Smart grid и выгода для людей

  • автор:

Есть несколько тезисов, сомнение в которых является «табу» и исключено из общественной дискуссии:

  1. Smart Grid – это принципиально новый подход построения электроэнергетики вообще и электросетевого комплекса в частности.
  2. Smart Grid – это целенаправленная политика крупных игроков энергорынка, направленная на повышение эффективности использования ресурсов.
  3. Технологии «Smart Grid» и «Цифровой подстанции» приведут к заметному снижению затрат на строительство и эксплуатацию электросетевых объектов.
  4. Внедрение «умных сетей» и «цифровых подстанций» обеспечит резкое повышение эффективности использования возобновляемых источников электроэнергии и улучшит экологию.
  5. Технологии «Smart Grid» и «Цифровой подстанции» – это энергетика завтрашнего дня, которая создаётся уже сегодня.

Это далеко не полный перечень тем, но в рамках данной статьи мы ими ограничимся.

Итак по пунктам:

  1. Что такого принципиально нового в построении электроэнергетики предлагают апологеты «умных сетей»? Наложение на существующую систему производства, передачи и потребления электроэнергии ещё одной системы – информационной. Этот принцип описывался в нашем детстве таким анекдотом: что будет, если скрестить ужа с ежом? Ага, полтора метра колючей проволоки. Принципиальная новизна системы подразумевает появление НОВЫХ, ранее отсутствовавших качеств и функций. В этом смысле, современные технологии «smart grid» и «цифровой подстанции» просто меняют исполнителя в ряде технологических операций. Вместо тёти с блокнотом показания счётчика снимает электронная система коммуникации, вместо электромагнитного реле используется микроэлектронное и т.д. Внедрение новых систем и технологий не является революционным – оно имеет обычный эволюционный характер. И, с точки зрения теории развития технических систем, мы сейчас имеем дело с «завершающим этапом развития», который характеризуется большим количеством незначительных улучшений существующей системы. Это связано не с развитием, как таковым, а с тем, что за десятилетия образовалось большое количество различных предприятий и структур, которые должны оправдывать своё существование. Т.е., на начальном этапе развития электросетевого комплекса они работали на его развитие, а сейчас – на своё.
  2. Единственным, по-настоящему заинтересованным в продвижении технологий «smart grid» и «цифровой подстанции» игроком, я вижу производителей электрооборудования (и, конкретнее, производителей цифровых устройств и средств коммуникации). Большинство деклараций о высокой эффективности и прочих чудесных свойствах этих изделий носят сугубо маркетинговый характер и не подтверждаются сколько-нибудь серьёзными количественными исследованиями. Наверное, они есть и просто искусно укрыты от моего взора. Резоны производителей понятны и благородны – они создают новые изделия и пытаются сформировать рынки для их устойчивого сбыта. Какое отношения эти резоны имеют к декларациям о создании новой энергетики – я не понимаю.
  3. Одним из аргументов производителей оборудования для «цифровых подстанций» и «smart grid» является заявление о том, что применение новых технологий приведёт к сокращению стоимости возведения новых электросетевых объектов. Реального подтверждения этому тезису я не встречал нигде. А вот что встречал, так это некоторое лукавство, когда для демонстрации экономической эффективности затрат на цифровое оборудование выносят за скобки стоимостного подсчёта многие дополнительные системы. Например: при строительстве цифровых подстанций удаётся существенно сэкономить на стоимости контрольных кабелей. При этом за скобки выносится стоимость организации системы гарантированного оперативного питания, затраты на организацию и обеспечение функционирования самой шины процесса, затраты на обучение персонала и поддержку ПО. Ведь ни для кого не секрет, что электронные устройства сколь быстро развиваются, столь же быстро и устаревают. И снимаются с производства. И лишаются поддержки производителей. Ни один честный производитель электроники не декларирует без оговорок жизненный цикл своих изделий хотя бы в 20 лет, я уж не говорю о 30-40 годах. А именно столько обычно служит силовое оборудование. Это приводит к общему укорачиванию периодов между реконструкциями. Что хорошо для производителей, но вряд ли ведёт к снижению стоимости владения объектом. Да и вообще, где вы видели производителя, который говорит: «я сделал такое чудесное устройство, которое стоит дешевле, а покупать его надо реже»?!!
  4. Прогнозируемое резкое повышение эффективности тоже не внушает доверия. И вот почему. Современные цифровые системы позволяют собирать гигантский объём информации. Что преподносится как безусловное благо. Но это – не факт. Объём информации не очень коррелируется с управляемостью. То, что мы сейчас владеем терабайтами данных о различных аспектах экономической и социальной деятельности, не делает наше общество более разумным и управляемым. Так же и с сетями. Сначала мы создаём систему по сбору данных, потом – систему по хранению данных. А потом систему по сортировке и фильтрации данных. Потому что реально нам нужен 1% от полученного. Кроме того, существует очень заметное различие в ментальности между разработчиками механических систем и разработчиками электроники и программного обеспечения. Эту разницу очень точно иллюстрирует один из законов Мэрфи: «если бы строители строили дома так, как программисты пишут программы, то первый залетевший дятел разрушил бы цивилизацию» (Второй закон Вайнберга). Это шутка, да. Но в ней очень большая доля правды. А мы говорим об электросетях, которые должны функционировать в течение десятилетий без системных сбоев и веерных отключений. В любых географических и климатических зонах. Кроме того, хотелось бы затронуть ещё один аспект. Наметившийся уже более 15 лет назад тренд на исключение человека из контура оперативного управления системой. Эта голубая мечта фантастов пока не достижима, но уже отразилась на квалификации персонала и принципах обучения. Образно говоря, мы стремимся к ситуации, которая описана в старом советском анекдоте про полёт Белки и Стрелки: «Чукча, собак покормил? Смотри, приборы НЕ трогай!». Про экологический же эффект просто замнём для ясности. Или надо менять цивилизацию. Наша же цивилизация всегда выбирала между экологией и комфортом – комфорт.
  5. Так что же такое технологии Smart Grid? Они оставляют больше вопросов, чем ответов. Они не формализованы и, зачастую, разнонаправленны. Их чаще используют как некий пароль. Ещё пять лет назад такими словами-паролями были «нанотехнологии» и «инновации». Мало кто из применявших эти слова реально представлял, о чем они. В лучшем случае, подтягивал свои решения под определение из «Википедии», озаботившись только формальным соответствием. Конечно, наши провода нанотехнологичные – они же состоят из атомов (если внимательно присмотреться). Большинство дискуссий по теме «smart grid» упирается в жонглирование смыслами. И, по этой причине, бессодержательно. Это – будущее нашей энергетики? Кроме того, эта концепция рождена на западе и внедряется в нашу систему «как есть», без творческого и критического осмысления. Я не «западофоб», хотя это сейчас и модно. Но бездумный отказ от отечественного, почти векового, опыта …удивляет.

