Условие интеллигентности сетей

"Умные" счетчики пока остаются экзотикой для подавляющего большинства потребителей.
Фото Григория Тамбулова

В последние несколько лет электроэнергетические отрасли большинства развитых стран мира столкнулись с двумя проблемами, существенно затруднившими их дальнейшее развитие. Первая проблема – это высокая степень износа установленного электротехнического оборудования и отсутствие макроэкономических возможностей для обеспечения одномоментных масштабных инвестиций в энергетику. Вторая – это ограничения строительства новых объектов энергетики по причинам различного характера: плотность городской застройки, экологические стандарты, ограничения землеотводов, отсутствие легкодоступных источников топлива, возможности транспортной инфраструктуры и пр. Эти проблемы вызвали необходимость разработки новой системы взглядов, принципов и методов развития и управления энергетикой на новом технологическом и экономическом базисе, которая в своей совокупности и получила собирательное название SmartGrid – «умные, или интеллектуальные сети». Большинство экспертов понимают SmartGrid как технико-экономическую концепцию полностью интегрированной, саморегулирующейся и самовосстанавливающейся энергетической системы. С одной стороны, такое состояние энергосистемы достигается за счет широкого применения современных технологий и активного участия генерирующих и сетевых компаний, а также потребителей в регулировании энергетических балансов в режиме реального времени. С другой стороны, необходимо внедрять новые модели работы энергорынков, стимулирующие всех субъектов рынка применять энергоэффективные технологии, вести тщательный учет и управлять своим потреблением и уровнем потерь электроэнергии.

По разным оценкам применение новых технологий в совокупности со стимулирующими экономическими рычагами позволит только за счет модернизации существующих энергосистем дополнительно высвободить до 30–40% дополнительной мощности, что эквивалентно строительству новой электроэнергетической инфраструктуры в аналогичных объемах!

Становится понятно, почему ведущие страны мира сейчас активно занимаются разработкой и освоением технологий SmartGrid. Так, например, разработки новой концепции «умных сетей» спонсируются департаментами обороны и энергетики правительства США и объединением IntelliGrid Consortium, в которое входят все ведущие производители электротехнического оборудования и операторы крупнейших энергосистем США и Канады. Общий запланированный объем инвестиций в SmartGrid в США оценивается в 19 млрд. долл. Под эгидой некоммерческой организации «Объединение очень больших энергетических сетей» (VLPO) в 2005 году начала работу SmartGrids European Technology Platform for Electricity Networks of the Future. В следующие 30 лет Евросоюз намерен вложить в инфраструктуру SmartGrid около 7 млрд. евро. Аналогичные инициативы на уровне государства сейчас формируются в странах Азии. Так, Китай намерен вложить в развитие технологий SmartGrid рекордную сумму – 70 млрд. долл.

В рамках вышеупомянутых инициатив западным экспертным сообществом были сформированы пять направлений развития технологий SmartGrid, обеспечивающих ожидаемый технологический прорыв: создание «умных» измерительных приборов и устройств, обеспечивающих учет и управление энергопотреблением; усовершенствование методов управления энергосистемой в режиме реального времени, позволяющих реализовать новые алгоритмы и методики управления, включая управление всеми активными элементами; модернизация технологий передачи электроэнергии, включающая применение гибких передач переменного тока (FACTS), передач на постоянном токе, использование сверхпроводящих кабелей, полупроводниковой силовой электроники, сверхмощных накопителей электроэнергии и пр., усовершенствование технологии «малой генерации» на базе экологически чистых и возобновляемых источников энергии, позволяющей максимально приблизить генерацию к потребителю; разработка интерфейсов и средств коммуникации, которые позволяют элементам первых четырех групп обеспечивать взаимодействие друг с другом и тем самым сформировать SmartGrid как единую технологическую систему.

Текущее состояние дел в России

Российская энергетика требует масштабной модернизации ввиду значительного износа основных фондов (до 60% оборудования выработали сроки службы), и здесь инновационные и более инвестиционно-привлекательные решения SmartGrid уже де-факто получили поддержку на всех уровнях управления.

Однако отсутствие единого цента координации и комплексного управления функционированием и технологическим развитием отрасли после проведения реформы РАО ЕЭС России существенно тормозит практическую реализацию концепции SmartGrid. Копирование западных подходов SmartGrid в российской энергетике малоэффективно из-за специфики последней, а именно:

– жестко централизованная модель управления энергосистемой по всей вертикали управления от устройств режимной и противоаварийной автоматики на объектах до уровня перспективного планирования развития ЕЭС на 15–20 лет вперед;

– большая протяженность и высокий класс напряжений системообразующих ВЛ;

– большая номенклатура типов и видов оборудования, учитывающая уникальные и не имеющие аналогов в мире климатические условия эксплуатации;

– особенности отечественной нормативно-технологической базы, которая по ряду позиций существенно отличается от зарубежных аналогов;

– наличие сверхмощных и территориально-сконцентрированных потребителей электроэнергии с циклической нагрузкой;

