Научный архив: статьи

Рост энергопотребления в городах требует внедрения интеллектуальных энергосистем, направленных на оптимизацию ресурсов и повышение энергоэффективности. Использование интернета вещей (IoT), искусственного интеллекта (ИИ) и возобновляемых источников энергии позволяет снижать эксплуатационные издержки, минимизировать потери в сетях и повышать надежность энергоснабжения. В статье рассматриваются экономические аспекты внедрения новых технологий, включая анализ затрат, инвестиционной привлекательности и потенциальных рисков. Определяются ключевые финансовые механизмы цифровизации энергосистем, оцениваются перспективы государственно-частного партнерства и влияние технологической трансформации на городские бюджеты.

В статье исследуется влияние ключевых макроэкономических, технологических, демографических и политических факторов на формирование нового облика мировой энергетики. На основе системного анализа статистических данных МЭА, Всемирного банка, ОЭСР и ведущих аналитических центров выявлено, что к 2050 г. совокупный рост населения Африки и стран Азиатско-Тихоокеанского региона на 1,4 млрд чел. и ускоренная урбанизация обеспечат до 60% прироста глобального потребления электроэнергии. Технологическая революция, связанная с ИИ и центрами обработки данных, уже к 2030 г. приведёт к увеличению их энергопотребления свыше 1000 ТВт·ч в год, сопоставимо с современным уровнем Японии. Показано, что зелёный переход сталкивается с ограничениями: для достижения целей «углеродной нейтральности» к 2050 г. потребуются инвестиции порядка 180 трлн долл., при этом плотность энергетического потока ВИЭ значительно уступает традиционным источникам. Анализ атомной отрасли выявил рост инвестиций на 50% за последние пять лет, лидерство Китая и России в строительстве новых реакторов и развитии технологий замкнутого топливного цикла. Установлено, что уголь сохраняет около 25% в мировом энергобалансе, а пик его потребления откладывается, что отражает важность баланса традиционных и альтернативных источников. Рассмотрены стратегические подходы Китая, Индии, США и России к обеспечению энергетической безопасности, включая модернизацию сетей, развитие аккумуляторных технологий, синтетического топлива и угольной генерации. Сделан вывод о том, что эффективная глобальная энергетическая модель будущего требует интеграции высокоплотных традиционных и низкоуглеродных источников энергии, усиления межтопливной конкуренции и согласования национальных стратегий с глобальными приоритетами.

Статья посвящена стратегии декарбонизации теплоснабжения жилого фонда в Португалии, Испании и Греции, что методологически обусловлено схожестью физико-географических и социо-экономических характеристик, а также структуры жилищного фонда названных стран южной периферии Европейского союза. Исследован опыт этих стран, проведён сравнительный анализ стратегий декарбонизации в этом регионе и в северных странах ЕС, где применяется самая передовая в Евросоюзе стратегия – «скандинавская модель», заключающаяся в развитии высокотехнологичных систем централизованного теплоснабжения на основе ВИЭ. Выделены причины, по которым в настоящее время этот подход находит ограниченное применение в странах Южной Европы, за исключением Испании – здесь отмечаются высокие темпы прироста новых экологичных централизованных систем. Масштабирование успешной практики северных стран сдерживается спецификой жилого фонда европейского юга, а именно высокой долей старых зданий, имеющих низкую энергоэффективность: серьёзные теплопотери жилых строений лишают привлекательности инвестиции в централизованное теплоснабжение. В статье проанализирована взаимосвязь низкой энергоэффективности зданий с проблемой энергетической бедности: из-за высоких теплопотерь затраты на обогрев столь существенны, что имеются случаи отказа от отопления. Автор приходит к выводу, что комплексной стратегией стран Южной Европы, учитывающей как необходимость декарбонизации теплоснабжения, так и противодействие энергетической бедности, стало субсидирование энергоэффективной реновации зданий в комбинации с модернизацией индивидуального котельного оборудования. Реализуемая при частичном финансировании Евросоюза, данная стратегия включает выплаты беднейшим домохозяйствам для покрытия затрат на повышение энергоэффективности. Энергоэффективная реновация – это универсальная стратегия, которая решает целый комплекс климатических и социальных задач стран Южной Европы: снижение выбросов СО2 в атмосферу, повышение уровня энергоэффективности и сокращение энергетической бедности.

