ПРЕПРИНТ

Эта статья является препринтом и не была отрецензирована.
О результатах, изложенных в препринтах, не следует сообщать в СМИ как о проверенной информации.
РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОЙ МОДЕЛЬНОЙ МЕТОДИКИ МОНИТОРИНГА ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЕТРОГЕНЕРАЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
2025-06-24

В условиях глобальных климатических изменений и необходимости перехода к низкоуглеродной экономике возобновляемая ветровая энергетика приобретает стратегическое значение. Помимо сокращения выбросов парниковых газов, она способствует повышению энергетической независимости и устойчивости национальных энергетических систем. Несмотря на значительные технологические достижения, распространение ветровой энергетики в России сдерживается рядом факторов, включая экономическую эффективность, инфраструктурные ограничения и технологические барьеры. Средний коэффициент полезного действия ветрогенераторов составляет около 40%, что обусловлено переменной природой ветровых потоков и ограниченной возможностью полной утилизации кинетической энергии воздушных масс. Кроме того, географическая удалённость потребителей от точек генерации увеличивает капитальные затраты на строительство энергосетевой инфраструктуры и распределение электроэнергии. Развитие ветроэнергетики обусловлено совокупностью экономических, технологических и климатических факторов, что требует комплексного подхода к прогнозированию и моделированию. В настоящее время в России не существует единых подходов к определению основных характеристик ветра в предполагаемой точке строительства ВЭС и нет единых методик для прогнозирования параметров ветра, как на краткосрочный, так и среднесрочные интервалы времени. Оценка экономической эффективности сооружения парков ветроэнергоустановок представляет собой сложную технико-экономическую задачу, требующую учета соотношения цен на замещаемое топливо и стоимости ветровых турбин, реальных ветровых условий и режимных особенностей работы ВЭУ в составе энергосистемы. По мере совершенствования конструкции ветротрубин и удешевления их стоимости, масштабы развития ветроэнергетики будут расширяться, а стоимость вырабатываемой единицы электроэнергии будет дешеветь. В диссертационной работе приведено сравнение показателей: средней скорости ветра, сезонных колебаний, годовой выработки электроэнергии, сезонных значений КИУМ между Ростовской и Иссык-Кульской областями. Системный анализ экономических показателей проектов ВИЭ позволит своевременно корректировать эксплуатационные режимы и итоговую экономическую эффективность проектов в сфере ветроэнергетики. В ходе проведения работы установлено, что анализ больших данных для формирования экономических показателей целесообразно проводить с использованием готовых цифровых решений. Проведённое научное исследование подтвердило высокую актуальность и практическую значимость разработки цифровой методики мониторинга экономических показателей проектов ветровой генерации. В результате выполнения диссертационного исследования автором получены следующие результаты и сделаны выводы: 1. Обоснована актуальность разработки цифровых методик мониторинга экономических показателей ветрогенерации в условиях энергетического перехода и необходимости повышения инвестиционной привлекательности проектов ВИЭ. 2. Установлено, что существующие подходы к оценке экономической эффективности ВЭС не учитывают климатическую изменчивость и региональную специфику, что снижает точность прогнозов и увеличивает риски при принятии инвестиционных решений. 3. Автором предложена цифровая модельная методика, включающая алгоритмы анализа сезонных и региональных ветровых потоков, основанные на применении вейвлет-преобразования, расчёта КИУМ и структурного коэффициента мощности. 4. Разработанная методика позволяет в реальном времени оценивать эффективность использования установленной мощности ветропарков, а также адаптировать режимы их работы в зависимости от сезонных климатических условий. 5. В диссертации построена экономико-математическая модель, позволяющая рассчитывать экономический эффект от внедрения ВЭУ с учётом регионального дефицита энергии, замещаемой генерации и тарифных характеристик. 6. Показано, что применение цифрового мониторинга в динамических условиях эксплуатации ВЭС способствует снижению издержек, оптимизации загрузки оборудования и увеличению сроков безубыточной работы объектов. 7. В рамках апробации модели проведён анализ двух регионов — Ростовской области и Иссык-Кульской области, характеризующихся различными ветровыми и энергетическими профилями. 8. Доказано, что применение адаптивной модели управления мощностью ВЭС на указанных территориях обеспечивает увеличение выработки до 11,5% в зимние периоды и, как следствие, рост NPV проектов на сопоставимую величину. 9. Проведённый расчёт IRR, NPV и LCOE подтвердил высокую чувствительность эффективности проектов к сезонным ветровым режимам, что делает разработанную методику универсальным инструментом для принятия инвестиционных решений. 