Энергосберегающие режимы и технологии. Интеллектуальная электроэнергетика
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Электроэнергетика. Электротехника
Издательство:
Инфра-Инженерия
Автор:
Шайтор Николай Михайлович
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 224
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-9729-1302-2
Артикул: 816255.01.99
Рассмотрены причины потерь энергии и энергоресурсов, потенциал энергосбережения и способы его реализации при производстве, передаче и распределении электрической энергии. Приведены различные режимы и технологии управления потоками электроэнергии и вопросы повышения эффективности работы энергосистем, связанные с его основным оборудованием. Показана необходимость и возможность комплексного решения проблемы по преобразованию электроэнергетики в рамках интеллектуальных линий электропередач (Smart grids) с использованием современного развития техники и в первую очередь приборов силовой электроники. Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Н. М. Шайтор, А. В. Горпинченко ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ РЕЖИМЫ И ТЕХНОЛОГИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА Учебное пособие Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023
УДК 621.311 ББК 31.29 Ш17 Рецензент: доцент кафедры возобновляемых источников энергии и электрических систем и сетей Института ядерной энергии и промышленности ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет» кандидат технических наук, доцент Чебоксаров Виктор Валерьевич Шайтор, Н. М. Ш17 Энергосберегающие режимы и технологии. Интеллектуальная электроэнергетика : учебное пособие / Н. М. Шайтор, А. В. Горпинченко. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. – 224 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-1302-2 Рассмотрены причины потерь энергии и энергоресурсов, потенциал энергосбережения и способы его реализации при производстве, передаче и распределении электрической энергии. Приведены различные режимы и технологии управления потоками электроэнергии и вопросы повышения эффективности работы энергосистем, связанные с его основным оборудованием. Показана необходимость и возможность комплексного решения проблемы по преобразованию электроэнергетики в рамках интеллектуальных линий электропередач (Smart grids) с использованием современного развития техники и в первую очередь приборов силовой электроники. Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника». УДК 621.311 ББК 31.29 ISBN 978-5-9729-1302-2 Шайтор Н. М., Горпинченко А. В., 2023 Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
ОГЛАВЛЕНИЕ СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ........................................................................ 7 ПРЕДИСЛОВИЕ ......................................................................................... 9 ГЛАВА 1. НОРМАТИВНО-ПРАВОВАЯ БАЗА ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ И ПОВЫШЕНИЮ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ................................................................. 10 1.1. Общая характеристика нормативно-правовых актов ................ 10 1.2. Нормативно-техническая база энергосбережения и энергетической эффективности ...................................................... 13 Вопросы для самоконтроля ................................................................ 15 Список литературы главы 1 ............................................................... 15 Глава 2. ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПРОГРАММА ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ И ПОВЫШЕНИЮ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ................................................................................ 15 2.1. Общая характеристика программы ............................................ 15 2.2. Региональные и муниципальные программы энергосбережения и повышения энергетической эффективности ................................. 22 Вопросы для самоконтроля ................................................................ 29 Список литературы главы 2 ............................................................... 29 Глава 3. ОСНОВЫ ДОГОВОРНЫХ ОТНОШЕНИЙ ПРИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ ................................................................ 30 3.1. Основы договорных отношений при электроснабжении ......... 30 3.2. Условия заключения договора .................................................... 30 3.3. Ответственность за энергосбережение и повышение энергетической эффективности ......................................................... 32 3.4. Информационные технологии в энергосбережении ................. 34 Вопросы для самоконтроля ................................................................ 37 Список литературы главы 3 ............................................................... 37 Глава 4. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РОССИЙСКОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ......................................................................... 38 4.1. Общая характеристика и тенденции развития российской электроэнергетики .............................................................................. 38 4.2. Особенности российской электроэнергетики ............................ 39 4.3. Сетевая структура Единой энергетической системы ................ 43 Вопросы для самоконтроля ................................................................ 47 Список литературы главы 4 ............................................................... 47 Глава 5. РЕФОРМИРОВАНИЕ РОССИЙСКОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ......................................................................... 47 5.1. Капитализация российской электроэнергетики ........................ 47 5.2. Субъекты российского рынка электроэнергии .......................... 50 3
