Using a Digital Twin of Hybrid Energy Complexes to Optimize Their Parameters and Operation Modes
Keywords:
distributed energy, renewable energy sources, isolated power systems, hybrid energy complex, energy storage system, hydrogen storage batteries, supercapacitors, wind power plant, photovoltaic plant, digital twin, 3D model
Abstract
The aim of the work is to develop a universal technique that will make it possible to determine -- both quickly and with high accuracy -- the optimal composition, parameters and operation modes of hybrid energy complexes containing power plants that use renewable energy sources and energy storage systems from the viewpoint of ensuring safe operation and guaranteed electricity and heat supply to isolated consumers and hard-to-reach areas. The article shows the effectiveness of research and development of recommendations on the choice of parameters and operation modes of hybrid energy complexes with a heterogeneous composition of generating plants and a high dependence on natural uncertain factors at all stages of the life cycle using the developed universal digital twin, which was verified on the example of real energy complexes with miscellaneous composition of equipment.
References
1. Илюшин П.В. Системный подход к развитию и внедрению распределённой энергетики и возобновляемых источников энергии в России // Энергетик. 2022. № 4. С. 2027.
2. Юдаев И.В., Даус Ю.В., Ганага В.В. Возобновляемые источники энергии. СПб.: Лань, 2020.
3. Аналитический центр при Правительстве РФ [Электрон. ресурс] https://ac.gov.ru/projects (дата обращения 24.07.2022).
4. Чубайс А.Б., Копылов А.Е., Зубакин В.А. Развитие возобновляемой энергетики в России: технологии и экономика. М.: Издат. группа Точка, 2020.
5. Тягунов М.Г. Как должна быть построена энергетическая система с установками на основе ВИЭ // Технический оппонент. 2019. № 2. С. 22—29.
6. Тягунов М.Г. Цифровизация и управление в распределенных энергетических системах с ВИЭ // Цифровая энергетика: новая парадигма функционирования и развития. М.: Изд-во МЭИ, 2019. С. 187—203.
7. Kharchenko V., Gusarov V., Bolshev V. Reliable Electricity Generation in Res-based Microgrids // Handbook of Research on Smart Power System Operation and Control. Hershey: Igi Global, 2019. Pp. 162—187.
8. Maleki A., Nazari M.A., Pourfayaz F. Harmony Search Optimization for Optimum Sizing of Hybrid Solar Schemes Based on Battery Storage Unit // Energy Repo. 2020. V. 6. Pp. 102—111.
9. Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П. Влияние режимов работы гибридных энергетических комплексов на основе возобновляемых источников энергии на определение типа аккумуляторов энергии // Вестник МЭИ. 2020. № 4. С. 62—70.
10. Свидетельство гос. регистрации базы данных № 2015620053 от 12 января 2015 г. Энергокомплексы на возобновляемых и традиционных источниках энергии / Елистратов В.В. и др.
11. Frolov D. How Machine Learning Empowers Models for Digital Twins // Benchmark. 2018. V. 6. Pp. 48—53.
12. El Saddik A. Digital Twins: the Convergence of Multimedia Technologies // IEEE MultiMedia. 2018. V. 25. No 2. Pp. 87—92.
13. Qia Q., Taoa F., Zuoa Y., Zhaob D. Digital Twin Service Towards Smart Manufacturing // Proc. CIRP. 2018. V. 72. Pp. 237—242.
14. Tao F. e. a. Digital Twin-driven Product Design Framework // International J. Production Res. 2018. V. 57(1). Pp. 1—19.
15. Прохоров А., Лысачев М. Цифровой двойник. Анализ, тренды, мировой опыт. М.: ООО «АльянсПринт», 2020.
16. Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П. Модели и методы исследования факторов, влияющих на режим работы гибридного энергокомплекса гарантированного энергоснабжения // Вестник МЭИ. 2021. № 5. С. 58—68.
17. Свидетельство гос. регистрации программы для ЭВМ № 2021681290 от 20 декабря 2021 г. Программный комплекс для исследования и оптимизации состава и режимов работы гибридного энергетического комплекса на основе возобновляемых источников энергии «RES Energy Complex» / Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П.
18. Расписание погоды [Электрон. ресурс] https://rp5.ru (дата обращения 23.06.2022).
19. Передвижная энергетика [Электрон. ресурс] http://передвижная-энергетика.рф/ (дата обращения 05.09.2022).
