«Интеллектуальные сети» (Smart Grid)

Согласно концепции Smart Grid, энергетическая система будущего рассматривается как инфраструктура, подобная сети Интернет, предназначенная для поддержания энергетических, информационных, экономических и финансовых взаимоотношений между всеми субъектами энергетического рынка и другими заинтересованными сторонами.

Анализ многочисленных опубликованных материалов приводит авторов к выводу о том, что «...за рубежом Smart Grid прежде всего - концепция инновационного преобразования электроэнергетики в целом, а не отдельных ее функциональных или технологических сегментов, поскольку именно пересмотр ряда существующих базовых принципов, целей и задач развития электроэнергетики и вытекающие из этого масштабы и характер задач, а также прогнозируемые социальные, экономические, научно-технические, экологические и другие эффекты от их реализации обуславливают то значительное внимание, которое уделяется в мире этому направлению».

Основными идеологами разработки концепции выступили США и страны ЕС; в последующем она получила признание и развитие практически во всех крупных индустриально развитых и динамично развивающихся странах, которые инвестируют в её реализацию значительные средства (млрд долл. США): Китай - 70, США - 19, Индия - 10, страны ЕС - 7, Великобритания - 3, Австрия - 1, Канада - 0,5, Южная Корея - 0,3. Например, в США такая программа имеет статус национальной и осуществляется при прямой поддержке руководства страны. В странах ЕС для координации работ и выработки единой стратегии развития электроэнергетики ещё в 2004 г. создана технологическая платформа Smart Grid «Европейская энергетическая система будущего», конечной целью которой является разработка и реализация программы развития Европейской энергетической системы до 2020 г. и далее .

«Интеллектуальная сеть» представляет собой цельный автоматизированный механизм, объединяющий производителей электроэнергии, электрические сети и потребителей. Управляется этот механизм централизованно - через компьютерный центр, куда с миллионов цифровых контроллеров в режиме реального времени поступают сведения об уровне потребления электроэнергии. Специализированное программное обеспечение помогает отслеживать режим работы всех участников процесса выработки, передачи и потребления электроэнергии. В табл. 11.4 приведены основные компоненты коммуникационных технологий в «интеллектуальной сети».

Интегрированные коммуникации

Таблица 11.4

Название технологии	Основные компоненты
Беспроводные технологии	мультиадресная радиосистема; сети оповещения; радиосистемы расширенного спектра; WiFi; WiMAX; ячеистое строение будущего поколения (Next generation cellular); множественный доступ с разделением по времени; множественный доступ с кодовым разделением (Code Division Multiple Access - CDMA); малый спутниковый терминал
Другие технологии	Интернет нового поколения (Intemet-2); высокочастотная связь по проводам ЛЭП (Broadband over Power Line - BPL); сеть с доведением оптического кабеля до пользователя; оптоволоконный коаксиальный кабель; радиочастотная идентификация (Radio Frequency Identification - RFID)

Главное достоинство «интеллектуальной сети» состоит в том, что она автоматически реагирует на изменения различных параметров в энергосистеме и позволяет осуществлять бесперебойное электроснабжение с максимальной экономической эффективностью. При этом влияние человеческого фактора на работу «интеллектуальной сети» сведено к минимуму.

По сути, «интеллектуальная сеть» - эго соединение возможностей уже привычных в быту и во многих сферах производственной деятельности информационных технологий с силовой электроникой и электротехникой.

В рамках концепции Smart Grid разнообразие требований всех заинтересованных сторон (государства, потребителей, регуляторов, энергетических компаний, сбытовых и коммунальных организаций, собственников, производителей оборудования и др.) сведено к группе так называемых ключевых требований (ценностей) новой электроэнергетики, сформулированных как:

• доступность - обеспечение потребителей энергией без ограничений в зависимости от того, когда и где она им необходима, и в зависимости от оплачиваемого количества;
• надежность - возможность противостояния физическим и информационным негативным воздействиям без тотальных отключений или высоких затрат на восстановительные работы, максимально быстрое восстановление (самовосстановление);
• экономичность - оптимизация тарифов на электрическую энергию для потребителей и снижение общесистемных затрат;
• эффективность - максимизация эффективности использования всех видов ресурсов, технологий и оборудования при производстве, передаче, распределении и потреблении электроэнергии;
• органичность взаимодействия с окружающей средой - максимально возможное снижение негативных экологических воздействий;
• безопасность - недопущение ситуаций в электроэнергетике, опасных для людей и окружающей среды.

Как подчёркивается в , «... принципиально новым здесь является то, что все выдвинутые ключевые требования (ценности) предполагается рассматривать как равноправные, и степень их приоритетности, уровня и соотношения не являются общими, нормативно зафиксированными для всех, а могут определяться и осуществляться для каждого рассматриваемого субъекта энергетических отношений (энергокомпания, регион, город, домохозяйство и т. п.), по существу, индивидуально. В такой постановке задача развития энергетики из преимущественно балансовой трансформируется в задачу создания, развития и предоставления потребителю и обществу в целом своего рода меню энергетических возможностей».

Ожидается, что реализация концепции Smart Grid обеспечит:

• кратное уменьшение потерь при передаче электрической энергии;
• кратное увеличение надежности энергоснабжения (за счёт самовосстановления в случае аварии);
• информацию в реальном времени потребителю об использовании электроэнергии;
• возможность оптимально перераспределять энергетические потоки и тем самым уменьшать пиковые нагрузки (все электроэнергетические системы конструируются именно в расчете на пиковые нагрузки);
• возможность потребителю покупать качественную электроэнергию на рыночных условиях;
• стимулы и благоприятные условия для освоения возобновляемых источников энергии и развития электротранспорта, где необходимо иметь рассредоточенные источники питания, зарядки.

В табл. 11.5 сопоставлены свойства современной ЭЭС и системы на базе концепции Smart Grid.

Таблица 11.5

Свойства современной и перспективной электроэнергетической системы

Энергетическая система сегодня	Энергетическая система на базе концепции Smart Grid
Односторонняя коммуникация между элементами или ее отсутствие	Двусторонние коммуникации
Централизованная генерация - сложно интегрируемая распределенная генерация	Распределенная генерация
Топология преимущественно радиальная	Преимущественно сетевая топология
Реакция на последствия аварии	Реакция на предотвращение аварии
Работа оборудования до отказа	Мониторинг и самодиагностика, продлевающие «жизнь» оборудования
Ручное восстановление	Автоматическое восстановление - «самолечащиеся сети»
Подверженность системным авариям	Предотвращение развития системных аварий
Ручное и фиксированное выделение сети	Адаптивное выделение сети
Проверка оборудования по месту	Удаленный мониторинг оборудования
Ограниченный контроль перетоков мощности	Управление перетоками мощности
Недоступная или сильно запоздавшая информация о цене для потребителя	Цена в реальном времени

Концепция Smart Grid, опирающаяся на стратегическое видение электроэнергетики будущего, содержит принципы построения таких сетей и ключевые требования к ним, из которых следуют и функциональные свойства (характеристики): управленческие, технологические, нормативные, информационные.

Как уже отмечалось, концепция не ограничивается только сетями - она охватывает все звенья технологической цепочки от производства электроэнергии до её потребления, рис. 11.4.

Она предусматривает для каждого из них достижение следующих целей с помощью соответствующих средств:

• генерация - повышение надежности и экономичности производства электроэнергии с использованием современных высокоинтеллектуальных средств контроля и управления, в том числе IT, интеграции источников возобновляемой энергии, распределенной генерации и накопителей энергии;
• передающая электрическая сеть - обеспечение надежности передачи электроэнергии и управляемости электрической сети за счёт широкомасштабного мониторинга режимов и управления ими с использованием новых средств и технологий (FACTS, PMU - Power Management Units - искусственный интеллект и др.), а также расширением масштабов использования беспилотных летательных аппаратов для контроля технического состояния ЛЭП в порядке плановых (через каждые 1,5 года) и внеплановых (после каждой природной аномалии) осмотров;
• подстанции - обеспечение надежности и управляемости подстанций за счёт оснащения их современным электротехническим оборудованием и автоматизации на основе современных средств диагностики, мониторинга и управления, базирующихся на информационных и компьютерных технологиях;
• распределительная электрическая сеть - повышение ее управляемости и надежности внедрением распределенных систем автоматики и защиты на современной микропроцессорной основе с использованием новых информационных, компьютерных и интернет-технологий;
• потребители - оснащение их высокоинтеллектуальными системами контроля и учета электроэнергии, регулирования электропотребления и управления нагрузкой, в том числе в аварийных ситуациях.

Рис. 11.4.

Создание «интеллектуальной сети» предусматривает использование большого набора новых технических средств и технологических приёмов:

• Силовые :
• устройства FACTS (перечислены в 11.5.1);
• распределенная генерация (преимущественно на основе НВИЭ);
• силовая электроника;
• полупроводниковая техника;
• сверхпроводящие кабели;
• сложные проводники;
• виртуальные электростанции (см. 11.4).
• Системы измерения, обработки, передачи и представления информации :
• PMU и концентраторы данных через спутниковую навигационную сеть;
• оптоволокно;
• радиосвязь;
• цифровая основа устройств;
• информационные технологии;
• Интернет.
• Системы мониторинга и управления :
• искусственный интеллект;
• сетевые подходы к мониторингу и координации управления;
• новые методы теории управления;
• локальное управление на основе искусственного интеллекта и информационных технологий;
• Интернет.
• Системы для обеспечения активности потребителей :
• цифровые системы сбора, обработки и представления информации;
• Интернет;
• тарифные и ценовые механизмы.

Предпринята попытка дать количественную оценку эффекта от реализации концепции Smart Grid в США по состоянию на 2025 г., табл.

Прогнозируемые выгоды от реализации концепции Smart Grid в США представлены в табл. 11.7.

Таблица 11.6

Эффекты от реализации концепции Smart Grid

Параметры		Энергетическая система без Smart Grid (сценарий 1)	Энергетическая система на базе Smart Grid (сценарий 2)	Отношение показателей сценария 2 к сценарию 1.%
Потребление электро энергии (млрд кВт ч)				10-15, снижение
Энергоемкость ВВП (кВт ч/долл. ВВП)				29, снижение
Снижение спроса в пиковую нагрузку (%)
Выброс ССБ (млн т углерода)				20, снижение
Уровень роста производительности (%/год)
Реальный ВВП (млрд долл.)
Размер экономического ущерба бизнеса (млрд долл.)				90, снижение

Таблица 11.7

Прогнозируемые выгоды от реализации концепции Smart Grid в США

В мире по состоянию на конец 2010 г. было 90 пилотных проектов создания «интеллектуальных сетей». По мере их реализации становится очевидным, что перенесённая па национальную почву концепция Smart Grid, претерпевает значительные изменения, обусловленные различиями в режимах регулирования, имеющейся инфраструктуре электроэнергетических систем, национальных экономических приоритетах. В странах с ограниченными минеральными энергетическими ресурсами стратегия в значительной мере ориентирована на создание благоприятных условий для развития возобновляемой энергетики, на стимулирование энергосбережения и повышения эффективности потребления энсргорс- сурсов.

Для нашей страны с её большими запасами энергоресурсов, гигантской протяженностью электрических сетей, высокой степенью износа оборудования на первое место выступает задача обеспечения надёжности и эффективности работы электросетевого комплекса при ограниченных инвестициях и дефиците времени.