В статье исследуется современная энергетическая политика Японии, Китая и Южной Кореи в условиях глобального тренда снижения выбросов вредоносных веществ в атмосферу. Возобновляемые источники энергии являются важной частью новой энергетической политики в развитых государствах, однако страны продолжают использовать ядерные технологии с целью поддержания своего энергетического сектора. Научная новизна заключается в выявлении перспектив энергетической политики трех стран путем анализа многообещающего технологического потенциала сектора в обстоятельствах глобального перехода. Авторы проводят сравнительный анализ государств и направления их энергетической политики, уделяя особое внимание значению разработки энергетических планов и международного сотрудничества для обеспечения энергетической безопасности государств.

Мировое производство электроэнергии растет с ростом населения планеты, развития технологий и потребностями в электроэнергии населения и промышленности в условиях энергетического кризиса. Ускоренная электрификация стала основным трендом энергетического перехода в конечном потреблении энергоресурсов. Решая климатические задачи зеленой повестки, мировая энергетика подошла к четвертому энергетическому переходу, ориентируясь на приоритетную генерацию энергии из ВИЭ-источников. Перед странами мира встали наиболее актуальные задачи: аккумулирование и резервирование выработанной энергии для дальнейшего распределения и взвешенное планирование схемы размещения объектов выработки энергии в соответствии с территориальными особенностями, потребностями экономики и иными факторами с учетом нормированной себестоимости единицы энергии, получаемой из возобновляемых и невозобновляемых источников. В обзоре использованы результаты исследований российских и зарубежных ученых, в том числе авторов исследования. Рассмотрены мировая энергетическая система и энергосистема России с точки зрения стоимости энергии по видам источников.

В качестве показателя, характеризующего такое свойство надежности сложного восстанавливаемого изделия, как безотказность, выбирают в соответствии со средней наработкой до отказа (далее – t). С организационной и экономической точек зрения наиболее подходящим для испытаний восстанавливаемых (заменяемых) изделий при условии подчинения наработки до отказа экспоненциальному закону распределения вероятностей является план NBτ, где N – число испытуемых однотипных изделий; τ – наработка (одинаковая для каждого изделия); B – характеристика плана, означающая, что работоспособность изделия после каждого отказа в течение срока испытаний восстанавливается. Традиционно в качестве оценки средней наработки до отказа (СНДО) выбирается оценка t1 = Nτ/R, где R > 0 – количество наблюдаемых отказов, которые произошли в течение времени τ. Эта оценка является смещенной и, кроме того, если за время испытаний наблюдается небольшое число отказов (порядка нескольких единиц) или не наблюдается, то эта оценка может дать значительную ошибку из-за смещения. За последнее время появились оценки СНДО лишенные указанных недостатков. Однако эти полученные оценки не являются абсолютно эффективными.

Цель работы. Целью работы является построение более эффективной оценки СНДО для плана испытаний с ограниченным временем и восстановлением.

Методы. При сравнении оценок СНДО на эффективность используется простой критерий эффективности смещённых оценок.

Выводы. 1. Получена эффективная и сбалансированная оценка СНДО. Поиск осуществлялся в классе линейных оценок в соответствии с простым критерием эффективности смещенных оценок для плана с ограниченным временем испытаний и восстановлением отказавших изделий. Полученная оценка СНДО имеет направленность практического применения при испытаниях и эксплуатации однородной продукции различного назначения, в процессе которых отказы не возникали;
2. Из оценок с одинаковой эффективностью следует выбирать оценку с минимальным смещением, а затем попытаться отбалансировать её.
3. Оценке, определенной в классе оценок θ = (Nτ/(R+1)) + Nτf(R) с минимальным смещением, начиная с некоторой величины смещения вплоть до нуля, всегда соответствует большая дисперсия. Аналогично, оценке из этого класса с большим смещением всегда соответствует меньшая дисперсия, что не соответствует принципу минимизации функционала на смещенной оценке с уменьшением смещения при поиске эффективных смещенных оценок. Сказанное позволяет сделать более широкий вывод, что использовать дисперсию в качестве характеристики критерия эффективности смещенных оценок в принципе не имеет смысла.

