Academic literature on the topic 'Акумуляція енергії'

Системи та обладнання для зберігання теплової енергії є ключовими елементами при розгортанні відновлюваної теплової енергетики, актуальність якої на даному етапі розвитку набуває масштабного значення. Представлена стаття охоплює короткий аналіз сучасного стану основних технологій інтенсифікації процесів збереження теплоти, аналіз основних технологічних, технічних аспектів, що виникають при розробці теплових акумуляторів та за реальних умов їх експлуатації. Зокрема, обґрунтовано доцільність застосування теплового акумулювання, проаналізовано шляхи підвищення ефективності економії енергії, визначено основні аспекти процесів акумуляції теплоти. При обґрунтуванні доцільності застосування теплового акумулювання проаналізовано співвідношення поверхні та об’єму теплового акумулятора, що тісно пов'язані з розмірами складових елементів та продуктивністю системи зберігання теплоти. Це співвідношення теоретично вказує, як можливо підвищити коефіцієнт корисної дії та продуктивність систем зберігання теплової енергії. Доведено підвищення ефективності та економії енергії при врахуванні сезонних факторів та пікових навантажень. Розглянуто основні аспекти технологічної інтенсифікації процесів акумуляції теплоти, які полягають у подоланні теплової стратифікації рідинних теплових акумуляторів, обґрунтуванні модульного дизайну конструкції, посиленні передачі теплоти та маси, а також в зміні властивостей матеріалу при фазовому переході. Розглянуті аспекти при їх реалізації дозволяють оптимізувати роботу генеруючого обладнання з максимально можливим ККД системи теплопостачання, шляхом вирівнювання графіку навантаження у співвідношенні «генерація - споживання», а також розвантажити технологічне обладнання, знизити споживання паливно-енергетичних ресурсів. Як наслідок, знижується собівартість отриманої енергії та зменшуються шкідливі викиди в оточуюче середовище.

Отримання біоелектрики з екосистем живих рослин та асоційованих з ними електрогенерувальних ґрунтових мікроорганізмів є інноваційним джерелом альтернативної енергії. Іn situ здійснено оцінку біоелектро-продуктивності екосистем лісових масивів, заболочених луків та агроекосистем Західної України у трьох зонах – північній (Полісся), центральній (Опілля) та південній (межа Покутсько-Буковинських Карпат і Чорногори). Найвищі показники біоелектрики ґрунту зафіксовано у фітомікробоценозах лісів. Середній рівень біоелектричного потенціалу в лісах становив 1080,5 мВ. Тільки дещо нижчими були середні біоелектричні показники в садах і заболочених луках, 1055,3 мВ і 1051,2 мВ, відповідно. Біоелектричний потенціал агрокультур істотно нижчий, за винятком Zea mаys L. Добовий рівень біоелектрики змінюється незначно із несуттєвим зниженням наприкінці світлового дня в частини зразків. Сезонні коливання рівня біоелектричного потенціалу від початку літа до пізньої осені у досліджених мікробно-рослинних асоціаціях є статистично незначними. Досліджено вплив вологості на генерацію біоелектричного потенціалу фітомікробоценозами. Виявлено позитивний вплив вологості ґрунту на генерування біоелектричного потенціалу. Встановлено зростання біоелектричного потенціалу в сухих ґрунтах, зумовлене активним фотосинтезом та акумуляцією вологи рослинами. Отримані результати розкривають перспективи лісових екосистем, екосистем заболочених луків і деяких агроекосистем як джерел поновлюваної та зеленої енергії при подальшому розробленні електробіотехнологічних аспектів.

Стаття присвячена вибору сезонного акумулятора тепла (САТ) для первинного контуру теплового насосу в системі опалення та гарячого водопостачання приватного житлового будинку. В Україні в індивідуальному житловому будівництві впровадження найсучасніших ефективних систем акумуляції енергії стримується значною вартістю обладнання та відсутністю державної підтримки. Проте неухильне зростання тарифів на енергоносії спонукає домогосподарів до пошуку прийнятних варіантів САТ серед того, що пропонується споживачеві на вітчизняному ринку технологій та обладнання відновлюваної енергетики. Перехід на відновлювані джерела енергії (ВДЕ) супроводжує додаткове енергетичне завдання – узгодження нестабільних ВДЕ з навантаженням, яке також змінюється і впродовж доби, і впродовж року. Це особливо притаманне краї­нам, що потребують опалення в холодну пору року. Потужність, що генерується більшістю ВДЕ, істотно залежить від мінливих природних явищ. В статті запропонована німецька технологія крижаного теплоакумулятора – Wärmepumpe Eisspeicher-System. Вона розроблена спеціалістами фірми Viessmann як реакція на заборону німецьким природоохоронним відомством ґрунтових теплових насосів – як колекторних, так і з ґрунтовими зондами. В умовах густонаселеної Німеччини і високої вартості землі, відчуження значних її площ для улаштування первинних контурів ТН є неприйнятним – земля виводиться з сільськогосподарського обігу – і суперечить державним інтересам. Тому використання крижаних акумуляторів як первинних контурів ТН знімає проблему як прямої, так і опосередкованої екологічної шкоди. Наведені в статті розрахунки теплового балансу первинного контуру теплового насосу Eisspeicher-System для найхолоднішого місяця опалювального періоду підтверджують можливість функціонування системи опалення та ГВП у моновалентному режимі

У статті розглядається система автоматичного регулювання, що реалізує принцип керування за прогнозом в замкнутому контурі. Об'єкти технологічного типу досить часто мають велику інерційність в каналах регулювання яка пов'язаної не тільки з чистим запізненням, але, більшою мірою з акумуляцією речовини і енергії, так званим ємнісним запізненням. Повна або часткова компенсація цієї інерційності може в значній мірі поліпшити якість регулювання для таких об'єктів. Тому в замкнутий контур системи регулювання пропонується ввести прогнозування на основі кубічного сплайну. Проведений аналіз показує, що окремі ділянки траєкторії руху регульованої змінної можуть бути представлені безперервними, багаторазово диференційованими функціями (наприклад, кубічним сплайном). Для моделі кубічного сплайну знайдені співвідношення, що дозволяють оцінювати його параметри і вести розрахунок прогнозного значення змінної в реальному часі. Проведено структурний та оптимальний параметричний синтез альтернативних варіантів систем автоматичного регулювання з типовим ПІД-регулятором, що реалізують принцип керування за прогнозом і принцип керування за станом. Порівняльний аналіз оптимальних систем, проведений в часовій і частотних областях, показав значну перевагу системи регулювання, що реалізує принцип керування за прогнозом на основі кубічного сплайну. У порівнянні з системою, що реалізує принцип керування за станом, система регулювання з прогнозуванням по кубічному сплайну забезпечує зниження інтегрального і прямих показників якості перехідних процесів до 40%. Перевірка на грубість систем автоматичного регулювання показала, що система автоматичного регулювання з прогнозуванням регульованої змінної за кубічним сплайном має більший запас стійкості, ніж система регулювання що реалізує принцип керування за станом.

