участия в энергетическом балансе: от выполнения установками на основе ВИЭ аварийных функций до полного энергоснабжения ими потребителей.

Предлагаемая методология базируется на разработанной автором классификации, стохастической модели энергокомплекса и алгоритме расчета его оптимальной структуры и параметров, методе определения эффективного множества выпуклой целевой функции и поиска ее глобального минимума - минимальной стоимости кВт.ч отпускаемой энергокомплексом электроэнергии, при простом сроке окупаемости.. Справедливость методологии оценивается путем сравнения расчетных результатов с экспериментальными данными на реальном объекте.