Интеллектуальные энергетические сети как одно из направлений инновационного развития российской экономики

В настоящее время нет ни одной другой отрасли экономики со столь же широким спектром взаимосвязей, как электроэнергетика. Расходы на электроэнергию составляют существенную, а иногда и основную, долю производственных расходов предприятий. Удовлетворение бытовых потребностей населения также немыслимо без растущего использования электроэнергии. Эффективное функционирование электроэнергетики, бесперебойное снабжение потребителей  -  основа поступательного развития экономики всех стран мира и неотъемлемый фактор обеспечения цивилизованных условий жизни  населения.

В июне 2009г. Президентом России Дмитрием Медведевым были определены пять приоритетных направлений модернизации российской экономики, в числе которых стало развитие энергетики и новых энергоэффективных технологий. Для определения приоритетных направлений модернизации был выбран ряд критериев: это должны были быть отрасли, в которых уже существует значимый задел и признаки конкурентоспособности; отрасли, ориентированные на нужды национальной безопасности; отрасли, способные дать широкий мультипликативный эффект, потянув за собой смежные направления, а также проекты с отдачей для общества [7].  В ноябре 2009г. Правительство РФ  утвердило новую Энергетическую стратегию России на период  до 2030 года (ЭС-2030) распоряжением от 13 ноября 2009 г. № 1715-р, основные положения которой подлежат использованию при разработке и корректировке стратегий и программ социально-экономического развития, энергетических стратегий и программ субъектов Российской Федерации, Генеральных схем и программ развития отраслей ТЭК, а также комплексных программ по энергетическому освоению новых регионов. Также эти положения должны учитываться при подготовке и корректировке инвестиционных программ и крупных проектов компаний энергетического сектора.

В соответствии с ЭС-2030 стратегическими целями развития электроэнергетики являются:

·         обеспечение энергетической безопасности страны и регионов;

·         удовлетворение потребностей экономики и населения страны в электрической энергии (мощности) по доступным конкурентоспособным ценам, обеспечивающим окупаемость инвестиций в электроэнергетику;

·         обеспечение надежности и безопасности работы системы электроснабжения России в нормальных и чрезвычайных ситуациях;

·         инвестиционно-инновационное обновление отрасли, направленное на обеспечение высокой энергетической, экономической и экологической эффективности производства, транспорта, распределения и использования электроэнергии.

В рамках реализации стратегической инициативы по развитию нетопливной энергетики в ЭС-2030 прогнозируется значительный (в 2 - 2,5 раза) рост объемов производства электроэнергии на базе атомных электростанций и возобновляемых источников энергии. В целом предусматривается увеличить к концу третьего этапа реализации настоящей Стратегии долю нетопливных источников в производстве электроэнергии примерно с 32 процентов (2008 год) до не менее чем 38 процентов.

Для повышения управляемости и обеспечения гарантированной надежности функционирования электроэнергетических систем будут широко внедряться гибкие системы передачи электроэнергии, а также совершенствоваться комплексы автоматической аварийной защиты и диспетчерского управления. Будут созданы межсистемные линии электропередачи переменного и постоянного тока для транспортировки электрической энергии и мощности из энергоизбыточных в энергодефицитные регионы в объемах, не превышающих требований надежности работы Единой энергетической системы России.

Кроме того, одним из перспективных направлений энергетического развития, указанных в ЭС-2030, является создание высокоинтегрированных интеллектуальных системообразующих и распределительных электрических сетей нового поколения с высокими показателями надежности их работы - Smart Grids. Однако ЭС-2030 не рассматривает не только преимущества внедрения подобных сетей, но и те сложности, с которыми приходится сталкиваться при реализации данных технологий [2].

Существует множество трактовок понятия «интеллектуальные сети», но наиболее емким можно считать определение, данное Т. Капетановичем, членом Форума по вопросам развития интеллектуальных энергосистем (Smart Grids Forum). Интеллектуальная энергосеть – это электрическая сеть, позволяющая эффективно координировать действия всех подключенных к ней объектов: генераторов электроэнергии, ее потребителей, а также объектов, объединяющих обе эти функции – с целью создания экономически рентабельной и стабильной энергосистемы с низкими потерями и высоким уровнем безопасности и качества энергоснабжения. Для построения интеллектуальной энергосети используются инновационные продукты и услуги, а также технологии интеллектуального мониторинга и контроля, коммутации и восстановления, что помогает [3, с. 70-71]:

·         облегчить подключение и эксплуатацию генераторов любого размера;

·         вовлечь потребителей в процесс оптимизации работы энергосистемы;

·         обеспечить абонентов необходимой информацией и предоставить им возможность самостоятельно выбирать метод энергоснабжения;

·         значительно сократить влияние энергосистемы на окружающую среду;

·         поддержать или даже поднять существующий уровень надежности, качества и безопасности энергоснабжения;

·         повысить эффективность оказываемых услуг;

·         стимулировать интеграцию в европейский рынок.