У статті розглядається системи автоматичного регулювання які реалізують алгоритми керування з прогнозуванням складових вільного та вимушеного руху на час запізнення вперед в замкнутому контурі. Проводиться порівняльний аналіз їх роботи у перехідних та сталих режимах роботи, а також запасів стійкості які вони забезпечують. Об'єкти технологічного типу досить часто мають велику інерційність в каналах регулювання яка пов'язаної не тільки з чистим запізненням, але, більшою мірою з акумуляцією речовини і енергії, так званим ємнісним запізненням. Повна або часткова компенсація цієї інерційності може в значній мірі поліпшити якість регулювання для таких об'єктів. На практиці для компенсації впливу запізнення на динаміку власного руху часто використовують системи з упереджувачем Сміта які значно розширюють запас стійкості систем і забезпечують їх працездатність в умовах нестаціонарних властивостей об’єкта керування. Також прогнозування використовується у системах керування з прогнозуючою моделлю, в яких керуючий вплив на кожному кроці розраховується за рахунок вирішення оптимізаційної задачі на основі математичної моделі об’єкта керування. Ці системи також застосовують для керування об’єктами технологічного типу, зокрема рекомендують до застосування при керуванні багатоканальними об’єктами канали яких пов’язані між собою через дію перехресних зв’язків. В якості альтернативи вказаним системам запропонована система регулювання з прогнозуванням вимушеного руху в замкнутий контур якої введено алгоритм прогнозування в реальному часі на основі кубічного сплайну. Проведено структурний та оптимальний параметричний синтез альтернативних варіантів систем автоматичного регулювання. В якості базового регулятора було обрано типовий ПІД-регулятор. Порівняльний аналіз оптимальних систем, проведений в часовій і частотних областях, показав перевагу системи регулювання, що реалізує принцип керування за прогнозом на основі кубічного сплайну. При аналізі роботи систем за каналом дії неконтрольованих збурень система регулювання з прогнозуванням по кубічному сплайну забезпечує зниження інтегрального і прямих показників якості перехідних процесів до 40%. Перевірка на грубість систем автоматичного регулювання показала, що система автоматичного регулювання з прогнозуванням регульованої змінної за кубічним сплайном має приблизно однаковий запас стійкості за часом запізнення та трошки нижчий запас стійкості за коефіцієнтом передачі об’єкта керування, ніж система з упереджувачем Сміта.