Одной из основных проблем электроэнергетических систем является отсутствие нормативных документов, регламентирующих эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт основного оборудования, срок службы которого превышает нормативное значение. Назовем их стартехами (СТ). Трудности сводятся к отсутствию методологий количественной оценки оперативной надежности и безопасности СТ с последующим их бенчмаркингом. Наукоемкость, громоздкость и трудоемкость решения этой проблемы обусловливают необходимость разработки соответствующих автоматизированных систем. Рассмотрены некоторые особенности оценки интегрального показателя и бенчмаркинга уникальных объектов, аналоги которых по заданному сочетанию разновидностей значимых признаков отсутствуют. В рекомендуемых методах и алгоритмах использованы технико-экономические показатели энергоблоков ПГУ-400.

Цель. В статье в рамках модели Пуассона, применяемой при анализе потоков отказов элементов систем АЭС, описан подход к формированию групп однородности, т. е. максимально широких групп однотипных элементов, для которых интенсивности отказов можно полагать неизменными. Выделение таких групп позволяет объединять эксплуатационные данные по отказам и наработкам оборудования, что повышает качество статистических оценок интенсивностей отказов при оценке надежности систем, составленных из высоконадежных элементов.

Методы. При формировании групп предлагается использовать методы: структурный (на основе симметричности позиций однотипных элементов в составе резервированных каналов систем, позволяющий объединять элементы в составе одной системы) и статистический (использующий результаты статистического теста проверки гипотезы на однородность любых объединяемых групп однотипных элементов). Приведено обоснование применения структурного метода. Предложен статистический тест, основанный на отношении оценок дисперсий интенсивностей отказов без учета и с учетом предположения об однородности объединяемых данных. Исследованы свойства теста, получены соотношения для первых двух моментов его статистики. Показано, что дискретное распределение статистики при большом числе объединяемых групп может быть описано гамма распределением. Предложено правило для определения областей принятия и отклонения основной гипотезы.

Результаты. Представлен пример применения статистического анализа объединения данных по 10-ти группам электроприводных клапанов разных систем АЭС. На основе полученной оценки статистики теста сделано заключение о необходимости исключения из общей популяции группы с резко выпадающей частной оценкой интенсивности отказов. Для оставшихся групп проведена повторная проверка на однородность, получен результат, позволяющий объединить данные 9-ти групп. В статье также представлено обсуждение подходов к решению задачи оценки параметров надежности оборудования новых АЭС, когда эксплуатационной информации недостаточно для получения представительных оценок показателей надежности. Для подобных задач предложено применять эмпирический метод Байеса, в котором априорное распределение формируется на основе метода объединения данных объектов-аналогов с учетом возможной их неоднородности. Показано, что данный метод, ориентированный на конструирование априорных распределений на основе максимума функции правдоподобия также может быть полезен и для решения задач проверки однородности, рассмотренных в статье. На основе предложенных методов разработан общий подход к решению задач оценки надежности высоконадежных систем АЭС с использованием информации, полученной при эксплуатации как объекта анализа (конкретной АЭС), так и аналогичных объектов (референтных АЭС, АЭС с одинаковым типом атомного реактора). Данный подход также эффективен при разработки ВАБ для проектируемых АЭС и АЭС, находящихся на начальном периоде эксплуатации.

Актуальность темы исследования обусловлена необходимостью объективной оценки уровня технического состояния электрических сетей, как одного из действенных инструментариев, лежащих в основе разработки противоаварийных мероприятий.

Целью статьи является анализ условий функционирования одного из филиалов ПАО «Россети Волги» – «Ульяновских распределительных сетей» при транспорте электрической энергии по всем структурным подразделениям этой компании. В соответствии с поставленными задачами дана объективная характеристика структурно-балансовых особенностей электрических сетей компании.

