Изменение климата — одна из важнейших проблем современного мира. Каждая страна решает ее по-своему, но в конечном счете цель у всех одна — снизить выбросы, чтобы остановить глобальное потепление. Для этого нужно менять поведение потребителей и модернизировать технологии.
Задача
Для оптимизации текущей энергосистемы и улучшения ее эксплуатации было решено перейти на интегрированную энергосистему. Для этого нужно было преодолеть две сложности.
Первая заключалась в объединении аналитических процессов различных энергосистем. Обычно анализ каждой системы проводился отдельно, а взаимодействие подсистем не учитывалось.
Вторая проблема — пробел в использовании агентной методологии на сетевом уровне. Чаще всего исследования, где применялась эта методология, ориентировались на локальный уровень, например отдельные здания или даже микросети.
Решение
Исследователи из Университетского колледжа Лондона разработали проект, преследующий две цели. Первая — доработать предыдущую агентную модель для мультиэнергетических сетей. Вторая — провести эксперимент с моделью интегрированной энергосистемы, используя реальные данные.
Они выбрали ПО AnyLogic, поскольку оно отлично подходит для агентного моделирования, отличается удобным интерфейсом и легко интегрируется с JAVA библиотеками.
Цель этого проекта — создать модель потока энергии, который описывает состояния энергетической сети.
Поток перемещается из одного узла в другие. Амплитуда и фазный угол напряжения в каждом узле, а также активный и реактивный поток энергии по цепи оцениваются путем анализа.
Анализ потока энергии особенно важен, чтобы спланировать расширение сети и определить наилучший вариант эксплуатации существующих систем.
Исследователи использовали в модели классическую энергосистему с узлами трех типов: балансирующих, управляющих и нагрузочных.
Для интегрированной системы они внедрили несколько векторов потоков энергии, чтобы создать энергетический хаб. Были добавлены такие векторы, как электричество, газ и тепло.
Хаб представляет собой смешанную систему векторов потоков энергии с тремя функциями:
- Мультиэнергетические входы и выходы
- Преобразование
- Хранение
Эта мультиэнергетическая сеть моделируется с помощью группы или системы энергетических хабов, соединенных между собой.
Модель была разработана с использованием теории графов, то есть она пытается найти кратчайший путь между пунктами. В данном случае это кратчайший путь от одного узла до другого. Кроме того, каждый узел должен был соответствовать законам сохранения, то есть все входящие в узлы потоки должны были балансироваться выходящими потоками.
Для расчета потока энергии в электрической системе использовался алгоритм, который вычислен агентами децентрализованно. Агрегируя результаты, исследователи могли спрогнозировать всей сети.
Для трубопроводных сетей результаты расчета можно получить, используя ранее приведенный подход для потока электроэнергии.
В модель нужно было импортировать данные из опубликованных статей, в том числе данные о типе узла, конфигурации сети, а также связанной активной и реактивной энергии каждого узла.
Результаты
В мультиэнергетической (или интегрированной энергетической) системе исследователи смоделировали потоки электроэнергии, природного газа и нагрева воды. Используя входные данные модели и переменные из существующих примеров использования, они смогли вычислить активную и реактивную энергию, а также амплитуду и фазный угол напряжения в каждом узле.
Используя всего один узел (как в приведенном ниже примере), исследователи смогли вычислить значения мощности и комплексного напряжения, а также потенциал потока газовых сетей и районных теплосетей.
В будущем исследователи хотят интегрировать в систему динамический профиль энергопотребления. Кроме того, агентное моделирование имеет отличные перспективы для решения задачи децентрализованной оптимизации, поэтому можно будет исследовать этот вопрос и для межрегиональных интегрированных энергосистем.
Этот проект был представлен на конференции AnyLogic 2021 Руи Цю Яо (Ruiqiu Yao) из Департамента общестроительной, экологической и геоматической инженерии Университетского колледжа Лондона.
Вы также можете посмотреть презентацию в формате PDF.
