Enerģētika
Pētniecības virziena būtība un mērķis
Pētījumu virziens ir vērsts uz energosistēmas ilgtspējīgu attīstību. Tā ir pamats Latvijas tautsaimniecības izaugsmei un iedzīvotāju labklājībai, kā arī sekmē klimata pārmaiņu mazināšanu un vides kvalitātes uzlabošanu
Mūsdienu energosistēmu ilgtspējīgas attīstības problemātika tālu pārsniedz inženierzinātņu robežas - tās attīstībā ir jāņem vērā gan ekonomiskie, gan vides un klimata, gan sociālie (tostarp gala patērētāju līdzdalības) aspekti. Izaicinājums ir šo visu aspektu harmoniska iekļaušana vienotā sistēmā. Tādējādi viedās enerģētikas pētījumi ir kļuvuši par augstas starpdisciplināritātes un multidisciplinaritātes virzienu, kas ietver dažādu zinātnes nozaru integrāciju.
Pētījumu virziens nodrošina pierādījumos balstītu informāciju, ekspertīzi un atbalstu publiskā un industrijas sektora lēmumu pieņēmējiem. Mēs piedāvājam analītiskus novērtējumus Latvijas energosistēmas dekarbonizācijas alternatīvām un risinām sabiedrības iesaistes izaicinājumus enerģētikas pārkārtošanā. Sadarbībā ar industrijas partneriem šos risinājumus demonstrējam un pārbaudām praksē.
Vēsturiskais un zinātniskais pamats
Pētījumu virziens EDI tika izveidots 2025. gadā, EDI sastāvā integrējot Fizikālās enerģētikas institūtu. Pētījumu virzienā iesaistītajai pētnieku komandai ir daudzpusīga, ilggadēja un savstarpēji papildinoša pieredze viedās enerģētikas pētījumiem būtiskās jomās - enerģētika un vides inženierija, elektrotehnika, elektronika un informācijas tehnoloģijas (IT), ekonomika, vides un klimata pārvaldība. Pētījumos tiek izmantoti augstas veiktspējas analīzes un modelēšanas rīki, plaši izmantojot IT un matemātiskās modelēšanas sniegtās iespējas.
Enerģētikas pētniecības virzienā tiek apvienota fundamentālā un lietišķā zinātne. Metodoloģiju un modelēšanas rīku izstrāde, skaitliskā modelēšana un datu analītikas metodes veido zinātnisko pamatu, savukārt rezultāti tiek tieši izmantoti nacionālo stratēģiju un politiku veidošanā, mērījumu kampaņās un industrijas demonstrācijas projektos.
Mūsu pētījumus raksturo atslēgas vārdi:
- ilgtspējīgas enerģētikas sistēmas, atjaunīgie enerģijas resursi, energoefektivitāte,
- viedas energosistēmas tīkli, tīklu elastība un drošība, decentralizētā ražošana, gala patērētāju iesaiste, enerģijas kopienas,
- sistēmanalīze, modelēšana,
- energosistēmas dekarbonizācija,
- informācijas un komunikācijas tehnoloģijas, mākslīgais intelekts.
Galvenie sasniegumi, inovācijas un pielietojumi
Institūta pētnieki ir ilggadēji ODYSSEE –MURE projekta dalībnieki. ODYSSEE MURE projekts ir ilgstoša iniciatīva, ko kopš 1993. gada atbalsta un līdzfinansē Eiropas Komisija, lai novērtētu energoefektivitātes tendences un politiku visā Eiropā. Tas nodrošina datus, rādītājus un analītiskos rīkus, kuri palīdz Eiropas Komisijas un ES dalībvalstu politikas veidotājiem izstrādāt energoefektivitātes mērķu sasniegšanas rīcības un mērīt to ieguldījumu mērķu sasniegšanai.
Izstrādātais TIMES - Latvia modelis tiek aktīvi pielietots enerģētikas sektora dekarbonizācijas un tautsaimniecības virzības uz klimatneitralitāti scenāriju modelēšanai un ar to iegūtie rezultāti ir izmantoti analītiskās bāzes nodrošināšanai virknei Latvijas stratēģisko dokumentu enerģētikas un klimata politikas jomā, tajā skaitā NEKP2030,
Kompetences, nākotnes virzieni un attīstība
EDI enerģētikas pētniecības kompetence aptver trīs savstarpēji saistītus pētījumu apakšvirzienus, kuri veicina enerģētikas sektora modernizāciju un attīstību.