Кінець ХХ ст. в діяльності ЮНЕСКО, Світового Банку, освітніх департаментів Європейського Союзу та інших міжнародних організацій відзначений кількома важливими змінами:– безприкладним підвищенням уваги до вищої освіти та наукових досліджень як головної передумови стійкого соціального і економічного розвитку націй у ХХІ столітті (введення нових стандартів класифікації освіти в 1997 р., конференція 1998 р. в Парижі з вищої освіти та ін.);– акцентуванням проблеми вимірювання і забезпечення якості навчання і професійної підготовки, створення та поширення засобів об’єктивного оцінювання діяльності навчально-виховних закладів (здійснення проектів на кшталт PISA – масового тестування сотень тисяч учнів у десятках країн);– прискоренням розвитку фундаментальних наук і розширенням використання їх у системах освіти як незамінного засобу підготовки працівників ХХІ ст. і формування передумов для стійкого суспільно-економічного розвитку.Строго кажучи, останні два аспекти тісно поєднуються, оскільки високоякісна і сучасна освіта не може не включати вивчення точних наук і формування навичок використання новітніх інформаційних та інших “високих” технологій. Прикладом цього є рекомендації Всесвітньої конференції з точних наук, організованої під егідою ЮНЕСКО в Будапешті (26 червня – 1 липня 1999 р.) [1]. Для нас особливо важливим є та частина документів цієї конференції, де йдеться про безперспективність скорочення вивчення фундаментальних наук в системі обов’язкової освіти під фальшивим приводом їх “складності”, де пропонується змінювати й осучаснювати зміст природничо-математичної складової середньої та вищої освіти як фундаменту стійкого розвитку людства, збереження і поліпшення довкілля, забезпечення миру і стабільності.Однак, у деклараціях конференцій та інших працях експертів ЮНЕСКО мало мовиться про необхідність негайного подолання наслідків сучасного “інформаційного вибуху”, насамперед – браку в активного населення новітніх знань для ефективної й результативної діяльності. Пропонуємо називати це явище “ефект хоттабізації” на знак того, що все частіше і частіше кваліфіковані фахівці внаслідок незнання новітніх наукових досягнень повторюють дії дідугана Хоттабича, який намагався допомогти одному лінуватому підлітку скласти екзамен з фізичної географії на основі знань про довкілля, які існували за дві тисячі років до нашої ери на теренах Індії і Близького Сходу. Негативні наслідки ефекту хоттабізації загострюються тим, що нашими сучасниками є приблизно 90% всіх науковців, які жили на планеті, а продуктивність їхньої праці постійно зростає завдяки комп’ютерній техніці і створенню світових мереж для циркуляції наукової інформації та наукової співпраці (електронна пошта, Інтернет та ін.).Неусвідомлення загрози з боку ефекту хоттабізації вже привело в Україні до того, що у нас продовжують використовувати поняття “фундаментальні курси” в анахронічному аспекті як синонім тих усталених академічних знань, що датуються періодом становлення класичних наук. Наслідком цього, очевидно, стає зниження ефективності діяльності всієї системи освіти, а також певна втрата впливу наукової спільноти на громадську думку. Як відомо, цим негайно скористалися представники псевдонаук і невігласи, адепти релігійних й езотеричних вчень тощо.В Україні для вчителів шкіл і викладачів вищих навчальних закладів зникла можливість для ліквідації ефекту хоттабізації і безперешкодного отримання нових даних про результати наукових досліджень в десятках старих і молодих наук. Наукові матеріали чи повідомлення про відкриття займають маргінальне становище, зустрічаються в кількох газетах і науково-популярних журналах з мікроскопічним накладом. Не буде перебільшенням твердження, що сучасна Україна поступається більшості країн третього світу в увазі до поширення наукових знань, у виданні книг, журналів, газет, використанні спеціалізованих каналів телебачення тощо.Очевидно, що подібна деградація не віщує нам нічого хорошого у найближчому майбутньому й загрожує подальшим зниженням інтегральної виробничої компетентності населення України. Яскравий і виключно неприємний приклад стратегічно помилкових дій в освітній сфері – здійснення у нас на Кіровоградщині фінансованого зі США проекту “розвитку критичного мислення”, опис якого і перші “результати” можна знайти в статті [2]. Заокеанські “меценати” розвитку нашої школи безапеляційно оголосили всі тексти підручників “банальними й усім відомими знаннями”, а справжньою цінністю – те, що в ці книги не входить. Цим вони гранично активізували цікавість молоді до антинаукової інформації – переповідання старих релігійних текстів і псевдо-знань алхіміків, байок про легкість отримання “необмеженої енергії з вакууму” та здійснення всіх мрій людства на базі “торсійних полів”. Наслідок? Він дуже сумний – учні на заключних заняттях і залікових дискусіях затаврували всі фундаментальні науки, “довели шкідливість і помилковість” праць Ч. Дарвіна та безлічі інших геніальних вчених...Ми були б необ’єктивними, стверджуючи, що лише в Україні природничо-математичні науки страждають від активізації фанатизму і невігластва. Зауважимо, що і в зарубіжних країнах ситуація з оновленням комплексу навчальних дисциплін і врахуванням у них новітніх наукових відкриттів другої половини ХХ ст. залишається доволі строкатою. З міркувань лаконічності, вкажемо лише два приклади.На відміну від української практики 90-х років, що відзначається значним зниженням уваги до точних наук під гаслом кампанії з гуманізації та гуманітаризації діяльності системи освіти, політичне і адміністративне керівництво Франції інтенсифікувало рух у протилежному напрямі. Як свідчать останні матеріали про тенденції розвитку вищої школи Франції [7], країна обрала твердий курс на розширення охоплення молоді вищою освітою шляхом професіоналізації навчальних програм, широкого впровадження коротких професіоналізованих профілів підготовки кадрів, доповнення класичних спеціалізацій (філолога, історика тощо) додатковими – юриста середньої кваліфікації, соціолога, психолога та ін. Якщо у нас ключовим терміном є “інтелект”, то у сучасній Франції – “компетентність”. Зауважимо, що такою ж є освітня політика кількох інших розвинених країн – Фінляндії, Австрії, Нідерландів, – а також частини країн третього світу – Південної Кореї, Сінгапуру, Індії тощо.