5.3. Взаимодействие участников рынка электроэнергии ................ 53 Вопросы для самоконтроля ................................................................ 55 Список литературы главы 5 ............................................................... 55 Глава 6. ОПЕРАТИВНО-ДИСПЕТЧЕРСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ .................................................................... 55 6.1. Трехуровневая система оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике ....................................................... 55 6.2. Организация управления и объекты ОДУ ................................. 57 6.3. Основные принципы ОДУ ........................................................... 59 Вопросы для самоконтроля ................................................................ 61 Список литературы главы 6 ............................................................... 61 Глава 7. ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ НА БАЗЕ КОНЦЕПЦИИ SMART GRID ............................................................................................ 62 7.1. Общая характеристика концепции Smart Grid .......................... 62 7.2. Базовые подходы к построению энергосистемы в концепции Smart Grid ............................................................................................. 65 7.3. Функциональные свойства энергосистемы на базе концепции Smart Grid ............................................................................................. 69 Вопросы для самоконтроля ................................................................ 74 Список литературы главы 7 ............................................................... 74 Глава 8. НАЦИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С АКТИВНО-АДАПТИВНОЙ СЕТЬЮ ................................................. 74 8.1. Основные положения энергетической стратегии России, стимулирующие развитие интеллектуальных сетей ........................ 74 8.2. Интеллектуальная электроэнергетическая система с активно-адаптивной сетью .............................................................. 80 8.3. Технологический базис концепции ИЭС ААС .......................... 84 Вопросы для самоконтроля ................................................................ 91 Список литературы главы 8 ............................................................... 91 Глава 9. ОЖИДАЕМЫЕ ЭФФЕКТЫ ОТ ВНЕДРЕНИЯ ИЭС ААС .... 92 9.1. Основные ожидаемые эффекты интеллектуальной электроэнергетики .............................................................................. 92 9.2. Прогнозные оценки изменений балансовых условий в ЕЭС России при развитии интеллектуальной энергетики............... 93 9.3. Стоимостные оценки затрат и эффектов при развитии интеллектуальной энергетики в ЕЭС России ............ 97 Вопросы для самоконтроля ................................................................ 99 Список литературы главы 9 ............................................................... 99 4
Глава 10. ТЕХНОЛОГИИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СЕРВИСОВ .......... 100 10.1. Распределенные сетевые приложения .................................... 100 10.2. Системы обработки информации в масштабе предприятия 103 10.3. Основные уровни архитектуры распределенного приложения ........................................................................................ 105 Вопросы для самоконтроля .............................................................. 107 Список литературы главы 10 ........................................................... 108 Глава 11. СЕРВИС-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ АРХИТЕКТУРЫ (SOA) ......................................................................... 108 11.1. Элементы и характеристики SOA ........................................... 108 11.2. Сервис-ориентированный анализ и проектирование ............ 112 11.3. Концепция управления распределенными службами ........... 115 Вопросы для самоконтроля .............................................................. 117 Список литературы главы 11 ........................................................... 117 Глава 12. ОБЛАЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ............................................... 117 12.1. Основные характеристики облачных вычислений ................ 117 12.2. Модели расположений и облачных вычислений................... 119 12.3. Модели развертывания и границы управляемости ............... 122 Вопросы для самоконтроля .............................................................. 125 Список литературы главы 12 ........................................................... 125 Глава 13. АГЕНТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ................................................ 