«Облачная» электроэнергетика будущего
Date: 14.05.2013
«Облачная» электроэнергетика будущего
В апреле Правительство РФ утвердило «Стратегию развития электросетевого комплекса России». В качестве технологического ядра развития отрасли выбрана технология «умных» электрических сетей. Впрочем, идея модернизации электросетевого хозяйства с применением Smart технологий витает в воздухе уже несколько лет. От чего наши сети «поумнеют», и почему энергетикам пригодится концепция «облачных» вычислений – обо всем этом в данном обзоре.
От ГОЭРЛО к «облачными» проектам
«Облачные» вычисления стали главным IT-трендом нового десятилетия. «Смена парадигмы» мира информационных технологий, «новая технологическая революция», «феноменальный прорыв» в сфере компьютерных вычислений – все эти лестные слова не раз звучали в их сторону. Одним из главных достоинств новой технологии является масштабируемость и эластичность ресурсов: возможность поделится своими вычислительными ресурсами, когда они не требуются на 100% и использовать чужие в том момент, когда не хватает своих. Таким образом, решаются сразу две проблемы: «пиковых нагрузок» и неэффективного использования имеющихся мощностей.
Как это часто бывает, прорыв в одной сфере привел к переосмыслению догматов в другой. С описанными выше трудностями «пиковых» нагрузок и простоя мощностей ежедневно сталкиваются электроэнергетики. А теперь представьте, что можно создать электрическую сеть, которая собирает информацию от всех потребителей и производителей энергии и на ее основе перераспределяет потоки мощности: направляет туда, где дефицит, накапливает там, где есть избыток. В которой каждый потребитель энергии в любой момент может стать ее поставщиком, а эластичность спроса крупных потребителей легко обеспечивается за счет излишков накопленной энергии. Впрочем, хватит фантазировать, такая технология уже стоит на пороге наших дверей, называется она – Smart Grid.
В России Smart Grid называют «умными», «интеллектуальными» или «активно-адаптивными» сетями. Последний термин возник из-за того, что у сети появляются элементы, активно меняющие свои параметры в зависимости от изменяющегося режима потребления. И так, в самом общем смысле «умные сети» предполагают создание саморегулирующейся электроэнергетической системы, которая будет знать буквально «все обо всем» и распределять текущие энергетические ресурсы, полученные как от промышленных производителей, так и от частных пользователей сети. При этом излишек энергоресурсов будет накапливаться в специальных хранилищах и использоваться в периоды пиковых нагрузок.
Если смотреть на картину с точки зрения IT-эксперта, то энергетическую систему будущего можно рассматривать как одноранговую сеть, подобную современному Интернету, в которой потребители наравне с поставщиками электроэнергии станут активными участниками процесса распределения и потребления электроэнергии. Причем новые элементы энергетической сети должны подключатся по известному в IT-сфере принципу Plug and Play («подключи и работай»), что должно существенно упросить подключение элементов распределённой генерации и систем хранения энергии. Передавать информацию можно будет как поданным традиционной глобальной сети, так и с помощью так называемой технологии «интернет из розетки» (BPL, PLC и др.), которая предполагает полноценный обмен данными через линию электропроводки.
Основной функцией аппаратно-программной системы Smart Grid является повышение эффективности передачи и распределения электроэнергии. Это выполняется за счет децентрализации функций генерации и управления потоками электроэнергии и информации в энергетической системе, снижения затрат на организацию системы передачи электроэнергии, оперативного устранение неисправностей и возможности передачи электроэнергии и информации в двух направлениях. Сравнение современной энергетической системы и предлагаемой «интеллектуальной» представлено в таблице.
В мире концепция «умной» электроэнергетики рассматривается как стартовая площадка к масштабному переходу на возобновляемые источники энергии. Повсеместное аккумулирование излишков энергии может стать драйвером роста водородной энергетики и электротранспорта. Кроме того, все выше сказанное в совокупности с ценообразованием в реальном времени фактически приведет к образованию свободного энергорынка.