Інший приклад. Сучасна Росія, очевидно, успадкувала від СРСР не лише розташовану на своїй території мережу навчальних закладів, але й теоретично-методичний доробок науково-педагогічних дослідних установ, більшість яких концентрувалася в радянські часи у Москві. Нас особливо цікавлять досягнення в інтегруванні природничих наук, зокрема, створенні навчального курсу з інтегрованого “Природознавства”. Вже на початку 80-х років там розпочалися дослідження з диверсифікації старшої середньої школи і використання в навчальному процесі нових предметів і дисциплін.В Україні ці тенденції оновлення виявили себе у планах міністерства народної освіти ввести в майбутньому профільне навчання в старших класах середньої школи. Серед підготовчих кроків (очевидно, за дозволом Москви) воно у другій половині 80-х рр. проводило конкурс на створення програми інтегрованого предмету “Природознавство”, призначеного для заміни фізики, хімії і біології в гуманітарних профілях або потоках навчання. Протягом декількох років комісії відкинули багато невдалих варіантів. Організатори в 1990 р. запропонували автору взяти участь у конкурсі, що призвело до створення бажаної програми і закриття проблеми. Вперше нова програма з інтегрованого “Природознавства” була опублікована в №23 Інформаційного збірника міносвіти в 1991 р., а пізніше регулярно перевидавалася (напр., [3]).Ми переконані – головні ідеї цього нового предмету стають все більш актуальними. Про це свідчать і події в Росії, де експериментують з новою вузівською дисципліною “Концепції сучасного природознавства” і пропонують іншу – “Наукова картина світу” ([4] та ін.). Та вже побіжне ознайомлення з російськими варіантами інтегрованих природознавчих дисциплін засвідчує, що вони мають численні недоліки – еклектичність, відсутність певної інтегруючої ідеї, акцентування другорядної інформації та ін. Схоже, росіяни не змогли скористатися негативним досвідом країн Заходу, де у 80-х роках нова дисципліна “Наука (Science)” була найчастіше простим об’єднанням надмірно класичних фрагментів двох-трьох традиційних наук.Українська старша середня і вища школи мають врахувати вказані приклади і тенденції, створивши і використавши власний варіант дисципліни (чи групи споріднених дисциплін), де були б акумульовані й логічно поєднані в єдине ціле більшість головних відкриттів природничих наук останнього тридцятиріччя. Цей період виділений нами тому, що нові досягнення групи молодих наук дають змогу створити більш повне і сучасне уявлення про Всесвіт і довкілля, Землю і людство.Один з варіантів нових підходів ми пропонуємо у згаданому інтегрованому “Природознавстві”, яке може бути однаково корисним як у старшій середній школі, так і на базовому рівні вищої освіти.Основна особливість авторського “Природознавства” – акумуляція в ньому останніх відкриттів і досягнень цілої групи наук про природу і людину: астрофізики, ядерної і теоретичної фізики, нерівноважної термодинаміки, нелінійної хімії, геофізики і геохімії, етології, нейро- і молекулярної біології, генетики, теорії інформації, почасти, екології й ін.Розроблений варіант курсу складається з двох частин із подібними цілями, що послідовно висвітлюють сучасні уявлення про походження неживої (1-я частина курсу) і живої субстанції, їхній розвиток й постійне ускладнення, а також розглядають сучасний стан і шляхи подальшої еволюції косної і живої матерії у Сонячній системі. У центрі уваги – загальні й партикулярні закони, що детермінують цю еволюцію, а також “досягнення” людства в порушенні природної ходи подій та пошуки реального шляху ліквідації загроз його існуванню. Відсутність фінансування не дає змоги виділити півтора-два року на завершення цього досить складного проекту і створення серії підручників для навчальних закладів різного рівня (включаючи посібники для підготовки викладачів нової дисципліни). Поки-що є лише попередній текст першої частини “Природознавства” (приблизно 20 друкованих аркушів).Настільки детальна розповідь про нереалізований проект виправдана переконанням автора в тому, що в найближчому майбутньому в рамках переходу до 12-річної середньої освіти в Україні можуть активізуватися пошуки нових предметів і дисциплін для заключних рівнів первинної освіти (термін означає всю сукупність засобів і методів підготовки нових генерацій до активного життя). Наприклад, проблема адекватного викладу складних наукових аспектів сучасної екології як інтегративної науки найкраще вирішується саме в рамках ще більш інтегративного курсу “Природознавства”. Багато років автор використовував у різних комбінаціях інформацію з екології, природознавства і наукового людинознавства під час читання курсів “Вступ в екологію”, “Основи екології” і “Безпека життєдіяльності” в університетах та спеціалізованих середніх навчальних закладах Києва. Досвід показав, що учні і студенти негативно ставляться до викладу цих курсів на основі акцентування видів забруднень і правил цивільної оборони, віддаючи перевагу отриманню знань про закони живої і неживої природи та про особливості комплексних динамічних явищ довкілля.Наше заключне зауваження стосується ужитого терміну “наукове людинознавство” і, напевне, має особливе значення. Цієї науки ще немає, але існують і розширюються досить тривкі острівці наукових знань про сутність людини в рамках групи окремих молодих точних наук.Тисячоліттями сутність людини була об’єктом вивчення, аналізу і трактування гуманітарних наук і мистецтв. Накопичений ними океан знань відрізняється декількома особливостями, зокрема: а) колосальним обсягом; б) словесною або графічною формою; в) відсутністю надійного інструментарію для відділення істини від помилок і хибних гіпотез; г) непристосованістю до швидкої передачі молодим поколінням.Для автора друга половина ХХ ст. відзначена насамперед тим, що у своєму розвитку генетика, етологія, теорія інформації, нейро- і молекулярна біологія й інші точні науки “проникли” в сферу вивчення сутності людини. Багато чого з золотого фонду здогадок науковців-гуманітаріїв вони підтвердили у формі законів природи, виявивши одночасно хибність частини поширених ідей і постулатів (особливо в сфері психології й уявлень про мотиви поведінки людини, див. напр. [5,6]). Автор, зрозуміло, володіє лише частиною інформації зі сфери наукового людинознавства, але й вона чітко виявила свою виняткову ефективність у процесі виховання і викладання. Відзначимо, що окремі аналітики-прогнозисти серед педагогів-науковців (як Т. Левовицький у Польщі чи Б. Гершунський у Росії) пропонують розширити можливості педагогіки у ХХІ ст. шляхом залучення досягнень психології, соціології і кібернетики. Та значно більшого можна чекати від названих вище молодих наук, особливо етології, генетики і нейромолекулярної біології.