КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 23-29-10171
НазваниеМетоды развития систем теплоснабжения в составе коммунальной энергетической инфраструктуры
Руководитель Мышкина Людмила Сергеевна, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный технический университет" , Новосибирская обл
Конкурс №76 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-601 - Теория, методы проектирования и эффективность функционирования технических систем
Ключевые слова энергоэффективность, энергосбережение, надежность, экологичность, экономичность, гибкость, инвестиция, интегрированная система энергоснабжения, децентрализация, проектирование, технология
Код ГРНТИ44.31.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Развитие энергетики в стране, как и во всем мире, направлено на повышение энергетической эффективности и энергосбережения. Климатические, географические, социально-экономические особенности регионов России определяют значимость и важность тепловой энергии, особенно на территориях с резко-континентальным климатом, к числу которых относится Новосибирская область.
Произошедшие изменения за последние 20 лет в энергетике, привели к котельнизации и, следовательно, увеличению доли раздельного производства тепловой и электрической энергии, что сопровождается повышенными расходами первичных энергоресурсов. Системы теплоснабжения в муниципальных образованиях в России, в том числе в Новосибирской области, характеризуются наличием тепловых сетей с большим сроком службы и повышенной изношенностью, что приводит к росту потерь и снижению надежности теплоснабжения. Это актуализирует работу, направленную на повышение энергоэффективности и энергосбережения.
Решением указанных задач в сфере теплоснабжения является переход на использование новых энергоэффективных технологий, включая использование когенерационных технологий, низкопотенциальных источников энергии, электрокотельных, электробойлерных. В предлагаемом проекте рассматривается создание интегрированных систем энергоснабжения (ИСЭ), отличием которых является превалирующая доля совместного (когенерационного) производства тепловой и электрической энергии на территории, что обеспечивает гибкость, надежность, экономическую и техническую доступность системы теплоснабжения, при обеспечении высокой энергоэффективности и соответствие ESG стандартам.
Создание ИСЭ в составе коммунально-энергетической инфраструктуры муниципальных образований позволяет говорить о необходимости разработки моделей и методов для обоснования и оценке эффектов в системах теплоснабжения, обладающих не только энергоэффективностью и энергосбережением, но и гибкостью, что необходимо для реализации энергетического перехода к эффективной энергетике на уровне муниципальных образований.
Под гибкостью систем теплоснабжения понимается возможность взаимозаменяемости видов первичного энергоресурса и энергии для производства тепловой энергии.
Достижение цели проекта и решение поставленных задач позволят разработать методологическую основу выполнения проектов создания интегрированных систем энергоснабжения, что может быть использовано при разработке и актуализации схем теплоснабжения муниципальных образований. Апробация результатов на примере муниципальных образований Новосибирской области придаст ускорение социально-экономическому и инновационному развитию региона.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Мышкина Л. С., Иванова Е. М., Бык Ф. Л.
Greenhouse complex power supply system
2023 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), IEEE, 2023. – P. 461-465. (год публикации - 2023)
10.1109/UralCon59258.2023.10291167
2.
Мышкина Л. С., Бык Ф. Л., Фролова Я. А.
Identification of the development cogeneration potential in cities
2023 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), IEEE, 2023. – P. 481-486 (год публикации - 2023)
10.1109/UralCon59258.2023.10291132
3.
Мышкина Л. С. , Иванова Е. М., Фролова Я. А.
Метод отбора котельных при техническом перевооружении в мини-ТЭЦ
PROBLEMELE ENERGETICII REGIONALE, № 3. – С. 71–82. (год публикации - 2023)
10.52254/1857-0070.2023.3-59.07
4. Мышкина Л.С., Иванова Е.М. Выбор оптимальной структуры оборудования мини-ТЭЦ для энергоснабжения локальных территорий Энергоэксперт, №4, 34-37 (год публикации - 2023)
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В результате выполнения исследований второго года проекта «Методы развития систем теплоснабжения в составе коммунальной энергетической инфраструктуры» были успешно выполнены запланированные задачи и получены научные результаты, которые успешно апробированы в научном сообществе.
