Энергосистемы: солнце еще высоко

3 апреля в рамках XIV Апрельской конференции ВШЭ научный руководитель Лаборатории алгоритмов и технологий анализа сетевых структур Нижегородского кампуса ВШЭ, заслуженный профессор Университета Флориды Панос Пардалос прочел почетную лекцию на тему «Оптимизация и моделирование в энергетических сетях».

Панос М. Пардалос — заслуженный профессор организации систем и производства в Университете Флориды, ведущий мировой эксперт в глобальной и комбинаторной оптимизациях. Он главный редактор журнала «Global Optimization» и нескольких серий книг, член редколлегии двадцати международных журналов. Под его авторством вышло семь книг, и более чем в 50 книгах он принимал участие в качестве редактора. Профессор Пардалос является разработчиком нескольких известных пакетов программного обеспечения. Его научные интересы включают в себя проблемы проектирования сетей, оптимизацию в биомедицинской инженерии, интеллектуальный анализ массивов данных, телекоммуникации, электронную коммерцию и финансовый инжиниринг.

С 2011 года Панос М. Пардалос работает научным руководителем Лаборатории алгоритмов и технологий анализа сетевых структур (ЛАТАС) Нижегородского кампуса ВШЭ. Валерий Калягин, заведующий лабораторией, выступил модератором дискуссии.

Свою презентацию профессор Пардалос начал с определения термина «энергия»: он происходит от греческого слова energeia, что переводится как «действие, работа» и впервые используется еще древнегреческими философами. Сегодня глобальные энергетические системы жизненно важны для существования человечества. Динамика развития этих систем определяется такими факторами как нефтегазовое производство и торговые потоки (сланцевый газ и нефть, новые месторождения в США и Канаде, добыча нефти в Ираке, сдвиги в глобальной экономике и геополитическом балансе); развитие добычи энергии из возобновляемых источников (солнечная, ветряная, биотопливо и подобные); а также растущее внимание к эффективному использованию энергии.

Но, несмотря на все предпринимаемые усилия, выбросы СО2 в атмосферу все еще остаются на высоком уровне, а более миллиарда человек на Земле живут без доступа к электричеству. Эти проблемы, вместе с вопросами природных ресурсов, водных запасов и окружающей среды, делают оптимизацию энергетических сетей одной из ключевых проблем современной науки.

Один из способов оптимизации энергетических сетей — это технология «интеллектуальных энергосистем» (Smart Grid). В последние годы по всему миру выросло число и размер крупных отключений электричества. Среди потенциальных причин этих отключений системные ограничения, плохие условия их работы, непредвиденные обстоятельства, скрытый брак, человеческие ошибки, намеренные (террористические) атаки и природные катаклизмы.

Крупные отключения электричества, коснувшиеся миллионов людей, происходили в последние годы в США и Бразилии. Эти отключения стали настоящим бедствием, которое затронуло даже больницы: несмотря на то, что в больницах имеются генераторы для автономного обеспечения электроэнергией, не все учреждения готовы их использовать, полагаясь на централизованные системы электроснабжения. Один из способов повышения безопасности электроэнергетической системы — это разделение (islanding), разбивка энергосистемы на подсистемы, где каждый «остров» (island) является автономной подсетью. Разделение используется и как стратегия «самолечения» для восстановления после отключений и неполадок, так и для распределения источников генерирования электрической энергии, где возобновляемые источники энергии подключаются к существующей системе, централизованная система генерирования становится распределенной, а разделение происходит в случае, если распределенное генерирование продолжает поставку энергии в систему после отключения основного источника. Количество и конфигурация необходимых подсистем рассчитывается с использованием математических моделей.

Профессор Пардалос продемонстрировал такие способы анализа надежности энергосистем как анализ последствий аварийных нарушений режима, моделирование оптимального распределения потоков и анализ наихудших сценариев развития событий. Как показывают выводы исследования, для анализа надежности энергосистем не существует единственной предпочтительной методики: различные модели применяются для разных задач. Ключевой проблемой в оптимизации работы и управления энергосистемами является выбор состава работающих агрегатов, и в лекции были представлены несколько подходов к решению этой проблемы.

Профессор Пардалос также рассказал аудитории о нескольких оптимизационных проектах для энергосетей Панамы, Коста Рики и других стран, где его команде удалось добиться реального снижения затрат на эксплуатацию.

Говоря о перспективах дальнейших исследований, профессор Пардалос подчеркнул, что новые развивающиеся технологии, в частности связанные с солнечной энергией, могут радикально изменить развитие энергосистем. «Открытие технологии эффективного использования солнечной энергии будет равноценно открытию внеземной жизни», — считает профессор.

В завершение лекции Панос Пардалос напомнил, что энергетика является одной из важнейших тем в науке, поскольку она касается не только экономики, но и «мира, общества, вообще всего».

 

Мария Пустовойт, специально для новостной службы портала ВШЭ

Фото Никиты Бензорука