126 13.1. Понятие программного агента ................................................ 126 13.2. Мультиагентные системы и агентные платформы................ 130 13.3. Безопасность в системах мобильных агентов........................ 132 Вопросы для самоконтроля .............................................................. 134 Список литературы главы 13 ........................................................... 134 Глава 14. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ИЭС ААС ..................................................................... 135 14.1. Единая автоматизированная система управления ИЭС ААС ........................................................................................... 135 14.2. Управление системами регулирования и автоматики .......... 144 14.3. Основные технологии интеллектуального управления в ИЭС ААС ........................................................................................ 149 Вопросы для самоконтроля .............................................................. 153 Список литературы главы 14 ........................................................... 153 Глава 15. ТЕХНИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ....................................... 154 15.1. Эталонная архитектура ИЭС ААС ......................................... 154 15.2. Ядро эталонной архитектуры ИЭС ......................................... 158 15.3. Подстанция эталонной архитектуры высокого уровня ........ 166 Вопросы для самоконтроля .............................................................. 169 Список литературы главы 15 ........................................................... 169 5
Глава 16. АРХИТЕКТУРА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ЭНЕРГОСЕТЕЙ ФИРМЫ «МАЙКРОСОФТ» ..................................... 169 16.1. Принципиальные планы интеллектуальной энергетической экосистемы ........................................................................................ 169 16.2. Эталонная архитектура версии SERA .................................... 174 16.3. Обзор общей архитектуры предприятия электроэнергетики ............................................................................ 178 Вопросы для самоконтроля .............................................................. 182 Список литературы главы 16 ........................................................... 183 Глава 17. МУЛЬТИАГЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЭС ААС .... 183 17.1. Организационная модель МАСУ ИЭС ААС ......................... 183 17.2. Основные моделируемые процессы в ИЭС ААС .................. 187 Вопросы для самоконтроля .............................................................. 196 Список литературы главы 17 ........................................................... 197 Глава 18. ГЛАВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ АРХИТЕКТУРЫ МАСУ ИЭС ААС ................................................................................... 197 18.1. Требования к эталонной архитектуре МАСУ ИЭС ААС ..... 197 18.2. Архитектура информационно-коммуникационной системы .............................................................................................. 204 18.3. Информационная безопасность и математическое обеспечение МАСУ .......................................................................... 212 Вопросы для самоконтроля .............................................................. 220 Список литературы главы 18 ........................................................... 221 6
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ OLAP – online analytical processing (интерактивная аналитическая обработка) SOA – Service-Oriented Architecture (сервис-ориентированная архитектура) АИИС КУЭ – информационно-измерительная система коммерческого учёта электроэнергии АРН – автоматизированная система регулирования напряжения АРЧМ – автоматизированная система регулирования частоты и мощности АСДУ – автоматизированная система диспетчерского управления АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическими процессами АТС – администратор торговой системы БЗ – база знаний ВВП – валовый внутренний продукт ВОЛС – оптоволоконные каналы связи ВРП – валовый региональный продукт ГДЦ – главный диспетчерский центр ГИС – геоинформационная система ГИС – государственная информационная (геоинформационная) система ГК – генерирующие компании ГК РФ – Гражданский кодекс РФ ГОСТ – государственный стандарт ГОСТ Р – государственный стандарт Российской Федерации ГТУ – газотурбинные установки ГТУ-ТЭЦ – газотурбинная установка – теплоэлектроцентраль ГУВ – групповое управление возбуждением ДПЭ – договор на пользование электрической энергией (договор энергоснабжения) ДЦ – диспетчерский центр ЕНЭС – Единая национальная (общероссийская) электрическая сеть ЕЭС – Единая энергетическая система ИНС – искусственные нейронные сети ИЭС ААС – интеллектуальные электроэнергетические системы с активно-адаптивными сетями КЛС – кабельные линии связи ЛЭП – линии электропередачи МАСУ – мультиагентная система управления млн т у.т. – миллион тонн условного топлива 7