В июне 2010г. Россия и США договорились о совместном пилотном проекте по созданию «умной» электросети с целью уменьшения потерь электроэнергетических систем и сокращения выбросов. «Этот проект свяжет российские и американские города, реализующие подобные проекты, и будет способствовать обмену успешным опытом и технологической информацией», — говорится в совместном заявлении президентов РФ и США.

План действий также предусматривает реализацию управленческих и технологических энергопрограмм по улучшению энергоэффективности зданий в государственном секторе России и США. Президенты договорились о комплексной инициативе по стимулированию энергоэффективности и развития технологий экологически чистой энергетики. Согласованный рабочей группой по энергетике президентской комиссии под председательством министров энергетики С.И. Шматко и Стивена Чу план действий будет способствовать инновационному развитию российской и американской экономик, а также сокращению на национальном уровне выбросов углекислых газов за счет внедрения наиболее передовых технологий, привлечения финансовых ресурсов и принятия креативных управленческих решений в энергетическом секторе [8].

Учитывая важность и необходимость развития интеллектуальных энергосетей в мире, молодые энергетики рассматривают возможность создания в будущем единой мировой интеллектуальной энергетической сети, а также специального комитета при ЮНЕП (United Nations Environment Programme) по мониторингу развития интеллектуальных энергосетей в рамках Программы ООН по отслеживанию прогресса стран в снижении CO2  выбросов и смягчению негативных последствий изменения климата.

9-14 мая 2010 года в Ванкувере (Канада) состоялся Молодежный саммит «Большой Восьмерки», в котором приняли участие более 120 студентов, аспирантов профильных вузов, молодых специалистов и лидеров политики из 20 стран мира. Возраст участников 18-30 лет. Начиная с 2006 года накануне каждого саммита «Группы восьми» проводится общественный проект, так называемый  Молодежный саммит «Большой Восьмерки». Главной целью ежегодных молодежных саммитов является активное участие молодых дипломатов в переговорах по ключевым вопросам глобальной повестки дня с целью принятия итогового Коммюнике саммита, в котором содержатся наиболее интересные предложения и инновационные идеи молодежи. Принятое Коммюнике затем передано лидерам стран «Группы Восьми» с перспективой возможного внедрения наиболее ценных идей в долгосрочные стратегии развития стран. В 2010 году впервые Молодежный саммит «Большой восьмерки» сопровождался Молодежным саммитом «Большой двадцатки», поэтому помимо молодежных участников «Группы Восьми» свои позиции в Ванкувере отстаивали также молодые делегаты из Индии, Китая, Мексики, Южной Кореи и так далее.

Молодежные министры природных ресурсов и энергетики выявили, что проект по созданию единой мировой интеллектуальной энергетической сети позволит эффективно перераспределять генерацию и потребление электроэнергии с меньшими затратами на ее производство и резервирование [5].

Преимущества внедрения подобных сетей на глобальном уровне очевидны:

·         возможность быстрой передачи электроэнергии в районы, испытывающие дефицит мощностей для покрытия нагрузок, или в случае аварийного отключения (блэкаута);

·         более гибкое ценообразование в энергетической отрасли, возможность продавать излишки электроэнергии в сеть, наличие экономических стимулов внедрения подобных систем для энергокомпаний;

·         появление новых рабочих мест, связанных с разработкой и внедрением интеллектуальных энергосетей;

·         повышение энергобезопасности в мире;

·         изменение системы образования в энергетической отрасли, а именно: появление новых специальностей, подготовка кадрового резерва энергетической отрасли;

·         кооперация и сотрудничество всех стран мира по достижению устойчивого энергетического развития с учетом экологических требований.

Для реализации данной задачи необходимо:

·         разрабатывать и внедрять возобновляемые (альтернативные) источники энергии: гидро-, энергию ветра, солнца, приливов, биотопливо (1-го, 2-го поколения), атомную энергию, использовать нанотехнологии.  По оценкам специалистов инвестиции в новые источники в мире составят порядка 250 млрд. евро к 2020г. и 460 млрд. евро к 2030г.