Резюмируя всё вышесказанное, хочу предложить своё виденье темы «smart grid» и «цифровая подстанция»

  1. Эти термины являются маркетинговой фишкой для обозначения класса продуктов и технологий по модернизации электросетевого комплекса с применением современных IT-решений.
  2. Электросетевой комплекс как в нашей, так и в большинстве других стран подходит к завершению своего жизненного цикла и находится на пороге глобального обновления. Поскольку сегодня не предложено никаких принципиально новых способов производства и передачи электроэнергии, новый цикл развития глобальной энергетики не имеет возможности в процессе обновления совершить качественный принципиальный скачок. Запуск дискуссии и разработок в области «smart grid» и «цифровой подстанции» был попыткой создать этот принципиальный качественный скачок искусственно. Успешность этой попытки – вопрос дискуссионный. Но замысел красив: закинем идею, и пусть народ сам придумает, что с ней делать.
  3. Как и положено, вокруг базовой – очень не глупой – идеи наросло множество спекуляций и откровенного мусора. Но этот побочный эффект – вещь вполне ожидаемая и нормальная. Никогда новые технологии не рождались во всей полноте и проработанности сразу. Единственное, что хотелось бы видеть от людей, принимающих решение в нашей энергетике, это взвешенную и активную позицию. Не только производители оборудования должны сочинять, как будет развиваться энергосистема на 50-летнем горизонте планирования. Это задача энергосистем: сформулировать генеральную концепцию и обеспечить платёжеспособный спрос на продукцию.
  4. У идеи «smart grid» и «цифровой подстанции» отсутствует внятная и привлекательная идеология. Не может вдохновлять на творческий подвиг и прорыв идея «сделать чуть лучше, чем есть».
  5. И самое парадоксальное: этим надо заниматься!
    Есть надежда, что совокупное броуновское движение приобретёт наконец осмысленный вектор развития и мы сможем совершить этот качественный скачок. И гораздо интереснее работать вот на эту зыбкую перспективу, чем пытаться воспроизводить технологии прошлого века.

Smart Grid — почему это выгодно для участников энергорынка

В своем докладе я расскажу об основных направлениях деятельности Некоммерческого партнерства «Инновации в электроэнергетике» и особо остановлюсь на том, чем отличается наше видение Smart Grid.