Следует иметь в виду, что создание «интеллектуальной сети» стоит больших денег (например, итальянская компания Enel, начав в 2001 г. реализацию пятилетнего проекта по внедрению «интеллектуальных сетей», потратила в общей сложности 2,1 млрд евро). Поэтому, как уже отмечалось выше, в нашей стране рассматривается концепция создания энергосистем с комбинированной сетью - сочетание «сильных» и «интеллектуальных» сетей, объединяющее две концепции в одну - «сильные и интеллектуальные сети». Её разработка осуществляется по схеме, утверждённой Правительством РФ.

В настоящее время в ряде российских энергетических компаний разрабатываются и реализуются проекты, которые предусматривают использование элементов технологического базиса Smart Grid.

Условно такие проекты можно разделить на 3 группы: системные, инфраструктурные и локальные.

Системные проекты: создание в интересах ОАО «СО ЕЭС» системы SCADA EMS, способной заменить большинство локальных, узкоспециальных комплексов при долгосрочном, среднесрочном и краткосрочном планировании электрических режимов ЕЭС России, при выработке и осуществлении процедуры поддержки рынка электроэнергии и мощности, при рассмотрении диспетчерских заявок на вывод в ремонт оборудования и в ряде других случаев.

Инфраструктурные проекты:

• создание и внедрение элементов FACTS (ОАО «Российские сети» совместно с ОАО «СО ЕЭС»);
• развертывание информационно-измерительной системы коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ);
• развитие системы мониторинга переходных режимов, состоящей из регистрирующих приборов, систем обмена информацией между концентраторами данных и центрами управления, а также средств обработки полученной информации;
• строительство единой технологической сети связи электроэнергетики (ЕТССЭ) на базе широкого внедрения современных цифровых коммутационных узлов за счет прокладки волоконно- оптических линий связи и радиорелейных линий, модернизации ВЧ-связи, развертывания систем спутниковой связи и цифровой подвижной радиосвязи. По завершению Программы создания ЕТССЭ современными системами телекоммуникаций будут охвачены все объекты ЕЭС России. В области телекоммуникаций позиции российской электроэнергетики достаточно сильны и нс являются препятствием для создания программного обеспечения «интеллектуальных сетей» в ближайшем будущем;
• создание новой целевой модели опсративно-диспстчсрского управления ЕНЭС России и практической реализации этой модели в рамках создаваемых Центров управления сетями;
• совершенствование устройств релейной защиты и автоматики (РЗиА), противоаварийной автоматики (ПА), автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ), выработка единых протоколов взаимодействия различных IT-систем в электроэнергетике. Работы по данной тематике ведутся сетевыми и генерирующими компаниями. Координирующей организацией выступает ОАО «СО ЕЭС».

Локальные проекты - проекты, реализуемые различными энергетическими компаниями, как правило, сбытовыми и электросетевыми: организация систем многотарифного учета, установка биллинговых систем, реализация устройств дистанционного ограничения и отключения. Пока системы работают разрозненно, на различной элементной базе и своих внутренних протоколах.

Если обобщенная концепция «сильные и интеллектуальные сети» будет внедрена, то российские электрические сети из «пассивной» системы передачи электроэнергии превратятся в «активный» инструмент управления режимами работы. Такой комплекс позволит на приемлемых условиях решить проблемы электросетевого комплекса страны.

По оценкам экспертов, в обозримом будущем на российском технологическом рынке будут представлены принципиально новые технологии и оборудование, необходимые для реализации обобщённой концепции. Возрастает активность крупных компаний-производителей оборудования и технологий в нашей стране, направленная на создание в России соответствующего сегмента технологического рынка.

Создание интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС) поставит нашу страну в один ряд с мировыми лидерами в области интеллектуализации электроэнергетики и существенно повысит энергоэффективность экономики РФ. По оценкам экспертов, реализация проекта позволит уменьшить потери в российских электрических сетях всех классов напряжения на 25 %, что даст экономию порядка 34-35 млрд кВт-ч в год. Почти на 35 млрд долл, можно будет снизить объем капиталовложений в развитие сетей за счет увеличения их пропускной способности по новым технологиям.

В реализацию проекта создания новых сетей уже вовлечены более 70 ведущих отечественных производителей и разработчиков электротехнического оборудования и сопутствующих технологий. Среди партнеров ОАО «Российские сети» - крупнейшие отраслевые научные учреждения, институты РАН и ведущие университеты. Общую координацию работ осуществляет ОАО «Научно-технический центр электроэнергетики» - 100%-я дочерняя компания ОАО «Российские сети». ОАО «Российские сети» планирует вкладывать в исследования и разработки ежегодно около 5 млрд руб. Это позволит отечественному сетевому оператору выйти по данному показателю на уровень крупнейших энергокомпаний развитых стран, отчисляющих на НИОКР ежегодно от 3 до 8 % инвестиционных средств.

Разрабатываемая национальная концепция преобразования ЕЭНС должна быть скоррелирована с приоритетами инновационного развития страны, ключевыми направлениями и критическими технологиями, а также с принятыми национальными программами и проектами.

Грядущая интеллектуализация энергетики по масштабу ожидаемых преобразований сравнима с теми революционными изменениями, которые произошли в сфере связи и информации и сделали привычной реальностью Интернет, мобильную связь и множество других достижений современности, до неузнаваемости изменивших повседневную жизнь.

Академик В. Е. Фортов является академиком-секретарем Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН, директором Объединенного института высоких температур РАН. Его научные исследования признаны, как имеющие фундаментальное значение для развития импульсной и промышленной энергетики, космической физики, управляемого термоядерного синтеза, ракетной техники. Занимал высокие должности: вице-президент РАН; зам. председателя Правительства РФ, председатель Государственного Комитета Рф по науке и технической политике; министр науки и технологий РФ. Имеет высокие награды - как нашей страны, так и зарубежных стран.

Владимир Евгеньевич, в июне в рамках IV Петербургского международного экономического Форума прошел «круглый стол» «Умные сети - Умная энергетика - Умная экономика», который вы вели в качестве модератора. Расскажите, пожалуйста, какой смысл вкладывается в термин «умные сети»?

- «Умные сети», или «Smart Grid», -масштабное направление в современной энергетике. Термин этот появился относительно недавно: энергетика перестает быть просто средством удобной жизни, а становится средством развития всех направлений деятельности человека. Смысл «Smart Grid» в том, чтобы сделать «интеллектуальными» генерацию, передачу и распределение электрической энергии, насытить электрические сети современными средствами диагностики, электронными системами управления, алгоритмами, техническими устройствами типа ограничителей токов короткого замыкания сверхпроводящих линий и многим-многим другим, что сегодня появилось в науке и технике. Грубо говоря, это соединение возможностей информационных технологий, уже привычных для нас из Интернета, с силовой электротехникой.

Это дает выигрыш?

Это дает кратное - в разы - уменьшение потерь при передаче электрической энергии от генератора к потребителю, кратное увеличение надежности энергоснабжения, дает возможность оптимально перераспределять энергетические потоки и тем самым уменьшить пиковые нагрузки (а все электротехнические системы конструируются именно в расчете на пиковые нагрузки). Это, наконец, дает возможность потребителю работать в рынке электроэнергии.

Ведь если раньше потребитель брал электрическую энергию от одного продавца, то теперь он находится в условиях рынка: может выбирать среди генерирующих компаний. В том-то, кстати, и состоял смысл реформ в энергетике - создать конкурентную среду. Но чтобы вы, как потребитель, могли проанализировать - где вам дешевле купить и взять энергию, вы должны точно знать - где и по каким ценам она продается, где сегодня ее избыток, а где недостаток.

Еще одна потребность в «Smart Grid» связана с так называемыми возобновляемыми источниками энергии. И у нас, и в Европе много говорят, что нужно уходить от углеродной энергетики, связанной с сжиганием органического топлива, и переходить на альтернативную энергетику - солнечную, ветровую, водородную и так далее. В частности, это связано также и с развитием электротранспорта, где необходимо иметь рассредоточенные источники питания, зарядки. Но чтобы подключать возобновляемые источники энергии в большую сеть и делать их такими же объектами рынка, как и другие источники, нужны эти самые умные сети - «Smart Grid».

Есть еще старая проблема, связанная с потребителями электрической энергии.

Например, вы подводите электрическую сеть к дому, где, допустим, двести квартир, из которых двадцать квартир не платят за электроэнергию, остальные же платят исправно. Чтобы принудить эти двадцать - ведь в магазине без денег вы не получите товара, а электричество тот же товар - вы должны их отключить, но отключить именно «неплательщиков», при этом соседей не трогать. Сегодня, увы, такой возможности нет, если отключают, то весь дом.

Словом, нужно насытить всю систему от генерации и до потребителя, до розетки в квартире или на предприятии умной электроникой, которая даст точную информацию: сколько вам сегодня электроэнергии могут поставить, по какой цене. И вы через управляющую компанию или сами, если способны это сделать, выбираете оптимального производителя, а завтра - не этого, а другого. Таким образом, необходимо совместить средства диагностики, с одной стороны, с современными средствами управления - с другой, и со средствами принятия решений - с третьей. Это очень непростая задача, если говорить о последнем этапе передачи электроэнергии - к потребителю.

То есть речь идет об уровне гражданина-потребителя и розетки в его квартире?

Нет, серьезные проблемы возникают и на этапах значительно более ранних. Скажем, если в высоковольтных сетях 220 киловольт и выше возникает, например, ток короткого замыкания, то вы должны быстро отключить эту сеть, перераспределить нагрузки в реальном масштабе времени и тем парировать аварию. А для этого нужны новые современные методы ограничения больших токов - в десятки ки-лоампер. Кстати, мы в

Институте высоких температур РАН разработали взрывные размыкатели, которые в несколько микросекунд разрывают килоамперные токи.

Или другая, похожая проблема: скажем, молния попадает в линию электропередач, и происходят очень большие потери - перенапряжения, короткие замыкания, ложное срабатывание автоматики и так далее. В нашем институте разработан взрывомагнитный генератор, который имитирует удар молнии в линию электропередач - он использует энергию взрывчатого вещества (а удельная емкость химических взрывчатых веществ в миллион раз выше, чем конденсаторов) и преобразует в импульс электрического тока - происходит разряд, очень похожий на удар молнии. Наша разработка позволяет сделать оборудование, которое можно поместить на машину, а далее - ездить на реальные ЛЭП, подстанции и проверять заземления, системы ограничения тока и другое электротехническое оборудование.

Третья проблема: когда вы работаете на линии с высоким напряжением и хотите измерить ток и напряжение, вы должны сделать так, чтобы высокое напряжение не попало на измерительный прибор. Раньше это делали с помощью трансформаторов, но трансформаторы по габаритам большие, изоляторы у них тоже немаленькие - по два метра длиной. Оказывается, можно воспользоваться оптоволоконной линией - такие применяются в телефонных и компьютерных коммуникациях - и посмотреть изменение плоскости поляризации фарадеевского вращения и по этому изменению плоскости поляризации на очень маленьком устройстве определить, какой ток там течет

А распространяется ли значение «Smart Grid» на масштабы сетей страны?