20. Численность населения Российской Федерации [Электрон. ресурс] https://rosstat.gov.ru/compendium/document/13282 (дата обращения 20.09.2022).
---
Для цитирования: Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П. Использование цифрового двойника гибридных энергетических комплексов для оптимизации их параметров и режимов // Вестник МЭИ. 2023. № 3. С. 109—118. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-109-118.
#
1. Ilyushin P.V. Sistemnyy Podkhod k Razvitiyu i Vnedreniyu Raspredelennoy Energetiki i Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii v Rossii. Energetik. 2022;4:2027. (in Russian).
2. Yudaev I.V., Daus Yu.V., Ganaga V.V. Vozobnovlyaemye Istochniki Energii. SPb.: Lan', 2020. (in Russian).
3. Analiticheskiy Tsentr pri Pravitel'stve RF [Elektron. Resurs] https://ac.gov.ru/projects (Data Obrashcheniya 24.07.2022). (in Russian).
4. Chubays A.B., Kopylov A.E., Zubakin V.A. Razvitie Vozobnovlyaemoy Energetiki v Rossii: Tekhnologii i Ekonomika. M.: Izdat. Gruppa Tochka, 2020. (in Russian).
5. Tyagunov M.G. Kak Dolzhna Byt' Postroena Energeticheskaya Sistema s Ustanovkami na Osnove VIE. Tekhnicheskiy Opponent. 2019;2:22—29(in Russian).
6. Tyagunov M.G. Tsifrovizatsiya i Upravlenie v Raspredelennykh Energeticheskikh Sistemakh s VIE. Tsifrovaya Energetika: Novaya Paradigma Funktsionirovaniya i Razvitiya. M.: Izd-vo MEI, 2019:187—203. (in Russian).
7. Kharchenko V., Gusarov V., Bolshev V. Reliable Electricity Generation in Res-based Microgrids. Handbook of Research on Smart Power System Operation and Control. Hershey: Igi Global, 2019:162—187.
8. Maleki A., Nazari M.A., Pourfayaz F. Harmony Search Optimization for Optimum Sizing of Hybrid Solar Schemes Based on Battery Storage Unit. Energy Repo. 2020;6:102—111.
9. Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. Vliyanie Rezhimov Raboty Gibridnykh Energeticheskikh Kompleksov na Osnove Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii na Opredelenie Tipa Akkumulyatorov Energii. Vestnik MEI. 2020;4:62—70. (in Russian).
10. Svidetel'stvo Gos. Registratsii Bazy Dannykh № 2015620053 ot 12 Yanvarya 2015 g. Energokompleksy na Vozobnovlyaemykh i Traditsionnykh Istochnikakh Energii. Elistratov V.V. i dr. (in Russian).
11. Frolov D. How Machine Learning Empowers Models for Digital Twins. Benchmark. 2018;6:48—53.
12. El Saddik A. Digital Twins: the Convergence of Multimedia Technologies. IEEE MultiMedia. 2018;25;2:87—92.
13. Qia Q., Taoa F., Zuoa Y., Zhaob D. Digital Twin Service Towards Smart Manufacturing. Proc. CIRP. 2018;72:237—242.
14. Tao F. e. a. Digital Twin-driven Product Design Framework. International J. Production Res. 2018;57(1):1—19.
15. Prokhorov A., Lysachev M. Tsifrovoy Dvoynik. Analiz, Trendy, Mirovoy Opyt. M.: OOO «Al'yansPrint», 2020. (in Russian).
16. Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. Modeli i Metody Issledovaniya Faktorov, Vliyayushchikh na Rezhim Raboty Gibridnogo Energokompleksa Garantirovannogo Energosnabzheniya. Vestnik MEI. 2021;5:58—68. (in Russian).
17. Svidetel'stvo Gos. Registratsii Programmy dlya EVM № 2021681290 ot 20 Dekabrya 2021 g. Programmnyy Kompleks dlya Issledovaniya i Optimizatsii Sostava i Rezhimov Raboty Gibridnogo Energeticheskogo Kompleksa na Osnove Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii «RES Energy Complex». Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. (in Russian).
18. Raspisanie Pogody [Elektron. Resurs] https://rp5.ru (Data Obrashcheniya 23.06.2022). (in Russian).
19. Peredvizhnaya Energetika [Elektron. Resurs] http://передвижная-энергетика.рф/ (Data Obrashcheniya 05.09.2022). (in Russian).