Й досі педагоги або не підозрюють про існування, приміром, законів етології й нейрохімії людських емоцій, або, не вивчивши їх глибоко, відхиляють як небезпечну для їхньої науки єресь (“сьянтизм”). Звичайно, ці варіанти дій по-своєму логічні, але не мають перспективи з урахуванням необхідності переходу від адаптаційної до трансформаційної (існують також назви “гуманістична” і “критично-креативна”) парадигми освіти, формування в молоді потрібної в ХХI сторіччі неоцивілізаційної компетентності – фундаментальної передумови виживання людства і його стійкого прогресу.Свою частину рішення зазначених освітньо-виховних проблем може взяти на себе великий курс “Основи сучасного природознавства” як комплекс знань про походження, розвитку і сутності природи і людини, міру розумності і можливостей останнього.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.14.02 - електричні станції, мережі і системи (141 – електроенергетика, електротехніка та електромеханіка). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» МОН України, Харків, 2019. Зміст анотації. Дисертація присвячена розв’язанню актуальної науково- прикладної задачі у галузі забезпечення заявлених графіків видачі потужності у вузлі генерації електричних станцій на відновлювальних джерелах енергії (ВДЕ), шляхом використання систем акумуляції та концепції віртуальних електричних станцій. Актуальність теми дисертаційної роботи полягає у наступному, сучасні тенденції в розвитку електроенергетичних систем передбачають суттєве збільшення частки електричних станцій на відновлювальних джерелах енергії в загальній структурі генерації розвинутих країн, що призводить до необхідності їх додаткового резервування. З гідно статті 71.5 закону про «Ринок електричної енергії України», Гарантований покупець повинен придбати всю енергію від виробників з ВДЕ, що працюють за «Зеленим тарифом». Особливістю режимів роботи електричних станцій на відновлювальних джерелах є майже пряма залежність від погодних умов, що призводить до відхилень значення потужності в точках генерації від заявлених значень. Отже виникає необхідність в компенсації виникаючих небалансів. Використовуючи концепцію віртуальних електричних станцій, що поєднують електричні станції на ВДЕ, активних споживачів та системи акумуляції в єдину станцію зі спільною системою управління, можливо зменшити небаланси в точці генерації. Це потребує створення методів вибору оптимальної компоновки систем накопичення; алгоритмів систем управління для віртуальних електричних станцій та розподілених систем акумулювання; рекомендацій по їх застосуванню для електричних мереж, які тільки починають перехід від традиційних до інтелектуальних і мають дефіцит маневрових потужностей. Розробка технічних заходів для забезпечення заявлених графіків роботи сонячних електростанцій (СЕС) та вітряних електростанцій (ВЕС) дозволить їх інтегрувати до графіку генерації в якості базових станцій. Це дасть можливість виконати зобов‘язання всіх учасників процесу та не порушувати заплановані режими роботи інших станцій. Мета і задачі дослідження. Мета дослідження полягає у забезпеченні заявлених графіків видачі потужності у вузлі генерації електричних станцій на відновлювальних джерелах енергії, шляхом використання систем акумуляції та концепції віртуальних електричних станцій. Для досягнення поставленої мети визначені задачі дослідження: – проаналізувати основні методи та засоби забезпечення графіків видачі потужності електричних станцій на відновлювальних джерелах енергії в Україні та світі і фактори, що впливають на них; – розробити математичну модель для дослідження режимів роботи електричних станцій гібридної генерації на основі сонячної та вітроелектростанції та провести перевірку адекватності розробленої математичної моделі; – уточнити методику розрахунку вартості електричної енергії від систем акумулювання у вузлі генерації з урахуванням втрат при передачі та перетворенні енергії; – вдосконалити методику оптимізації конфігурації систем акумулювання для балансування генерації СЕС та ВЕС за умови мінімізації питомої вартості електричної енергії; – провести комп‘ютерне моделювання роботи електричних станцій на відновлювальних джерелах енергії на основі погодних даних обраного адміністративного району України з метою визначення необхідної конфігурації системи акумулювання на основі розробленої методики; – розробити комп‘ютерну модель віртуальної електричної станції, що поєднує в собі удосконалені математичні моделі генерації активної потужності СЕС і ВЕС, комп‘ютерні моделі систем накопичення енергії, імітацію активних споживачів і енергетичного ринку, а також елементи апаратно-комп‘ютерного моделювання. – розробити алгоритм роботи інформаційно-керуючої системи віртуальної електричної станції, на основі уточненого методу розрахунку вартості електричної енергії та провести його апробацію на комп‘ютерній моделі віртуальної електричної станції. – дослідити можливість застосування концепції віртуальних електричних станцій для забезпечення добових графіків генерації з урахуванням вимог Гарантованого покупця. Об’єктом досліджень – електромагнітні процеси в мережах з електричними станціями на основі відновлювальних джерел енергії. Предметом досліджень – електричні та інформаційні параметри режимів обладнання електричних станцій на відновлюваних джерелах енергії. Наукова новизна одержаних результатів: 1) Отримала подальший розвиток математична модель віртуальної електричної станції, яка відрізняється від існуючих тим, що додано елементи для зв‘язку з реальним програмованим логічним контролером ОВЕН 110-60 та на основі регресійного аналізу враховано додатковий коефіцієнт співвідношення вхідних погодних умов та результуючої потужності для встановлення відповідності з реальними характеристиками обладнання, що дозволило застосувати апаратно-програмне моделювання, збільшити точність розрахунку вихідної активної потужності сонячної електричної станції на 5% та проводити моделювання роботи вітряної електричної станції на швидкостях вітру більших за номінальні. 2) Отримав подальший розвиток метод розрахунку вартості електричної енергії яка використовується для забезпечення добових графіків генерації ВДЕ на основі акумуляції в межах однієї віртуальної електричної станції, який відрізняється від відомих врахуванням витрат пов‘язаних з розташуванням, встановленням та роботою додаткового обладнання, що дозволяє підвищити точність виконання розрахунків і підвищити енергоефективність таких систем за рахунок задіяння найбільш доцільних їх елементів. 