Математична модель локальної мережі з АЕС на малих модульних реакторах

Ключові слова

локальна мережа, малий модульний реактор, система акумулювання електроенергії, модель, задача завантаження потужності

Як цитувати

Saukh, S., & BorysenkoА. (2022). Математична модель локальної мережі з АЕС на малих модульних реакторах. Ядерна та радіаційна безпека, (2(94), 44-52. https://doi.org/10.32918/nrs.2022.2(94).05

Анотація

У цій статті досліджуються техніко-економічні процеси функціонування «Локальної електричної мережі» – регіональної електроенергетичної системи у складі АЕС на малих модульних реакторах, генераторах електричної енергії, які використовують відновлювані джерела енергії, а також акумуляторів електричної енергії. В управлінні такою системою застосовуються технології «Розумних мереж» . Стосовно електроенергетичної системи «Локальна електрична мережа» виступає як споживач або як виробник електричної енергії, залежно від кон’юнктури цін на оптовому ринку та власної спроможності щодо балансування обсягів виробництва-споживання електроенергії.

Ринок «Локальної електричної мережі» вважається досконалим, а оптовий ринок електроенергії характеризується недосконалою конкуренцією. Запропоновано математичну модель «Локальної електричної мережі». Наведена модель адекватно відтворює особливості взаємодії локального ринку з оптовим ринком. Математична модель сформована у вигляді задачі завантаження малих модульних реакторів та систем акумулювання електроенергії. В моделі відображено технологічні обмеження на режими завантаження малих модульних реакторів і блоків системи акумулювання енергії, які працюють у режимах прямого та зворотного перетворення енергії.

Зокрема, модель відображає маневрові режими та режими пуску-зупинки малих модульних реакторів та режими заряджання-розряджання блоків акумулювання електроенергії, які сукупно визначають гнучкість режимів функціонування всієї енергосистеми. Задача завантаження малих модульних реакторів АЕС, блоків системи акумулювання електроенергії, а також ліній електропередачі, що поєднують «Локальну електричну мережу» з енергосистемою, є задачею змішаного цілочисельного програмування з цільовою функцією системних витрат, які мінімізуються.

З метою зменшення розмірності задач математичного моделювання режимів завантаження «Локальної електричної мережі» в описах множин однотипних малих модульних реакторів, а також однотипних блоків акумулювання енергії використано кластерні цілочисельні функції. Модель «Локальної електричної мережі» забезпечує відтворення режимів її від’єднання від мережі системного оператора з метою підвищення ядерної безпеки в умовах стихійного лиха або воєнних дій. Наведено результати обчислювальних експериментів з моделювання режимів навантаження «Локальної електричної мережі».

В експериментах, описаних у статті, використані типові дані щодо обсягів споживання електроенергії та її виробництва з відновлюваних джерел енергії. Результати обчислювального експерименту підтверджують адекватність запропонованої математичної моделі «Локальної електричної мережі». Наведена модель придатна для використання як самостійно – для аналізу функціонування «Локальної електричної мережі», так і в комплексі з моделями електроенергетики – з метою визначення впливу «Локальних електричних мереж» на електроенергетичну систему.

Стаття підготовлена за результатами досліджень, які виконуються за цільовою програмою «Підтримка пріоритетних для держави наукових досліджень і науково-технічних (експериментальних) розробок Відділення фізико-технічних проблем енергетики НАН України на 2022 – 2023 рр.» з кодом програмної класифікації видатків 6541230 (прикладні дослідження).

https://doi.org/10.32918/nrs.2022.2(94).05

Посилання

Reyes, J., Ingersoll, D. NuScale power plant resilience studies. Transactions of the American Nuclear Society (118), Philadelphia, PA, 18-21 June, 2018, 4 p.

Ingersoll, D. T., Colbert, C., Houghton, Z., Snuggerud, R., Gastonb, J. W., Empeyc, M. Can nuclear power and renewables be friends? Proceedings of ICAPP 2015, 3-6 May 2015, Nice, France, Paper 15555, 9 p.

Saukh, S., Borysenko, A. Representation of transmission and distribution networks in the mathematical model of the electricity market equilibrium. 2019 IEEE 20th International Conference on Computational Problems of Electrical Engineering, CPEE 2019, 2019, 182–185.

Saukh, S., Borysenko, A. Modelling of market equilibrium on the basis of Smart Grid market system decomposition. 2020 IEEE 7th International Conference on Energy Smart Systems, ESS 2020, 2020, 358–362.

Wang, Y., Saad, W., Han, Z., Poor, H., Başar, T. A game-theoretic approach to energy trading in the Smart Grid. IEEE Transactions on Smart Grid, 5(3), 1439-1450, May 2014.

Palmintier, B. S. Incorporating operational flexibility into electric generation planning: impacts and methods for system design and policy analysis, Ph.D. thesis, Massachusetts Institute of Technology, February 2013, 273 p.

Saukh, S., Borysenko, A. (2022). Unit commitment model with cyclic forecasting period. Electronic Modeling. 44(1), 3-28.

Arroyo, J. M., Conejo A. J. (2004). Modeling of startup and shutdown power trajectories of thermal units. IEEE Transactions on Power Systems. 19(3), 1562-1568.

Carrión, M., Arroyo, J. M. (2006). A computationally efficient mixed-integer linear formulation for the thermal unit commitment problem. IEEE Transactions on Power Systems. 21(3), 1371-1378.

Soroudi, A. (2017). Power system optimization modeling in GAMS. Springer, 295 p.

Bergh, K., Bruninx, K., Delarue E., D’haeseleer, W. (2016). LUSYM: a unit commitment model formulated as a mixed-integer linear program. KULeuven Energy Institute, 15 p.

Capital cost and performance characteristic estimates for utility scale electric power generating technologies. February 2020. U.S. Energy Information Administration (EIA), 212 p.