2072-64142411-140610.17059/ekon.reg.2023-1-13Improving the Stability of Power Supply in Regions on the Basis of Smart Local Energy SystemsПовышение устойчивости энергоснабжения регионов на основе локальных интеллектуальных энергосистемhttps://orcid.org/0000-0002-6878-9461Byk Felix L.БыкФеликс Леонидович felixbyk@hotmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5121-4143Myshkina Lyudmila S. МышкинаЛюдмила Сергеевна lsmyshkina@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4463-5625Kozhevnikov Mikhail V. КожевниковМихаил Викторович m.v.kozhevnikov@urfu.ruNovosibirsk State Technical UniversityНовосибирский государственный технический университетUral Federal UniversityУральский федеральный университет191163177Copyright © 2023 Felix L. Byk, Lyudmila S. Myshkina, Mikhail V. KozhevnikovCopyright © 2023 Феликс Леонидович Бык, Людмила Сергеевна Мышкина, Михаил Викторович Кожевников2023Felix L. Byk, Lyudmila S. Myshkina, Mikhail V. KozhevnikovФеликс Леонидович Бык, Людмила Сергеевна Мышкина, Михаил Викторович КожевниковCC BY 4.0https://www.economyofregions.org/ojs/index.php/er/article/view/517https://www.economyofregions.org/ojs/index.php/er/article/download/517/192

A modern organisational and technological structure of the energy sector emerged due to the development of distributed energy improving the reliability, efficiency and environmental friendliness of regional power supply systems. The study aims to substantiate the economic benefits of integrating smart local energy systems (SLES) based on distributed energy into regional power supply systems. Using heuristic and theoretical methods, the article explores the genesis of SLES and reveals factors that spur their development in regions. Analysis of empirical data from the implemented SLES projects revealed the accelerating pace of adoption of distributed energy by various regional economic sectors, allowing us to estimate the effects. Municipal smart local energy systems have a priority over those in agriculture and manufacturing, since their integration generates systemic effects significant for the region. These effects include increased availability of energy at socially acceptable prices, reduced cross-subsidisation, flexible energy supply through the use of smart technology, and better conditions for small and medium-sized enterprises. A key factor limiting the implementation of SLES projects is an underdeveloped institutional environment, which could be improved by changing the current rules of the wholesale and retail markets of electricity and capacity. In particular, it might be expedient to include SLES in regional energy systems in order to justify changes in the regulatory framework. The paper presents a comprehensive examination of the properties and characteristics of smart local energy systems and suggests ways to obtain useful economic effects in the development of regional power supply systems. As for the practical value, the research emphasises the appeal of SLES to investment companies and outlines conditions for a region’s sustainable development.

Основой современного энергетического перехода на новый организационно-технологический уклад стало развитие распределенной энергетики, обеспечивающей повышение надежности, экономичности и экологичности региональных систем электроснабжения. Целью исследования является обоснование экономических преимуществ от интеграции локальных интеллектуальных энергосистем на базе распределенной энергетики в состав региональных систем электроснабжения. На основе эвристических и теоретических методов раскрыт генезис появления локальных интеллектуальных энергосистем, выявлены факторы, стимулирующие их развитие в регионах. Анализ эмпирических данных реализованных проектов локальных интеллектуальных энергосистем позволил выявить рост темпов распространения распределенной энергетики в различных сферах экономики региона и оценить размеры получаемых эффектов. Коммунальные локальные интеллектуальные энергосистемы имеют приоритет перед промышленными и сельскохозяйственными, поскольку именно их интеграция сопровождается значимыми для региона системными эффектами: повышение доступности электроэнергии для потребителей по общественно приемлемым ценам, ослабление перекрестного субсидирования, увеличение гибкости энергоснабжения на основе применения интеллектуальных технологий, создание благоприятных условий для функционирования малого и среднего бизнеса. Основным ограничением реализации проектов локальных интеллектуальных энергосистем является недостаточно развитая институциональная среда, с целью совершенствования которой рекомендованы изменения существующих правил оптового и розничного рынков электрической энергии и мощности. В частности, для обоснования изменений нормативно-правовой базы показана целесообразность включения локальных интеллектуальных энергосистем в региональные энергосистемы. В статье комплексно рассмотрены свойства и характеристики локальных интеллектуальных энергосистем, средства получения полезных экономических эффектов при развитии региональных систем энергоснабжения. Практическая значимость исследования обусловлена повышением инвестиционной привлекательности создания локальных интеллектуальных энергосистем для специализированных инвестиционных компаний и формированием условий устойчивого развития региона.