·         реализовывать проекты по строительству технопарков, домов, офисов, магазинов, автомобилей нового поколения, которые смогут не только потреблять, но и генерировать электроэнергию и сбрасывать ее излишки в общую сеть;

·         развивать новые технологии хранения энергии (более мощные батареи, а также использование водорода в качестве надежного источника хранения, получаемого в процессе электролиза, из биоотходов, лесных отходов и других);

·         создавать мини-интеллектуальные сети для использования в домах и офисах, позволяющие гибко регулировать потребление электроэнергии (при помощи счетчиков нового поколения), отдавать излишнюю энергию обратно в сеть;

·         строить новые заправочные станции для гибридных автомобилей (проекты уже реализовываются компаниями Daimler, RWE, Renault, Toyota, EDF, IBM и другие).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Модель дома, в котором используются интеллектуальные энергосети.

Источник: Компания Texas Instruments, 2010г.

Этапами создания единой мировой интеллектуальной энергосети могут стать:

·         локальные интеллектуальные энергосети в рамках технопарков, районов города и т.д. (в настоящее время проекты реализовываются в Канаде, Франции, Испании, США и так далее – Рисунок 1).

·         региональные интеллектуальные энергосистемы (система ЕС, система России и стран СНГ, трансамериканская система, азиатская и так далее);

·         соединение и координация региональных интеллектуальных энергосистем для образования единой мировой энергосети, работающей подобно сети интернет [6].

 

Несомненно, «умная сеть» – это новые принципы развития сети и всей единой энергосистемы России за счет координации информационных связей между всеми субъектами электроэнергетики, с одной стороны, и внедрение новых инновационных технологий, оборудования и программно-аппаратных средств управления - с другой.

Однако по словам Министра энергетики РФ С.И. Шматко на заседании Круглого стола «Умные сети – Умная энергетика – Умная экономика» в рамках Петербургского международного экономического Форума в июне 2010г., преобразования энергосистемы должны носить комплексный характер. Переход к умным сетям становится возможным только при соответствующем инновационном развитии как производителей, так и потребителей электрической энергии. Энергетика становится по-настоящему умной, если использует не только коммуникационную инфраструктуру на основе современных информационных технологий, но и качественно новые технологии и способы генерации, аккумулирования и потребления энергии, в том числе на основе принципиально новых фундаментальных физических эффектов [4].

Развитие интеллектуальных энергосетей в Европе стало активизироваться вследствие разработки программы странами ЕС по сокращению выбросов парниковых газов и преодолению негативных последствий изменения климата, повышению эффективности и экологической безопасности энергообъектов и прочих аспектов реализации стратегии «зеленой» энергетики. Европейская комиссия определила конкретные показатели, которых должны достичь государства ЕС и которые получили название концепции «20-20-20». Еврокомиссия установила, что к 2020г. страны Европы обязаны на 20% снизить выбросы СО₂  (по сравнению с 1990г.), на 20% увеличить долю возобновляемых источников энергии в топливно-энергетическом балансе и на 20% повысить эффективность своей энергетики.

Очевидно, что цели «20-20-20» окажут значительное воздействие на развитие энергосистем и поставят операторов европейского рынка энергии перед необходимостью решать весьма сложные задачи. Энергетические компании должны будут развивать свой бизнес в направлении повышения конкурентоспособности и надежности энергоснабжения и снижения потребления угля как наиболее вредного для экологии энергоресурса [3, с. 63].

С концепцией «20-20-20» тесно связана и идея, выдвинутая Джереми Рифкиным, президентом научно-исследовательского института Foundation on Economic Trends, Washington D.C., который создал модель устойчивого энергетического развития в XXI веке, основанную на четырех ключевых элементах:  массовое развитие и использование альтернативных источников энергии (мировые инвестиции в которые составили 148 млрд. долл. в 2007г.); строительство домов и зданий, способных генерировать энергию самостоятельно (проекты Frito-Lay Casa Grande Plant в США, Walqa Technology Park Huesca в Испании); использование водорода как универсального средства хранения энергии и реконфигурация европейской энергосети, которая будет функционировать подобно сети интернет, чтобы компании и домашние хозяйства могли производить электроэнергию и делиться ею друг с другом на коммерческой основе так же, как в настоящее время происходит обмен информацией между людьми, компаниями и так далее (Рисунок 2) [9].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2. «Четыре столпа» модели энергетического развития в XXI веке.