Да, нам нужны магистральные или распределительные сети, которые самостоятельно могут контролировать свое состояние и режим работы потребителей, генераторов, электрических линий и подстанций, и автоматически реализовать решения, которые позволяют осуществлять электроснабжение бесперебойно и с максимальной экономической эффективностью. Скажем, «умная сеть» сама должна сформировать управляющее воздействие с достижением оптимального уровня потерь электроэнергии при нарастании перетоков по линиям электропередачи из-за роста потребления у какого-либо крупного потребителя или целого энергообъединения. Должны срабатывать самодиагностика и самовосстановление, при этом автоматически должны выявляться наиболее слабые участки или аварийно опасные элементы сети, и также автоматически схема сети должна перестраиваться во избежание аварии.

Важным элементом умной сети является цифровая подстанция. Работы над подобными проектами ведутся в Европе, США, Японии, Индии, Китае, в том числе и в нашей Федеральной сетевой компании. В такой подстанции вся информация систем контроля, защиты и управления рождается, перерабатывается и управляется в цифровом формате с помощью специальных оптических цифровых измерительных трансформаторов и комплексов цифровой аппаратуры нового поколения.

Словом, российская электроэнергетика должна сформироваться в целостную многоуровневую систему управления с увеличением объемов автоматизации и повышением критической надежности, включая самые слабые и уязвимые звенья, с упреждением системных рисков и угроз и с быстрым реагированием на инциденты и аварии. Вот смысл, который заложен в термине «умные сети», или «Smart Grid».

Представители зарубежных компаний выступали?

На «круглый стол» пришло в пять раз больше заинтересованных участников, чем рассчитывали организаторы. Многих, честно говоря, даже посадить было негде - тем не менее, мы заседали 3,5 часа.

Иностранные участники - представители крупнейших электротехнических компаний мира - выступали очень активно, поделились опытом, проявили интерес к нашему рынку, а это громадный рынок, и многое, что предлагает Российская академия наук, они готовы покупать и внедрять у себя.

Мировой экономический кризис оказался стартовым сигналом к модернизации экономики и чуть не в первую очередь электроэнергетики. Так, Б. Обама в своей известной речи по поводу развития науки тему «умных сетей» выделил отдельно, а совсем недавно также выступил с речью, уже конкретно по поводу энергетики, где он сказал, что «Smart Grid» - направление, которое необходимо активно развивать. И в самом деле, внедрение «Smart Grid» в США уже резко повысило надежность национальных энергетических систем. Поэтому в бюджете США только на программу по развитию «умных сетей» предусмотрено выделение 4,5 миллиарда долларов! Соответственно, Запад увеличивает финансирование науки в данном направлении: доля расходов на науку в энергокомпаниях развитых стран сегодня составляет 3 - 8%.

Отличается ли западный и российский подход к организации «умных сетей»?

Безусловно. Специалисты на Западе стремятся к упорядоченной взаимосвязанности функционирования и взаимодействия компактно расположенных генерирующих объектов, электросетей и потребителей, на территориально-организационном уровне муниципальных образований. Их интересует возможность подключения небольших генерирующих источников электроэнергии, на их рынке диктует спрос на локальные «умные сети».

Управленческие же задачи на межрегиональном, национальном и международном уровне функционирования энергетических систем их заботят пока что меньше.

А в России энергообеспечение потребителей происходит в сложных условиях экономического, технического, природно-климатического характера, мы ориентируемся на крупные генерирующие объекты, у нас иной уровень интегрированности больших систем со значительно более высоким уровнем сложности системных взаимосвязей. Соответственно, нам потребуется перестройка всей глобальной электроэнергетической сети на принципах многофункциональной автоматизации. В том числе - с учетом перспективной задачи восстановления координационного управления энергетических систем стран СНГ.

Кстати, вследствие этой, чисто российской, специфики мы по многим достижениям всегда были впереди: Красноярская ГЭС - была самая мощная, Саяно-Шушенская - самая высотная, первый ветряной двигатель построен здесь, самую длинную энергетическую систему в 2,5 миллиона километров первыми сделали в СССР, самый экономичный парогазовый цикл с КПД 62 процента придумал российский ученый академик Сергей Алексеевич Хри-стианович, первая атомная станция -наша и так далее, и тому подобное. В электронауке и в энергетике у России такого большого отставания, как, например, сейчас в информатике, в медицине никогда не было. Программа «умных сетей» была начата в США всего четыре года назад - для России это небольшая фора.

Для России «умные сети» пока лишь концепция или есть шансы внедрения в практику?

Приступаем к практической реализации. О.М. Бударгин, председатель правления Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы, рассказал на «круглом столе», что систематическое недофинансирование в 90-е годы и отсутствие комплексного подхода при применении в сетях новых технологических решений привело к тому, что наши сети сегодня - это, к сожалению, стареющая инфраструктура (50%), физическое и моральное старение электрооборудования, устаревшие информационные системы и системы технологического управления. Поэтому компания планирует в ближайшие три года сформировать новую идеологию и технологическую платформу для преобразований, а два последующих года сделать периодом обкатки новых решений, технологий, осуществления пилотных проектов для полномасштабной реализации «умных сетей».

Инвестиционная программа компании - свыше 200 миллиардов рублей ежегодно. Так компания планирует провести комплексную модернизацию и инновационное развитие всех субъектов электроэнергетики на основе передовых технологий глобально на всей территории страны. Ожидаемое снижение потерь электроэнергии от запланированных мероприятий в сетях всех классов напряжения - около 25 процентов!

Итак, предельно кратко: каково значение «Smart Grid»?

Во-первых, успешность выхода из глобального кризиса и устойчивое посткризисное развитие экономики страны во многом определяется тем, насколько электроэнергетическая отрасль России сможет удовлетворить текущие и перспективные потребности в энергоресурсах и сопутствующих услугах. И, во-вторых, в отличие от некоторых иных направлений науки, где есть, к сожалению, заметное отставание, в теме «умные сети» и западные, и российские ученые, и специалисты начинают почти одновременно.

Извините за крутой поворот темы: чем бы вы занимались, будь вы не физиком, а философом?

Я бы занялся анализом того, что творится в современной России. У нас за последние два кризисных года произошли радикальные экономические перемены - очень болезненные, в первую очередь, болезненные для академической науки. И это при том, что в постсоветское время наука получила возможность быть более открытой, более свободной от идеологических ограничений - это положительный фактор, но при этом она стала «свободной» от денег и поэтому фактически разрушилась очень серьезная цивилизация, которая называлась «наука СССР». Мы потеряли совершенно феноменальный пласт умных людей, научных школ - я бы занялся этим. Разрушилась техническая инфраструктура. Мы совсем недавно, в июне, говорили об этом на заседании Президиума Академии наук, когда подводили итоги экспертизы по поводу аварии на Саяно-Шушенской ГЭС. Мы, российские граждане, сегодня становимся людьми, в которых я не уверен, смогут ли они правильно распорядиться мощным оружием, называемым научно-техническая инфраструктура и оставленным нам в наследство от предыдущей эпохи. Мы не всегда можем поддерживать эту научно-техническую инфраструктуру в работоспособном состоянии, чтобы она выполняла свои функции, и потому она становится опасной уже не только для себя самой, но уже и для окружения, для соседей.

Второе, чем бы я занимался, будь я философом. Колоссальное количество интеллигентных, умных людей потеряло работу, превратилось в бомжей, в попрошаек, в торговцев кедами на Черкизовском рынке и так далее. За каждым из этих событий стоит человек. Но стоит и общество! И как получилось такое, что это общество фактически не борется за свои права? Почему демократические институты, которые являются необходимым условием капиталистического общества (свобода без демократии - это зоопарк), почему та же интеллигенция и то же общество мимо этого проходят?

Далее, если бы был философом, я бы задумался: сегодня отсутствует идеология, и все мы говорим, что это здорово, но это здорово - до поры до времени. Я, например, физик и работал в престижнейших институтах и сейчас работаю в престижном институте, который называется Академия наук, и никогда не чувствовал идеологического прессинга. Не то, чтобы это не распространялось на физиков или нам нечего было сказать, а мы просто не лезли в это дело, это было нам не интересно. Но что происходит сейчас? Подрастает поколение юных граждан, и мы не формулируем перед ними никаких задач. У нас нет идеологии, но уже правильно понимаемой, и мне кажется, что сегодня философия должна дать, может быть, не одну, а набор каких-то идей, предложить какой-то выбор. Не могу согласиться с тем, что человек работает, чтобы быть богатым. Это - путь в никуда. Еще древние философы говорили, что богат не тот, кто много имеет, а тот, кому мало надо. Пусть это странное слово - бездуховность или духовность - но все-таки у человека должно быть что-то в голове, кроме примитивных философских построений. Религия - это слабо. Тут есть, по-моему, очень острые постановки вопросов и, может быть, философы этим занимаются, но я этого не чувствую, понимаете, не вижу их - ни по телевидению, ни в прессе, нигде.

Беседовал Сергей ШАРАКШАНЭ

Во многих странах предприятия энергетического сектора экономики переживают период реформирования. Происходящие процессы слияния, поглощения и изменения структуры управления, границ сферы деятельности и территориального присутствия заставляют многие бывшие монополии искать для себя новые модели создания стоимости. Неизбежно меняются задачи компаний и их бизнес-процессы. Формируются рынки предоставления коммунальных услуг. Внедряются рыночные механизмы. Требуются технологические изменения, отвечающие современным потребностям развития отрасли. Хотя все эти изменения отличаются в зависимости от местоположения и вида деятельности энергокомпаний, инновации неизбежно ведут к преобразованию всей сферы коммунальных услуг.

Российская энергетика также переживает период изменений. Главным трендом, оказывающим влияние на развитие информационных систем в энергетике, является концепция Smart Grid. В этом направлении ожидается принятие ряда важных законодательных актов. Для России идеи Smart Grid особенно актуальны, так как инфраструктура энергетики сильно изношена.

Оперативное управление инфраструктурой имеет решающее значение. Энергетические предприятия сталкиваются с необходимостью внедрения новых стандартов эксплуатации и технического обслуживания для постоянного улучшения соотношения между надежностью энергоснабжения и затратами. Еще одной из ключевых задач в энергетике является управление техобслуживанием и ремонтами оборудования. Это обусловлено огромным количеством единиц оборудования, распределенных на больших территориях и требующих постоянного регламентного и ремонтного обслуживания. Консолидация информации о состоянии оборудования в единой системе управления с возможностью ее оперативного предоставления различным потребителям на местах позволяет сократить простои на ремонт, снизить издержки на запчасти и материалы, оптимизировать логистику и загрузку персонала.

Потребители также являются не менее важной движущей силой происходящих изменений. Наметилась тенденция перехода от процессно-ориентированного подхода к клиентоориентированному. Возросшие требования потребителей к уровню обслуживания неизбежно приводят к расширению спектра услуг, оказываемых энергокомпаниями, внедрению новых финансовых и платежных механизмов.

В соответствии с концепцией Smart Grid в числе приоритетных направлений развития ИТ в энергетик е на ближайшие годы можно выделить:

1. Широкое внедрение на новых и модернизируемых точках измерения интеллектуальных (smart) измерительных приборов - «умных» счетчиков с функцией дистанционного управления профилем нагрузки измеряемой линии и измерительных преобразователей со стандартными коммуникационными интерфейсами и протоколами (в том числе беспроводными), соответствующих стандартам информационной безопасности .