power supply systeminstitutional environmentdistributed energysmart local energy systemuninterrupted electricity supplyaccessible and affordable electricityenvironmental safetyсистема электроснабженияинституциональная средараспределенная энергетикалокальная интеллектуальная энергосистемабесперебойность электроснабжениядоступность электроэнергииэкологическая безопасностьAbbey, C., Cornforth, D., Hatziargyriou, N., Hirose, K., Kwasinski, A., Kyriakides, E., … Suryanarayanan, S. (2014). Powering Through the Storm: Microgrids Operation for More Efficient Disaster Recovery. IEEE Power & Energy Magazine, 12(3), 67–76.Bella, A., Farina, M., Sandroni, C. & Scattolini, R. (2020). Design of Aggregators for the Day-Ahead Management of Microgrids Providing Active and Reactive Power Services. IEEE Transactions on control systems technology, 28(6), 2616–2624.Bushuev, V. V. (2019). The power industry of the future as a factor in the active development of civilization. Okruzhayushchaya sreda i energovedenie [Journal of Environmental Earth and Energy Study], 3, 22–29. (In Russ.)Byk, F. & Myshkina, L. (2019). The element of digital transformation of regional network — an aggregator. E3S Web of Conferences, 139, 01013. DOI: 10.1051/e3sconf/201913901013.Byk, F. L. & Epifantsev, A. V. (2021). The active energy complex: a legal experiment or «combat reconnaissance»? Biznes. Obrazovanie. Pravo. Vestnik Volgogradskogo instituta biznesa [Business. Education. Law], 2(55), 234–238. DOI: 10.25683/VOLBI.2021.55.247. (In Russ.)Byk, F. L., Epifantsev, A. V. & Myshkina, L. S. (2021). Communal energy or «The size matters». Biznes. Obrazovanie. Pravo. Vestnik Volgogradskogo instituta biznesa [Business. Education. Law], 4(57), 260-265 (In Russ.)Chausov, D., Bokarev, B. & Sibirov, V. (2020). Aktivnye energeticheskie kompleksy — pervyy shag k promyshlennym mikrogridam v Rossii. Ekspertno-analiticheskiy doklad [Active energy complexes are the first step towards industrial microgrids in Russia. Expert-analytical report]. Moscow: EnergyNet Infrastructure Centre, 56. Retrieved from: https://drive.google.com/file/d/1PwyNYskwbaES_5oE3utFDDOnbucosZ0q/view (Date of access: 14.12.2021). (In Russ.)Dolmatov, I. A. & Zolotova, I. Yu. (2018). The cross subsidization in the electric power industry. What is the limit of growth? Strategicheskie resheniya i risk-menedzhment [Strategic decisions and risk management], 2, 16–20. (In Russ.)Dzyuba, A. P. & Solovyeva, I. A. (2021). Prospects for Energy Demand Management in Russian Regions. Ekonomika regiona [Economy of region], 17(2), 502–519. DOI: 10.17059/ekon.reg.2021-2-11 (In Russ.)Filippov, S. (2018). New technological revolution and energy requirements. Foresight and STI Governance, 12(4), 20–33.Fishov, A. G., Ivkin, E. S. & Golovkin, O. V. (2021). Modes and automation of minigrids operating as part of the distribution electric networks of the UES. Releynaya zashchita i avtomatizatsiya [Relay protection and automation], 3, 22–37. (In Russ.)Fishov, A. G., Lizalek, N. N. & Kakosha, Yu. V. (2019). Microgrid with Alternate Current Infrastructure. 54th International Universities Power Engineering Conference, 8893496.Ghulomzoda, A., Gulakhmadov, A., Fishov, A., Safaraliev, M., Chen, X., Rasulzoda, K., … Ahyoev, J. (2020). Recloser-based decentralized control of the grid with distributed generation in the Lahsh district of the Rasht grid in Tajikistan, central Asia. Energies, 13(14), 3673.Hutty, T. D., Dong, S. & Brown, S. (2020). Suitability of energy storage with reversible solid oxide cells for microgrid applications. Energy Conversion and Management, 226, 113499. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.113499.Ilyushin, P. V. (2020). Prospects of using and problems of integrating distributed energy sources in grids. Bibliotechka elektrotekhnika [Library of electrical engineering], 8(260), 1-116. (In Russ.)IRENA. (2018). Power System Flexibility for the Energy Transition, Part 1: Overview for policy makers. International Renewable Energy Agency. Retrieved from: https://clck.ru/3RaenD (Date of access: 10.04.2022).IRENA. (2022). Smart Electrification with Renewables: Driving the transformation of energy services. International Renewable Energy Agency. Retrieved from: https://clck.ru/3Raeqy (Date of access: 02.05.2022).Khokhlov, A. A., Melnikov, Yu. V., Veselov, F. V., Kholkin, D. V. & Datsko, K. A. (2018). Raspredelennaya energetika v Rossii: potentsial razvitiya [Distributed energy in Russia: development potential]. Moscow: Energy Center of the Moscow School of Management SKOLKOVO, 87. (In Russ.)Knyagin, V. N. & Kholkin, D. V. (Eds.). (2017). Tsifrovoy perekhod v elektroenergetike Rossii: ekspertno-analiticheskiy doklad [Digital transition in the electric power industry of Russia: expert and analytical report]. Moscow: Center for Strategic Research, 47. (In Russ.)Kuklin, A. A., Myzin, A. L., Pykhov, P. A. & Potanin, M. M. (2013). Diagnostics and mechanisms of energy increase security in Russia. Vestnik Zabaykalskogo gosudarstvennogo universiteta [Transbaikal State University Journal], 10, 134–149. (In Russ.)Kulikov, A. L., Ilyushin, P. V. & Loskutov, A. A. (2021). High-Performance Sequential Analysis in Grid Automated Systems of Distributed-Generation Areas. Russian Electrical Engineering, 92(2), 90–96.Makarov, A. A., Mitrova, T. A. & Kulagin, V. A. (2021). Long-term development of the global energy sector under the influence of energy policies and technological progress. Russian Journal of Economics, 6(4), 347–357.Mazurova, O. V. & Galperova, E. V. (2018). Long-term trends in energy consumption in the main sectors of the economy. Energiya: ekonomika, tekhnika, ekologiya [Energy: economics, technology, ecology], 11, 22–28. (In Russ.)Papkov, B. V., Osokin, V. L. & Kulikov, A. L. (2018). About the features of small and distributed generation in the intellectual electric power industry. Vestnik Ufimskogo gosudarstvennogo aviatsionnogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Ufa State Aviation Technical University], 4(82), 119–131. (In Russ.)Quint, R., Dangelmaier, L., Green, I., Edelson, D., Ganugula, V., Kaneshiro, R., … Stringer, N. (2019). Transformation of the Grid: The Impact of Distributed Energy Resources on Bulk Power Systems. IEEE Power and Energy Magazine, 17, 35–45.Recaldea, A. A. & Alvarez-Alvaradoa, M. S. (2020). Design optimization for reliability improvement in microgrids with wind — tidal — photovoltaic generation. Electric Power Systems Research, 188, 106540. DOI: 10.1016/j.epsr.2020.106540.Samoylenko, V., Firsov, A., Pazderin, A. & Ilyushin, P. (2021). Distribution grid future planning under uncertainty conditions. Renewable Energy and Power Quality Journal, 19, 499–504.Taraborin, R. S. (2020). State policy of Russia in the field of gas supply: characteristics and prospects. Ekonomika i sotsium [Economics and society], 72, 188-194. (In Russ.)Tungadio, D. H. & Sun, Y. (2020). Predictive controller for interconnected microgrids. IET Generation, Transmission & Distribution, 14, 4273–4283.Tungadio, D. H., Bansal, R. C. & Siti, M. W. (2017). Optimal control of active power of two microgrids interconnected with two AC tie-lines. Electric Power