Интеграция энергетики и других систем и инфраструктур


Формулировка

Интеграция энергетики и других систем и инфраструктур. Тема трека "Технологии прорыва"

Задача для конкурсантов

Несмотря на то, что энергетика как обеспечивающая отрасль связана множеством других отраслей, только в последнее время начался процесс активной интеграции электроэнергетики с другими инфраструктурными системами. Исторически даже такие близкие инфраструктуры, как электроснабжение зданий и коммунальные системы (теплоснабжение, газоснабжение) выстраивались как в значительной степени параллельные инфраструктуры, но не как единая интегрированная система. То же можно сказать и о транспорте, который основан не на электрической тяге, но на двигателях внутреннего сгорания. Даже электрический транспорт, по существу, рассматривался в рамках электроэнергетики только как крупный потребитель. Но эпохе параллельного существования инфраструктур, по всей видимости, приходит конец. Недавние успехи в области создания конкурентоспособных электромобилей, развитие систем рекуперации электроэнергии на железнодорожном транспорте и метрополитене, появление успешных образцов «умных» и, так называемых, нулевых или энергонезависимых домов показывает, что глубокая интеграция инфраструктур – дело ближайшего будущего, и выделить среди них обслуживающую и потребляющую станет невозможно. Электромобили с высокой вероятностью будут играть роль не только потребителей, но и накопителей электроэнергии, «умные» энергоэффективные здания станут не только потребителями, но и генераторами электроэнергии, в том числе за счет преобразования излишков потребляемого тепла, а электрический общественный транспорт будет участвовать в регулировании энергосистемы и управлении реактивной мощностью. Такая интеграция инфраструктур позволит создать энергетику за рамками энергетики, открывая как новые возможности по развитию рынков энергетических услуг, так и возможности по оптимизации и управлению энергосистемой. Но для того, чтобы эта интеграция состоялась, необходимо найти удачное решение множества технических проблем. В первую очередь речь идет о технологиях кросс-системных узлов – мест соединения и взаимного влияния инфраструктур, – таких как системы зарядку электромобилей, термоэлектрические преобразователи в системах теплоснабжения, обратимые микрогенераторы в точках повышения и понижения давления в газовых сетях и другие аналогичные технологии. Наиболее сложной проблемой, которую предстоит решить при создании таких технологий, это удовлетворение зачастую взаимно противоречащим требованиям, которые предъявляют к ним те инфраструктуры, которые такая «узловая» технология связывает. Например, системы зарядки электромобилей должны, с одной стороны, обеспечивать быструю зарядку батарей автомобиля, с другой стороны, не перегружать сеть. В этой теме мы принимаем к рассмотрению оригинальные технические решения, позволяющие интегрировать электроэнергетику с другими инфраструктурами – транспортом, ЖКХ, телекоммуникациями, роботизированными системами беспилотных летательных аппаратов, другими новыми системами. Наиболее интересными являются решения по моментальной зарядке электромобилей, беспроводной передаче электроэнергии («энергетический Wi-Fi»), автоматизированной подзарядки роботов.