2. Установка на каждом крупном объекте, присоединенном к электросети (жилом районе, офисном центре, фабрике и т. д.), усовершенствованных автоматизированных информационно-измерительных систем (АИИС), работающих в режиме реального времени. АИИС должны осуществлять мониторинг объектовых процессов (например, электро- или теплоснабжения, включая параметры качества энергии), выполнять простые алгоритмы автоматического регулирования и иметь развитые средства информационного обмена с внешним миром.

3. Создание широкой сети интегрированных коммуникаций на базе разнообразных линий связи - ВОЛС, спутниковых, GPRS, ВЧ-связи по ЛЭП и др. Каждая АИИС должна быть подключена как минимум по двум независимым каналам связи.

4. Внедрение в энергокомпаниях автоматизированных систем (АС) управления производственной деятельностью. Поскольку все энергопредприятия относятся к производствам с непрерывным циклом, можно выделить четыре вида таких систем:

• АС управления техническим обслуживанием и ремонтами;
• АС работы на рынках (коммерческой диспетчеризации);
• АС обслуживания клиентов;
• АС управления основным производством - генерацией, передачей, распределением, сбытом (учетом потребления) или диспетчеризацией.

5. Создание интегрированных интерфейсов к АИИС и АС управления производственной деятельностью для автоматического обмена данными с АС других участников рынка. При этом должны быть определены протоколы обмена и стандарты информационной безопасности для всех категорий участников рынка.

Ряд вендоров уже заявили о поддержке концепции Smart Grid и включении в свои очередные релизы продуктов нового функционала. Некоторые выводят на рынок решения, построенные в соответствии с новой идеологией и демонстрирующие большую гибкость и функциональность в новых условиях.

Тенденции развития мировой и Российской энергетики

20 век – гомогенные энергосистемы и их объединения на основе концентрации производства ЭЭ в местах расположения энергоресурсов и концентрации потребителей

• Крупные электростанции (ТЭС, ГЭС, АЭС)
• Развитые транзитные и распределительные электросети
• Централизованное оперативное управление
• Синхронные зоны на больших территориях
• Строгие технические правила присоединения и участия регулировании режима
• Энергетика – монопольная сфера бизнеса крупных энергокомпаний

> Классическая система управления режимом (ПА, РА, система ОДУ)

21 век – альтернативная распределенная микро, мини и малая генерация и гибридные энергосистемы

• Генерация на базе ВИЭ, виртуальные электростанции
• Топливная малая генерация разных субъектов с диверсификацией энергоресурсов
• Генерация как сопутствующее производство
• Демонополизация рынков мощности, энергии, локальных и системных услуг
• Возможность автономной работы (независимость)
• Мягкие технические правила присоединения и участия в регулировании режима

> SMART GRID. Умная автоматика с малым участием человека

Преимущества Smart Grid по сравнению с традиционной ОЭС

• SG это автоматизированная сеть генерации, передачи и потребления электроэнергии;
• SG является S.M.A.R.T. системой, то есть способна осуществлять самомониторинг и предоставлять отчеты как о любом участниках сети (его состоянии, потребностях и пр.) так и полную информацию о произведенной и переданной э/э в любом разрезе: эффективности, потерь или экономической выгоды;
• SG также повышает надежность сети, обеспечивая незаметное для потребителя переключение на другой источник при отказе основного. Поскольку надежность отдельных сетей электроснабжения уже достигает 99.97% использование SG способно гарантировать бесперебойное электроснабжение в режиме 24/7;
• SG повышает "производительность" сети в целом за счет уменьшения потерь в проводах и оптимального распределения нагрузки, устанавливая для крупных потребителей эффективные (меньшей протяженности) маршруты подключения.

Определение Smart Grid, смарт-счетчики, АИИС КУЭ

Smart Grid ("интеллектуальные сети электроснабжения") - это модернизированные сети электроснабжения, которые используют информационные и коммуникационные сети и технологии для сбора информации об энергопроизводстве и энергопотреблении, позволяющей автоматически повышать эффективность, надёжность, экономическую выгоду, а также устойчивость производства и распределения электроэнергии.

Технологические решения Smart Grid могут быть разделены на пять ключевых областей:

• измерительные приборы и устройства, включающие, в первую очередь, smart-счетчики и smart-датчики;
• усовершенствованные методы управления;
• усовершенствованные технологии и компоненты электрической сети: гибкие системы передачи переменного тока FACTS, сверхпроводящие кабели, полупроводниковая, силовая электроника, накопители;
• интегрированные интерфейсы и методы поддержки принятия решений, технологии управление спросом на энергию, распределенные системы мониторинга и контрол), распределенные системы текущего контроля за генерацией, автоматические системы измерения протекающих процессов, а также новые методы планирования и проектирования как развития, так и функционирования энергосистемы и ее элементов;
• интегрированные средства коммуникации.

Смарт-счетчики (интеллектуальные счетчики) энергоресурсов - разновидность усовершенствованных приборов учета, снабжённых коммуникационными средствами для передачи накопленной информации посредством сетевых технологий с целью мониторинга и осуществления расчётов за коммунальные услуги.

Термин "интеллектуальный счётчик", как правило, относился к счётчикам электроэнергии, однако в последнее время также применяется к средствам измерения других потребляемых ресурсов: природного газа, тепла и воды.

В свою очередь, каждый из вышеперечисленных доменов может состоять из своих подсетей, что делает общую архитектуру сети весьма сложной. При этом одним из ключевых компонентов данной информационной системы является безопасность хранения и передачи данных.

В соответствии с общепринятыми подходами за рубежом, IP (Internet Protocol) - сети являются ключевым элементом информационных систем Smart Grid. К преимуществам использования IP-протоколов следует отнести широкую распространенность данной технологии, наличие значительного числа уже разработанных отраслевых стандартов, значительное число разработанных соответствующих программных продуктов.

Кроме того, решения, построение на принципах IP, обладают хорошей масштабируемостью, что позволяет включать в информационную систему значительное число элементов сети (смарт-счетчиков, домашних приборов и т.д.).

Важную роль в формировании перспектив мирового рынка смарт-учета играет унификация интерфейсов передачи данных от первичных приборов учета к концентраторам и от концентраторов - к системе обработки данных.

В странах ЕС наибольшее распространение получили интерфейсы передачи данных при помощи GSM/GPRS каналов, PLC- и радиоканалов. Ниже приведены ключевые интерфейсы связи, используемые в системах смарт-учета энергоресурсов в странах ЕС.

Ключевые задачи, решаемые стейкхолдерами при внедрении систем интеллектуального учета энергоресурсов

Реализация национальных стратегий в сфере развития технологий Smart Grid и смарт-учета в различных странах мира преследует достижение ряда ключевых целей.

Для энергокомпаний ключевыми преследуемыми целями развития технологий Smart Grid являются:

• снижение потерь энергоресурсов;
• повышение своевременности и полноты оплаты за потребляемые энергоресурсы;
• управление неравномерностью графика электрической нагрузки;
• повышение эффективности управления активами энергокомпаний;
• повышение качества интеграции объектов возобновляемой генерации и распределенной генерации в энергосистему;
• повышение надежности функционирования энергосистемы в случае возникновения аварийных ситуаций;
• повышение визуализации работы объектов энергетической инфраструктуры.

Ключевыми решаемыми задачами потребителей энергоресурсов при внедрении технологий Smart Grid являются:

• улучшение доступа потребителей к энергетической инфраструктуре;
• повышение надежности энергоснабжения всех категорий потребителей;
• повышение качества энергоресурсов;
• создание современного интерфейса взаимодействия потребителей энергии с ее поставщиками;
• возможность для потребителя выступать в качестве полноправного участника энергетического рынка;
• расширенные возможности для потребителей по управлению энергопотреблением и снижению уровня платежей за потребленные энергоресурсы.

Правительства и регуляторы энергетической отрасли путем развития технологий Smart Grid стремятся достичь следующих целей:

• повышение уровня удовлетворенности потребителей энергии качеством и стоимостью энергоснабжения;
• обеспечение устойчивого экономического положения предприятий энергетической отрасли;
• обеспечение модернизации основных фондов энергетической отрасли без существенного повышения тарифов.

В мире

2019

Используемые облачные платформы для сбора данных с подключенных элементов SmartGrid и сквозного оптимизационного управления энергосетями можно классифицировать на два вида:

• интеграционные, используемые преимущественно для сбора данных и реализации наиболее востребованных задач мониторинга, в частности, автоматического выявления отключений потребителей и случаев воровства электроэнергии,
• и аналитические, используемые для оптимизационного предиктивного управления энергосетями в режиме реального времени, в том числе для управления программами DemandResponse и объектами распределенной генерации.

Отчасти поэтому в мире количество мегаполисов, реализующих проекты умных городов, интеллектуального учета и умных электросетей, постоянно растет. Эксперты консалтинговой компании ABI Research весной 2017 года спрогнозировали, что до 2022 года рост количества умных счетчиков, отслеживающих потребление электроэнергии, воды и газа, окажется двукратным. Это произойдет на фоне развития технологий энергоэффективных сетей большого радиуса действия (LPWAN).

Объем прибыли мобильных операторов от подключения электросетей и умных счетчиков к 2026 году составит $26 млрд, спрогнозировали аналитики.

Machine Research. Согласно прогнозу, к 2022 году в Европе будет насчитываться 158 млн интеллектуальных приборов учета, подключенных к LPWA-сетям. Сейчас порядка 60 млн счетчиков европейцев не оснащены возможностями дистанционной передачи показаний.

Значительное количество устройств, развернутых в 2017 году, использует связь по линиям электросети (PLC). В 2018 году объем поставок умных PLC-устройств пойдет на спад, однако вырастет доля устройств, работающих в сетях LTE-M/NB-IoT и RF.

«Франция и Испания станут последними крупными странами в Западной Европе, внедрившие интеллектуальные решения с PLC. Начиная с этого года Италия переключается на счетчики второго поколения, работающие в гибридных сетях PLC/RF. Это позволит повысить надежность передачи данных», – отметил Тобиас Руберг (Tobias Ryberg), старший аналитик Berg Insight. В Великобритании и Нидерландах сосредоточены на использовании 2G/4G, а страны Скандинавии активно используют RF.

Аналитики Berg Insight полагают, что на технологии мобильной связи, оптимизированные для IoT (LTE-M/NB-IoT), а также RF, в течение следующих 5-10 лет придется большинство подключений.

Наиболее масштабные программы и проекты в этом направлении разработаны и осуществляются в США, Канаде и странах Евросоюза , а также Китае , Южной Корее и Японии . Принято решение о реализации аналогичных программ и проектов в ряде других крупных государств (Индия , Бразилия, Мексика).

Совокупные выгоды от внедрения таких систем смарт-учета для указанных стран оцениваются до 27 млрд Евро, снижение потребления энергии в зависимости от страны оценивается в 2,2-3,2%, а снижение пиковой нагрузки в энергосистеме - в 0,5-9,9%.