«ИНВЭЛ» — это некоммерческое партнерство ведущих энергокомпаний, которое видит своей целью открытие перед своими членами новых возможностей и решений для инновационного развития.
Основные принципы, на которых мы строим нашу деятельность и наши проекты, очень просты. Тезисно их можно раскрыть следующим образом:
• принцип «энергии инноваций» — подразумевает поиск инновационных решений в энергетике;
• принцип «чистая энергия» — предполагает экологичность энергосистем;
• принцип «доступная энергия» — подразумевает интерактивность, простоту в использовании энергии и при получении информации о ней;
• принцип «понимание энергии» — постулирует значимость образования и передачи знаний молодому поколению;
• принцип «сохранение энергии» — подчеркивает значимость энергоэффективности и энергосбережения.
Под эгидой Министерства энергетики Российской Федерации «ИНВЭЛ» реализует ряд общественнозначимых проектов, в числе которых: проект «Энергетический дом», создание центра Smart Grid в России, совершенствование системы технического и правового регулирования в отрасли.
Энергертический дом — это площадка, на которой должны объединиться проекты компаний, интерактивный центр для воспитания будущих поколений, научные лаборатории, которые будут проверять разработки, предлагаемые компаниями. Этот своеобразный сплав обучения и развлечения мы называем словом edutainment (от англ. education — обучение и entertainment — развлечение).
Следующий проект — это создание Центра стандартизации в электроэнергетике, возможно, в энергетике вообще, поскольку мы сейчас наблюдаем процесс интеграции различных отраслей энергетики. Именно потому, что подобные процессы уже идут, мы говорим о необходимости единого центра стандартизации. Он должен создать единое правовое поле, которое сделает возможной ту «умную энергетику», о которой не раз сегодня говорили докладчики.
Третий проект — это создание Центра Smart Grid. Он предполагает создание Центра моделирования российской электроэнергетики, который станет ключевым элементом инновационной инфраструктуры и обеспечит устойчивое развитие российской энергетики на базе концепции Smart Grid.
В компетенцию Центра войдут:
• разработка стратегического видения и построение модели будущей российской энергетики;
• организация функционирования российской технологической платформы Smart Grid;
• разработка и реализация стратегической программы исследований в области Smart Grid.
Чем Smart Grid в понимании «ИНВЭЛ» отличается от того, что можно слышать сегодня из различных выступлений, читать на страницах газет и журналов?
Smart Grid в нашем понимании — это именно та концептуальная модель энергетики, которая сложится в течение ближайших лет исследований, обсуждений, перспективных разработок. Это не только сеть, это полностью интерактивная, самовосстанавливающаяся система, имеющая сетевую топологию. И, подчеркну еще раз, это система, управляемая на основе единых стандартов. Без единых стандартов существование Smart Grid как системы, на наш взгляд, невозможно. Поэтому в энергетике будущего необходима инновационная инфраструктура, которая на базе технологической платформы Smart Grid и при содействии участников рынка — ФСК, Холдинга МРСК, РусГидро, ИнтерРАО, а также научных организаций, ВУЗов, Российской академии наук — должна быть создана. Эта инфраструктура позволит перейти на новый этап технологического цикла в энергетике, откроет новые возможности.
Проблема Smart Grid настолько глобальна, что к ней подступаются уже компании, работающие не только на энергетическом рынке, но и в области информационных технологий. Многие концепции, идеи, подходы, модели Smart Grid — это заимствование из сферы информационных технологий.
В том числе, к примеру, Microsoft представила свою архитектуру Smart Energy. По мнению Microsoft, более корректно говорить об энергетике как о всеобщей интегрированной интеллектуальной системе. Фактически, подход Microsoft объединяет подход энергетики по созданию единой системы и подход, который в центр проблем ставит потребителя, в интересах которого должна работать вся энергосистема.
Более подробно вы сможете ознакомиться с этим видением на выставке IT в энергетике, где будет присутствовать докладчик из Microsoft Utilities, который в том числе представит материалы, фактически впервые в России рассказав о следующих шагах компании Microsoft по созданию «умной архитектуры» в энергетике.

Также корпорация Cisco заявила, что Smart Grid — это феномен более значимый, чем Интернет, это грандиозный вызов для всех мировых компаний, вне зависимости от отраслевой принадлежности. Видимо, поэтому на конференции в Амстердаме примерно половина присутствующих представляла энергетические компании, в то время как другая половина — консалтинговые, аудиторские, компании рынка IТ.
Компания Invensys представляет подход к «умным сетям» уже с точки зрения информационных технологий, своего рода технологии SAAS (software as a servise). Это понимание, согласно которому предоставление, продажа энергии — некий сервис. Такое видение позволяет проводить аналогию между энергетикой и информационными технологиями.

Нашли ошибку? Выделите и нажмите Ctrl + Enter

Cообщение об ошибке

Введение в Smart Grid

Summary:

Введение в Smart Grid

Introduction of Smart Grid

V.V. Ilyin, an expert in building automation, LLC «Loy and Hutz Rus»

Keywords: Smart Grid, power grid, smart power grid

Описание:

Целью статьи является дать общее представление о технологии Smart Grid как одном из самых важных и перспективных направлений в области энергоэффективности XXIвека. Используя конкретные примеры, автор показывает различия между текущей электрической энергосистемой и Smart Grid. В статье также приведен краткий обзор развития Smart Grid в России.

Ключевые слова: Smart Grid, энергосистема, интеллектуальная электроэнергетическая система

В. В. Ильин, эксперт по автоматизированным системам управления зданиями, ООО «Лой энд Хутц Рус», wictjob@gmail.com

Цель статьи – дать общее представление о технологии Smart Grid как одном из самых важных и перспективных направлений в области энергоэффективности XXI века. Используя конкретные примеры, автор показывает различия между текущей электроэнергетической системой и Smart Grid. В статье также рассмотрены перспективы развития Smart

Из истории возникновения

Термин Smart Grid до сих пор не имеет четкого терминологического эквивалента на русском языке. К наиболее распространенным русскоязычным эквивалентным терминам относится «интеллектуальная электроэнергетическая система». В настоящей статье мы будем использовать именно англоязычный вариант Smart Grid как наиболее применимый на международном и пока на нашем рынке.

Smart Grid – это название глобальной технологии развития электроэнергетической системы на уровне как планеты, отдельных стран и городов, так и отдельных потребителей электрической энергии. Термин и сама технология родились и на данный момент получили наибольшее распространение в США, однако уже можно уверенно констатировать международное признание этой стратегии на планетарном уровне.

Формально термин Smart Grid был впервые оформлен в 2007 году в законодательном акте об энергетической независимости и безопасности США. Так была названа технология модернизации национальной электроэнергетической системы с целью защиты, контроля и оптимизации энергопотребления всех элементов и участников сети.

Предпосылкой развития Smart Grid является общая планетарная стратегия на снижение энергопотребления, а также обеспечение важнейших потребителей мегаполисов качественным и бесперебойным электроснабжением.