МРСК – межрегиональные распределительные сетевые компании МСК – магистральные сетевые компании МЭК – Международная электротехническая комиссия МЭС – магистральные электрические сети ОДУ – объединенное диспетчерское управление ОДУ – оперативно-диспетчерское управление ОИК – оперативно-информационный комплекс ОСТ – отраслевой стандарт ОТГК – тепловые генерирующие компании оптового рынка электроэнергии ОЭС – объединённые энергосистемы ПА – противоаварийная автоматика ПГУ-ТЭЦ – парогазовая установка – теплоэлектроцентраль ПТС – предприятия тепловых сетей ПЭС – предприятия электросетей РВС – распределенные вычислительные системы РДУ – региональное диспетчерское управление РЗ – релейная защита РРЛ – радиорелейные линии РУ – распределительные устройства РЭА – Российское энергетическое агентство СКС – спутниковые каналы связи СМПР – системы мониторинга переходных режимов СО – системный оператор СО ЕЭС – Системный оператор Единой энергетической системы СРО – саморегулируемые организации СТО – стандарт организации СТП – стандарт предприятия ТГК – территориальные генерирующие компании ТК РФ – Трудовой кодекс Российской Федерации ТП – трансформаторные подстанции ТЭБ – топливно-энергетический баланс ТЭК – топливно-энергетический комплекс ТЭР – топливно-энергетические ресурсы ФГК – федеральные генерирующие компании ФЗ – федеральный закон ФСК – федеральная сетевая компания ЦОД – центр хранения и обработки данных ЦУС – центр управления сетями ЭЭ – электрическая энергия 8
ПРЕДИСЛОВИЕ Изменения экономических отношений, произошедшие в России в последнее время, потребовали изменения подхода к энергопроизводству и энергопотреблению. Век безрассудного, безоглядного владения дарами недр Земли ушел в прошлое. Сегодня энергосбережение является главным направлением энергетической политики России в новых экономических условиях. Для реализации мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности государство сформулировало специальные требования, направленные на стимулирование рынка, активизацию профессионального сообщества и повышение значимости экономии энергии для ее потребителей, производителей и поставщиков. Очевидно, что для устранения потерь необходимо выявление их причин и источников. Именно поэтому одним из самых актуальных направлений в нашей стране является анализ энергоэффективности, связанный с выявлением нерациональных затрат энергетических ресурсов и неоправданных потерь энергии. Энергетические проблемы тесно связаны с экономическими, социальными, научно-техническими и экологическими проблемами. Это означает, что достичь в скором времени ощутимых результатов можно, лишь обеспечив подготовку инженерно-технических кадров, способных оказать заметное влияние на эффективность энергосберегающих мероприятий на промышленных предприятиях, в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ), сельском хозяйстве, строительстве, на транспорте и т. д. Курс лекций по дисциплине «Энергосберегающие режимы и технологии» предназначен для студентов направления подготовки 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника», по профилям: «Нетрадиционная и возобновляемая энергетика», «Электрические системы и сети», «Высокотехнологичные системы электроснабжения». Основными целями освоения дисциплины являются формирование у студентов систематических знаний для проведения энергетического исследования режимов работы интеллектуальных электроэнергетических систем и ее элементов, овладение методами оптимизации и организации ресурсосберегающих технологий и методиками нормирования расхода энергоресурсов на предприятиях электроэнергетики. 9
ГЛАВА 1. НОРМАТИВНО-ПРАВОВАЯ БАЗА ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ И ПОВЫШЕНИЮ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ 1.1. Общая характеристика нормативно-правовых актов Целью энергетической политики России является максимально эффективное использование природных энергетических ресурсов и потенциала энергетического сектора для устойчивого роста экономики, повышения качества жизни населения страны и содействия укреплению ее внешнеэкономических позиций. Энергетическая политика РФ реализуется на федеральном и региональном уровне, и предусматривает правовое регулирование отношений в сфере топливо и энергообеспечения при решении энергетических проблем. Новая региональная энергетическая политика учитывает принципиальные различия условий энергоснабжения и структуры топливно-энергетического баланса северных, южных, центральных и восточных районов России. Нормативно-правовая база энергосбережения представляет собой свод юридических документов, определяющих политику государства в области энергосбережения и энергетической эффективности. По своей юридической силе все нормативно-правовые документы можно построить по следующей иерархии: 1. Конституция Российской Федерации; 2. Федеральные законы, принимаемые Государственной думой Российской Федерации; 3. Указы Президента Российской Федерации; 4. Постановления и решения Правительства Российской Федерации; 5. Региональные законы, постановления и решения администрации регионов; 6. Постановления и решения муниципальных образований; 7. Приказы и распоряжения руководителей предприятий и организаций всех форм собственности. Конституция Российской Федерации (12 декабря 1993 г.) разделила полномочия между федеральными и иными органами власти. Согласно Конституции РФ, субъекты РФ обладают всей полнотой государственной власти. Гражданский кодекс РФ играет важную роль в регулировании отношений по энергосбережению, он предусматривает: – правила заключения, изменения и расторжения договоров энергоснабжения, в том числе с предприятиями, организациями и населением; 10