20. Chislennost' Naseleniya Rossiyskoy Federatsii [Elektron. Resurs] https://rosstat.gov.ru/compendium/document/13282 (Data Obrashcheniya 20.09.2022). (in Russian).
---
For citation: Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. Using a Digital Twin of Hybrid Energy Complexes to Optimize Their Parameters and Operation Modes. Bulletin of MPEI. 2023;3:109—118. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-109-118.
2. Юдаев И.В., Даус Ю.В., Ганага В.В. Возобновляемые источники энергии. СПб.: Лань, 2020.
3. Аналитический центр при Правительстве РФ [Электрон. ресурс] https://ac.gov.ru/projects (дата обращения 24.07.2022).
4. Чубайс А.Б., Копылов А.Е., Зубакин В.А. Развитие возобновляемой энергетики в России: технологии и экономика. М.: Издат. группа Точка, 2020.
5. Тягунов М.Г. Как должна быть построена энергетическая система с установками на основе ВИЭ // Технический оппонент. 2019. № 2. С. 22—29.
6. Тягунов М.Г. Цифровизация и управление в распределенных энергетических системах с ВИЭ // Цифровая энергетика: новая парадигма функционирования и развития. М.: Изд-во МЭИ, 2019. С. 187—203.
7. Kharchenko V., Gusarov V., Bolshev V. Reliable Electricity Generation in Res-based Microgrids // Handbook of Research on Smart Power System Operation and Control. Hershey: Igi Global, 2019. Pp. 162—187.
8. Maleki A., Nazari M.A., Pourfayaz F. Harmony Search Optimization for Optimum Sizing of Hybrid Solar Schemes Based on Battery Storage Unit // Energy Repo. 2020. V. 6. Pp. 102—111.
9. Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П. Влияние режимов работы гибридных энергетических комплексов на основе возобновляемых источников энергии на определение типа аккумуляторов энергии // Вестник МЭИ. 2020. № 4. С. 62—70.
10. Свидетельство гос. регистрации базы данных № 2015620053 от 12 января 2015 г. Энергокомплексы на возобновляемых и традиционных источниках энергии / Елистратов В.В. и др.
11. Frolov D. How Machine Learning Empowers Models for Digital Twins // Benchmark. 2018. V. 6. Pp. 48—53.
12. El Saddik A. Digital Twins: the Convergence of Multimedia Technologies // IEEE MultiMedia. 2018. V. 25. No 2. Pp. 87—92.
13. Qia Q., Taoa F., Zuoa Y., Zhaob D. Digital Twin Service Towards Smart Manufacturing // Proc. CIRP. 2018. V. 72. Pp. 237—242.
14. Tao F. e. a. Digital Twin-driven Product Design Framework // International J. Production Res. 2018. V. 57(1). Pp. 1—19.
15. Прохоров А., Лысачев М. Цифровой двойник. Анализ, тренды, мировой опыт. М.: ООО «АльянсПринт», 2020.
16. Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П. Модели и методы исследования факторов, влияющих на режим работы гибридного энергокомплекса гарантированного энергоснабжения // Вестник МЭИ. 2021. № 5. С. 58—68.
17. Свидетельство гос. регистрации программы для ЭВМ № 2021681290 от 20 декабря 2021 г. Программный комплекс для исследования и оптимизации состава и режимов работы гибридного энергетического комплекса на основе возобновляемых источников энергии «RES Energy Complex» / Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П.
18. Расписание погоды [Электрон. ресурс] https://rp5.ru (дата обращения 23.06.2022).
19. Передвижная энергетика [Электрон. ресурс] http://передвижная-энергетика.рф/ (дата обращения 05.09.2022).
20. Численность населения Российской Федерации [Электрон. ресурс] https://rosstat.gov.ru/compendium/document/13282 (дата обращения 20.09.2022).
---
Для цитирования: Тягунов М.Г., Шевердиев Р.П. Использование цифрового двойника гибридных энергетических комплексов для оптимизации их параметров и режимов // Вестник МЭИ. 2023. № 3. С. 109—118. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-109-118.
#
1. Ilyushin P.V. Sistemnyy Podkhod k Razvitiyu i Vnedreniyu Raspredelennoy Energetiki i Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii v Rossii. Energetik. 2022;4:2027. (in Russian).
