Проблема
Сетевая компания (СК) выявила участок распределительной сети 10 кВ с проблемами по обеспечению надлежащих показателей надежности, качества и доступности электроснабжения потребителей. Специалистами СК был предложен вариант модернизации, направленный на решение проблем в сети.

Проектная задача
Участникам кейса необходимо изучить модель модернизированной сети согласно варианту СК и предложить свой более оптимальный вариант модернизации с учетом ограничений по:

• надежности – улучшение показателя до заданной величины;
• качеству – отсутствие недопустимых отклонений по напряжению в соответствии с ГОСТ;
• доступности – отсутствие превышения пропускной способности элементов сети, включая питающие подстанции, во всех режимах работы сети.

Планируемый результат
Решение представляется в виде:

• Структурированного перечня проблем рассматриваемой сети с учетом ограничений, описанных выше;
• Оптимальной модели участка распределительной сети 10 кВ, включающей набор технических решений, направленных на решение проблем рассматриваемой сети;
• Оценки стоимости реализации предлагаемых технических решений;
• Сравнительного анализа стоимости вариантов модернизации, предлагаемых СК и участниками кейса.

Модель исходной сети и модель модернизированной сети согласно варианту СК будут представлены в описании кейса.

Состав команды
Электроэнергетик (2-3 чел.), экономист.

Оборудование и материалы
Персональный компьютер с установленным ПО для работы с файлами формата .docx, .xlsx, .pdf, pptx, .dwg и доступом в интернет.

Проблема
При включении и отключении электрического оборудования в сетях 6–35 кВ возникают переходные электромагнитные процессы, характер которых определяется типом нагрузки и моментом коммутации. Для ёмкостной нагрузки (батареи статических конденсаторов, фильтрокомпенсирующие установки, протяженные кабельные линий) при включении характерны высокие импульсные зарядные токи, обусловленные мгновенным подключением значительной ёмкости к сети. При отключении таких установок возможны коммутационные перенапряжения, связанные с разрядом ёмкости и взаимодействием с индуктивностями сети, что создаёт повышенные нагрузки на изоляцию оборудования и коммутационную аппаратуру.

Для индуктивной нагрузки (силовые трансформаторы) при включении характерно возникновение бросков тока намагничивания, обусловленных насыщением магнитопровода и наличием остаточной магнитной индукции. Эти токи могут многократно превышать номинальные значения и сопровождаться значительными электромагнитными усилиями в обмотках. При отключении индуктивной нагрузки основную опасность представляют коммутационные перенапряжения, возникающие при резком прерывании тока и перераспределении энергии магнитного поля, что приводит к дополнительным нагрузкам на изоляцию трансформаторов и выключателей.

Отсутствие управления моментом включения и отключения приводит к формированию неблагоприятных переходных процессов.

Проектная задача
Участники должны обосновать целесообразность применения устройств управляемой синхронной коммутации как инженерного решения, направленного на снижение негативного влияния коммутационных переходных процессов при включении и отключении оборудования и повышение надёжности эксплуатации электрооборудования.

Планируемый результат
Решение должно содержать:

• анализ режимов работы электрического оборудования и коммутационной аппаратуры, при которых возникают броски тока намагничивания, импульсные токи и коммутационные перенапряжения при коммутации индуктивной и ёмкостной нагрузки;
• описание возможных эксплуатационных последствий коммутационных переходных процессов для оборудования, релейной защиты и смежных элементов электрической сети;
• анализ традиционных способов снижения негативных эффектов коммутаций индуктивной и ёмкостной нагрузки и определение ограничений их применения;
• варианты включения и отключения оборудования при обычной (несинхронной) коммутации, а также при использовании управляемой синхронной коммутации с различными вариантами чередования фаз, в зависимости от типа нагрузки;
• анализ применения устройств управляемой синхронной коммутации (УСК) для электрического оборудования и трансформаторов напряжением 6–35 кВ, работающих с индуктивной и ёмкостной нагрузкой
• техническое обоснование необходимости применения управляемой синхронной коммутации для рассматриваемых условий эксплуатации;
• оценку ожидаемого экономического эффекта от внедрения УСК, связанного со снижением числа аварийных отключений, уменьшением вероятности повреждений оборудования и сокращением затрат на ремонт и восстановление.

