Первая в мире электро-гидравлическая модель ГЭС позволит «приручить» природные явления

Специалисты факультета энергетики НГТУ НЭТИ нашли уникальный способ управления ГЭС. Новая имитационная модель даёт возможность «проигрывать» различные сценарии влияния природных факторов на ГЭС: паводки, осадки, сила и направление ветра, таяние снега и другие природные явления. Учёные утверждают, что соединение водно-энергетического и электрического режимов в управлении станциями позволит свести к минимуму перебои в поставках электроэнергии потребителям и риски возникновения аварий на станциях. Проектом заинтересовалась компания «Ракурс-инжиниринг» – один из лидеров российского рынка промышленной автоматизации.

Сегодня большинство гидроэлектростанций в мире работают за счёт гидравлической модели управления. Такой режим предполагает, что подача электроэнергии потребителям зависит напрямую от воды (ее объема, расхода, напора, режима наполнения и сработки водохранилищ, пропуск паводков на ГЭС, время добегания расходов воды в каскаде ГЭС). Специалисты ГЭС отмечают, что одним из самых ответственных и напряженных периодов в работе ГЭС – половодье, во время которого повышается нагрузка на гидротехнические сооружения, оборудование и персонал, который должен обеспечить безопасность и надежную работу оборудования. Режимы в таком случае подлежат оперативной корректировке в зависимости от складывающихся гидрометеорологических условий и обстановки вблизи потребителей водохозяйственного комплекса (ВХК).

Учёные Новосибирского государственного технического университета НЭТИ предложили новую имитационную модель работы ГЭС, которая в дополнение к гидравлическому режиму работы станции учитывает ее электрический режим работы в энергосистеме. По словам специалистов факультета энергетики, использование новой модели работы гидроэлектростанций в стране позволит не только увеличить эффективность производства электроэнергии и мощности, но и позволит уменьшить риск возникновения проблем, обусловленных природными явлениями.

Анализ и прогноз данных, влияющих на природные явления, ученые предлагают решать с помощью ГИС технологий (системы сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных). Одним из лидеров программного обеспечения ГИС технологий на сегодняшний день является ArcGIS, продукт американской компании ESRI. Работа в этом направлении ведётся совместно с Сибирским государственным университетом геосистем и технологий (СГУГиТ).

По словам новосибирских учёных, интеграция ГИС технологий происходит на разрабатываемую модель при помощи функции накопления базы данных дистанционного зондирования земли с нужными нам показателями для расчетов параметров стока и мощности нагрузки энергосистемы. После чего данные загружаются в имитационную модель.

«Гидроэлектростанции – это, пожалуй, один из сложнейших источников электрической энергии. Мы не задумываемся, сколько усилий и средств требуется на проектирование, строительство и их эксплуатацию. Изменчивость природы вносит дополнительную неопределенность: речной сток, рельеф местности, осадки, таяние снега, температура окружающей среды, сила, направление ветра и многие другие факторы, которые уменьшают контроль управления ГЭС. Эти факторы могут стать одной из причин снижения выработки электроэнергии на станции. Цель нашей научной работы – показать, что если усовершенствовать алгоритмы работы ГЭС и создать имитационную модель управления режимом каскада таких станций, то можно в разы увеличить эффективность работы ГЭС», – рассказала доктор технических наук и заведующий кафедрой электрических станций НГТУ НЭТИ Анастасия Русина.

Производство электроэнергии и мощности в новой модели базируется на трех, абсолютно различных по специфике, физических процессах: гидрологических, технологических и электрических. Первый процесс (гидрологический) определяется законами природы. Этот процесс подлежит незначительной коррекции за счет регулирующих способностей водохранилища. Технологический же процесс определяется типом электрической станции, законами преобразования механической энергии в электрическую. Электрический процесс определяется законами электротехники и требованиями потребителей к качеству электроэнергии.

Работой новосибирских учёных заинтересовались специалисты из ООО «Ракурс-инжиниринг», которая является одной из ведущих компаний российского рынка промышленной автоматизации. На сегодняшний день идут переговоры о реализации проекта в натурном (практическом) исполнении. Также исследованиями уже заинтересовались специалисты из Таджикистана, Казахстана, Монголии. Реализуемый проект поддержала компания ПАО «РусГидро». Основные идеи проводимой работы в 2019 году были заявлены на X Всероссийский конкурс студенческих проектов "Энергия развития" и нашли свою финансовую поддержку в виде присвоения гранта на выполнение исследований.

В основу научной работы легли исследования одной докторской, пяти кандидатских и одной магистерской диссертаций. Над проектом работает три кафедры факультета энергетики: ЭлСт, АЭЭС и СЭСП. «Мы не останавливаемся на исследовании этой темы. Сейчас пытаемся найти новые программные продукты, которые позволили бы детализировать разработанную модель. Вовлекаем новых специалистов в свои исследования: специалистов по машинному обучению и большим данным, по ГИС технологиям, программистов, и планируем создать подобную модель для других возобновляемых источников энергии», – говорит Анастасия Русина.

Для СМИ
Юрий Лобанов, пресс-секретарь, +7-923-143-50-65, is@nstu.ru
Алина Рунц, специалист по связям с общественностью, +7-913-062-49-28, derevyagina@corp.nstu.ru
Руслан Курбанов, корреспондент, +7-913-772-30-78, kurbanov@corp.nstu.ru