3) Науково і технічно обґрунтовано використання концепції віртуальних електричних станцій для забезпечення добових графіків генерацій сонячних та вітроелектростанцій в умовах енергетичного ринку України, що дозволить забезпечити функціонування механізму Гарантованого покупця з мінімальним застосуванням додаткових маневрових потужностей. Практичне значення одержаних результатів. Для електроенергетичної галузі України полягає в тому, що на підставі виконаних досліджень визначені способи оптимізації режимів роботи електричних станцій на відновлювальних джерелах енергії за допомогою акумуляції. Такий підхід дозволить встановити відповідність між діючим та прогнозним значенням потужності у точці генерації, сформувати графік навантаження для традиційних електричних станцій без необхідності додаткового їх маневрування для компенсацій електростанцій на відновлювальних джерелах енергії. Окрім того, результати досліджень допоможуть збільшити точність розрахунків вартості електричної енергії у точці генерації від систем акумулювання. Розроблена методика вибору конфігурації систем акумуляції дозволяє визначити мінімально необхідну ємність накопичувачів енергії та їх потужність, що забезпечить мінімізацію вартості устаткування. Запропонований алгоритм управління розподіленою системою акумулювання дозволяє вирішити задачу розподіленого балансування, а також враховує можливість залучення активних споживачів та енергетичного ринку до процесу балансування. Результати дисертаційної роботи були впроваджені: - у ТОВ «ЛЕО» для розрахунку мінімально необхідного об’єму систем накопичення енергії, що будуть рекомендовані для забезпечення заявлених графіків генерації електричних станцій на ВДЕ які працюють за зеленим тарифом; - у навчальному процесі кафедри електричних станцій Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” для студентів спеціальностей 141 спеціальності за спеціалізаціями: 141-01 «Електричні станції» та 141-05 «Енергетичний менеджмент та енергоефективні технології» під час викладання курсів лекцій з дисциплін «Електрична частина станцій та підстанцій», «АСУТП станцій та підстанцій», «Системи відновлюваної енергетики та вторинні енергоресурси» , під час написання дипломних проектів, випускних кваліфікаційних робіт. Дисертація виконана згідно планів наукових досліджень кафедр електричних станцій та загальної електротехніки Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» у відповідності до договору «Методи удосконалення електроенергетичних систем» (ДР № 0116U000885).
Dissertation for the degree of candidate of technical sciences (doctor of philosophy) in specialty 05.14.02 - Electric power stations, networks and systems (141 - Power engineering, electrical engineering and electromechanics). – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2019. Annotation content. The dissertation is devoted to solving the actual scientific and applied problem in the providing the stated schedules of power generation at renewable energy sources (RES) through the use of storage systems and the concept of virtual power plants. According to the legislation of Ukraine, the Guaranteed Buyer must purchase all energy from renewable energy producers operating under the Green Tariff. The peculiarity of the operating modes of power plants on renewable sources is almost a direct dependence on weather conditions, which leads to deviations of the power value at the points of generation from the declared values. Therefore, there is a need to compensate for emerging imbalances. Using the concept of virtual power plants that combine RES, active consumers and storage systems into a single station with a common control system, it is possible to reduce imbalances at the generation point. This requires the creation of methods for selecting the optimal layout of the accumulation systems; control systems algorithms for virtual power plants and distributed storage systems; recommendations for their application to power grids that are just beginning to transition from traditional to intelligent and have a lack of maneuverability. The development of technical measures to ensure the declared schedules of solar power plants (SPP) and wind power plants (WPP) will allow them to be integrated into the generation schedule as base stations. This will make it possible to fulfill the obligations of all participants of the process and not violate the planned operating modes of other stations. The purpose and tasks of the study. The purpose of the study is to provide the stated schedules of power generation at the generation site of renewable energy sources through the use of storage systems and the concept of virtual power plants. To achieve the goal, the research objectives are defined: – to analyze the basic methods and means of providing the schedules of power outputs of renewable energy sources in Ukraine and the world and the factors that influence them; – to develop a mathematical model for the study of operating modes of hybrid power plants based on solar and wind power plants and to check the adequacy of the developed mathematical model; – clarify the methodology for calculating the cost of electricity from storage systems at the generation site, taking into account losses in energy transmission and conversion; – improve the method of optimization of the configuration of accumulation systems for balancing the generation of SES and WPP, while minimizing the specific cost of electricity; – carry out computer simulation of the operation of renewable energy power plants based on the weather data of the selected administrative district of Ukraine in order to determine the required configuration of the accumulation system based on the developed methodology; – to develop a computer model of a virtual power plant that combines advanced mathematical models of SES and WPP power generation, computer models of energy storage systems, imitation of active consumers and the energy market, as well as elements of hardware and computer modeling. – to develop an algorithm of operation of the information and control system of the virtual power plant, based on the specified method of calculating the cost of electricity, and to test it on a computer model of the virtual power plant. – explore the possibility of applying the concept