Состав команды
аналитик данных, электроэнергетик (1-2 чел.), экономист.

Оборудования и материалы
Персональный компьютер с установленным ПО для работы с файлами формата .docx, .xlsx, .pdf, pptx, .dwg и доступом в интернет.

Проблема
В городских агломерациях – большое количество зданий, относящихся к бюджетной сфере (объекты образования, спорта, здравоохранения, культуры). Энергопотребление данных зданий вносит существенный вклад в формирование пикового потребления городов.

Проектная задача
Участникам необходимо сформировать эталонное (идеальное) потребление здания вуза по двум ресурсам (тепло и электричество/мощность) и разработать рекомендации по снижению энергопотребления.

Планируемый результат
Решение представляется в виде:

• Модели эталонного энергопотребления по теплу и электричеству, с наложением данных о фактическом потреблении
• анализа отклонений факта от эталона, оценкой вклада энергопотребления здания вуза в пиковое потребление города и рекомендаций по снижению потребления

Состав команды
Инженер-энергетик (2-3 чел.), экономист-аналитик

Оборудование и материалы
Персональный компьютер с установленным ПО для работы с файлами
формата .docx, .xlsx, .pdf, pptx, .dwg и доступом в интернет.

Проблема
Энергоснабжение удаленных населённых пунктов как правило осложняется трудностями с доставкой топлива и проблемами с текущим обслуживанием и ремонтом. Это приводит к снижению надежности и значительному удорожанию таких систем, а также получаемой электрической и тепловой энергии.

Для преодоления данных проблем создаются автоматизированные гибридные энергетические комплексы (АГЭК), в которых различные возобновляемые источники энергии (ВИЭ) вместе с источниками гибкости интегрируются в классическую схему энергоснабжения. При этом типы ВИЭ, уровни и степень их интеграции могут значительно меняться, в зависимости от условий конкретного населённого пункта. Кроме того, в АГЭК возможно использование энергоустановок замкнутого цикла на основе водородных технологий, состоящих из 3 основных элементов: электролизер – генератор водорода, система накопления водорода, топливный элемент – генератор электроэнергии.

Проектная задача
Участникам необходимо разработать наиболее эффективную систему электро- и теплоснабжения для заданного посёлка, учитывая доступные технологии производства и хранения энергии, когенерации, а также возможности интеллектуального управления потреблением. При этом нужно проанализировать природные условия расположения населённого пункта, текущий и прогнозируемый энергобаланс, а также существующие ограничения.

Планируемый результат
Решение представляется в виде:

• Балансов тепловой и электрической энергии населенного пункта.
• Модели (структурной схемы) системы энергоснабжения с описанием источников энергии и гибкости, а также их характеристик.
• Обоснования выбора, используемого при создании АГЭК оборудования, а также системы мониторинга и управления оборудованием.
• Технико-экономического обоснования эффективности создания АГЭК в сравнении с классической схемой энергоснабжения, принятой в заданном регионе.

Исходные данные по удаленному населенному пункту, включая мощности потребителей, будут предоставлены в описании кейса.

Состав команды
Электроэнергетик, теплоэнергетик, экономист-аналитик.

Оборудования и материалы
Личный ноутбук с установленным ПО для работы с файлами формата .docx, .xlsx, .pdf, pptx и доступом в интернет.

Проблема
Использование ПОМ электролизеров для обеспечения потребностей электростанций различных мощностей несёт за собой ряд преимуществ. ПОМ электролизеры считаются неприхотливыми, быстрыми для запуска и остановки, не требуют дополнительной химии, чистота выдаваемого водорода намного выше чем при любом другом способе получения водорода без очистки.
Однако возникают определенные трудности при использовании водорода в качестве теплоносителя в целях охлаждения.

Проектная задача
Участникам необходимо определить оптимальный состав станции обеспечения водорода для нужд ГРЭС с учетом оценки экономического эффекта от использования электролизеров ПОМ технологии.