Источник: Jeremy Rifkin, Foundation on Economic Trends, Washington D.C., 2009г.

Данная идея уже частично реализуется в странах ЕС, причем довольно успешно. Голландия находится в авангарде европейских стран по планам развития «зеленой энергетики» и борьбе с изменениями климата, активно осуществляет энергоэффективные проекты и экологические инициативы и не скрывает амбициозных замыслов стать мировым лидером в этой области, послужив примером для других государств. На достижение этих целей направлен проект Amsterdam Smart City. Он подразумевает внедрение и испытание новых технологий (интеллектуальные сети, информационно-измерительные системы и приборы); изменение поведения потребителей и формирование условий для устойчивого развития. В основе проектов сектора «Жилье» лежит внедрение энергосберегающих технологий, в первую очередь установка «умных» счетчиков, благодаря чему, по расчетам организаторов, величина энергопотребления в жилом сегменте может значительно сократиться. Около 1200 домов будут оборудованы новыми системами управления энергопотреблением, которые станут в режиме реального времени получать от счетчиков данные о потреблении электроэнергии и газа и предоставлять их пользователям. Направление «Работа» реализует концепцию «умных» зданий, в которые со временем должны превратиться все бизнес-центры и офисные сооружения Амстердама. Сюда относятся инновационные решения и устройства, с помощью сенсорных датчиков, регистрирующие расход энергии и обеспечивающие оптимальную работу систем освещения, отопления, охлаждения и безопасности. Проекты направления «Транспорт» имеют целью переход к использованию экологичных видов транспорта, а также строительство необходимой инфраструктуры и эффективной логистики. Примерами здесь служат логистические решения по сбору отходов и организация сети городских пунктов зарядки для электрических скутеров.

От Голландии не отстает Ирландия, которая к 2035г. намерена полностью исключить СО₂ выбросы и стать мировым лидером в сфере энергоэффективности. Благодаря строительству интеллектуальных сетей ирландские пользователи получат возможность контролировать энергопотребление и расходы на оплату коммунальных  услуг при установке комплексных сетей интегрированных систем учета электроэнергии и газа, включающих «умные» счетчики, датчики, средства двусторонней коммуникации и специальное программное обеспечение [3, с. 65-67].

В 2008г. Daimler  и RWE (одна из крупнейших немецких энергетических компаний) запустили проект по строительству в Берлине электрических заправок для гибридных автомобилей Mercedes и Smart. Renault-Nissan готовится создать подобную сеть электрозаправок в Израиле, Дании и Португалии.

Отдельное направление выработки и потребления энергии представляет собой водородная энергетика, которая основана на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями. В мире за последние 10 лет создано несколько десятков экспериментальных моделей, работающих на водородном топливе. В их числе автомобили, самолеты, подводные лодки, источники питания для бытовых приборов, мини-электростанции и компактные системы для питания компьютеров, телефонов. В частности, концерн Daimler уже приступил к производству водородных автобусов, Airbus работает над созданием самолетов на водородном топливе. BMW планирует испытать фургон, работающий на водороде. Корпорация General Motors уже получила лицензию на продажу автомобилей Hydrogen 3 (созданных на базе минивэна Opel Zafira), работающих на водороде. Правительство Японии выделило 4 млрд. долларов до 2020 года на приобретение водородных энергетических технологий. Японские автоконцерны Honda и Toyota сдают в долгосрочную аренду автомобили на водородных топливных элементах, при этом Toyota приступила к серийному выпуску автомобилей с гибридными (бензиново-водородными) двигателями [9].

Однако можно выделить ряд недостатков, свойственных гибридным автомобилям, препятствующих их массовому внедрению:

·         высокая стоимость;

·         КПД топливных элементов составляет чуть более 30%;

·         прирост массогабаритных характеристик автомобиля за счет топливного элемента;

·         водород – самый легкий элемент на земле, следовательно, в заданном объеме его помещается значительно меньше, чем других видов топлива;

·         неразвитость инфраструктуры по обеспечению водородом;

·         цена на водород гораздо выше, чем на стандартное топливо;

·         водород довольно трудно выделить из состава определенных соединений;

·         слабым местом всех водородных моторов, которые вырабатывают чистую воду, является их критичное отношение к температуре окружающей среды из-за опасности тотального промерзания;

·         взрывоопасность.