Отдельное место в концепции отводится «активному» потребителю, который имеет возможность исходя из своих потребностей оптимизировать график загрузки своих мощностей как с целью минимизации затрат на электроэнергию, так и с целью получения дохода от своей персональной электростанции на основе солнечной панели или ветряка (в случае промышленных потребителей, речь может идти о более крупных видах собственных электростанций). Возможность подключения потребителей и поставщиков по принципу «plug and play» даст серьезный толчок развитию подобных персональных проектов.
Если говорить о технологиях, то концепция Smart Grid требует развития сразу нескольких ключевых направлений, таких как: создание интеллектуальных измерительных приборов (Smart Metering), развитие компонентов электрической сети и устройств управления потоками мощности (FACTS, HVDC, реклоузеры, СТАТКОМы, устройства управления потоками реактивной мощности и т.п.), развитие систем накопления энергии (аккумуляторы, водородное топливо, суперконденсаторы, ГАЭС и т.п.), развитие распределенной энергетики и создание интеллектуальных сетей регулирования спроса. Выделить рынок «умной» энергетики – задача нетривиальная, поэтому в оценках рынка разными компаниями часто существуют значительные расхождения. Но сомнений в том, что он будет расти, нет ни у кого.
С небес на землю или наберется ли российская энергетика «ума»?
В США, Европе и Японии обязательной составляющей и движущим фактором Smart Grid является развитие возобновляемой и децентрализованной энергетики, проблемой которых зачастую является непостоянство вырабатываемой мощности. В России большие запасы дешевых углеводородов и развитая система централизованной генерации энергии пока препятствуют смене энергетической парадигмы, поэтому Smart энергетика в большей степени ассоциируется не с переходом к распределенной генерации и системам хранения энергии, а с модернизацией текущего электроэнергетического комплекса, увеличением его энергоэффективности и усилением управления потоками мощности.
И в данном направлении есть над чем поработать, по официальным данным, в год в российских сетях теряется около 130 млрд. кВтч или 13,6 % от отпускаемой в сеть электроэнергии. В промышленно развитых зарубежных странах эти потери находятся в диапазоне от 4 до 8 % от выработки электроэнергии. Кроме того, износ российских электроэнергетических систем по разным данным составляет от 50 до 70%, поэтому под внедрением концепции «интеллектуальных» сетей часто понимается целый комплекс мер по модернизации российской энергетики, направленный на снижение потерь и увеличению энергетической безопасности. Внедрение технологий «умных сетей» в России, по данным ФСК ЕЭС, позволило бы уменьшить потери электроэнергии на четверть и экономить до 30-35 млрд. кВт в год, что позволит освободить мощности в 7-8 ГВт. При цене 2 руб. за 1 кВт ежегодная экономия может составить около 50-70 млрд. рублей.
Идеологом концепции развития Smart Grid в России является Российское энергетическое агентство, под патронажем которого создана технологическая платформа «Интеллектуальная энергетическая система России», которая объединяет работу научно-исследовательских институтов («Энергосетьпроект», ОИВТ РАН, ИСЭМ СО РАН, ИНЭИ РАН, ИПУ РАН, ГУ ИЭС, ГУ ВШЭ, МЭИ и др.) и ключевых участников рынка (ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «Холдинг МРСК», ОАО «ИНТЕР РАО ЕЭС», ОАО «РЖД» и ОАО «СО ЕЭС» и др.). Общее количество участников платформы уже превысило полторы сотни.
Другим инициатором развития «умных» сетей в России является холдинг ФСК. Среди пилотных проектов ФСК значится модернизация оборудования на некоторых подстанциях и организация «интеллектуальной» сети в наукограде Сколково. Кроме того, ФСК является организатором платформы «Интеллектуальная энергетическая система с активно-адаптивной сетью». Холдингом уже сформированы ряд рабочих экспертных групп, которые разработали функциональные требования и проработали план фактической реализации «интеллектуальной» энергосистемы. Реализация пилотных проектов в рамках данной программы планируется в электросетях Востока.