Планируемый результат
Сравнение использования электролизеров ПОМ технологии с другими способами получения водорода для нужд электростанций различных мощностей.

Состав команды
Энергетик, экономист, химик

Оборудования и материалы
Для работы необходимы ноутбуки/ПК с установленным ПО. Минимальный набор ПО: Microsoft Office (Word, Excel, Power Point)

Проблема
Современные литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) с графитовым анодом близки к своему теоретическому пределу по удельной емкости (372 мАч/г). Для создания электромобилей с запасом хода свыше 800 км и эффективных систем накопления энергии (СНЭ) для ВИЭ необходимы аккумуляторы с качественно новыми характеристиками. Наибольший интерес представляет кремний (Si), теоретическая емкость которого достигает 4200 мАч/г. Однако коммерческому использованию кремния мешают фундаментальные проблемы: его колоссальное расширение объема (до 300%) при литировании, что ведет к быстрой деградации анода, и нестабильность твердотельного электролита (SEI).

Несмотря на множество лабораторных разработок (наноструктурированный Si, композиты Si/C) в России отсутствует готовая к масштабированию технология производства высокоемких кремнийсодержащих анодов, адаптированная под существующую производственную базу и доступное сырье.

Проектная задача
Участникам необходимо разработать оптимальную технологию изготовления прототипа ячейки (формат 18650 или pouch cell) с анодом на основе кремния, обеспечивающего увеличение удельной ёмкости анода до 650 мАч/г при сохранении приемлемого ресурса (не менее 500 циклов).

Планируемый результат
Решение должно содержать:

• Обоснование выбора структур кремний-углеродного композита со ссылками на актуальные научные статьи (Scopus/WoS) и патенты;
• Принципиальную схему синтеза/получения материала;
• Расчет материального баланса для изготовления макетного образца аккумулятора (площадь электрода, масса покрытия);
• Предложения по модернизации стандартного технологического процесса нанесения электродных покрытий под кремниевый анод;
• Анализ рисков (низкая кулоновская эффективность первого цикла, газовыделение) и предложения по их минимизации.

Исходные данные (требования к итоговой ячейке и подборка научных статей по теме) будут предоставлены в описании кейса.

Состав команды
Химик, материаловед-технолог, экономист-аналитик.

Оборудования и материалы
Личный ноутбук с установленным ПО для работы с файлами формата .docx, .xlsx, .pdf, pptx и доступом в интернет.

Научная задача
Технико-экономический анализ возможностей создания типовых систем управления инверторов в составе возобновляемых источников энергии, а также в составе систем накопления электрической энергии для внедрения технологии виртуальной синхронной машины и разработки возможных сценарных условий при некорректной работе виртуальной синхронной машины в различных режимах локальной энергосистемы с описанием существующих проблем и вызовов.

Требования к участникам

• Кандидат, доктор наук, аспирант, магистр по соответствующей специальности.
• Наличие научных публикаций по направлению установившихся или переходных режимов электроэнергетических систем.
• Наличие опыта работы с сетевыми инверторами и источниками бесперебойного питания, а также опыта создания систем управления накопителями электрической энергии.
• Наличие опыта выполнения коммерческих договоров

Планируемый результат
Детализированное коммерческое предложение в части создания типовых коробочных решений средств АСУ ТП для изолированных электрических сетей Группы РусГидро, а также мероприятий по их развитию.

Научная задача
Разработка технологии (процедуры, оборудование, алгоритмы), позволяющей снизить аварийность в распределительной сети 10 кВ, с преимущественно воздушными линиями электропередач и преобладанием оборудования со сроком эксплуатации 40 лет и старше.
Основной показатель оценки решения: отношение ожидаемых затрат на внедрение и поддержку предполагаемой системы к ожидаемому снижению числа аварий на единицу оборудования.

Требования к участникам

• Кандидат, доктор наук, аспирант, магистр по соответствующей специальности.
• Наличие научных публикаций по профильным или смежным тематикам

Планируемый результат
Описание процедур, оборудования, алгоритмов, совместное применение которых может снизить число аварий. Оценка ожидаемых затрат. Оценки должны быть подтверждены ссылками на публикации или иные материалы из открытых источников.