Components and Systems, 45(19), 2188–2199.Volkova, E. D., Podkovalnikov, S. V. & Chudinova, L. Yu. (2014). System Effects of Integration of Electric Power Complexes in CIS Countries. Problemy prognozirovaniya [Studies on Russian Economic Development], 2, 33-43. (In Russ.)Voropai, N. (2021). Electric power system transformations: A review of main prospects and challenges. Energies, 13(221), 5639.Voropai, N. I., Stennikov, V. A. & Barakhtenko, E. A. (2019). Integrated energy systems: Challenges, trends, philosophy. Problemy prognozirovaniya [Studies on Russian Economic Development], 5, 39-49. (In Russ.)Бушуев, В. В. (2019). Электроэнергетика будущего как фактор активного развития цивилизации. Окружающая среда и энерговедение, 3, 22–29.Бык, Ф. Л., Епифанцев, А. В. (2021). Активный энергетический комплекс: правовой эксперимент или «разведка боем»? Бизнес. Образование. Право. Вестник Волгоградского института бизнеса, 2(55), 234–238. DOI: 10.25683/VOLBI.2021.55.247. Бык, Ф. Л., Епифанцев, А. В., Мышкина, Л. С. (2021). Коммунальная энергетика, или «Размер имеет значение». Бизнес. Образование. Право, 4(57), 260–265.Волкова, Е. Д., Подковальников, С. В., Чудинова, Л. Ю. (2014). Системные эффекты интеграции электроэнергетических комплексов стран постсоветского пространства. Проблемы прогнозирования, 2, 33-43.Воропай, Н. И., Стенников, В. А., Барахтенко, Е. А. (2019). Интегрированные энергетические системы: вызовы, тенденции, идеология. Проблемы прогнозирования, 5, 39-49.Дзюба, А. П., Соловьева, И. А. (2021). Перспективы управления спросом на энергоресурсы в регионах России. Экономика региона, 2(17), 502-519. DOI: 10.17059/ekon.reg.2021-2-11.Долматов, И. А., Золотова, И. Ю. (2018). Перекрестное субсидирование в электроэнергетике. Каков предел роста? Стратегические решения и риск-менеджмент, 2, 16-20.Илюшин, П. В. (2020). Перспективы применения и проблемные вопросы интеграции распределенных источников энергии в электрические сети. Библиотечка электротехника, 8(260), 1-116.Княгин, В. Н., Холкин, Д. В. (Ред.). (2017). Цифровой переход в электроэнергетике России: экспертно-аналитический доклад. Москва, Центр стратегических разработок, 47.Куклин, А. А., Мызин, А. Л., Пыхов, П. А., Потанин, М. М. (2013). Диагностика и механизмы повышения энергетической безопасности России. Вестник Забайкальского государственного университета, 10, 134–149.Мазурова, О. В., Гальперова, Е. В. (2018). Долгосрочные тенденции энергопотребления в основных секторах экономики. Энергия: экономика, техника, экология, 11, 22–28.Папков, Б. В., Осокин, В. Л., Куликов, А. Л. (2018). Об особенностях малой и распределенной генерации в интеллектуальной электроэнергетике. Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета, 4(82), 119-131.Тараборин, Р. С. (2020). Государственная политика России в сфере газоснабжения: характеристика и перспективы. Экономика и социум, 72, 188-194.Фишов, А. Г. Ивкин, Е. С., Головкин, О. В. (2021). Режимы и автоматика минигрид, работающих в составе распределительных электрических сетей ЕЭС. Релейная защита и автоматизация, 3, 22–37.