– трудности прогнозирования режимов энергосистемы в связи с ненадежностью изношенного оборудования, недостаточной достоверностью прогнозирования погодных условий и социального поведения населения;

– сложившаяся структура энергетического баланса в отрасли с учетом наличия мощной теплоэнергетики;

– ограничение по новому строительству, реконструкции и даже проведению ремонтных работ в условиях осенне-зимнего периода;

– существенные ограничения по использованию альтернативных источников энергии из-за географических и климатических условий – ветроэнергетика, солнечная энергетика, приливная энергетика и пр. не могут дать такой прирост «малой генерации», как, например, в странах Европы (до 30% в Голландии);

– наличие уникальных климатических особенностей страны, позволяющее иметь совершенно новые источники энергии. Например, использование скрытой теплоты замерзания воды – 1 куб. м воды при замерзании выделяет примерно столько же тепла, сколько его получается при сжигании 10 кг угля.

Перечисленные особенности наглядно демонстрируют необходимость в глубоком осмыслении технологической и экономической концепции SmartGrid применительно к российским условиям и тщательной проработке подходов и вариантов развития SmartGrid в России.

Внешне «умные» сети практически не отличаются от обыкновенных – все дело в «начинке». Фото с сайта

Варианты развития технологий SmartGrid

Варианты развития концепции SmartGrid в России предполагают три возможных сценария:

1. Мониторинг развития технологий SmartGrid на Западе и их точечное внедрение в ЕЭС России.

2. Развитие отдельных компетенций SmartGrid для обеспечения участия России в мировом разделении труда в сфере научных разработок и НИОКР, а также в области производства оборудования SmartGrid.

3. Разработка и реализация комплексной национальной программы инновационного развития электроэнергетики на базе концепции SmartGrid.

Сейчас в России фактически развивается первый сценарий. Точечное внедрение новых (преимущественно зарубежных) технологий носит в основной массе бессистемный характер и вряд ли способно принести какой-либо значимый экономический эффект как для отрасли, так и для страны в целом. Для развития второго, а особенно третьего сценария необходимы качественные изменения как в структуре управления отраслью, так и в формировании мотивирующих и поддерживающих механизмов со стороны государства. Неслучайно практически во всех развитых странах мира SmartGrid носит статус национальных межотраслевых программ, которые курируются на уровне правительств и тщательно регламентируются и стандартизуются на уровне профильных министерств, а также национальных и международных институтов.

Комплекс первоочередных задач

Первоочередные задачи по созданию SmartGrid в России можно сформулировать следующим образом:

Задачи отрасли:

– формирование механизмов управления и координации инновационной деятельности ключевых субъектов отрасли (сетевые компании, генерирующие предприятия, СО ЕЭС, крупные производители электротехнического оборудования, научно-исследовательские и проектные институты);

– анализ отраслевыми экспертами тенденций развития SmartGrid за рубежом, оценка применимости разработанных технологий в российских условиях;

– разработка скоординированных программ модернизации и инновационного развития электроэнергетики на основе концепции SmartGrid с выделением этапов их реализации.

Задачи государства:

– формирование реальных экономических механизмов, стимулирующих энергоэффективность как предприятий энергетики, так и потребителей всех уровней;

– формирование развитой научно-исследовательской и инновационной инфраструктуры по электротехническим и смежным технологическим направлениям SmartGrid;

– формирование национальных институтов стандартизации;

– придание программам модернизации электроэнергетики на основе концепции SmartGrid статуса национальных (федеральных) проектов с организацией соответствующего ресурсного и административного обеспечения.

Основные проблемы, риски, препятствия для широкого развития SmartGrid в России – человеческий фактор, организационные, методологические, технологические и др.

Очевидно, что быстрая модернизация российской энергетики на базе концепции SmartGrid невозможна, поскольку стартовые условия для этого крайне неблагоприятны. Это катастрофическое отставание отечественного промышленного и научно-инновационного комплексов от общемирового уровня (минимум на 15–20 лет); крайний дефицит квалифицированных кадров в отрасли при общей тенденции падения уровня образования; отсутствие в стране инновационной культуры и многое другое.

Выводы, тенденции

Тем не менее другого пути у российской энергетики нет. России уже не хватает материальных и человеческих ресурсов для поддержания крайне изношенной, технически и морально устаревшей и экономически неэффективной инфраструктуры ЕЭС, а запас прочности энергосистемы практически исчерпан. Выходом из сложившейся ситуации может служить формирование новой формы партнерства между государством и отраслевым бизнесом. Представители отрасли, в особенности сетевые компании, должны взять на себя роль «локомотива модернизации» путем формирования соответствующих экспертных сообществ, исследования новых технологий, развертывания новых производств, формирования собственных кадровых резервов и т.д. Роль государства при этом – координация деятельности крупнейших «игроков» отрасли и поддержка продуктивной активности отраслевого бизнеса путем изменения своих институтов регулирования и управления, а также формирование и ресурсное обеспечение межотраслевых институтов трансфера и стандартизации технологий SmartGrid.