Pirmais virziens - ilgtspējīgas enerģētikas sistēmas attīstības kompleksā analīze un integrētie modelēšanas rīki.
Pirmajā apakšvirzienāpētījumi ir vērsti uz alternatīvu izstrādāšanu un novērtēšanu Latvijas energosistēmas dekarbonizācijai un klimata neitralitātes sasniegšanai gadsimta vidū. Pētījumu veikšanai izmanto starpdisciplināru pieeju, vērtējot visu tautsaimniecības sektoru nepieciešamo ieguldījumu un sektoru savstarpējās mijiedarbības, ņemot vērā vides un klimata politikas kopējās prasības un mērķus emisiju gaisā un siltumnīcefekta gāzu (SEG) emisiju ierobežošanai. Konkrēti enerģētikas sektorā mēs veicam vidēja un ilgtermiņa enerģētikas-vides sistēmas attīstības scenāriju izstrādi, modelēšanu un rezultātu integrētu analīzi, iekļaujot dinamiski attīstošās jaunās enerģijas ražošanas un patēriņa tehnoloģijas un ņemot vērā enerģijas apgādes drošuma nodrošināšanas izaicinājumus. Pētījumi analizē atjaunīgo enerģijas resursu, tostarp transporta sektorā, izmantošanas izvēršanas un energoefektivitātes pasākumu plašas integrācijas risinājumus enerģētikas sistēmas ilgtspējīgai attīstībai; modelē SEG gāzu un gaisu piesārņojošo emisiju ilgtermiņa projekcijas, novērtē enerģētikas – klimata politikas īstenošanas ekonomiskās un sociālās ietekmes.
Laboratorijas, iekārtas, datu resursi
Kā galvenais modelēšanas-analīzes instruments tiek izmantota TIMES modelēšanas platforma, uz kuras pamata esam izveidojuši specifisko TIMES-Latvia modeli. Papildus tam veidojam un izmantojam arī citus lēmumu pieņemšanas atbalsta rīkus, kā, piemēram, matemātiskais modelis klimata pārmaiņu ierobežošanas pasākumu novērtēšanai un ietekmes analīzei reģionālam līmenim, COPERT 5 modelis autotransporta emisiju aprēķināšanai, un citi.
Enerģētikas – vides modelēšanas ietvars
Scenārija modelēšanas rezultātu piemērs
Patreiz tiek pilnveidota modeļa ilgtermiņa un īstermiņa mērogu sasaiste: palielinoties vēja un saules enerģijas īpatsvaram elektroenerģijas ražošanā ir nepieciešams veikt īstermiņa elastības pārbaudes un tāpēc modelī tiek palielināta izšķirtspēja laikā.
Tuvākā nākotnē ir plānots modelī detalizētāk iekļaut ūdeņraža ekonomikas aspektus: detalizēta infrastruktūras izvietojuma modelēšana zaļā ūdeņraža ražošanai, uzglabāšanai un pārrobežu cauruļvadiem.
Ne mazāk svarīgs jautājums ir klimata atgriezeniskās saites mehānisma iekļaušana modelī, tas ir, modelī ņemt vērā klimata pārmaiņu ietekmi uz pašu energosistēmu (piemēram, kā paaugstināta gaisa temperatūra vasarā maina dzesēšanas vajadzības vai samazina hidroenerģijas pieejamību).
Apakšvirziena pētnieciskā komanda: 5 darbinieki (t.sk. 5 inženierzinātņu doktori).
Otrais apakšvirziens - inovatīvi risinājumi viedās enerģētikas attīstībai un monitoringam.