Таким образом, европейским странам предстоит пройти еще немалый путь для развития и коммерциализации проектов с использованием водородного топлива, хотя уже сегодня необходимость внедрения подобных технологий очевидна.

Опираясь на идею Джереми Рифкина, можно отметить, что России находится еще в начале пути по внедрению интеллектуальных энергосетей в промышленности и в повседневную жизнь потребителей. Серьезные различия в функционировании энергетической отрасли России не позволяют напрямую перенимать опыт ЕС в развитии «умных сетей». Несмотря на внесение существенных изменений в федеральный закон «Об электроэнергетике» от 26.03.2003г. № 35-ФЗ (в редакции, действующей с 9 августа 2010 г.) существенных сдвигов в изменении топливно-энергетической корзины не произошло. Так, в соответствии с законом Правительство РФ осуществляет поддержку использования возобновляемых источников энергии и стимулирование использования энергетических эффективных технологий в соответствии с бюджетным законодательством Российской Федерации; утверждает критерии для предоставления из федерального бюджета субсидий в порядке компенсации стоимости технологического присоединения генерирующих объектов с установленной генерирующей мощностью не более 25 МВт, функционирующими на основе использования возобновляемых источников энергии, лицам, которым такие объекты принадлежат на праве собственности или ином законном основании. Цена электрической энергии, произведенной на функционирующих на основе использования возобновляемых источников энергии квалифицированных генерирующих объектах, определяется путем прибавления к равновесной цене оптового рынка надбавки, определенной в установленном Правительством Российской Федерации порядке. Сетевые организации должны осуществлять компенсацию потерь в электрических сетях в первую очередь за счет приобретения электрической энергии, произведенной на квалифицированных генерирующих объектах, подключенных к сетям сетевых организаций и функционирующих на основе использования возобновляемых источников энергии. Тем не менее, доля альтернативных источников, к которым относятся только “малые ГЭС” установленной мощностью до 25 МВт, ветроэнергетика, станции, использующие энергию морских приливов, геотермальных источников, солнечные батареи, составляет порядка 1% в общем энергобалансе России [1].

Таким образом, для реализации амбициозной задачи по внедрению интеллектуальных энергосетей в рамках программы по модернизации национальной экономики России необходимо:

·         внести изменения в Энергетическую стратегию до 2030г. по вопросу создания распределительных сетей нового поколения и включить специальный раздел, посвященный поэтапной программе внедрения smart grids с учетом развития в регионах «малой» энергетики, использования новых возобновляемых источников энергии, новых способов хранения электроэнергии, строительства зданий с учетом энергосберегающих технологий и развития экологических видов транспорта и необходимой инфраструктуры;

·         поставить первоочередной задачей организацию «умного» учета потребления электроэнергии и газа, а именно: снятия своевременных показаний со счетчиков, удаленного управления приборами учета, анализа собираемых данных;

·         предусмотреть в законе об электроэнергетике налоговые льготы для домовладельцев и предприятий, которые осуществили энергосберегающие мероприятия в своих зданиях.

Энергетика играет огромную общеэкономическую и социальную роль, поскольку от ее функционирования  в значительной степени зависят не только  экономическое развитие государств, но и их социальная стабильность. Надёжность, безопасность и доступность энергоснабжения – залог стабильного развития экономики любого государства.

 

Библиографический список:

1. Федеральный закон «Об электроэнергетике» от 26.03.2003г. № 35-ФЗ (в редакции, действующей с 9 августа 2010 г.)
2. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года (ЭС-2030), утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г.  №1715-р.
3. Профессиональный журнал «Энергорынок» № 04 (76) за апрель 2010г. - М.: ЗАО «ЭнергоРынок», 2009. – 82с.
4. Официальный сайт Министерства энергетики Российской Федерации.  – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http:// www.minenergo.gov.ru/
5. G8/G20 Youth Summit – [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  http:// www.g8youthsummit.org//
6. Автор статьи принимала участие в Молодежном саммите «Большой Восьмерки» в Ванкувере в мае 2010г. в качестве молодежного министра природных ресурсов и энергетики от России.
7. "Российская газета" - федеральный выпуск №4935 (111) от 19 июня 2009 г. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http:// www.rg.ru//
8. Сайт информационного агентства «РИА новости»  – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http:// www.rian.ru//
9. Jeremy Rifkin. Leading the Way to the Third Industrial Revolution and a New Distributed Social Vision for the World in the 21^st Century, November 2009, Paris. Retrieved from http://www.foet.org//