Толчком для развития технологий в США можно назвать глобальные перебои с электроснабжением крупнейших городов США в 90-е годы, так называемые энергетические «блэкауты», когда несколько мегаполисов США остались без электрической энергии. После обследования состояния электроэнергетической системы власти США пришли к выводу, что принципиальная схема управления энергосетями в целом мало изменилась с момента ее создания в начале XX века. Нынешний президент США Обама назвал Smart Grid ключевым фактором повышения энергоэффективности и безопасности американской экономики.

Технологической предпосылкой развития Smart Grid, безусловно, явились прорывные достижения информационных, компьютерных технологий, возможности локальных и глобальных коммуникационных сетей, в том числе Интернета.

По уровню развития Smart Grid в 2012 году находится на этапе перехода от разработки принципиальной концепции, проектирования до создания национальных и международных стандартов, реализации отдельных пилотных, а также ряда промышленных проектов. Пока речь идет о наиболее развитых индустриальных странах.

Появление и развитие концепции Smart Grid является понятным и естественным этапом эволюции электроэнергетической системы, обусловленным с одной стороны явными потребностями и проблемами текущего электрического энергорынка, а с другой стороны технологическим прогрессом, в первую очередь в области компьютерных, информационных технологий.

Современное состояние

Действующую электроэнергетическую систему без Smart Grid можно охарактеризовать как пассивную и централизованную, особенно в части последней цепочки – от распределительных сетей до потребителей. Именно в этой части цепочки поставки электроэнергии технология Smart Grid наиболее существенно изменяет принципы функционирования, предлагая новые принципы активного и децентрализованного взаимодействия.

Для понимания основных принципов текущей системы по отношению к принципам функционирования Smart Grid, о которых пойдет речь ниже, рассмотрим пример отдельного здания как конечного потребителя.

В настоящий момент здание с точки зрения взаимодействия с распределительной сетью (110/10/0,4 кВ) является практически полностью пассивным элементом (влияние на качество параметров электросети оставим в стороне, т.к. они существенно не влияют на основной параметр – потребляемую мощность). Это в первую очередь касается влияния здания как потребителя в реальном масштабе времени (т.е. в масштабе текущего месяца, дня, часа, секунды и т.д.) на генерируемую и распределяемую сетью электроэнергию. Здание никак не может влиять ни на объемы электрической мощности, ни на выделенные ресурсы инфраструктуры сети (например, элементы распределительных, трансформаторных подстанций). Более того, сами распределительные сети в большинстве случаев не обладают полной информацией об электропотреблении здания в реальном масштабе времени. Реализация АСКУЭ в этом контексте до сих пор является скорее исключением и используется исключительно в целях коммерческого учета электроэнергии постфактум в рамках ежемесячного интервала.

Коммерческая составляющая взаимодействия, в свою очередь, целиком зависящая от вышеуказанной технологической части, также выглядит пассивной и однонаправленной. Сети в виде энергосбытовых организаций узнают о зданиях и их потребностях только в моменты ежемесячных коммерческих взаиморасчетов, исключая договорные сведения, обновляемые не чаще раза в год. Здания (вернее, потребители в зданиях) платят по фиксированным, централизованным тарифам, распространяющимся на целые районы, города. Тарифы для конечных потребителей изменяются централизованно организационными процедурами с участием государства на длительных интервалах времени. Никакой обратной связи с точки зрения информации о состоянии энергопотребления в здании, возможности взаимодействия, тем более в режиме реального времени, у здания с сетями и тем более централизованными производителями энергии на данный момент нет.

Теперь представьте себе общую картину, в которой крупные производители электроэнергии генерируют и поставляют электроэнергию в объеме, в режимах и по стоимости (!), практически не зависящих от реального состояния электропотребителя в масштабе реального времени. Таким образом, между спросом и предложением отсутствует оперативная связь. С точки зрения надежности функционирования такой сети в условиях дефицита мощности и высоких требований со стороны потребителя такая схема является крайне уязвимой, поскольку не может оперативно выявлять проблемы и реагировать на них на уровне потребителей.

Давайте теперь подумаем о конечных потребителях не только как об отдельных зданиях, но и как о крупных предприятий, районах, городах! Особенно это критически важно для крупнейших мегаполисов с централизованной схемой электроснабжения, когда единые параметры энергоснабжения касаются большого количества разнообразных потребителей и учитывают их индивидуальные характеристики.

Важно отметить, что текущая схема с точки зрения энергоснабжения является полностью однонаправленной, т.е. потребитель только получает электрическую энергию. В последнее время развиваются схемы с аккумуляторами и распределителями энергии, позволяющими накапливать, трансформировать и распределять электрическую энергию между сетями и потребителями. В отличие от текущей схемы, Smart Grid знает о таких элементах и умеет управлять ими. Таким образом, Smart Grid является комплексной технологией, затрагивающей принципы не только взаимодействия участников и устройств, но и распределения самой электрической энергии.

Описанная пассивно-централизованная схема вполне устраивала всех до определенного момента в условиях дешевой электроэнергии, неисчерпаемых возможностей как генераторов энергии, так и распределительных сетей. Однако времена изменились. Рост мегаполисов, увеличение стоимости электроэнергии, требований к качеству электроэнергии, затрат на развитие генерирующей и распределительной инфраструктуры, увеличение риска внешних угроз (терроризм, катаклизмы) явным образом приводит к изменению стратегии развития энергорынка.