В рамках плана на 2024 год изучены теоретические и практические особенности разработки и актуализации схем теплоснабжения муниципальных образований. Несмотря на указанные при стратегическом планировании цели по увеличению когенерационной выработки, в большинстве средних и малых муниципальных образований, а также на отдельных территориях крупных городов наблюдается обратная тенденция.
Основываясь на результатах первого года исследований разработаны рекомендации по актуализации схем теплоснабжения для обеспечения повышения эффективности системы централизованного теплоснабжения. Предлагается расширение состава анализируемых источников и теплотехнических установок при обосновании направления развития систем теплоснабжения для повышения их эффективности: комплексное рассмотрение совместной работы когенерационного и котельного оборудования (https://ieeexplore.ieee.org/document/10553779), тепловых накопителей (https://ecfor.ru/publication/teplovye-nakopiteli-snizhenie-teplovyh-vybrosov-v-mezhotopitelnyj-period/), электробойлеров и тепловых насосов, образующих интегрированную систему энергоснабжения (https://link.springer.com/article/10.1134/S1075700724030031). Для анализа топливной эффективности и определения влияния на надежность, экономичность и экологичность энергоснабжения в интегрированных системах энергоснабжения разработаны соответствующая технико-экономическая модель и методический инструментарий, получивший программную реализацию (https://journal.ie.asm.md/assets/files/05_03_63_2024.pdf).
Физические принципы совместной работы источников тепловой и электрической энергии для согласованного покрытия нагрузки позволили сформулировать основные требования к управлению функционированием интегрированных систем энергоснабжения (https://www.elibrary.ru/item.asp?id=74531690&pff=1, https://elibrary.ru/item.asp?id=61446016).
Предлагается включение дополнительных элементов в системы домового теплоснабжения — активных тепловых пунктов, для повышения теплового комфорта потребителей и независимости теплоснабжения при прерывании поступления теплоносителя из систем централизованного теплоснабжения (https://ieeexplore.ieee.org/document/10553752). Целесообразность их внедрения подтверждена проведением ряда экспериментов на соответствующей физической модели.
Ключевым моментом перехода к интегрированным системам теплоснабжения является создание условий для внедрения инновационных технологий: необходимы меры по снижению рисков для инвесторов и повышению гарантий для муниципальных властей в части решения проблем с низкой надежностью и доступностью тепловой и электрической энергии для конечных потребителей (https://www.elibrary.ru/item.asp?id=74531636&pff=1). В проекте выявлено, что несогласованность «Схем теплоснабжения» и «Схем развития электроэнергетики» порождает ряд противоречий, которые могут быть сняты при разработке «Схем перспективного развития энергетической инфраструктуры», направленных на гармонизацию развития распределительного сетевого комплекса среднего класса напряжения, тепловых сетей и разнообразных источников энергии.
Предлагается создание локального рынка энергии с реализацией механизма единого закупщика, как посредника между поставщиками и потребителями энергии. Данная модель повысит конкуренцию субъектов систем электро- и теплоснабжения, а для органов самоуправления даст возможность контроля и управления развитием интегрированных систем энергоснабжения.
Анализ схем теплоснабжения в Новосибирской области показал, что в некоторых муниципальных образованиях есть перспективы перехода к интегрированным системам. На примере микрорайона «Радуга Сибири» показана целесообразность создания интегрированной системы энергоснабжения на базе трансформации газовой котельной в мини-ТЭЦ и внедрения тепловых накопителей для регулирования графика тепловой нагрузки, что позволяет значимо повысить надежность поставок тепловой энергии в сочетании с ростом экономичности ее производства.