of virtual power plants to provide daily generation schedules, taking into account the requirements of the Guaranteed Buyer. The object of research is the electromagnetic processes in grids with power plants based on renewable energy sources. Subject of research – electrical and information parameters of modes of equipment of power plants on renewable energy sources. Scientific novelty: 1) The mathematical model of the virtual power plant has been further developed, which differs from the existing ones by adding elements for communication with the real programmable logic controller OVEN 110-60 and based on the regression analysis the additional coefficient of the ratio of incoming weather conditions and the resulting power is taken into account the real characteristics of the equipment, which allowed to apply hardware and software modeling, to increase the accuracy of the calculation of the output active power of solar panels at 5% and conduct simulations of wind power station at wind speeds greater than nominal. 2) The method of calculating the cost of electricity, which is used to provide daily schedules of generation of RES on the basis of accumulation within one virtual power station, which differs from the known costs related to the location, installation and operation of additional equipment, which improves the accuracy of calculations, was further developed. and to increase the energy efficiency of such systems by utilizing their most relevant elements. 3) It is scientifically and technically grounded to use the concept of virtual power plants for providing daily schedules of generation of solar and wind power plants in the conditions of the energy market of Ukraine, which will allow to ensure the functioning of the Guaranteed Buyer mechanism with minimal use of additional maneuvering capacities. Practical value: The practical value of the work lies in the fact that methods of optimization of modes of operation of power plants on renewable energy sources by means of accumulation are determined on the basis of the performed researches. This approach will allow to establish the correspondence between the current and the predicted value of power at the point of generation, to form a schedule of load for traditional power plants without the need for additional maneuvering for compensation of power plants on renewable energy sources. In addition, research findings will help to increase the accuracy of electricity cost calculations at the point of generation from storage systems. The developed method of choosing the configuration of accumulation systems allows to determine the minimum required capacity of energy storage and their capacity, which will minimize the cost of equipment. The proposed algorithm for managing a distributed accumulation system allows to solve the problem of distributed balancing, and also takes into account the possibility of involving active consumers and the energy market in the balancing process. The results of the dissertation work were introduced: - at LEO LLC to calculate the minimum required volume of energy storage systems that will be recommended to provide the stated generation schedules of power plants than work based on green tariff; - in the educational process of the National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" for students of specialties 141 specialties in specialization: 141- 01 "Power Plants" and 141-05 "Energy Management and Energy Efficient Technologies" during the teaching of lectures on disciplines "Electrical part of stations and substations "," ACTSP of stations and substations "," Renewable energy systems and secondary energy resources ", during writing of diploma projects, final qualification works. The dissertation is executed according to the plans of scientific researches of the National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" of the Department of Power stations and general electrical engineering in accordance with the economic agreement « Methods of improvement of power systems» (state registration number - 0116U000885).

Нaвeдeнo cхeму пiдключeння aвтoнoмнoї кoтeльнi дo icнуючoї тpaнcфopмaтopнoї пiдcтaнцiї. Пpeдcтaвлeнo пpинципoву cхeму кoнвeктивнoгo вoдoгpiйнoгo кoтлa йoгo пapaмeтpи тa тeхнiчну хapaктepиcтику. Нaвeдeнo cхeму кepувaння пpoeктoвaнoї cиcтeми тeплoпocтaчaння нaвчaльнoгo кopпуcу. Зaпpoпoнoвaнo зaхoди пo змeншeнню тeплoвих втpaт чepeз oгopoджуючi кoнcтpукцiї. Poзpaхoвaнo тeплoтeхнiчнi пoкaзники нaвчaльнoгo кopпуcу № 5 ТНТУ iм.I.Пулюя. Визнaчeнo питoмi тeплoвi втpaти нa oпaлeння.
Метою роботи є розробка системи електротеплоакумуляційного електрообігріву навчального корпусу для забезпечення споживачів теплом та гарячою водою. Основним технічним рішенням роботи є впровадження енергоефективного облад-нання, а також технологічні особливості роботи системи електротеплоакумуляційного обігріву навчального корпусу, яка буде працювати за диференційованими тарифами на електроенергію. Аналіз актуальності проблемної ситуації, полягає у вирішенні питання, що може суттєво розширити масштаби розповсюдження електрообігріву в Україні. Одним з перспективних шляхів підвищення енергоефективності електрообігріву є перехід до електротеплоакумуляційних технологій. Тобто, заміна традиційних котелень на електроопалювальні акумуляційні комплекси з переведенням їх у режим споживання електроенергії тільки вночі з багатотарифним обліком електроенергії є одним з найдоцільніших засобів підвищення енергоефективності.
The aim of the work is to develop a system of electro-heat-accumulating electric heating of the educational building to provide consumers with heat and hot water. The main technical solution is the introduction of energy-efficient equipment, as well as technological features of the electric heating system of the educational building, which will operate at differentiated tariffs for electricity. Analysis of the urgency of the problem situation is to address the issue, which can significantly expand the distribution of electric heating in Ukraine. One of the promising ways to increase the energy efficiency of electric heating is the transition to electro-heat storage technologies. That is, the replacement of traditional boilers with electric heating storage complexes with their transfer to the mode of electricity consumption only at night with multi-tariff metering of electricity is one of the most appropriate means of improving energy efficiency.
