Интеграция возобновляемых источников энергии и систем аккумулирования в автономные загородные домохозяйства средней полосы России

Аннотация

В современной России обеспечение надежного энергоснабжения автономных загородных домохозяйств средней полосы актуально из-за износа централизованных сетей и стремления к энергетической независимости. Исследование фокусируется на интеграции возобновляемых источников энергии(ВИЭ), таких как солнечные панели и ветрогенераторы, с системами аккумулирования энергии (САЭ) для минимизации затрат и повышения надежности, учитывая стохастику климата и деградацию аккумуляторов. Цель – разработка модели многокритериальной оптимизации гибридных систем для бесперебойного электроснабжения при снижении приведенной стоимости энергии. Методы включают имитационное стохастическое моделирование в MATLAB/Simulink с использованием метеоданных Росгидромета за 2015-2024 годы(инсоляция, ветер, температура). Моделированы фотоэлектрические и ветровые установки, Li-ion и Lead-Acid аккумуляторы с учетом КПД, деградации и глубины разряда. Профили нагрузки синтезированы статистически. Оптимизация параметров(мощность ВИЭ, емкость САЭ) проведена генетическим алгоритмом, минимизирующим LCOE при 99% надежности, с анализом 100 000 конфигураций. Результаты показывают, что гибридные системы(5 кВт ФЭС+ 5 кВт ВЭУ) обеспечивают 99,44% надежности, снижая простои в 6–9 раз по сравнению с моногенерацией. LFP-аккумуляторы превосходят другие по ресурсу(5120 циклов) и КПД(95,8%), давая LCOE 12,92 руб./кВт·ч за 25 лет. Сезонный дефицит энергии зимой(783 кВт·ч) требует резервного генератора для покрытия 5– 10% нагрузки. Обсуждение подчеркивает синергетический эффект гибридизации, экономическую нецелесообразность 100% автономии без резерва и потенциал предиктивного управления для продления срока службы САЭ на 15-20%. Оптимальная конфигурация покрывает 90–95% нужд ВИЭ, окупается за 14 лет, снижая углеродный след. Выводы предлагают модель для масштабирования в регионах с похожим климатом, способствуя устойчивому развитию.