2007: Закон США «Об энергетической независимости и безопасности»

Формально определение умной сети появилось через несколько лет после доклада Берра. Оно было представлено в Законе «Об энергетической независимости и безопасности», одобренном Конгрессом США в январе 2007 года. В пояснительной записке к нормативному документу было указано: «Политика США должна поддержать модернизацию электросетевой инфраструктуры, что приведет к увеличению уровня ее безопасности и эффективности». План мероприятий состоял из нескольких пунктов:

• Использование умных сетей: более широкое использование цифровой информации и технологий оперативного управления и мониторинга, чтобы повысить надежность и эффективность электрогенерации;
• Динамическая оптимизация сетевых операций и ресурсов, с обеспечением полной кибербезопасности ;
• Развертывание и интеграция распределенных ресурсов и генерации, включая возобновляемые ресурсы, внедрение «умных» технологий (в режиме реального времени, автоматизации, интерактивных технологий, которые позволяют оптимизировать физическую работу приборов и бытовой техники) для учета измерений, коммуникаций относительно операции по сети;
• Предоставление клиентам (как частным, так и корпоративным) данных в режиме реального времени о потреблении ресурсов для оперативного контроля;
• Обеспечение практически непрерывного управляемого баланса между спросом и предложением электрической энергии и т.д.

2003: Требования к надёжности будут управлять инвестициями в автоматизацию

Термин Smart Grid («умная сеть») впервые упоминается в 2003 году в работе Майкла Берра (Michael T. Burr) «Требования к надёжности будут управлять инвестициями в автоматизацию» .

«Слабые места в энергосистеме могут быть сужены благодаря новым способностям передачи энергии и системам сетевого управления. Эти два направления, вероятно, получат грандиозные инвестиции в последующие года», - отмечалось в работе исследователя.

В докладе Майкл Берр также ссылался на исследования Electric Power Research Institute, сотрудники которого прогнозировали, что электронное управление в реальном времени заменило бы существующее электромеханическое распределительное устройство системы, позволив более оперативно контролировать работу цифровой сети.

Майкл Берр также отмечал следующие преимущества:

• Объединение энергосистемы с системами коммуникаций создало бы «динамическую, интерактивную энергосистему», которая поддержит обмен информацией в режиме реального времен».
• Расширенные измерения: замена старой системы учета на систему учета в режиме реального времени
• Распределенные ресурсы: внедрение распределенной генерации позволит повысить надежность и производительность системы.
• Эффективность использования энергии конечными устройствами потребителей: технологические достижения повысят эффективность конечного использования электроэнергии обеспечат более гибкое управление устройствами.

В России

2019

Исследование J’son & Partners Consulting

Российский рынок предъявляет к разработчикам IoT-платформ существенно более жесткие требования нежели рынки Северной Америки и Западной Европы. Во-первых, в структуре жилого фонда, на который в основном ориентированы программы Demand Response в мире, в России превалирует жилье в многоквартирных домах, подключенных к централизованным системам отопления и горячего водоснабжения (65% от общего количества квартир и индивидуальных жилых домов). Для таких объектов характерен минимальный эффект от оптимизации энергопотребления. Кроме того, в многоквартирных домах установка собственных источников генерации, что является важным элементом Smart Grid, практически нереализуема. Во-вторых, стоимость электроэнергии в России – одна из самых низких в мире (в 2,5 раза ниже чем в США), что еще более снижает размер достижимого экономического эффекта – в среднем $80 в год на подключенный объект жилого сектора против $200 в США, и ужесточает требования к удельной себестоимости сбора и анализа данных об энергопотреблении, и автоматического управления им .

Поэтому для России в еще большей степени чем для США и Западной Европы целесообразен подход «pay as you go», предлагаемый в формате управляемых сервисов, основанных на использовании облачных IoT -платформ (интеграционных и аналитических). Метод «большого взрыва», реализованный в Китае и на первом этапе цифровизации – в США и Западной Европе, в России неприменим.

Реализацию сквозного оптимизационного управления энергопотреблением, охватывающего и конечных потребителей, в России имеет смысл начинать с индивидуального жилого фонда, действуя точечно, и лишь на следующем этапе переходить к охвату многоквартирного жилья. Это возможно только при использовании облачных IoT-платформ.

Что касается внешнего рынка для российских разработчиков, то их коммерческий успех в России, где характерны наиболее жесткие требования по удельной себестоимости, станет важной предпосылкой для успеха и на других рынках, в частности, на потенциально наиболее интересном рынке Китая .

Необходимо отметить, что в настоящее время потребление облачных сервисов интеграционных и аналитических платформ в России составляет лишь около $3,2 млн. Функционал сбора данных с умных подключенных счетчиков потребления электроэнергии реализован преимущественно с использованием проприетарных on-premise систем коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ), а в структуре потребления превалируют крупные коммерческие компании, такие как Роснефть , РЖД , но не сбытовые компании. В результате общее проникновение интеллектуальных систем учета потребления электроэнергии в России крайне мало и составляет десятые доли процента от общего количества объектов – потребителей электроэнергии, а облачные IoT-платформы для создания таких систем практически не используются.

При реализации проектов внедрения интеллектуальных систем учета потребления электроэнергии в крупных корпорациях применяется метод «локального большого взрыва» - подключаются все крупные объекты - потребители электроэнергии в рамках одной компании. Мотивацией служит возможность подбора оптимальных тарифов из перечня доступных для коммерческих потребителей (в том числе почасовых), снижение потерь от воровства электроэнергии, своевременное выявление случаев отключения подачи электроэнергии, автоматизация процессов биллинга и выверки счетов. Поскольку подключаются объекты с большими объемами потребления электроэнергии, то перечисленных выше эффектов оказывается достаточно, чтобы компенсировать затраты на развертывание проприетарных АСКУЭ. При этом ни о каком участии в программах сглаживания пиков энергопотребления в данном случае речи не идет, то есть экономический эффект локализован внутри крупного коммерческого потребителя электроэнергии.

Очевидно, что такой подход неприменим для развертывания АСКУЭ в жилом секторе – ни по себестоимости подключения и эксплуатации, ни по достижимым экономическим эффектам. Попытки реализовать облачный подход в России пока носят крайне ограниченный характер, и концентрируются в основном в небольших управляющих компаниях. Это не позволяет окупать затраты на подключение даже к относительно простым облачным сервисам. Более того, при всех очевидных преимуществах облачных IoT-платформ над on-premise АСКУЭ, ввиду относительно невысокого уровня цен на электроэнергию в России для достижения высокого уровня проникновения удельная стоимость подключения к интеграционным (MDMS) и аналитическим платформам должна быть примерно в 3 раза ниже чем для глобального рынка, образованного в настоящее время на 90% потреблением в Северной Америке и Западной Европе, то есть регионами с высокой стоимостью электроэнергии и высоким подушевым доходом. Однако в настоящее время наблюдается ровно противоположная картина – средний размер платежа за функционал MDMS в формате облачного сервиса в 3 раза больше чем таковой на глобальном рынке.

Ввиду превалирования проприетарного подхода к развертыванию АСКУЭ в России и концентрации этого рынка преимущественно в сегменте крупных коммерческих компаний, у российских разработчиков АСКУЭ отсутствуют стимулы и возможности к развитию облачных IoT-платформ для реализации функционала систем интеллектуального учета потребления электроэнергии. В свою очередь, отсутствие таких платформ блокирует развитие наиболее перспективного глобально направления аналитических платформ, поскольку основой для их успешной разработки является возможность обучать прогностические модели на основе большого объема накопленных за длительный исторический период реальных данных, которые могут быть получены только из облачных интеграционных IoT-платформ, отсутствующих в России. Также отсутствуют в России и управляемые сервисы с использованием таких платформ, получающие широкое распространение в Северной Америке и Западной Европе.

Таким образом, разработчикам IoT-приложений и платформ для электроэнергетики, ориентированным на успех на глобальном рынке, целесобразно делать ставку на сегмент аналитических платформ, вступая в партнерства с глобальными лидерами в сегменте интеграционных платформ, используя их как источник данных для обучения имитационных прогностических моделей.

Незначительный размер российского рынка облачных интеграционных и аналитических платформ в денежном выражении – $3,2 млн. в 2018 году (факт), $10,4 млн. в 2022 году и $39,6 млн. в 2029 году (прогноз), означает что:

при минимальной стоимости разработки конкурентоспособной IoT-платформы в десятки миллионов долларов и достижимом размере рынка в единицы миллионов долларов создание платформ, ориентированных исключительно на внутрироссийский рынок, экономически нецелесообразно; продвижение облачных сервисов на базе IoT-платформ в России как самодостаточного продукта не имеет экономического смысла, необходимо пакетировать их в рамках комплексных управляемых услуг аутсорсинга функций телеметрии и телеуправления энергосетями и конечным потреблением; необходимо субсидирование установки на стороне конечных потребителей элементов систем «Умный дом », без наличия которых невозможно автоматическое управление конечным энергопотреблением.

Ключевым условием для реализации достижения указанных выше объемов российского рынка облачных IoT-платформ в электроэнергетике является введение в России полноценных программ стимулирования управления конечным потреблением (аналогов программ Demand Response в Северной Америке, Западной Европе и ряде других регионов), в отсутствие которых экономический эффект, превосходящий затраты на цифровизацию электроэнергетики, недостижим, вне зависимости от источников финансирования цифровизации.

Для индустрии и регуляторов, ведущих обсуждение нормативной базы для цифровизации электроэнергетики, имеет смысл скорректировать рассматриваемый в настоящее время в качестве основного подход «большого взрыва» к внедрению систем интеллектуального учета потребления электроэнергии с учетом накопленного в США и Западной Европе опыта, с переносом акцентов на развитие систем экономической мотивации конечных потребителей и энергокомпаний.

2018

Госдума приняла закон об интеллектуальных системах учета электроэнергии

В пресс-службе Минэнерго рассказывали РБК , что если срок установки счетчиков газа будет законодательно продлен до 1 января 2021 года, то риски, связанные с административной ответственностью для организаций, которые «осуществляют снабжение природным газом или его передачу и на которых возложена обязанность совершить действия по оснащению приборами учета газа до 2019 года», также отсрочатся до 2021 года.

Минстрой отложил обязательную установку «умных» счетчиков в новостройках

Установка «умных» счетчиков в российских новостройках станет обязательной в домах со сроком ввода в эксплуатацию после 1 января 2020 года. О планах установить соответствующие нормативы «Известиям » сообщили в Минстрое . Речь идет как об общедомовых, так и об индивидуальных приборах учета всех ресурсов.

В мае сообщалось, что Минстрой намеревался ввести эти требования на полгода раньше - с 1 июля 2019-го. Почему срок в итоге был перенесен, газета не сообщает. Зато из материала ясно следует, что министерство не поддержало недавнюю инициативу «Россетей» о запрете установки «неумных» счетчиков как таковых.

Установка «умных» счетчиков станет обязательной с 2019 года

Установка интеллектуальных счетчиков электрической энергии позволила снизить потери в сетях на 10 - 30%. Таковы итоги эксперимента, проведенного в трех регионах России: Калининградской, Тульской и Ярославской областях. Об этом со ссылкой на данные региональных поставщиков пишет в мае 2017 года ТАСС .

