Особенности энергоснабжения автономных объектов в условиях труднодоступных территорий

М. Ю. Карелина, Р. В. Клюев, Д. В. Сердечный

---

Аннотация: Освоение арктических и других труднодоступных территорий является стратегической задачей Российской Федерации, обеспечивающей национальную безопасность и социально-экономическое развитие страны. Устойчивое функционирование объектов, расположенных на труднодоступных территориях, напрямую зависит от надежности и эффективности их энергетической инфраструктуры. Актуальность исследования обусловлена растущим числом автономных объектов (метеостанций, баз добычи полезных ископаемых, телекоммуникационных вышек) в труднодоступных регионах Российской Федерации (Арктика, Дальний Восток, Сибирь), где подключение к единой энергосистеме технически бывает невозможно или экономически нецелесообразно. Энергоснабжение таких объектов сопряжено с экстремальными климатическими условиями, логистическими сложностями и требованиями высокой надежности.
Цель исследования – разработка методики оптимизации состава гибридной энергетической системы для автономных объектов в труднодоступных регионах на основе многокритериального анализа, обеспечивающей минимизацию стоимости энергии при заданных требованиях к надежности электроснабжения и экологическим показателям.
Методы исследования. Методы системного анализа и математического моделирования использованы для комплексной оценки эффективности гибридных энергетических систем (комплексов), совмещающих возобновляемые источники энергии с традиционными дизельгенераторами и системами накопления энергии.
Результаты. В ходе исследования разработана многокритериальная оптимизационная модель, позволяющая определить рациональную структуру и параметры гибридных энергетических систем по критериям минимума стоимости жизненного цикла, максимума надежности и минимума выбросов. Проведенное имитационное моделирование работы системы в условиях случайного набора метеопараметров и нагрузки подтвердило возможность снижения расхода дизельного топлива на 40–60 % и выбросов CO2 на 35–55 % при сохранении высокого уровня надежности энергоснабжения.
Выводы. Результаты работы могут быть использованы для проектирования и модернизации систем энергоснабжения автономных объектов, эксплуатируемых в суровых условиях Российской Арктики.

Ключевые слова: автономное энергоснабжение, гибридная энергетическая система, возобновляемые источники энергии, системный анализ, оптимизация, труднодоступные территории, накопление энергии, арктические условия

Для цитирования. Карелина М. Ю., Клюев Р. В., Сердечный Д. В. Особенности энергоснабжения автономных объектов в условиях труднодоступных территорий // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. Т. 27. № 5. С. 43–53. DOI: 10.35330/1991-6639-2025-27-5-43-53

Список литературы

1. Гагиев Н. Н., Гончаренко Л. П., Сыбачин С. А., Шестакова А. А. Национальные проекты в Арктической зоне Российской Федерации // Арктика и Север. 2020. № 41. С. 113–129. DOI: 10.37482/issn2221-2698.2020.41.113
2. Богоявленский В. И. Природные и техногенные угрозы при освоении месторождений горючих ископаемых в криолитосфере Земли // Горная промышленность. 2020. № 1. С. 97–118. DOI: 10.30686/1609-9192-2020-1-97-118
3. Клюев Р. В. Системный анализ методов расчета систем электроснабжения карьеров // Устойчивое развитие горных территорий. 2024. Т. 16. № 1(59). С. 302–310. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-1-302-310
4. Мошин А. А., Клюев Р. В. Использование альтернативных источников энергии в промышленности // Грозненский естественнонаучный бюллетень. 2021. Т. 6. № 3(25). С. 81–87. DOI: 10.25744/genb.2021.62.57.008
5. Сердечный Д. В., Томашевский Ю. В. Особенности эксплуатации накопителя энергии на базе многоэлементной литий-ионной аккумуляторной батареи // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. Т. 19. № 9–10. С. 140–145. EDN: YPSXXR
6. Сердечный Д. В., Томашевский Ю. В. Моделирование многоэлементных литийионных батарей в энергообеспечивающих комплексах автономных объектов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2017. Т. 17. № 3. С. 86–94. DOI: 10.14529/power170310
7. Ануфриев В. П., Гудим Ю. В., Каминов А. А. Устойчивое развитие. Энергоэффективность. Зеленая экономика. Екатеринбург: ИНФРА-М, 2021. 201 с.
8. Клименко Ю. А., Преображенский А. П. О системном анализе энергетического предприятия // Вестник Воронежского института высоких технологий. 2022. № 1(40). С. 122–124. EDN: YONHOS
9. Манусов В. З., Халдаров Ш. К. Моделирование законов распределений вероятностей мощности ветровых и солнечных электростанций // Проблемы региональной энергетики. № 3(47). С. 81–91. DOI: 10.5281/zenodo.4018988
10. Манапов А. З., Зиннуров Т. А. Алгоритмы метода Монте-Карло для моделирования ветровой нагрузки на сооружения // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2010. № 1(13). Pp. 147–154. EDN: MWGSBP
11. Илюшин П. В. Перспективы применения и проблемные вопросы интеграции распределенных источников энергии в электрические сети // Библиотечка электротехника. № 8(260). С. 1–116. EDN: CMJIBM
12. Митяшин Н. П., Томашевский Ю. Б., Денисов А. В., Дмитриев А. А. Использование нечеткой меры ценности критериев при многокритериальном выборе // Автоматизация и современные технологии. 2014. № 9. С. 38–42. EDN: SNQSCR
13. Воропай Н. И. Направления и проблемы трансформации электроэнергетических систем // Электричество. 2020. № 7. С. 12–21. DOI: 10.24160/0013-5380-2020-7-12-21
14. Седнев В. А., Седнев А. В. Научно-методический подход обоснования состава источников электрической энергии для электроснабжения жизнеобеспечения автономного полевого лагеря // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2021. № 5. С. 95–120. DOI: 10.36535/0869-4179-2021-05-13
15. Гемечу Б. Д., Шарапов В. И. Оценка энергетической эффективности гибридной гелио-геотермальной электростанции // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019. Т. 21. № 4. С. 3–11. DOI: 10.30724/1998-9903-2019-21-4-3-11

Информация об авторах

Карелина Мария Юрьевна, д-р техн. наук, д-р пед. наук, профессор, проректор, Государственный университет управления;
109542, Россия, Москва, Рязанский проспект, 99;
myu_karelina@guu.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0335-7550, SPIN-код: 1852-1782
Клюев Роман Владимирович, д-р техн. наук, доцент, гл. науч. сотр. лаборатории цифровых и интеллектуальных технологий для развития территорий Российской Федерации, Государственный университет управления;
109542, Россия, Москва, Рязанский проспект, 99;
rv_kluev@guu.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3777-7203, SPIN-код: 5817-8259
Сердечный Денис Владимирович, канд. техн. наук, доцент, начальник лаборатории цифровых и интеллектуальных технологий для развития территорий Российской Федерации, Государственный университет управления;
109542, Россия, Москва, Рязанский проспект, 99;
dv_serdechnyj@guu.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3060-9469, SPIN-код: 5330-3250