ПEPEЛIК УМOВНИХ CКOPOЧEНЬ 6 ВCТУП 7 1 AНAЛIТИЧНИЙ POЗДIЛ 9 1.1 Oцiнкa мoжливocтeй впpoвaджeння eлeктpoтeплoaкумуляцiйних тeхнoлoгiй в Укpaїнi 9 1.2 Пpoблeми eлeктpoaкумуляцiйнoгo oбiгpiву 17 1.3 Пocтaнoвкa зaдaчi дo пpoeктувaння 20 2 ПPOEКТНO-КOНCТPУКТOPCЬКИЙ POЗДIЛ 21 2.1 Тeплoтeхнiчнa чacтинa 21 2.2 Eлeктpoтeхнiчнa чacтинa 28 2.3 Виcнoвки дo poздiлу 2 35 3 POЗPAХУНКOВO-ДOCЛIДНИЦЬКИЙ POЗДIЛ 36 3.1 Poзpaхунoк тeплoтeхнiчних пoкaзникiв нaвчaльнoгo кopпуcу №5 36 3.2 Poзpaхунoк тeплoвих втpaт, тa тeплoвoї пoтужнocтi пpoeктoвaнoї кoтeльнi 43 3.3 Тeхнiкo-eкoнoмiчнi poзpaхунки зaпpoвaджeння cиcтeми oпaлeння нaвчaль нoгo кopпуcу №5 50 3.4 Виcнoвки дo poздiлу 3 53 4 БEЗПEКA ЖИТТЄДIЯЛЬНOCТI ТA OCНOВИ OХOPOНИ ПPAЦI 54 4.1 Пpaвилa бeзпeки пpи eкcплуaтaцiї eлeктpoтeплoaкумуляцiйних cиcтeм 54 4.2 Poзpaхунoк зaхиcнoгo зaнулeння cиcтeми eлeктpoтeплoaкумуляцiйнoгo oбiгpiву 55 4.3 Бeзпeкa пpи гaciннi eлeктpoуcтaнoвoк 59 ЗAГAЛЬНI ВИCНOВКИ 61 ПEPEЛIК ПOCИЛAНЬ 63

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 - електричні станції, мережі і системи. – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2019. Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної науково-прикладної задачі у напрямку забезпечення заявлених графіків генерації електричних станцій на відновлюваних джерелах енергії на основі концепції віртуальних електричних станцій. У дисертаційній роботі досліджено методи забезпечення заявлених графіків генерації електричних станцій на ВДЕ та обґрунтована доцільність використання концепції віртуальних електричних станцій для вирішення поставленої задачі. Досліджено застосування різних типів систем акумуляції, як одного з елементів віртуальної електричної станції. Проведено аналіз існуючих методів впровадження інтелектуальних мереж, що дозволило вибрати шаблон Smart Grid Architecture Model за основу для створення необхідної інфраструктури. Проведено аналіз існуючих методів визначення оптимальної ємності систем акумуляції та їх компоновки. Розроблено комп‘ютерну модель для дослідження роботи віртуальних електричних станцій, що дозволяє оцінити потенційні небаланси при генерації, перевірити достатність обсягу систем акумуляції для різних задач, а також провести апробацію роботи системи управління. Уточнено методику розрахунку вартості електричної енергії від систем акумулювання з урахуванням вартості втрат енергії при передачі та трансформації, а також додаткових факторів пов‘язаних з орендою та обслуговуванням. Розроблено, реалізовано та апробовано алгоритм управління віртуальною електричною станцією, що базується на задіянні найбільш дешевого джерела енергії для балансування з урахуванням обмежень електричних мереж, доступу до енергетичного ринку та можливості залучення активних споживачів. Показана можливість забезпечення заявлених графіків генерації електричних станцій на основі концепції віртуальних електричних станцій на прикладі умов одного з адміністративних центрів України.
Dissertation for the degree of candidate of technical sciences in specialty 05.14.02 - power plants, networks and systems. - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2019. The thesis is devoted to the solution of the current scientific and applied problem in the field of providing the declared schedules of generating power plants with renewable energy sources based on the concept of virtual power plants. In the dissertation work, the methods of providing the declared schedules of generating power plants on renewable energy sources are investigated. The expediency of using the concept of virtual power plants to solve the problem is justified. The use of various types of accumulation systems as one of the elements of a virtual power plant is investigated. The analysis of existing methods and state-of-the-art-practices of implementing intelligent networks was carried out, which made it possible to select the Smart Grid Architecture Model pattern as the basis for creating the necessary infrastructure. The analysis of existing methods for determining the optimal capacity of accumulation systems and their layout has been carried out that was used to calculate minimal capacity for providing the declared schedules of generation of PV and wind power plant each 1 MW for one of the administrative centers of Ukraine. The developed computer model for studying the operation of virtual power plants that include PV and wind power with energy storage and connections to PLC allows assessing potential unbalances during generation, checking the sufficiency of the capacity of accumulation systems for various tasks, as well as testing the operation of the control system. The methodology for calculating the cost of electrical energy from storage systems has been refined, taking into account the cost of energy losses during transmission and transformation, as well as additional factors associated with renting and servicing. An algorithm for managing a virtual power plant was developed, implemented and tested with real PLC connected to mathematical model, based on using the cheapest energy source for balancing taking into account the limitations of electrical networks, power lines and transforming equipment, access to the energy market for buying and selling energy and the ability to attract active consumers. The possibility of providing the declared schedules of generation of power plants based on the concept of virtual power plants on the example of conditions of one of the administrative centers of Ukraine is shown.