Tiek izstrādāti risinājumi, kas uzlabo elektroenerģijas ražošanas, sadales, pārvades un patēriņa efektivitāti, elektrisko tīklu elastību un drošību, veicina decentralizēto ģenerāciju un gala patērētāju aktīvu iesaisti. Rezultāti veido zinātniskos, tehniskos un ekonomiskos pamatus viedo elektrotīklu infrastruktūrai, pamatojoties uz atjaunīgo resursu integrāciju, elektroenerģijas uzglabāšanas sistēmām, pieprasījuma reakcijas mehānismiem un uzlabotu tīklu pārvaldību. IKT un mākslīgais intelekts tiek izmantoti slodzes prognozēšanā, tīkla stabilitātes uzlabošanā un enerģijas pārvaldības algoritmos. Apakšvirziena ietvaros tiek veikta arī elektroenerģijas kvalitātes rādītāju monitorings sadales tīklā, kā arī izstrādāti risinājumi bojājumu un pārejas procesu noteikšanai no frekvences mērījumiem. Apakšvirziena pētniecībai tiek izmantota savstarpēji savienota aparatūras un programmatūras infrastruktūra, kas sastāv no energosistēmu modelēšanas rīkiem (DIgSILENT PowerFactory, HYPERSIM un ePHASORSIM), reāllaika simulatora komplekta (OPAL-RT OP4610XG reāllaika simulators un 4 WAMSTER STERPMU-R1 fāžu mērījumu iekārtas) un monitoringa sistēmas (National Instruments FPGA fāžu mērījumu iekārta kopā ar SEL-5073 fāžu datu koncentratoru un bojājumu noteikšanas sistēmu) u.c. pētniecības infrastruktūras elementiem.
Apakšvirziena pētnieciskā komanda: 7 darbinieki (t.sk. 2 inženierzinātņu doktori un 2 doktoranti).
Viedās enerģētikas pētniecības un monitoringa infrastruktūra
Reāllaika simulatora komplekts
National Instruments FPGA fāžu mērījumu iekārta
Trešais apakšvirziens - pētījumi atjaunīgo enerģijas resursu racionālai un efektīvai izmantošanai. Pētījumi aptver plašu enerģētikas problemātiku, tostarp vēja resursu novērtēšanu un prognozēšanu, magnētisko lauku modelēšanu un elektrisko mašīnu optimizācijas stratēģijas. Vēja enerģijas potenciāla izpētē un novērtēšanā tiek izmantoti ilgtermiņa mērījumi ar meteoroloģiskajiem mastiem un attālinātajiem sensoriem, kas nodrošina augstas precizitātes vēja ātruma un virziena mērījumus dažādos augstumos, tā nodrošinot uzticamus un pārbaudāmus datus par vēja resursiem dažādos klimatiskajos un topogrāfiskajos apstākļos, kas ir būtiski enerģētikas sistēmu plānošanai un attīstībai. Turpmākā pētniecības attīstība koncentrējas uz mašīnmācīšanās algoritmu un datu analītikas pielietošanu, lai uzlabotu vēja resursu novērtēšanas precizitāti, vēja ātruma prognozes un optimizētu vēja turbīnu izvietojumu vēja parku teritorijās. Pētījumi magnētisko lauku modelēšanā un elektrisko mašīnu optimizācijā ir vērsti uz elektromagnētisko procesu analīzi, magnētiskās plūsmas sadalījuma izpēti un efektīvu konstrukcijas risinājumu izstrādi. Šajā virzienā tiek izmantotas skaitliskās modelēšanas metodes, tostarp galīgo elementu metode, lai analizētu magnētiskā lauka sadalījumu, novērtētu elektromagnētiskos spēkus, zudumus un iekārtu darbības efektivitāti. Pētījumi aptver arī elektrisko mašīnu ģeometrijas optimizācijas stratēģijas, lai uzlabotu to veiktspēju un pielāgotu risinājumus dažādiem enerģētikas pielietojumiem. Turpmākā pētniecības attīstība koncentrējas uz mašīnmācīšanās algoritmu un datu analītikas pielietošanu, lai uzlabotu vēja resursu novērtēšanas precizitāti, vēja ātruma prognozes un optimizētu vēja turbīnu izvietojumu vēja parku teritorijās.
Laboratorijas, iekārtas, datu resursi: WindCube Lidar ar vertikālā profila mērījumiem.
Apakšvirziena pētnieciskā komanda: darbinieki (t.sk. 2 inženierzinātņu).
Uzstādītā WindCube LiDAR iekārta EDI teritorijā
Elektromagnētiskā lauka sadalījuma modelēšana elektriskajā mašīnā