Хохлов, А. А., Мельников, Ю. В., Веселов, Ф. В., Холкин, Д. В., Дацко, К. А. (2018). Распределенная энергетика в России: потенциал развития. Москва, Энергетический центр Московской школы управления СКОЛКОВО, 87. Чаусов, Д., Бокарев, Б., Сибиров, В. (2020). Активные энергетические комплексы — первый шаг к промышленным микрогридам в России. Экспертно-аналитический доклад. Москва, Инфраструктурный центр Энерджинет, 56. URL: https://drive.google.com/file/d/1PwyNYskwbaES_5oE3utFDDOnbucosZ0q/view (дата обращения: 14.12.2021).Abbey, C., Cornforth, D., Hatziargyriou, N., Hirose, K., Kwasinski, A., Kyriakides, E., … Suryanarayanan, S. (2014). Powering Through the Storm: Microgrids Operation for More Efficient Disaster Recovery. IEEE Power & Energy Magazine, 12(3), 67–76.Bella, A., Farina, M., Sandroni, C. & Scattolini, R. (2020). Design of Aggregators for the Day-Ahead Management of Microgrids Providing Active and Reactive Power Services. IEEE Transactions on control systems technology, 28(6), 2616–2624.Byk, F. & Myshkina, L. (2019). The element of digital transformation of regional network — an aggregator. E3S Web of Conferences, 139, 01013. DOI: 10.1051/e3sconf/201913901013.Filippov, S. (2018). New technological revolution and energy requirements. Foresight and STI Governance, 12(4), 20–33.Fishov, A. G., Lizalek, N. N. & Kakosha, Yu. V. (2019). Microgrid with Alternate Current Infrastructure. 54th International Universities Power Engineering Conference, 8893496.Ghulomzoda, A., Gulakhmadov, A., Fishov, A., Safaraliev, M., Chen, X., Rasulzoda, K., … Ahyoev, J. (2020). Recloser-based decentralized control of the grid with distributed generation in the Lahsh district of the Rasht grid in Tajikistan, central Asia. Energies, 13(14), 3673.Hutty, T. D., Dong, S. & Brown, S. (2020). Suitability of energy storage with reversible solid oxide cells for microgrid applications. Energy Conversion and Management, 226, 113499. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.113499.IRENA. (2018). Power System Flexibility for the Energy Transition, Part 1: Overview for policy makers. International Renewable Energy Agency. Retrieved from: https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2018/Nov/IRENA_Power_system_flexibility_1_2018.pdf (Date of access: 10.04.2022).IRENA. (2022). Smart Electrification with Renewables: Driving the transformation of energy services. International Renewable Energy Agency. Retrieved from: https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2022/Feb/IRENA_Smart-Electrification_Renewables_2022.pdf (Date of access: 02.05.2022).Kulikov, A. L., Ilyushin, P. V. & Loskutov, A. A. (2021). High-Performance Sequential Analysis in Grid Automated Systems of Distributed-Generation Areas. Russian Electrical Engineering, 92(2), 90–96.Makarov, A. A., Mitrova, T. A. & Kulagin, V. A. (2021). Long-term development of the global energy sector under the influence of energy policies and technological progress. Russian Journal of Economics, 6(4), 347–357.Quint, R., Dangelmaier, L., Green, I., Edelson, D., Ganugula, V., Kaneshiro, R., … Stringer, N. (2019). Transformation of the Grid: The Impact of Distributed Energy Resources on Bulk Power Systems. IEEE Power and Energy Magazine, 17, 35–45.Recaldea, A. A. & Alvarez-Alvaradoa, M. S. (2020). Design optimization for reliability improvement in microgrids with wind — tidal — photovoltaic generation. Electric Power Systems Research, 188, 106540. DOI: 10.1016/j.epsr.2020.106540.Samoylenko, V., Firsov, A., Pazderin, A. & Ilyushin, P. (2021). Distribution grid future planning under uncertainty conditions. Renewable Energy and Power Quality Journal, 19, 499–504.Tungadio, D. H. & Sun, Y. (2020). Predictive controller for interconnected microgrids. IET Generation, Transmission & Distribution, 14, 4273–4283.Tungadio, D. H., Bansal, R. C. & Siti, M. W. (2017). Optimal control of active power of two microgrids interconnected with two AC tie-lines. Electric Power Components and Systems, 45(19), 2188–2199.Voropai, N. (2021). Electric power system transformations: A review of main prospects and challenges. Energies, 13(221), 5639.