В реализации концепции «умных» счетчиков электроэнергии уже активно участвует холдинг МРСК. Компания занимается несколькими пилотными проектами по внедрению Smart grid в Белгородской, Тюменской и Пермской областях, существуют относительно небольшие проекты и в других регионах. В программе развития холдинга предполагается модернизация более чем 15,8 млн. точек учета до 2020 года.
ГК Оптима также планирует активно участвовать в информатизации электросетевого хозяйства страны и уже предлагает свои решения. По мнению президента ГК Оптима Валерия Шандалова, для широкомасштабного внедрения технологий Smart Grid в России в первую очередь необходимо разработать нормативно-правовую и нормативно-техническую базу и определиться с наиболее подходящими для российских условий технологическими решениями. Российский рынок «умных» счетчиков он оценивает в 100 млн. точек учета (из них коммерческого учета – более 84 млн., технического учета – более 16 млн.).
Разработкой интеллектуальных точек учета энергоресурсов (рынок Smart Metering) занимается ряд отраслевых предприятий, таких как: Нижегородский завод им. Фрунзе, «Тайпит – Измерительные Приборы», концерн ОАО «Энергомера», ООО «Инкотекс», ООО «Матрица», также производство счетчиков планируется на ВПО «Точмаш». Среди зарубежных компаний на рынке представлены счетчики Sagem, «Echelon», Schneider Electric, General Electric, Landis&Gir, Echelon, Enel, Iskraemeco.
Отметим, что проекты Smart Grid в интернете и в прессе часто сопровождаются излишней шумихой. Предлагаемые технические решения и технологии еще очень далеки от концепции «облачной» энергетики. Многие технологии (например, хранения энергии) пока не готовы к выходу на коммерческий рынок, отечественная база элементов управления модернизированными сетями часто находится в зачаточном состоянии или вовсе отсутствует. В силу многих причин не приходиться говорить о существенном развитии элементов распределенной генерации и росте рынка ВИЭ. Большинство проектов сегмента «умных» счетчиков сводится к внедрению трех-четырех тарифных счетчиков электроэнергии, речь о тарифах реального времени и свободном энергорынке пока не идет. Более того, не всегда должным образом реализована возможность автоматического учета данных счетчиков электроэнергии, недостаточно развита и нормативно-правовая база регулирования и подключения к сетям.
Тем не менее, на развитие направления выделяются солидные суммы, а сама концепция развития включена в стратегию развития энергетической отрасли. На производство «интеллектуальных» счетчиков переориентируются ведущие предприятия в области учета и контроля энергоресурсов, а над развитием элементной и нормативно-правовой базы новых сетей работают ведущие институты РАН. Правительство серьезно обеспокоено ростом энергопотребления, старт программам уже дан. Поэтому нет сомнений, что через несколько лет вдобавок к планируемым социальным нормам электропотребления в квартирах появятся многотарифные счетчики электроэнергии. «Облачной» энергетики в перспективе пока не видно, остается ждать прорыва в области технологий аккумулирования энергии и стимулов к развитию распределенной генерации. Пока в нашей стране аккумулируется менее 1% энергии, такая же доля приходится на выработку энергии из возобновляемых источников. Инвесторов в развитие данных направлений пока не так много, хотя в последние годы началось становление рынка частных электростанций у крупных промышленных потребителей энергии. Однако на данный момент остается лишь констатировать, что под лозунгом Smart Grid в России, скорее всего, будет проходить модернизация электросетевого комплекса, речь о смене энергетической парадигмы пока не идет. Приходится надеяться, что модернизация подстанций и сетей – это лишь первый этап становления энергетики будущего. Увеличение энергоэффективности и безопасности энергетического комплекса и проникновение информационных технологий в отрасль при должном исполнении – уже не плохое начало, под каким бы лозунгом они не проводились!
Send message