Основные научные результаты работы 2024 года апробированы в научном сообществе — обсуждались на семинарах и конференциях различного уровня: Всероссийской школе молодых учёных "Цифровизация, декарбонизация и децентрализация современной электроэнергетики", Международной научно-технической конференции "International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM)", Международном научном семинаре им. Ю.Н. Руденко «Методические вопросы исследования надёжности больших систем энергетики»
По результатам выполнения работ в 2024 году опубликовано 8 материалов, включая: 5 индексированных Scopus, WoS, RSCI.
Публикации
1.
Бойко Е.Е., Бык Ф.Л., Иванова Е.М., Илюшин П.В.
Перспективы применения тепловых накопителей в коммунальной энергетической инфраструктуре
Проблемы прогнозирования, -, -, №3, с. 56-65 (год публикации - 2024)
10.47711/0868-6351-204-56-65
2.
Бойко Е.Е., Мышкина Л.С., Дворцевой А.И.
Study of the Effectiveness of Implementing Monitoring Systems in Municipal Energy Infrastructure Using the Example of Individual Heating Points
IEEE, 2024 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), -, -, -, p. 688-693, (год публикации - 2024)
10.1109/ICIEAM60818.2024.10553752
3.
Иванова Е.М., Бык Ф.Л.
Innovative Technologies for Utility Power System
IEEE, 2024 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), -, -, -, p. 208-212 (год публикации - 2024)
10.1109/ICIEAM60818.2024.10553779
4.
Бойко Е.Е., Иванова Е.М., Бык Ф.Л., Илюшин П.В.
Prospects for the Use of Thermal Storage in Municipal Energy Infrastructure
Studies on Russian Economic Development, -, т. 35, №3, p. 357-364 (год публикации - 2024)
10.1134/S1075700724030031
5.
Мышкина Л.С., Кожевников М.В.
Влияние интеллектуализации на региональную электроэнергетику
БИЗНЕС. ОБРАЗОВАНИЕ. ПРАВО , -, -, № 1 (66), p. 103-109 (год публикации - 2024)
10.25683/V0LBI.2024.66.914
6. Бык Ф.Л., Иванова Е.М. Эффективность сочетания тепловых накопителей и котельных установок Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики : материалы 96 заседания междунар. науч. семинара им. Ю.Н. Руденко, Архангельск, 15–19 июля 2024 г. – Иркутск : Ин-т систем энергетики им. Л. А. Мелентьева, Вып. 75. Надежность систем энергетики: устойчивое развитие и функционирование, с. 538-547 (год публикации - 2024)
7. Бык Ф.Л., Мышкина Л.С. Режимная надежность и гибкость энергосистем Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики : материалы 96 заседания междунар. науч. семинара им. Ю.Н. Руденко, Архангельск, 15–19 июля 2024 г. – Иркутск : Ин-т систем энергетики им. Л. А. Мелентьева, Вып. 75. Надежность систем энергетики: устойчивое развитие и функционирование, -, №75, с. 51-59 (год публикации - 2024)
8.
Бык Ф.Л., Иванова Е.М., Мышкина Л.С.
Формирование систем энергоснабжения особых экономических зон
Problems of the Regional Energetics, -, -, № 3(63), с. 56-70 (год публикации - 2024)
10.52254/1857-0070.2024.3-63.05.
Возможность практического использования результатов
В задачах развития коммунально-энергетической инфраструктуры отмечаются:
• необходимость сокращения использования первичных энергоисточников;
• оптимизации размещения источников генерации энергии с целью повышения энергоэффективности производства энергии;
• развития экономических механизмов, используемых для обеспечения конкурентоспособности субъектов энергетики.
Предлагаемые в работе модели и методы повышения эффективности систем теплоснабжения в составе коммунальной энергетической инфраструктуры на основе перехода к интегрированным системам энергоснабжения позволяют реализовать проекты, обеспечивающие повышение надежности и экономической доступности энергоснабжения., а также могут быть использованы при совершенствовании институциональной среды, развитии организационно-экономических механизмов.