10. Сформулированы практические рекомендации для АО «Новавинд» и других операторов ВЭС по использованию модели при планировании ввода новых мощностей и модернизации действующих объектов. Результаты исследования интегрируются в концепцию устойчивого развития энергетики России и могут быть использованы в стратегическом и проектном управлении при строительстве объектов ВИЭ. Таким образом, цели исследования достигнуты, поставленные в диссертационном исследовании задачи выполнены, что подтверждает научную и практическую значимость проделанной работы. Практическая ценность исследования заключается в возможности прямого внедрения результатов в деятельность промышленных предприятий, энергетических компаний, а также в разработку региональных программ по ВИЭ. Результаты апробированы на данных Ростовской и Иссык-Кульской областей и получили подтверждение экономической применимости. Разработанная методика и проведённые расчёты формируют прочную основу для научного и прикладного продолжения работы в сфере экономической эффективности ветроэнергетики, а также её интеграции в стратегическое планирование развития энергетики России и стран СНГ. Авторское исследование о мониторинге данных о ВЭС Ростовской и Иссык-Кульской областей показало следующие результаты: сравнительный анализ сезонных ветровых условий и КИУМ Ростовской и Иссык-Кульской областей выполнен, экономические показатели выработки энергии приведены частично, исходя из доступных данных. В настоящее время, одним из эффективных вариантов генерации электроэнергии для конкретной территории должна быть взаимодополняющая модель совокупности разных источников энергии в энергосистеме страны, в конкретном регионе и даже населенном пункте. С целью достижения эффективности в том числе стоит рассматривать электростанции комбинированного типа, принимая во внимание потребности в электроэнергии, увязанной с ростом и плотностью населения, развития промышленности и экономики, природным ландшафтом местности. Завяленная автором работы гипотеза о планомерном увеличении объема мощности и уменьшение стоимости единицы производства электроэнергии посредством ветрогенерации возможна к реализации, в том числе, за счет цифрового мониторинга экономических и технических характеристик работы ветроэлектростанций и органично вписывается в развитие российского ТЭК. В целях достижения эффективности работы электроэнергетической системы страны рекомендуется рассматривать электростанции комбинированного типа. Будущее отечественной ветроэнергетики представляет собой перспективное направление диверсификации энергетического баланса, особенно в контексте снижения зависимости от импорта энергоносителей и уменьшения экологического воздействия на окружающую среду. В частности, интеграция ветроэнергетических технологий в атомный сектор может способствовать созданию гибридных энергетических систем, повышающих устойчивость электроснабжения и снижению операционных затрат. Госкорпорация «Росатом» активно развивает направления, связанные с интеграцией атомной и ветровой энергетики, что позволяет значительно повысить устойчивость национальной энергетической системы. Развитие данных технологий направлено на решение проблем, связанных с надежностью энергоснабжения, снижением углеродного следа и обеспечением стратегической энергетической безопасности страны. Интеграция атомной и ветровой энергетики открывает новые перспективы для формирования гибридных энергосистем, сочетающих высокую мощность традиционных атомных станций с переменной генерацией ветроустановок. Такой подход способствует увеличению доли возобновляемых источников энергии в общем энергобалансе, а также минимизации рисков, связанных с колебаниями нагрузки и изменчивостью погодных условий. Использование передовых цифровых технологий и алгоритмов прогнозирования в энергетическом секторе позволяет оптимизировать управление производством и распределением электроэнергии. Анализ климатических данных и технологических трендов показывает, что комбинированные энергосистемы обеспечивают более стабильное энергоснабжение при снижении зависимости от ископаемого топлива. В настоящее время ветроэнергетика имеет большой потенциал для развития как в мире, так и в России. Ожидается, что до 2035 года будет введено 15 ГВт новых мощностей ВИЭ в рамках решения глобальных климатических задач. Наряду с имеющимися ограничениями и минусам, ветряные турбины не загрязняют окружающую среду и не производят вредных выбросов, использование ветряной энергии помогает снизить потребление воды, поскольку для ее производства не требуется водных ресурсов. Обобщая итоги, можно с уверенностью утверждать, что мировая энергетика в наибольшей степени зависит от геополитики, которая определит возможности в трансфере технологий, наличия ограничений в торговых потоках, способности вырабатывать совместные подходы к регулированию внешнеэкономической деятельности и преодолению барьеров в мировой торговле

Ссылка для цитирования:

Мокшин М. Ю. 2025. РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОЙ МОДЕЛЬНОЙ МЕТОДИКИ МОНИТОРИНГА ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЕТРОГЕНЕРАЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ. PREPRINTS.RU. https://doi.org/10.24108/preprints-3113607

Список литературы