Технология Smart Grid характеризуется несколькими инновационными свойствами, отвечающими новым потребностям рынка, среди которых можно выделить следующие:

  1. Активная двунаправленная схема взаимодействия в реальном масштабе времени информационного обмена всеми между элементами и участниками сети, от генераторов энергии до оконечных устройств электропотребителей.
  2. Охват всей технологической цепочки электроэнергетической системы, от энергопроизводителей (как центральных, АЭС, ТЭЦ, ГЭС, так и автономных ДГУ, солнечных индивидуальных генераторов, накопителей энергии), электрораспределительных сетей и конечных потребителей.
  3. Для обеспечения информационного обмена данными в Smart Grid предусмотрено использование цифровых коммуникационных сетей и интерфейсов обмена данными. Одной из важнейших целей Smart Grid является обеспечение практически непрерывного управляемого баланса между спросом и предложением электрической энергии. Для этого элементы сети должны постоянно обмениваться между собой информацией о параметрах электрической энергии, режимах потребления и генерации, количестве потребляемой энергии и планируемом потреблении, коммерческой информацией.
  4. Smart Grid умеет эффективно защищаться и самовосстанавливаться от крупных сбоев, природных катаклизмов, внешних угроз.
  5. Способствует оптимальной эксплуатации инфраструктуры электроэнергетической системы.
  6. С точки зрения общей экономики Smart Grid способствует появлению новых рынков, игроков и услуг.
  7. Благодаря современным технологиям Smart Grid может применяться как в масштабах зданий, предприятий, так и для обычных домашних электрических устройств, например холодильника или стиральной машины. Соответственно, все устройства, входящие в состав Smart Grid, должны быть оснащены техническими средствами, осуществляющими информационное взаимодействие.

Основные преимущества Smart Grid

Надежность и качество электроснабжения

Smart Grid предотвращает массовые отключения, обеспечивает поставку чистой электроэнергии.

Безопасность

Smart Grid постоянно контролирует все элементы сети с точки зрения безопасности их функционирования.

Здесь можно вспомнить как о недавних проблемах с энергоснабжением в Московской области в зимнее время, в связи с погодными условиями и обледенением линий электропередач, так и о проблемах в Москве жарким летом в связи с пожарами на высоковольтных подстанциях.

Энергоэффективность

Снижение потребления электрической энергии. Оптимальное потребление приводит к снижению потребностей в генерирующих мощностях.

Экология и охрана окружающей среды

Самый главный эффект достигается за счет снижения количества и мощностей генерирующих элементов сети. Это ведет, например, к снижению выброса СО в атмосферу.

Финансовые преимущества

Снижение операционных затрат. Потребители имеют точную информацию о стоимости и могут оптимизировать свои затраты на электрическую энергию. Бизнес, в свою очередь, может оптимально планировать и формировать затраты на эксплуатацию и развитие генерации и распределительных сетей.

Указанные преимущества касаются всех участников, от конечных потребителей и энергопоставщиков до всего общества в целом.

Перспективы применения

Продолжим наш пример со зданием, теперь уже с учетом перспективы применения Smart Grid.

Современное здание, оснащенное устройством связи с коммуникационной сетью Smart Grid, может автоматически выбрать режим работы наиболее энергозатратного оборудования (освещение, кондиционирование и приводная вентиляция) в течение недели, с точностью до часа, с учетом оптимального коммерческого тарифа (и потребностей арендаторов), информация о котором была доставлена из местной энергосбытовой компании также по цифровой сети. Соответственно, энергосбытовая компания, имея текущие данные о планируемом энергопотреблении отдельных зданий, может оптимально сконфигурировать свои мощности, в т.ч., например, используя аккумуляторы элеткроэнергии и активные распределительные устройства, закупить необходимую электроэнергию у сетевого поставщика по оптимальным тарифам и т.д. Вся цепочка постоянно обменивается информацией, которая активно используется управляющими элементами для обеспечения сбалансированного графика потребления/генерации и безопасной трансформации и передачи электроэнергии.

Начальный, генерирующей элемент цепи (например, городская ТЭЦ) вместо постоянной генерации максимального количества электрической энергии выдает оптимальную мощность в соответствии с реальным балансом мощности/потребления электроэнергетической системы в текущий момент времени.

Для конкретизации приведем еще пример из жизни современного мегаполиса. Современные коммерческие здания, сложные инфраструктурные объекты вынужденно оснащаются большим количеством систем гарантированного и бесперебойного электроснабжения (ДГУ, ИБП), поскольку рабочие системы централизованного городского электроснабжения не могут более гарантировать качественное снабжение сложной инженерной и компьютерной инфраструктуры таких объектов. Затраты на производство, реализацию и эксплуатацию таких специальных систем электроснабжения являются весьма существенными. Применение Smart Grid позволило бы не только сократить такие затраты, но и в отдельных случаях избежать их полностью.

Конечно, задача перехода к технологиям Smart Grid должна являться долговременной стратегией, инициируемой и поддерживаемой на уровне государства. Переход к столь инновационной технологии предъявляет самые серьезные требования как к технической модернизации основных элементов инфраструктуры, так и к изменению правил работы всего рынка. Основным драйвером такого перехода должна быть государственная стратегия повышения энергоэффективности и безопасности электроэнергетической системы страны в целом.