2. Yudaev I.V., Daus Yu.V., Ganaga V.V. Vozobnovlyaemye Istochniki Energii. SPb.: Lan', 2020. (in Russian).
3. Analiticheskiy Tsentr pri Pravitel'stve RF [Elektron. Resurs] https://ac.gov.ru/projects (Data Obrashcheniya 24.07.2022). (in Russian).
4. Chubays A.B., Kopylov A.E., Zubakin V.A. Razvitie Vozobnovlyaemoy Energetiki v Rossii: Tekhnologii i Ekonomika. M.: Izdat. Gruppa Tochka, 2020. (in Russian).
5. Tyagunov M.G. Kak Dolzhna Byt' Postroena Energeticheskaya Sistema s Ustanovkami na Osnove VIE. Tekhnicheskiy Opponent. 2019;2:22—29(in Russian).
6. Tyagunov M.G. Tsifrovizatsiya i Upravlenie v Raspredelennykh Energeticheskikh Sistemakh s VIE. Tsifrovaya Energetika: Novaya Paradigma Funktsionirovaniya i Razvitiya. M.: Izd-vo MEI, 2019:187—203. (in Russian).
7. Kharchenko V., Gusarov V., Bolshev V. Reliable Electricity Generation in Res-based Microgrids. Handbook of Research on Smart Power System Operation and Control. Hershey: Igi Global, 2019:162—187.
8. Maleki A., Nazari M.A., Pourfayaz F. Harmony Search Optimization for Optimum Sizing of Hybrid Solar Schemes Based on Battery Storage Unit. Energy Repo. 2020;6:102—111.
9. Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. Vliyanie Rezhimov Raboty Gibridnykh Energeticheskikh Kompleksov na Osnove Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii na Opredelenie Tipa Akkumulyatorov Energii. Vestnik MEI. 2020;4:62—70. (in Russian).
10. Svidetel'stvo Gos. Registratsii Bazy Dannykh № 2015620053 ot 12 Yanvarya 2015 g. Energokompleksy na Vozobnovlyaemykh i Traditsionnykh Istochnikakh Energii. Elistratov V.V. i dr. (in Russian).
11. Frolov D. How Machine Learning Empowers Models for Digital Twins. Benchmark. 2018;6:48—53.
12. El Saddik A. Digital Twins: the Convergence of Multimedia Technologies. IEEE MultiMedia. 2018;25;2:87—92.
13. Qia Q., Taoa F., Zuoa Y., Zhaob D. Digital Twin Service Towards Smart Manufacturing. Proc. CIRP. 2018;72:237—242.
14. Tao F. e. a. Digital Twin-driven Product Design Framework. International J. Production Res. 2018;57(1):1—19.
15. Prokhorov A., Lysachev M. Tsifrovoy Dvoynik. Analiz, Trendy, Mirovoy Opyt. M.: OOO «Al'yansPrint», 2020. (in Russian).
16. Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. Modeli i Metody Issledovaniya Faktorov, Vliyayushchikh na Rezhim Raboty Gibridnogo Energokompleksa Garantirovannogo Energosnabzheniya. Vestnik MEI. 2021;5:58—68. (in Russian).
17. Svidetel'stvo Gos. Registratsii Programmy dlya EVM № 2021681290 ot 20 Dekabrya 2021 g. Programmnyy Kompleks dlya Issledovaniya i Optimizatsii Sostava i Rezhimov Raboty Gibridnogo Energeticheskogo Kompleksa na Osnove Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii «RES Energy Complex». Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. (in Russian).
18. Raspisanie Pogody [Elektron. Resurs] https://rp5.ru (Data Obrashcheniya 23.06.2022). (in Russian).
19. Peredvizhnaya Energetika [Elektron. Resurs] http://передвижная-энергетика.рф/ (Data Obrashcheniya 05.09.2022). (in Russian).
20. Chislennost' Naseleniya Rossiyskoy Federatsii [Elektron. Resurs] https://rosstat.gov.ru/compendium/document/13282 (Data Obrashcheniya 20.09.2022). (in Russian).
---
For citation: Tyagunov M.G., Sheverdiev R.P. Using a Digital Twin of Hybrid Energy Complexes to Optimize Their Parameters and Operation Modes. Bulletin of MPEI. 2023;3:109—118. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-109-118.
Published
2023-02-14
Section
Energy Systems and Complexes (2.4.5)