Методы. В качестве основных методов исследования использовались общенаучные методы статистического и численного анализа, методы теории электрических цепей и теории прогнозирования. В качестве инструментария расчетов использовалось программное обеспечения Excel, MATLAB и пакеты авторских программ. Произведен анализ аварийной ситуации в сетях компании за длительный период наблюдения, установлены критерии оценки событий отказов в зависимости от величины недоотпуска электрической энергии. Проанализированы основные причины повреждаемости исследуемых электрических сетей за период 2018-2023 гг. и определено их процентное соотношение в общем количестве отказов за исследуемый интервал времени. Произведена превентивная оценка возникновения аварийных отказов на краткосрочную перспективу с учетом сезонной компоненты, учитывающей возможную флуктуацию отказов, обусловленную особенностями сочетаний климатических условий территорий, по которым осуществляется трассировка электрических сетей. Для визуализации расчетных данных анализа использованы технологии графических редакторов Excel и MATLAB.

Выводы. Полученные результаты исследований могут быть интересны руководству компании «Ульяновские распределительные сети» в качестве отправного материала при разработке комплекса противоаварийных мероприятий. Также материал статьи может представлять интерес инженерным службам других электросетевых компаний и научным работникам, занимающимся исследованиями в области повышения уровня надежности электроснабжения.

Совершенствование управления техническим состоянием оборудования, устройств и установок, срок службы которых превышает нормативное значение, относится к важнейшим проблемам государственной безопасности, так как их относительное число уже превышает 60%. Приводятся результаты анализа литературных данных по этой проблеме, которые подтверждают ее актуальность и значимость. Важно отметить, что эти выводы относятся не только к электроэнергетическим системам, но и ко многим другим производственным системам. Основными трудностями решения анализируемой проблемы является, прежде всего, малочисленность статистических данных, характеризующих надежность работы, их многомерный и случайный характер. Авторами решение этой проблемы предлагается осуществить путем перехода от усредненных среднегодовых показателей надежности к среднемесячным показателям оперативной надежности. Приводится краткая характеристика решения отдельных задач этой проблемы для воздушных линий электропередачи, которые совместно и представляют новую методологию управления техническим состоянием объектов распределенного типа. Наукоемкость, громоздкость и трудоемкость алгоритмов расчета обуславливают целесообразность перехода к интеллектуальным системам. При этом руководство электроэнергетической системы и отдельных ее производственных предприятий ежемесячно будут получать специализированные формы с указанием рекомендаций, оптимизирующих повышение надежности воздушных линий электропередачи путем восстановления износа.

Отрасль энергетики (в том числе и сфера использования возобновляемых источников энергии) является одной из перспективных и инвестиционно выгодных сфер как на национальном, так и международном уровнях. Для государств, входящих в межгосударственное объединение БРИКС, данная область экономики выступает еще и площадкой для сотрудничества и взаимодействия. С 1 января 2024 года в качестве полноценных членов объединения входят новые шесть государств: Саудовская Аравия, ОАЭ, Иран, Эфиопия, Египет и Аргентина. В представленной статье проводится анализ государственно-правового регулирования использования ВИЭ указанных стран. Следует обратить внимание на то, что все участники объединения имеют существенные различия как в техническом и экономическом развитии, так и в законодательном регулировании как энергетики, в целом, так и ВИЭ в частности. Однако данные обстоятельства, напротив, подтверждают необходимость изучения опыта правового регулирования государств-членов БРИКС. Отмечается, что сфера использования ВИЭ в выбранных государствах подвержена государственному регулированию, определены субъекты общественных отношений, возникающих в области использования ВИЭ, правовой режим рынков электроэнергии и энергетических объектов, функционирующих на основе ВИЭ, закреплены юридические требования к иностранным инвестициям в проекты ВИЭ и пр. Тем самым, проведенный анализ позволяет обратить внимание на перспективные правовые меры, которые в целях совершенствования и актуализации могут быть имплементированы в национальное законодательство, а также способствовать проведению работы по международно-правовой унификации.

В статье отмечается, что в настоящее время используются методы повышения эффективности тепловых точек и предусмотрены пути их решения за счет экономии ресурсов, разработки и применения передовых энергосберегающих технологий, повышения показателей энергоэффективности и использования инновационного оборудования. Уточняются первоочередные концепции экономии энергетических ресурсов, такие как: замена устаревшего оборудования, использование современных способов подачи тепла, подведение температуры обратного трубопровода к расчетному параметру, переход с качественного регулирования на количественное. Также в статье основательно разбираются требования повышения энергоэффективности тепловых пунктов и обеспечиваются мероприятия по энергосбережению для энергоемких производств.