В России пока можно отметить начальный этап ознакомления и формирования первых организационных инициатив по Smart Grid, а также опробования отдельных технических решений. Пока не будет выработана реальная государственная стратегия по отношению к энергоэффективности, о развитии технологий Smart Grid говорить еще рано. Необходимо также учитывать гигантскую протяженность электрораспределительных сетей в нашей стране и недостаточно развитую инфраструктуру. Однако первые инициативы в этой области у нас уже появляются.

Ссылки на технологии Smart Grid были включены, например, в проекты создания технологической инфраструктуры инновационного центра Сколково.

Государственная компания ОАО «Системный оператор Единой энергетической системы», ответственная за контроль и управление электрораспределительными сетями, активно рассматривает Smart Grid и отдельные элементы этой технологии на предмет применения в РФ и уже реализует отдельные пилотные технические проекты.

Как видится, нам необходимо внимательно знакомиться с опытом ведущих стран мира, уже активно пробующих Smart Grid, и делать правильные выводы с учетом нашей вечной российской специфики.

P.S. Буквально во время подготовки данной статьи была опубликована важная новость о выходе стандарта «Facility Smart Grid Information Model» в области Smart Grid, подготовленного совместно такими известными на международном рынке организациями, как ASHRAE и NEMA. Поезд уже идет.

Литература

  1. NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards, Release 2.0. Февраль 2012. Авторы: NIST (Национальный институт технологий и стандартизации, США), Государственный коммерческий департамент США. Концепция и дорожная карта по стандартам взаимодействия для Smart Grid.

«Умные сети» Smart Grid — перспективное будущее энергетической отрасли России



Не секрет, что сегодня энергетическая отрасль России для себя наметила довольно перспективные направления развития, которые были продиктованы западным опытом внедрения и развития «умной энергетики» — Smart Grid. Однако, стоит выяснить немаловажный аспект, а именно, ответить на вопрос: пригодна ли Smart Grid концепция для российской энергетики или имеет смысл, определить индивидуальную траекторию развития для отечественной энергетической отрасли?

Обращаясь к сути, нашумевшей в последнее время технологии «умная сеть» SMART GRID, стоит отметить, что данная система активно внедряется в электроэнергетику разных стран. Однако, необходимо изначально определить, что подразумевается под термином SMART GRID?

Не смотря на то, что данное понятие официально введено еще в 2003 году, после публикации статьи в открытых источниках M. T. Burr под названием «Спрос надежности будет управлять инвестициями», до сих пор к единой трактовке научные деятели так и не пришли.

Таким образом, на сегодняшний день, в мировой практике для определения термина «умной сети», как правило, используются ее атрибуты или признаки. Притом, что они имеют разный перечень и формулировку у США, России и Европы. Ниже мы привели сравнительную таблицу таких признаков «Умной сети» у каждой из конкурирующих сторон (рис. 1).

Умная сеть — это автоматизированный программный комплекс, который позволяет, на основе информации, полученной от всех объектов системы и промежуточных элементов сетей, правильно распределяет всю имеющуюся энергию между потребителями, обеспечив при этом стабильность энергосети с точки зрения оценки напряжения и частоты. Помимо основной функции, такая умная сеть умеет устанавливать соединения потребителей с новыми источниками, в числе которых могут быть генерирующие источники с нулевым или пониженным выбросом углекислого газа. Защищенность всей системы достигается за счет уменьшения зависимости от централизованных электростанций, способности сетей и оборудования к самодиагностике и самовосстановлению.

Рис. 1. Основные положения концепции умной энергосистемы с активно-адаптивной сетью

Таким образом, основываясь на табличной информации можно сделать вывод о том, что применяя современные ИКТ, все оборудование умных сетей может активно взаимодействовать друг с другом, образуя интеллектуальный комплекс энергоснабжения. Собранная с оборудования информация анализируется, а результаты анализа помогают:

 оптимизировать процесс использования энергетический ресурсов;

 снизить затраты;

 увеличить надежность функционирования объектов системы;

 увеличить общую эффективность энергосистем.

Рис. 2. Схема иллюстрирующая систему взаимодействия в рамках проекта «Умные сети»

Реализация активно-адаптивной теории функционирования энергетической комплексной системы будет подразумевать развитие на территории России и в частности в области энергетики инновационных технологий, значительное расширение границ действительности для разработки и выпуска высокоинтеллектуальной продукции. Как следствие, высокий показатель энергетической востребованности в транспортной области, развитие и укрепление рыночных отношений с привлечением потенциальными потребителями, в качестве активных игроков рынка.

Благодаря реализации концепции Smart Grid российская энергетика вступит в новую фазу существования, которая будет характеризоваться гармоничным взаимодействием с окружающей средой, улучшением качества жизни и общим экономическим подъемом. И едва ли это противоречит отечественным взглядам на развитие энергетики и страны в целом.

Если исходить из действующих на территории России концептуальных документов, то можно с большой вероятностью спрогнозировать достаточно интенсивное развитие российской умной энергетики.