В частности, в Калининградской области после установки «умных» приборов потери снизились на 37%, сообщили в «Янтарьэнерго ». В рамках эксперимента такие счетчики установили более чем у 20 тыс. региональных потребителей. В Тульской области потери в сетях уменьшились на 10%, сообщили в филиале «Тулэнерго » ПАО «МРСК Центра и Приволжья ». Здесь интеллектуальные счетчики получили 27 тыс. потребителей.

Одним из главных преимуществ подобных систем является возможность самостоятельно передавать данные об использовании электричества энергосбытовым компаниям в режиме реального времени. В результате вероятность хищений стремится практически к нулю.

Однако выиграть от «умных» счетчиков могут не только поставщики, но и добросовестные потребители. Их установка позволяет вводить систему дифференцированных тарифов, в том числе на каждый месяц в году. Потребитель сумеет существенно сэкономить, если будет иметь возможность использовать существенную долю электроэнергии вне «пиковых» периодов.

По оценкам экспертов группы компаний «Оптима », в отечественном секторе число установок умных приборов учета не превышает и 500 тыс. Драйверами роста рынка станет изменение российского законодательства, которое должно обязать обслуживающие и ресурсоснабжающие организации в обязательном порядке заменять обычные счетчики на умные, говорят эксперты. Еще один драйвер роста рынка – развитие технологий, в том числе – Интернета вещей . Например, сети LPWAN сделают многообразие «умных» приборов учета стандартом отрасли. При этом эксперты не исключают, что барьерами для развития интеллектуального учета могут стать отсутствие нужных законов или их медленное исполнение.

Законопроект о бесплатной установке новых счетчиков электроэнергии

В апреле 2017 года был разработан и внесен в Госдуму законопроект правительства о бесплатной установке новых счетчиков электроэнергии. На это с июня 2018 года могут рассчитывать те, у кого счетчик вышел из строя или закончился срок его эксплуатации (16 лет). Обычно на замену жильцам дают трехтарифные счетчики. Как подсчитали эксперты, услуги монтажа нового однотарифного счетчика обходится московской семье в 6 тыс. рублей. Сейчас в большей части регионов энергосбытовые компании предлагают менять счетчики абонентам за свои деньги.

Тенденции российского рынка интеллектуальных приборов и систем учета энергоресурсов в 2010-2015 гг.

J’son & Partners Consulting представила осенью 2016 года краткие результаты исследования основных тенденций российского рынка интеллектуальных приборов и систем учета энергоресурсов в 2010-2015 гг. и прогнозов его развития на период до 2020 года.

Одной из основных задач, стоящих перед энергетическим комплексом всего мира, является разработка принципиально новых подходов к модернизации и инновационному развитию отрасли, направленных на повышение надежности и качества снабжения, создание возможностей для активного взаимодействия между генерацией и потребителями энергии, расширению возможностей по управлению потреблением, а также массовому внедрению экологически безопасных энергетических технологий.

Предпосылки для внедрения интеллектуальных систем учета энергоресурсов в России

Проблема повышения энергоэффективности российской экономики является одной из наиболее актуальных задач. Реализуемая в Российской Федерации политика, направленная на повышение энергетической эффективности национальной экономики, предусматривает комплексную модернизацию электроэнергетической инфраструктуры страны. В связи с этим важную роль играют процессы оснащения всех категорий потребителей современными решениями в сфере учета энергоресурсов.

Принятие Правительством ряда последовательных решений и, в частности, в жилищно-коммунальном хозяйстве, способствовали существенному росту рынка приборов учета за последние годы.

В России сформированы хорошие предпосылки для развития интеллектуальных систем учета энергоресурсов. Однако указанные проекты, за исключением сегмента учета электроэнергии, пока что не получили массового распространения.

В наибольшей степени современные системы внедряются в РФ в сегменте учета электроэнергии.

По состоянию на июнь 2016 г. в РФ внедрено 6099 систем АИИС КУЭ.

В стоимостном выражении российский рынок АИИС КУЭ в 2011-2015 гг. демонстрировал достаточно устойчивый рост. Если в 2011 г. совокупные продажи подобных решений в целом по стране оценивались в 1,3 млрд. руб., то по итогам 2015 г. объем рынка оценочно составил 1,9 млрд. руб.

Отраслевая структура реализации проектов в сфере внедрения АИИС КУЭ характеризуется доминированием объектов электросетевого комплекса в структуре продаж.

В сегменте учета тепловой энергии возможность дистанционного снятия показаний приборов учета имеется примерно у половины эксплуатируемого в РФ парка счетчиков.

В то же время в сфере интеллектуального учета природного газа и воды в последние годы реализовано относительно небольшое число проектов.

Перспективы внедрения систем интеллектуального учета энергоресурсов в России

Одним из ключевых направлений повышения эффективности использования энергии является оснащение потребителей современными системами учета электроэнергии. Начиная с 2005 г., в России отмечался устойчивый рост производства и потребления электросчетчиков. Ключевыми категориями объектов-потребителей приборов учета электроэнергии являются:

• индивидуальные жилые дома и квартиры;
• многоквартирные жилые дома;
• объекты электроэнергетической инфраструктуры;
• объекты коммерческой недвижимости;
• объекты промышленности;
• объекты бюджетной сферы.

Другим важным направлением являются системы учета тепла. Россия обладает развитой системой централизованного теплоснабжения. В стране эксплуатируется свыше 52 тыс. изолированных систем теплоснабжения. Кроме крупных ТЭЦ общего пользования, в стране эксплуатируется большое число ТЭЦ промышленного назначения, тысячи котельных и миллионы индивидуальных теплогенераторов (индивидуальных бытовых котлов, печей).

Среднесрочные перспективы российского рынка водосчетчиков в значительной мере будут определяться мерами государственной поддержки проектов в сфере развития приборного учета энергоресурсов. И хотя на сегодняшний день проблема оснащения приборами учета воды в сфере жилищно-коммунального хозяйства в значительной мере снята, но до сих пор остается проблема внедрения интеллектуальных систем автоматического учета в потребительском сегменте.

Оснащение потребителей приборами учета природного газа является важным направлением повышения эффективности использования энергии в сфере ЖКХ , промышленности, коммерческом секторе. Несмотря на высокую долю природного газа в топливно-энергетическом балансе страны, указанный сегмент рынка характеризуется значительным потенциалом роста, в первую очередь ввиду недостаточной степени оснащения газосчетчиками объектов жилищно-коммунального сектора. По данным Росстата , удельный вес жилой площади жилого фонда, оборудованного природным газом, в стране составляет около 70%, что открывает огромный потенциал для развития интеллектуальных систем учета.

Перспективы развития российского рынка решений для интеллектуального учета энергоресурсов определяются достаточно широким спектром факторов, среди которых следует выделить:

• текущий уровень внедрения приборов учета современных типов, позволяющих использовать их в многоуровневых системах диспетчеризации;
• темпы дооснащения потребителей общедомовыми приборами учета энергоресурсов в соответствии с требованиями ФЗ-261;
• динамика финансирования региональных программ энергосбережения;
• динамика объемов нового жилищного и коммерческого строительства;
• динамика объемов капитального ремонта многоквартирного жилого фонда;
• стоимость технологических решений в сфере смарт-учета, предлагаемых на рынке РФ;
• уровень тарифов на энергоресурсы;
• разработка и реализация целевых программ, пилотных проектов в сфере внедрения решений смарт-учета;
• адаптация существующих технических отраслевых стандартов к внедрению интеллектуальных систем учета энергоресурсов.

Для оценки среднесрочных перспектив развития российского рынка технологий смарт-учета компанией J’son & Partners Consulting были сформулированы три возможности развития рынка: базовый, оптимистический и пессимистический сценарии.

В основе сценарных допущений рассматриваются следующие факторы:

• прогнозируемые сроки завершения оснащения всех многоквартирных домов общедомовыми приборами учета;
• степень проникновения смарт-учета на рынок в различных сегментах учета рынка энергоресурсов;
• темпы роста жилищного строительства в РФ и некоторые другие.

С учетом принятых в исследовании J"son & Partners Consulting cценарных допущений предполагается, что степень проникновения современных интеллектуальных средств учета электроэнергии на российском рынке к 2020 г. может составить, в зависимости от сценария, от 10% до 40%. При этом ключевой потенциал роста рынка заключается в использовании решений АИИС КУЭ на объектах жилого фонда.

К 2020 г. спрос на интеллектуальные приборы учета электроэнергии в рамках рассматриваемых сценариев развития рынка может составить от 0,7 до 3,0 млн. шт.

В сегменте учета тепловой энергии степень проникновения современных интеллектуальных средств учета на рынке РФ к 2020 г. может составить в зависимости от сценария от 60% до 100%. Наиболее перспективным направлением будет являться внедрение многоуровневых систем диспетчеризации показаний общедомовых приборов учета тепловой энергии на многоквартирном жилом фонде, а также решения в сфере диспетчеризации теплосчетчиков, установленных на локальных теплоснабжающих объектах. Прогнозируемый спрос на интеллектуальные приборы учета тепловой энергии к 2020 г. в рамках рассматриваемых сценариев развития рынка может составить от 238 до 510 тыс. шт.

Темпы развития современных средств учета воды в России в период до 2020 г. в рамках выполненных сценарных допущений будут менее значительными по сравнению с сегментами учета электрической и тепловой энергии. Ключевыми сдерживающими факторами для развития указанного рынка будут являться длительные сроки окупаемости подобных проектов, а также распространение на рынке более дешевых товаров-заменителей - традиционных крыльчатых счетчиков.

Прогнозируемая степень проникновения современных интеллектуальных средств учета воды на рынке РФ к 2020 г. может составить в зависимости от сценария от 15% до 40%. Наиболее перспективным направлением будет являться внедрение многоуровневых систем диспетчеризации показаний общедомовых приборов учета воды на многоквартирном жилом фонде, а также у крупных промышленных потребителей.

Оцениваемый в рамках рассматриваемых сценариев спрос на интеллектуальные счетчики воды к 2020 г. может составить от 2,2 до 6,0 млн. шт.

Основным перспективным направлением внедрения средств интеллектуального учета природного газа в РФ до 2020 г. будет являться внедрение систем АСКУГ у различных категорий потребителей, в первую очередь на объектах многоквартирного жилого фонда.

Степень проникновения современных счетчиков природного газа на рынке РФ к 2020 г. может составить в зависимости от сценария от 9% до 25%, а спрос на интеллектуальные приборы учета газа (интегрированные в системы АСКУГ) к 2020 г. может варьироваться в пределах от 202 до 593 тыс. шт. в год.

• Альтернативная энергетика (Россия и мир)
  

Проблемы и решения

• Работа возобновляемых источников энергии (ветер и солнце) обусловлена скорее погодными и климатическими условиями нежели потребностями пользователей, что делает управление и распределение электроэнергии еще более сложным. Как следствие, затрагивается стабильность сетей в части напряжения и частоты.
• Проблемы возникают и у тепловых электростанций, которые должны работать с максимальной полной нагрузкой. Тем не менее, учитывая изменения спроса и выработки электроэнергии от солнца и ветра, станции должны регулировать производство энергии довольно часто. Это приводит к потерям производительности и износу.
• Аккумулирование электроэнергии может решить обе проблемы.
• Среди различных доступных технологий для хранения электроэнергии, аккумуляторная (гальваническая) батарея получила наибольшее распространение.
• Однако аккумулятор - это источник постоянного тока, поэтому для его подсоединения к сети необходим преобразователь.
• Ansaldo Sistemi Industriali производит силовое оборудование и соответствующие системы управления, необходимые для регулирования аккумуляторов электроэнергии и гарантии соответствия параметров с национальной сетью.

