«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:

1. Smart Grid или умные сети электроснабжения [Электронный ресурс]. URL: http://www.eneca.by/ru_smartgrid0/ (Дата обращения 04.12.2016)
2. Игнатичев А.В, Ледин С.С. Развитие промышленных стандартов внутри- и межсистемного обмена данными интеллектуальных энергетических систем // Автоматизация и IT в энергетике. – 2010. – № 10. – С. 39–43.
3. Костров Д. «Умные сети электроснабжения» (smart grid) и проблемы с кибербезопасностью // Информационная безопасность [Электронный ресурс]. URL:http://www.itsec.ru/articles2/in-ch-sec/umnye-seti-elektrosnabzheniya-smart-grid-i-problemy-s-kiberbezopasnostyu (Дата обращения 04.12.2016)