Так, например, в соответствии с основными положениями «Энергетической стратегии России на период до 2030 года», в качестве приоритетных направлений НТП в области энергетической отрасли страны первоочередными считаются следующие задачи:

 разработка и практическая реализация умных энергосетей нового поколения с высокими показателями интеграции в уже действующие системы энергетики, позволяющих организовывать системные и четко распределенные сети в Единой энергетической системе России;

 применение в работе по реализации пилотных проектов низкотемпературных индукционных накопителей и обеспечение проекта стабильным снабжением электроэнергией от официально назначенных объектов — потребителей;

 динамическое развитие по нескольким направлениям силовой электроники и сетевых управляемых устройств, с сопроводительным применением гибких систем передачи переменного тока — FACTS;

 разработка высокотехнологичных и перспективных проектов надежных магистральных каналов связи, которые будут функционировать между разными ступенями диспетчерского управления и цифровых каналов, осуществляющие обмен точной и своевременной информацией между объектами и центрами управления;

 создание и широкое внедрение централизованных систем противоаварийного управления, охватывающих все уровни Единой энергетической системы России;

 создание автоматизированных информационно-аналитических систем, нацеленных на эффективное управления энергоспросом;

 создание водородных систем аккумулирования энергии и покрытия неравномерностей графика нагрузки.

Существуют препятствия для реализации умной энергетики в нашей стране, в первую очередь это сложность самой системы. Необходим тонкий подход к требованиям и нуждам потребителя, который принуждает учесть индивидуальные особенности всех элементов сети. При этом внедрение осложняет отсутствие единых стандартов и нормативов, которые еще не сложились. Не облегчает процесс и большое количество регуляторов и процедур, обязательных для получения сертификатов и разрешений. Другая группа препятствий носит чисто технический характер. Пока ещё остаются нерешенными такие чисто технические проблемы, как отсутствие доступных надежных и эффективных накопителей энергии или безопасность и защита частной информации передаваемой внутри сети. По мере повышения автоматизации энергосети и внедрения новых коммуникационных технологий растёт и вероятность кибератак на сеть. Отталкиваясь от опыта в других областях, производители компонентов Smart Grid пока наращивают инвестиции в новые технологии, способные отражать кибератаки на энергосети.

Далее мы рассмотрим несколько примеров таких пилотных проектов, которые уже были запущены и находятся в процессе апробации на практике.

Проекты ОАО «ФСК ЕЭС»

На данный момент разрабатываются довольно перспективные проекты умных сетей, а также готовятся к практической реализации идеи по внедрению отдельных элементов умных сетей на объектах ОАО «ФСК ЕЭС». Данные идеи планируется реализовать следующим образом:

  1. Планируется установка СТАТКОМа, а именно статического преобразователя, так называемой, реактивной мощности на базе преобразователя напряжения. Объектом для экспериментальных работ выбрана ПС 400 кВ «Выборгская».
  2. Также будет реализована установка управляемых шунтирующих реакторов, на таких объектах российской энергетики, как ПС 50 кВ «Таврическая», «Барабинская», «Иртыш».
  3. В плане экспериментального проекта установка на ПС 500 кВ «Ново-Анжерская» статического тиристорного компенсатора и конденсаторных установок.

Зарубежный проект «FENIX»

Данный проект построения гибкой электрической сети стал связующим звеном для энерголидеров Европы. Основополагающими его задачами были:

 отработка механизмов функционирования общеевропейской энергосистемы;

 отработка алгоритмов включения в общую систему распределенных источников генерации (DER) и возобновляемых источников энергоресурсов (RES);

 разработка новых программно-аппаратных платформ для реализации концепции VPP;

 технические расчеты и финансово-экономическое обоснование рентабельности использования технологии VPP;

 демонстрация разработок на полигонах в странах Европы.

Итак, в практическом плане в России и за рубежом ведутся активные работы по созданию концепций и апробации технологий умных сетей; перспективы их развития в России можно сформулировать следующим образом:

 Обеспечение бесперебойной работы энергосистемы страны в условиях постоянной энергетической востребованности, а также использования спорадической нагрузки.

 Сокращение энергетических потерь с помощью построения систем умного учета с возможностью учета качества вырабатываемой энергии и ограничения нагрузки.

 Развитие коммуникационной среды, способной надежно и качественно поддерживать двунаправленный информационный обмен между поставщиками и потребителями энергоресурсов. Одним из способов решения данной задачи является применение беспроводных умных коммуникационных устройств.

 Повышение энергетического качества за счет компенсации реактивной мощности, с помощью специальных устройств.

 Применение умного оборудования и программных комплексов для управления топологией сети с целью обеспечения надежности функционирования.

 Развитие рыночных отношений в энергобизнесе с привлечением энергопотребителей как возможных поставщиков необходимых ресурсов в требуемое время в нужные участки сети.

Еще одним значимым результатом внедрения умных технологий энергетики будет общее снижение топливных затрат электростанций. В качестве наглядного примера можно привести модель внедрения умных сетей на территории ЕЭС России.

Для предварительной оценки возможных системных эффектов в ЕЭС России при создании умной электроэнергетики были использованы данные по результатам пилотных проектов, которые были апробированы в различных странах. Но стоит заметить, что все еще сохраняется некая неопределенность того, каких результатов все же стоит ожидать от внедрения составных элементов умной системы. Ниже на рис.3. приведены примерные результаты, которые очень наглядно комментируют дальнейшее развитие и перспективы в области российской энергетической отрасли.

Рис. 3. Графическая интерпретация результатов внедрения «Умных сетей» в российскую энергетику

Как видно по приведенным выше графикам, переход к инновационному варианту развития будет сопровождаться значительным снижением числа вводимых в эксплуатацию электростанций, а также зависимых от них сетевых объектов для выдачи мощности. Таким образом, мы получаем на выходе снижение капиталовложений, что является значимым системным экономическим эффектом. То есть все-таки на выходе от применения подобных инновационных подходов к уже устоявшимся процессам, российская энергетическая отрасль получает огромные и долговременные перспективы.