Аккумуляторы электроэнергии - часть проекта ASI под названием Zeus

ZEUS: Локальные интеллектуальные сети

Локальные интеллектуальные сети (Micro Smart Grid) представляют собой электросистему связанных генераторов и нагрузок. Интеллектуальная электрическая сеть может представлять собой небольшую сеть,обслуживающую определенную территорию и не подсоединенную к другим сетям(напр. остров).
Локальная сеть контролируется интеллектуальной инфраструктурой (напр. Система управления электроэнергией), которая управляет энергопотоками.

Power Management System (PMS) или Система управления электроэнергией регулирует в режиме реального времени выработку и потребление электроэнергии.

Интеллектуальная электрическая сеть (Smart Grid) подразделяется на кластеры, как правило, по территориальному принципу Каждый кластер может работать в автономном режиме, если внешняя сеть не работает.

Локальные интеллектуальные сети

Решения для хранения электроэнергии

Главные характеристики аккумулятора

Система хранения электроэнергии может брать энергию из сети, когда наблюдается избыток её выработки, и наоборот, выдавать электроэнергию соразмерно
потребностям, в случае если наблюдается дефицит. Временная граница зарядки /разрядки может занимать секунды, минуты или часы. Поэтому система может работать по-разному:

• Снятие пиков нагрузки / временная манипуляция : система может хранить энергию, когда нагрузка сети мала, и выдавать электроэнергию во время пиков нагрузки. Стандартное применение: солнечная энергетика, ветровые станции для увеличения производительности.
• Балансирование : компенсация произвольного производства энергии от солнца/ветра ежесекундно/ежеминутно. Качество электроэнергии: система может осуществлять контроль над реактивной мощностью, независимо от активной мощности. Благодаря этому увеличивается линейный коэффициент мощности либо уменьшаются нежелательные гармоники в сети.
• Регулирование напряжения : устройство регулирования реактивной мощности может применяться оператором сети для обеспечения стабильности линейного напряжения.
• Регулирование частоты, первичный и вторичный резервы : специально выделенная функция управления соединяет активную мощность с линейной частотой автоматически. Оператор сети может использовать данную функцию для обеспечения работы оборудования в режиме «резерва» для регулирования частоты.
• Холодный пуск : система может также обеспечивать аварийный запуск из полностью обесточенного состояния. Аккумулятор через инвертор питает сеть после перебоя электроснабжения и позволяет, тем самым, сети работать в нормальном режиме.
• Первичный «резерв» для традиционных электростанций : оборудование работает параллельно с главным теплогенератором, обеспечивая их полную загрузку, поскольку необходимый «резерв» может быть предоставлен аккумулятором в течение одной минуты.

Решения для аккумулятора

Аккумулятор соединен с сетью посредством инвертора с активным фильтром; данное решение используется в солнечных и ветряных электростанциях. Зарядка / разрядка группы аккумуляторов контролируется DC/DC преобразователем.

Система базируется на решении PMS, собственность Ansaldo Sistemi Industriali:

DC/DC преобразователь

Зарядка / разрядка группы аккумуляторов контролируется отдельными DC/DC преобразователями, каждый из которых работает с группой аккумуляторов в
соответствии со схемой (В/ I) напряжения - тока, предоставленного производителем аккумуляторов. У каждой группы аккумуляторов есть BMS (система управления
аккумулятором). BMS соединена с системой Scada Artics Smat Energy компании. Стандартные кривые аккумулятора приведены ниже:

Система может взаимодействовать с различными типами аккумуляторов: литий-ионные, натриевые и прочие. Использование отдельного dc/dc контроллера для каждой группы аккумуляторов позволяет лучше управлять системой в оперативном режиме и достичь более высокой эффективности.
Каждая группа аккумуляторов может быть заряжена и разряжена с помощью отдельной логики управления с целью оптимизировать работу аккумулятора. Разница в работе среди различных видов аккумуляторов из-за неизбежных отклонений может быть компенсирована. Каждый dc/dc преобразователь связан с внутренней шиной постоянного тока преобразователя с активным фильтром. Стандартная внутренняя DC схема работает в диапазоне напряжения 0,6 -1 кВ, в зависимости от размеров и мощности системы хранения. Решение Ansaldo Sistemi Industriali предусматривает резервирование в группе аккумуляторов (напр. Каждая группа будет работать независимо от работы других групп аккумуляторов).

Инвертор с активным фильтром

	Интерфейс с сетью обеспечивается за счет связи инвертора с активным фильтром с отдельной системой управления, что позволяет отдельно регулировать активную и реактивную мощность. Специальный линейный фильтр чистит высокочастотные гармоники, не пропуская их в сеть.
	Напряжение фильтруется инвертором для удаления гармоник. Полный коэффициент гармонических искажений - в рамках допустимых значений (напр., не более 2%).

Контроль активной и реактивной мощности

Отдельные функции для контроля активной и реактивной
мощности

A): Данная функция привязывает активную мощность к частоте сети B): Коэффициент мощности как функция активной мощности. C): Реактивная мощность как функция напряжения сети.

Способность поддержания непрерывности
электроснабжения при сбоях (пример)

Первичное и вторичное регулирование частоты. Регулирование реактивной мощности для стабилизации напряжения в сети. Автоматическая параллельная работа в слабых сетях, запитанных от небольших дизель-электрических групп.

Инвертор с активным фильтром для слабых сетей

Возможности системы при коротком замыкании для того, чтобы защитные распределительные устройства успели включиться.

МОДУЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР: мо щность 20 - 1000 кВт

ИНВЕРТОР В КОНТЕЙНЕРЕ: 500-750-1000-1500 кВт станции

Решение для хранения электроэнергии

Система аккумулятора в автономном режиме

Аккумуляторы в параллельном соединении на одной шине постоянного тока. Солнечная электростанция

КОММУНИКАЦИЯ: инвертор - станция - внешняя сеть

Валогенератор

Валогенератор - это особый синхронный генератор, приводимый в движение валом главной силовой установки; вращается на постоянных оборотах. Связь генератора и сети обеспечивается за счет инвертора с активным фильтром. Система используется во время навигации в режиме экономии топлива.

Сеть судна также питается от дизель-электрического генератора.
Сеть характеризуется малой установленной мощностью и может быть рассмотрена как Локальная Сеть, регулируемая Системой управления электроэнергии (PMS). Валогенератор должен обеспечивать питание сети в автономном или параллельном режиме с другими дизельными группами. Должны быть обеспечены следующие параметры:

Инвертор способен обеспечить первичное регулирование в части частоты и напряжения. Возможно также обеспечить вторичное регулирование с помощью точек, заданных PMS.

СМЕШАННАЯ ГЕНЕРАЦИЯ: ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОТ И СОЛНЕЧНАЯ

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ДЛЯ ОТДАЛЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

В отдаленных регионах сети могут быть изолированы от главных линий электропередач. Такие сети, как правило, работают в автономном «островном» режиме и питаются от генераторов различного типа, в т.ч. от дизель-электрических. Развитие возобновляемых источников энергии способствует развитию систем, способных работать на традиционных или экологически чистых видах топлива.

Новыми драйверами становятся высокая эффективность и энергосбережение. Пример: проект отдаленной насосной станции, где дизель генераторы работают параллельно с солнечными. Система включает в себя одну станцию для генерации энергии с помощью дизельных установок. Параллельно применяется генерация от солнечных панелей. Солнечная установка вырабатывает электроэнергию и пускает ее в сеть с помощью инвертора с активным фильтром. Такое решения позволяет экономить энергию и сократить выбросы углекислого газа, т.к. в дневные часы приоритет распределения отдается энергии, полученной от возобновляемых источников энергии.

СМЕШАННАЯ ГЕНЕРАЦИЯ: ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНАЯ И ПРИЛИВНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ (МАЛЫЕ ГЭС)

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И АККУМУЛЯЦИЯ

Солнечные установки, мощностной диапазон 1 - 10 МВт ч

ХРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Хранение электроэнергии в диапазоне от нескольких МВт до десятков МВт. Тип батареи: натриево-никелевые И литий-ионные.
Функциональность:

• Первичное и вторичное регулирование частоты
• Реактивная мощность: емкостной / индуктивный режим
• Возможность временного сдвига
• Ограничение пиковой нагрузки

ВЫВОДЫ

ASI может поставить необходимое технологическое оборудование, интегрировать его в систему, осуществлять управление большей частью энергетической цепочки.
Богатый опыт ASI в альтернативной энергетике и в создании устойчивых энергетических решений гарантирует:

• Разработку и внедрение гибких и эффективных технологических решений.
• Быстрый возврат инвестиций.
• Комплексный подход.
• Легкую интеграцию с автоматизацией здания и с беспроводными решениями для мониторинга.

Компания Schneider Electric является мировым экспертом в области управления электроэнергией и ведущим разработчиком и поставщиком комплексных энергоэффективных решений для энергетики и инфраструктуры промышленных предприятий, объектов гражданского и жилищного строительства, а также центров обработки данных. За 175 лет своего существования компании удалось занять лидирующую позицию в отрасли. Об одном из наиболее интересных направлений деятельности компании в области энергетики - Self Monitoring Analysis and Reporting Technology (Smart Grid) - нашему корреспонденту рассказал Константин Комиссаров, вице-президент, руководитель бизнес-подразделения «Инфраструктура» ЗАО «Шнейдер Электрик».

Константин Комиссаров, вице-президент, ЗАО «Шнейдер Электрик»

Могли бы вы в простых терминах, понятных для большинства технических специалистов широкого профиля, пояснить, что такое «умные сети»? Какие практические выгоды дает применение этих технологий?

«Умная сеть» позволяет повысить уровень бесперебойности и качество электроэнергии, оптимизировать затраты на эксплуатацию и, соответственно, повысить экономические показатели эксплуа­тирующей организации. С одной стороны, потребители должны получать качественную электроэнергию, с другой - эксплуатирующей организации должно стать удобнее работать.

Обычная сеть сложилась исторически, когда не было математического аппарата, позволяющего планировать развитие сети, когда требования к надежности и качеству электроэнергии оставались вопросом далекого будущего и считались не актуальными. С тех пор возникло много глобальных и оперативных факторов: появились ЦОДы, большие больницы, высотные здания, аэропорты. То есть, появились новые потребители, которые предъявляют исключительные требования к качеству и надежности электроэнергии. С другой стороны, разрастаются городские, промышленные конгломераты, возникают «пробки» в сети, соответственно, обслуживать их становится дороже. Сами сетевые предприятия - это компании, рентабельность бизнеса которых низка и регулируется государством. Снизить издержки, сделать сетевое предприятие экономически эффективным - та задача, которой не было 20–40 лет назад. Интеграция новых функций, которые прежде были неактуальны, - вот что такое «умная сеть». Это не дешевое удовольствие. Такая сеть сегодня, благодаря специальному оборудованию и методам математического моделирования, позволяет сделать то, что в прошлом выполнялось вручную: контроль учета, снижение технических и коммерческих потерь, планирование развития, оптимизация потоков мощности, оценка надежности и т. д.

Можно ли оценить в каких-либо цифрах экономический эффект от применения технологий Smart Grid с точки зрения экономии электроэнергии, повышения надежности электросетей и т. п.?

В целом интеграцию систем в Smart Grid можно отнести к проектам, которые имеют средне- и долгосрочный горизонт возврата инвестиций. Чтобы сделать сеть экономически эффективной и умной, необходим комплекс мероприятий. Надо начинать со специфики: есть относительно современные сети, есть промышленные, есть сети инфраструктурных объектов, и все они по-разному управляются. Поэтому достаточно сложно сразу оценить экономический эффект.

Чтобы все же не быть голословным, могу сказать, что у нас есть расчет внедрения такой системы для промышленных сетей мощностью 40 МВт, т. е. небольших сетей, которые состоят из одной подстанции 110–35 кВ, четырех подстанций 35–6 кВ и 40 подстанций 6–0,4 кВ. Мы получили инвестиции порядка $1 млн, и возврат вложений за счет снижения технических и коммерческих потерь составил пять-шесть лет. Но в городских условиях цифры будут совершенно другими. Это зависит от тарифов, штрафов, договоров с потребителями, отношений с поставщиками и т. д.

Если говорить о российской ситуации, то ее основное отличие от того, что делается в других странах, - разница в расчете окупаемости проектов. Например, в Италии был реализован ряд проектов в области управления распределительными сетями, и сегодня вся Италия управляется из нескольких центров. Проект дорогой, но срок окупаемости первой части составил менее полутора лет за счет того, что однозначно была просчитана экономия от снижения потерь и затрат ресурсов. На сегодня в России мы такой метод расчета применить не можем, потому что электроэнергию продают потребителю не сетевые компании. Потери нынешнего года фактически компенсируются тарифом следующего, тарифы регулируемы, и посчитать нормальный срок окупаемости, оптимизировать потери и этим окупить проект, невозможно. Создать более или менее внятное технико-экономическое обоснование проектов диспетчеризации и автоматизации в России крайне сложно. Все понимают, что это нужно, но внятное финансовое обоснование получить невозможно, соответственно, инвестиции, которые направляются в Smart Grid, являются вкладом в общее улучшение показателей сети, а не конкретным бизнес-проектом. Это, конечно, сильно тормозит интеллектуализацию сетей. Если бы у нас были другие методы формирования тарифов, расчета потерь и разграничения зоны ответственности между сетью и потребителем, то был бы возможен нормальный расчет сроков окупаемости, это придало бы значительный импульс отрасли.

Какая страна на сегодня является самой «продвинутой» с точки зрения применения Smart Grid?

Одной из самых прогрессивных в части внедрения Smart Grid на сегодня является Италия. Крупнейшая итальянская энергетическая компания ENEL - фирма публичная, ее акции торгуются на бирже. Поэтому эффективность работы оценивается потребителями. Они имеют влияние на работу компании, что стимулирует к внедрению инновационных технологий. После завершения ряда проектов по построению интеллектуальных сетей вся Италия управляется из нескольких диспетчерских центров. В этом есть и заслуга самой компании ENEL, пропагандирующей комплексный подход к инновационным внедрениям. Они смотрят на таких мировых лидеров рынка, как Schneider Electric, как на эксперта и технологического партнера. Это связано с тем, что внедрение Smart Grid максимально эффективно с применением оборудования, готового к интеграции в эту систему. Его произвести дешевле, чем купить обычное оборудование, привлечь интегратора, разработать новый проект, после чего провести модернизацию всей сети.

Пример ENEL - это успешный мировой опыт реализации комплексного проекта, который применим и для российских компаний. Безусловно, внедрение технологий Smart Grid для сетей, где оборудование эксплуатируется уже несколько десятков лет, - это дорогое удовольствие. Сами сетевые компании не могут позволить инвестировать значительные деньги в построение такой системы. Поддержка государства и государственное регулирование важно для внедрения «умных» сетей. В свою очередь, для вновь строящихся объектов, с учетом среднесрочной перспективы их развития, комплексный подход необходим еще на этапе создания концепции объекта.

В каком из исследовательских центров Schneider Electric изучается Smart Grid?

Прежде всего, нужно отметить исследовательские центры в Новом Саде (Сербия) и в Барселоне (Испания). В Гренобле есть совместный исследовательский центр с ERDF. Ну и, конечно, мы рассчитываем, что в ближайшее время таким центром станет Сколково.

Какие российские сетевые компании владеют технологией Smart Grid?

Что касается электросетевых предприятий, надо сказать, что, прежде всего, идеология строительства сетей была заложена советскими учеными-математиками. Энергетические компании развивают Smart Grid в процессе своей операционной деятельности - в их инвестиционных программах заложены вопросы увеличения надежности энергоснабжения и управляемости сетей, а это и есть «умная» энергетика. Иными словами, в России и, ранее, в СССР внедряли элементы Smart Grid в его сегодняшнем публичном понимании еще с момента образования единой энергосистемы.

Сейчас сетевые предприятия принимают во внимание коммерческий учет и телемеханику - устройство дистанционного управления сетью. Это связано с рядом причин. Во-первых, «пробки» уже совершенно другого размера, чем 30 лет назад, и, соответственно, требования к качеству, надежности сети и ее эффективности совершенно другие, требуется снижение эксплуатационных расходов. Во-вторых, в силу разветвленности сегодняшнюю сеть очень сложно обслуживать. Есть проблемы с набором сотрудников эксплуатационных служб. Если взять, к примеру, ведущие сетевые предприятия в России, то они имеют численность персонала, в три раза большую по сравнению с сопоставимыми подразделениями западных компаний. Smart Grid позволяет решить эти проблемы.

Есть ли примеры масштабного внедрения технологий Smart Grid в России?

Первые интеллектуальные распределительные сети в качестве пилотных проектов появились в Москве, Санкт-Петербурге и Казани, чуть позже в Иркутске. То есть у нас за плечами есть ряд успешно реализованных пилотных проектов, либо проектов, которые мы для себя считаем пилотными, но они включают несколько десятков сетевых сооружений, находятся в штатной эксплуатации, и мы набираем опыт работы по таким объектам. Один из таких проектов - пилотная зона, которую мы реализуем совместно с «Ленэнерго». Она включает в себя участок сети 6 кВ в исторической части Санкт-Петербурга. Задачи, которые мы ставили перед этим проектом, - подтвердить работоспособность предлагаемых решений и технологий, на реальном примере продемонстрировать возможность интеграции в сети Smart Grid не только современного оборудования, но и оборудования предыдущих поколений. Например, одна из подстанций в Санкт-Петербурге оснащена российским оборудованием 60-х годов прошлого века.

Нельзя не отметить проект в Сибири, где пионером по части внедрения технологии Smart Grid стала «Иркутская электросетевая компания». Филиал ИЭСК «Южные электрические сети» выступил заказчиком работ по проектированию системы и строительству двух диспетчерских пунктов, позволяющих управлять «умными» сетями. Компания Schneider Electric предоставила комплекс услуг по налаживанию «умной» сети, включая проектирование, поставку и монтаж оборудования, установку программного обеспечения и последующее сервисное обслуживание аппаратуры. Более того, мы провели обучение сотрудников «Южных электрических сетей» основам работы с новой технологией.

Говоря о проектах Smart Grid, нельзя не отметить важное событие в жизни Schneider Electric, которое расширило наши возможности в области интеллектуализации сетей. Это приобретение компании Telvent - мирового лидера в системах диспетчеризации и SCADA. На сегодня компания Schneider Electric реализует проекты по управлению распределительными сетями в целом, от поставок умного электрооборудования в трансформаторные подстанции до систем управления режимами в масштабах региона. Весь этот спектр мы способны закрыть собственными решениями, и такие проекты уже реализуются.

Оправдано ли привлечение зарубежных компаний к внедрению и развитию интеллектуальных сетей в России?

У зарубежных компаний существует опыт внедрения. С другой стороны, мы должны учитывать вопросы стратегической национальной безопасности. Энергетика относится именно к таким базовым отраслям, которые определяют безопасность существования государства. С одной стороны, необходимо использовать уже наработанный опыт зарубежных компаний. В то же время российские граждане должны быть уверены, что международный партнер «не свернет» свою деятельность и не уедет «обратно», оставив все здесь без технической поддержки. Это опасно - привозить решения компаний, которые не знают российских технических привычек, не имеют развернутой производственной базы и сервиса. Поэтому компания должна иметь сильное присутствие на российском рынке, заниматься поставкой, внедрением, разработкой.

Чувствуете ли вы понимание важности внедрения технологий Smart Grid со стороны российских органов власти?

На сегодня все понимают, что «умные сети» внедрять надо. Но пока в России создать внятное технико-экономическое обоснование внедрения Smart Grid достаточно сложно. Если на Западе Smart Grid и Smart Metering - неразрывные понятия, то в России окупить затраты на «умные сети» за счет снижения потерь или недоотпуска пока невозможно. Ситуация не изменится, пока не появятся государственные стандарты в области организации распределительных сетей и требования по телемеханике и диспетчеризации, соответствующие современным условиям развития городов. Так что понимание важности есть, а денег нет.

Необходимо ли предпринимать какие-то активные действия для популяризации идеи Smart Grid в России?

Если посмотреть на опыт других стран, то проекты, связанные с внедрением Smart Grid и управлением сетями, занимают не один год. Обычно это происходит по­этапно, в зависимости от установленного парка и бюджета. Если в России поменяется законодательная база и компании получат экономический стимул к внедрению данных технологий, то в течение десяти-пятнадцати лет можно будет заметить эффект от массового применения интеллектуальных технологий. Нужны активные действия на всех фронтах - от пропаганды до материального стимулирования, как, например, налоговые льготы при реализации долгосрочных проектов. То есть фактически нужно законодательно разрешить сетям при внедрении проектов Smart Grid получать возмещение либо в тарифе, либо в налоговых льготах.

Интеллектуализация существующей сети требует затрат, сопоставимых со строительством новой сети, притом что стоимость самого оборудования, программное обеспечение, работы при организации Green Field не будут превышать 10% от стоимости проекта. Поэтому при реализации новых планов строительства распределительной сети целесообразно изначально закладывать современные технические принципы. Такой подход будет более эффективным экономически по сравнению с традиционным, когда строится базовая сеть, которая спустя некоторое время оснащается интеллектом.

Schneider Electric была основана братьями Шнейдер спустя два года после того, как в 1836 г. к ним перешли литейные заводы Крезо, испытывавшие в то время проблемы. Через полвека фирма взялась за освоение зарождающегося рынка электроэнергетики. Спустя практически 100 лет компания продолжает концентрировать усилия в электротехнической промышленности. Приобретение в 1988 г. компании Telemecanique, в 1991 г. - Square D и в 1992 г. Merlin Gerin привело к созданию Schneider Electric Group. Такая политика позволила компании заявить о себе в новых сегментах рынка: HMI, UPS, управление передвижениями, оборудование VDI, сенсорная технология, автоматизация и системы безопасности зданий и т. д. В настоящее время Schneider Electric предлагает российским клиентам также сервисное обслуживание, эффективную логистику, энергоаудит, передачу инновационных технологий и обучение