В МГТУ им. Г.И. Носова завершили проектирование концепции лаборатории мирового уровня – лаборатория интеллектуальных систем электроснабжения с источниками распределенной генерации, которая займет свое место в межуниверситетском кампусе.
В столице Южного Урала несколько месяцев идёт строительство межуниверситетского кампуса мирового уровня. Проект по созданию сети кампусов является частью национального проекта «Наука и университеты», реализуемого Министерством образования и науки России. Задачу по созданию до 2030 года не менее 25 кампусов мирового уровня поставил Президент России Владимир Путин. Еще в 2021 году из 27 заявок, поступивших от 22 регионов, были отобраны 8 проектов кампусов для реализации, среди них и проект Челябинской области.
В Челябинской области межуниверситетский кампус мирового уровня станет центром развития науки, инноваций и современного междисциплинарного образования, местом притяжения не только для студентов и ученых, но и современным общественным пространством для жителей города. Ключевыми участниками проекта стали ведущие вузы региона: ЮУрГУ (НИУ), ЧелГУ, ЮУГМУ, ЮУрГАУ, МГТУ им. Г.И. Носова, МИДИС.
Общая площадь кампуса составит свыше 120 000. кв. м. Он будет включать в себя жилые помещения (на 3,5 тыс. человек), аудитории, технопарк, лаборатории, административно-деловой центр и коммерческие площади, на которых разместят магазины, кафе, фитнес-студии.
В планах – создание более 40 уникальных лабораторий для проведения научных исследований и разработок в сфере экологии (в том числе на снижение карбонового следа и решение экологических вызовов региона), цифровых технологий, инженерии данных и искусственного интеллекта (например, на осуществление перехода промышленного сектора региона на новый технологический уклад), биоинформатики, геномики и медицины (в том числе направлены на сохранение и развитие человеческого капитала), продовольственной безопасности и других сферах.
Одну из уникальных лабораторий разрабатывают ученые МГТУ им. Г.И. Носова. Лаборатория интеллектуальных систем электроснабжения с источниками распределенной генерации обещает быть не просто уникальной, а единственной в нашем регионе.
«Сам по себе кампус, исходя из проекта концепции Челябинской области, планируется к запуску в 2025 году. Сейчас идет формирование технического задания для проектирования кампуса, расчет нагрузок, эскизирование помещений кампуса, выбор оборудования, поиск возможных партнеров и разработка концепций для лабораторий. От МГТУ им. Г.И. Носова было представлено две лаборатории: лаборатория интеллектуальных систем электроснабжения с источниками распределенной генерации и инженерно-экологическая лаборатория», - поясняет заведующая кафедрой электроснабжения промышленных предприятий МГТУ им. Г.И. Носова Александра Варганова.
Лаборатория интеллектуальных систем электроснабжения с источниками распределенной генерации связана с созданием физической модели системы электроснабжения с разнородными источниками малой генерации и с возможностью подключения этой системы электроснабжения к внешней энергетической системе, то есть ученые в условиях лаборатории смогут смоделировать систему электроснабжения с большим числом электросетевых элементов и нагрузок.
«Сети 0,4, 6, 10 кВ – это сети с большим количеством узлов, точек присоединения, разнородных нагрузок. Кроме того, активно развивается малая генерация, работающая на традиционных энергетических ресурсах (природный газ) – это такие источники, как газотурбины, газопоршневые и парогазовые установки. Число данных источников растет год от года в условиях сетей 0,4, 6, 10 кВ. Солнечная энергетика и ветрогенерация в данных сетях в РФ получает небольшое развитие. Солнечная энергетика в нашей стране вводится в эксплуатацию только в некоторых регионах и в основном в условиях городских сетей и частных комплексов. Частники, таким образом, получают электроэнергию для своих домов, дач, в сеть они ее выдают крайне мало, но, тем не менее, такая возможность уже появилась. Уникальность лаборатории заключается в моделировании сетей с разнородной малой генерацией», - рассказывает Александра Варганова.
На лабораторном оборудовании ученые планируют моделировать не только нормальные режимы, но и аварийные и послеаварийные, но для этого нужно специализированное программное обеспечение и оборудование. Поэтому в лабораторные установки было заложено такое оборудование, которое позволит физически моделировать аварийные режимы – короткое замыкание и обрывы.
Одним из направлений лабораторных установок является комплекс, позволяющий осуществлять техническое обслуживание, а также оценку работы микропроцессорных устройств релейной защиты. Сейчас ученые МГТУ им. Г.И. Носова прорабатывают с партнерами и коллегами, с выпускниками, которые активно занимаются цифрофизацией электроэнергетики в Российской Федерации, вопрос по сбору и комплектации данной лаборатории и возможном партнерстве и сотрудничестве в лабораториях.
Особый интерес и наибольшую значимость представляет проектирование цифровых подстанций.
«Лаборатория по цифровым подстанциям в настоящее время существуют в Московском энергетическом институте и в сетевой компании в Казани. Наши коллеги из Казани как раз сейчас сами занимаются проектом цифровой трансформации электроэнергетики. В России аналоги цифровых подстанций есть, в виде лабораторий, в которых можно учить, проводить курсы переподготовки или повышения квалификации, но что касается нашего региона, который в перспективе будет требовать реновации электрических сетей и подстанций – таких лабораторий нет, поэтому актуальность этой лаборатории однозначна. Кроме того, мы планировали создать лабораторию не только для обучения, но и для проведения научно-исследовательских работ. Например, моделирование различных режимов, выдачи рекомендаций по работе генерирующих установок малой генерации, по настройке установок релейной защиты, по прогнозированию работы различного энергетического оборудования. Планируется разработка собственного программного обеспечения, которое позволит создать электрические сети с разнородными нагрузками и генерацией для оценки влияния нагрузки на электрическую сеть, на устойчивость генераторов. Основная цель – это улучшение параметров электрических сетей 0,4, 6, 10 кВ», - говорит Александра Владимировна.
В плане цифровых решений предполагается работа по цифровизации подстанций напряжением 35, 110, 220 киловольт и выше. В сетях 0,4, 6, 10 кВ рассматриваются вопросы по интеллектуализации сетей.
«В данном случае уже необходимо говорить об умных сетях, модель которых планируется в одной из лабораторий. Данный проект актуальный и жизнеспособный, у нас на кафедре очень тесная связь с индустрией именно по этой теме и большой задел, связанный с проектированием, расчетом, оптимизацией, режимов систем электроснабжения разного уровня напряжения. Наши преподаватели занимаются моделированием нагрузок, повышением эффективности режимов работ различных электроприемников. У нас разработано собственное оригинальное программное обеспечение по оптимизации и расчету параметров установившихся и переходных режимов. Натурное моделирование очень сложно, в условиях предприятий нам никто не разрешит сделать короткое замыкание, то есть получается, что нужна математическая модель, мы все трансформировали в программное обеспечение, которое дает небольшие погрешности и позволяет моделировать реальные процессы в программно-техническом комплексе», - уточняет заведующая лабораторией.
Участие в проектировании новой лаборатории мирового уровня кроме Александры Варгановой принимали и доценты кафедры электроснабжения промышленных предприятий – Евгения Александровна Панова и Алексей Вячеславович Малафеев. Именно знания и опыт этих троих ученых в области расчетов нормальных, аварийных и послеаварийных режимов, оптимизации режимов, знаний в области релейной защиты, проектирования и моделировании объектов систем электроснабжения – выстроили концепцию лаборатории.
«Над концепцией мы работали все лето 2022 года, а в апреле этого года у нас прошел один из ключевых этапов – составление технического задания на оборудование и эскизирование помещений. В эскизировании помещений мы заложили лабораторию цифровых подстанций и релейной защиты, отдельный диспетчерский пункт, лабораторию электрических сетей, в которой предусмотрена установка моделей источников малой генерации (ГТУ, ПГУ, ГПС), лабораторию фотоэлектрической генерации. Но и на этом мы не остановились и пошли немного дальше. Ведь кроме промышленных предприятий у нас еще есть и сети городские, сети, связанные с сельским хозяйством и к ним совершенно разный подход. Мы решили, что возьмем различные виды сетей, попробуем все это смоделировать в одном контуре», - делится Александра Владимировна.
Сегодня активное участие в создании лаборатории принимают и партнеры университета, которые не менее заинтересованы в обучении студентов в условиях лаборатории, это во многом связано с нехваткой кадров. По мнению ученых, сейчас катастрофически не хватает специалистов в электроэнергетике.
«Лаборатория – это база для подготовки к работе в современных электрических сетях. Работа с микропроцессорными устройствами релейной защиты, системами АСКУЭ и многие другие области охватывает лаборатория. Кроме того, у партнеров на предприятиях зачастую появляются какие-либо эксплуатационные задачи, решить которые, конечно же, можно самостоятельно своими силами. Так как, как правило, крупные предприятия создают свои инжиниринговые институты, которые все эти задачи решают, вплоть до разработки программных технических средств по управлению объектами, но все охватить невозможно и некоторые вопросы могут решить только университеты, в которых работают ученые, занимающиеся уникальными областями знаний. Лаборатория мирового уровня – это также площадка для научно-исследовательских работ аспирантов», - подытожила заведующая кафедрой электроснабжения промышленных предприятий МГТУ им. Г.И. Носова.
Лаборатория интеллектуальных систем электроснабжения с источниками распределенной генерации направлена на реализацию проектов: «Интеллектуальная система электроснабжения с источниками малой мощности» и «Цифровая распределенная энергетика в промышленных системах электроснабжения».
Источник фото: Пресс-центр Минобрнауки России