Таким образом, подводя итог проанализированным и внедренным в российскую реальность энергетики пилотным проектам «умных сетей», можно отметить следующие положительные аспекты данной модернизации развития российской энергетики и экономики. Применение европейского и зарубежного опыта по внедрению данных технологий, позволит избежать масштабных ошибок и огрехов на этапе разработки проектов и их внедрения. Реализация данных инновационных технологий и созданных на их базе разработок, должно быть адаптировано под российские условияфункционирования, в этом случае не станет нарушением государственных политических принципов, являясь образцом эффективного применения мирового опыта на практике.

В конечном счёте, внедрение технологии Smart Grid повысит энергоэффективность отрасли. Но потребует от государства стимулирования в части внедрения новых технологий, поощрения энергетической эффективности генерирующих компаний и решения проблемы энергосбережения.

Литература:

Умные сети Smart Grid в электроэнергетике

Умные сети Smart Grid представляют собой модернизированные каналы электроснабжения, работающие с использованием коммуникационных и информационных технологий. Основной задачей внедрения подобных систем является обеспечение надёжной работы оборудования посредством внедрения дистанционного контроля над исправностью отдельных компонентов.

Сущность технологии Smart Grid в электроэнергетике

Система собирает информацию о производстве и потреблении электроэнергии, что позволяет корректно распределять энергоресурсы, обеспечивать надёжность их потребления и эффективность использования. Классические умные сети Smart Grid в электроэнергетике обладают следующими характеристиками:

  • способность управлять работой потребителей;
  • самостоятельное восстановление после сбоев;
  • защищённость от физического и кибернетического внешнего вмешательства;
  • обеспечение электроснабжения требуемого качества;
  • синхронная работа генерирующих источников и центров хранения электроэнергии;
  • способность существенно повышать эффективность работы энергосистемы в целом.

Иными словами умные сети Smart Grid в электроэнергетике должны отвечать критериям гибкости, доступности, надёжности и экономичности. Помимо этого концепция Smart Grid содержит ещё один важный аспект – катализацию экономического подъёма. Развёртывание подобных проектов способствует развитию инновационных технологий, стимулирует производство высокоинтеллектуальной продукции, расширяет возможности использования электрической тяги в транспортной инфраструктуре.

Потребители становятся активными участниками рынка, поскольку получают возможность продавать электроэнергию, выработанную на локальных генерирующих источниках. Человечество вступает в новую фазу гармоничного взаимодействия с окружающей средой. Создаются предпосылки для общего экономического подъёма и улучшения качества жизни.

Каналы передачи данных между объектами Smart Grid

Для передачи информации между элементами Smart Grid могут использоваться различные типы связи: низкочастотные контрольные кабели, коаксиальные высокочастотные кабели, провода высоковольтных линий электропередач, оптические кабели, направленные защищённые радиоканалы и др.

Из-за дешевизны и доступности наибольшую популярность приобрели сетевые технологии Ethernet/Internet. В такие сети через встроенные модемы легко подключаются разнообразные электронные датчики, измерительные преобразователи, трансдьюсеры, микропроцессорные счётчики и другие приборы. Альтернативой данному варианту являются оптоволоконные каналы и различные технологии современной беспроводной связи.

Для надёжного функционирования сети Smart Grid важно свести к минимуму количество отдельных обрабатывающих модулей. От многочисленных компонентов информация должна подаваться на мощные серверы, обрабатываться и пересылаться на исполнительные элементы. Чтобы избежать потерь эффективности, основная функциональность системы должна обеспечиваться на программном уровне.

Релейная защита в сетях Smart Grid

Концепция Smart Grid предполагает совмещение релейной защиты с информационно-измерительными функциями. Микропроцессорные устройства релейной защиты измеряют токи и напряжение в векторной форме, накапливают данные о срабатываниях и аварийных режимах в специальных блоках памяти. Таким образом, релейная защита превращается в своеобразный центр обработки информации, элемент системы диагностики и мониторинга электрооборудования.

Опыт реализации проектов Smart Grid

  1. Проект Flexible Electricity Networks To Integrate The Expected Energy Evolution (FENIX). Гибкая электрическая сеть, реализующая концепцию общеевропейской энергосистемы с использованием виртуальных электростанций (VPP), возобновляемых источников энергоресурсов (RES) и распределённых источников генерации (DER).
  2. Проект Active Distribution Network With Full Integration Of Demand And Distributed Energy RESourceS (ADDRESS). Составная часть европейской концепции сетей будущего Smart Grids European Technology Platform, объединяющая работу 25 энергокомпаний из 11 европейских стран.
  3. Проекты Microgrids – отдельные энергосетевые структуры, размещённые на небольших территориях (реализованы в США, Европе, Японии и Канаде). Такие системы обладают локальными генерирующими источниками, поэтому способны взаимодействовать с центральными сетями при необходимости покрытия максимума пиковых нагрузок.
  4. Проект интеллектуальной энергетической инфраструктуры компании Mitsubishi Electric. Предполагает распределённую генерацию, использование возобновляемых источников энергии, диспетчерских центров и средств аккумулирования энергии.

Как видим, построение умных сетей Smart Grid в электроэнергетике перспективно и востребовано. Сегодня это закономерный этап развития глобальной экономики и социальных отношений.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *