Углубленная подготовка к инженерным олимпиадам НТО

Изучим базовые понятия и рассмотрим актуальные вопросы из сферы интеллектуальной энергетики: генераторы и потребители энергии, энергетический баланс, топология энергосистемы, аукционы, рынок Интернета энергии. Подробно исследуем возможности и проблемы альтернативных источников электроэнергии, таких как ветрогенераторы и солнечные панели. Рассмотрим возможности, которые открывает цифровизация в энергетике и то, как IT и телекоммуникации создают новые возможности, а заодно и неожиданные сложности в управлении энергосистемой.

Разберем системно задачи командной инженерной Национальной технологической олимпиады (НТО) по профилю “ИЭС” второго этапа, формируя инженерное мышление и приобретая опыт решения прикладных задач в области энергетики и современных разделов математики. Для решения задач необходимы разделы информатики, посвященные следующим темам: программирование на языке Python, программная реализация алгоритмов решения математических задач, базовые навыки динамического программирования, работа с программными экосистемами и библиотеками, навыки численного моделирования, численное представление графов, определение связности графа. Для решения задач необходимы разделы математики, посвященные темам: теория вероятностей, теория графов, численные алгоритмы (принципы работы критериев остановки), линейные функции, поиск оптимума функции, работа с числовыми рядами. дифференцирование, стереометрия, планиметрия, тригонометрия, элементы теории аукционов, теории игр. Разделы физики, посвященные темам: закон Кирхгофа, закон Ома, работа электрического тока, принципы работы электрогенераторов. Именно эти темы будут использоваться и осваиваться при решении задач. Это возможность почувствовать себя в роли инженера, конструктора, разработчика ПО по данной тематике; проявить свои способности в олимпиадном движении НТО и включиться в участие на следующий год вместе со своей командой. Подробнее об олимпиаде https://ntcontest.ru/ies

Деятельно в игровой форме погрузимся в проектирование и управление будущих технологических, экономических и организационных структур энергетики. Попробуйте себя в разных ролях: разработчиков технологий, технологических предпринимателей, регуляторов и управленцев. С использованием стендов-тренажеров ИЭС физически имитируется работа энергосистемы города или поселка с различными категориями потребителей, традиционными и альтернативными источниками энергии в условиях постоянных изменений внешних погодных условий (солнца и ветра). Одновременно с этим комплекс выступает в качестве автоматизированной количественной системы оценки эффективности предложенных решений. Например, ветровые и солнечные электростанции могут оказывать очень сильное влияние на энергосистему из-за их неполной прогнозируемости. И если в небольших количествах они добавляют «вероятностный шум» в принятие решений при проектировании и управлении энергосистемой, то при увеличении их доли они всё более становятся определяющим фактором в энергосистеме, и остальные решения начинают подчиняться их требованиям и особенностям. Перед участниками будут стоять задачи по проектированию и управлению энергосистемами с разным содержанием ВИЭ и накопительных мощностей, разных топологий сетей и т.п. При работе на стендах потребуется усовершенствовать программный скрипт для разных жизненных ситуаций, предсказывать поведение энергосистем других игроков, управлять реальными объектами и их виртуальными двойниками в пространстве цифровой модели, разрабатывать стратегию и тактику поведения на рынке электроэнергии. В процессе соревновательной игры победа принадлежит тому, чей скрипт наиболее оптимально (с экономической точки зрения, но с учетом всех физических процессов) управляет энергосистемой и рисками. Сложность, но увлекательность управления энергосистемой, он лайн встречи с экспертами, командная работа — все это повышает мотивацию к более глубокому пониманию энергетики, видению сложности и ценности, а также перспектив ее преобразования.

Одна из важных тем при работе с интернетом энергии — аукционы. Изучим эту тему подробно, проведем десятки аукционов с обьектами энергетической инфраструктуры и займемся созданием цифровых помощников как вспомогательных инструментов для принятия решений. Уровень сложности программ будет зависеть от стратегий, которые придумают участники и алгоритма взаимодействия. Это работа со всеми пятью 5 ключевых этапами работы с данными: сбор, предобработка, анализ, визуализация и принятие решений!

Энергетика — сложная система, и ее преобразование требует как разработки и внедрения новых инженерных и материаловедческих технологий, так и развития новых моделей управления. Кроме того, чтобы проектировать сложные системы более эффективные, чем существующие, нужно учесть огромное множество параметров и связей, в энергетике они как минимум должны обладать большим модернизационным потенциалом и быть устойчивыми в течение длительного времени и технически и финансово. Уже сегодня внедряются разные информационные модели работы с биржей экономики и мощностей с применением автоматизации, выбора оптимальных стратегий и алгоритмов анализа параметров энергосетей. В совокупности это сложнейшая открытая задача, решением которой занимаются ведущие научные группы всех развитых стран. Простор создания новых, но грамотных моделей для начинающих исследователей. При моделировании реальных физических, инженерных или экономических задач будем использовать: 

Теорию вероятности и теорию игр.

Необходимость вероятностных расчётов измеряемых величин и прогнозирование действий других игроков при принятии управленческих решений, очевидна. Как показывает НТО хорошее владение этими методами может практически всегда улучшить полученные результаты. Прогнозирование погодных условий и работы ветровых и солнечных электростанций, учет рисков и поведения других игроков — все это необходимые элементы грамотного моделирования. 

Data Science.

При работе со стендом ИЭС всегда есть переизбыток данных, который необходимо обработать, хотя значительная часть данных и остается неизвестной до момента измерения. Скорость и точность принимаемых участниками или их скриптами решений, превосходство одних команд над другими в ходе игры во многом будут определяться их умением работать с данными и объемом данных, которые принимает во внимание разработанный ими управляющий скрипт. Участникам нужно будет алгоритмизировать решения как можно большего кол-ва стандартно возникающих задач и  реализовывать их в виде вспомогательных программ, так и неожиданных. Это способ научиться создавая логику и структуру данных, выделять наиболее важные связи, критические параметры системы и  автоматизировать управление ими. 

Проектная деятельность или олимпиадное движение по выбору учащихся. Для участников будет предложен ряд тематик для проведения углубленного исследования и оформления результатов в качестве личной или командной проектной работы по физике, математике или инженерии. Можно изучать гипотезы о построении и эффективности smart-grid в различных условиях, исследовать особенности альтернативной энергетики, моделировать энергосистемы разного уровня надежности в разных уголках нашей страны, проводить исследования паттернов пользовательского поведения или моделировать социально-экономические механизмы. Также можно создать команду и подготовиться к финалу НТО по профилю “Интеллектуальные энергетические системы” в 2025-2026, который проходит на стендах образовательной лаборатории ИЭС.