Что такое smart grid
Энергетические комплексы будущего: внедрение возможно в ближайшие 3 года
Умные электросети и цифровые двойники выводят энергетическую отрасль на новый уровень
Электросети дают сбои во всем мире. Неполадки в их работе оставляют без электричества десятки тысяч человек и ведут к миллиардным убыткам. В таких сферах важно оптимизировать работу за счет новых технологий: уже придумали и начали внедрять умные электросети с цифровыми двойниками. Этот инструмент цифровизации помогает свести риск сбоев к минимуму.
Рассказываем о том, какую выгоду принесет цифровизация компаниям-энергетикам и потребителям электроэнергии.
Что такое умные электросети и цифровые двойники
Умная электросеть с цифровыми двойниками — это интеллектуальная цифровая подстанция и технологии семейства Smart Grid. Такие электросети —
главные компоненты энергетических комплексов будущего. Они надежнее и безопаснее обычных электросетей, более устойчивы к стрессам, реже отказывают.
Технологии Smart Grid – сети электроснабжения с повышенной эффективностью. Источник фото: magazine.neftegaz.ru
«В интеллектуальных энергетических комплексах используют датчики, счетчики, сенсоры и аналитические инструменты. Они в реальном времени собирают и обрабатывают данные о работе подстанции или электросети, помогают следить за состоянием оборудования. Так компании-электроэнергетики смогут полностью контролировать процессы производства и распределения энергии на всех этапах: от электростанции до бытовой розетки дома у потребителя», — рассказал наш эксперт Владимир Максимов.
Цифровые двойники — одна из частей умной энергосети. Это информационные модели действующих производственных объектов: электростанции, подстанции, магистральной сети и т.п.
Цифровые двойники меняют принципы работы энергосистемы. Виртуальные копии реальных объектов, которые имитируют их работу, помогают управлять энергосетями эффективнее.
Как создают цифровые двойники
Цифровой двойник — одна из технологий молодого технологического направления Индустрии 4.0. Это киберфизическая система, которая тесно связывает цифровой мир и физическую реальность.
Развитие интернета вещей и искусственного интеллекта стало мощным толчком для развития технологии создания цифровых двойников. Уже формируются единые подходы к технологиям и терминологическая база.
Создание цифрового двойника проходит в два этапа:
Отладка алгоритмов функционирования объекта или системы
Проверка гипотез: как ведет себя система в пограничных и нештатных ситуациях, когда нормальное функционирование нарушено
Цифровые двойники строят на базе специализированных платформ.
Модели создают с помощью многочисленных датчиков и искусственного интеллекта на основе нейросетей, а также технологий высокоскоростных вычислений на основе разнообразных данных.
Данные в цифровой двойник передают специальные системы: IoT-устройства, контрольно-пропускные пункты и маяки. Еще взаимодействовать с двойником могут люди: технические специалисты и руководители предприятий вводят некоторые данные вручную.
Интерактивный сбор данных с IoT-устройств позволяет в режиме онлайн наблюдать за объектом или процессом и даже управлять ими.
Для извлечения информации применяется ПО, которое детализирует и конкретизирует данные: BMS, CMMS, CAFM.
Например, Apache Kafka вместе со Spark, Storm, Flink или NiFi обеспечивают непрерывную агрегацию и онлайн-обработку эксплуатационных данных. За надежное хранение информации и данных из CAD, CAE, CAM, MRP, ERP, SCM, CRM, SCADA-систем отвечает экосистема Apache Hadoop.
Закономерности в работе сети выявляют при помощи нейросети. Для этого нужны большие массивы данных о работе производственного объекта за определенный период времени. Чтобы оперировать такими объемами информации нужны большие вычислительные мощности. На них можно проводить расчеты в режиме реального времени и постоянно обновлять модели на основе полученных данных. Такие возможности появились сравнительно недавно, поэтому технология цифровых двойников набирает популярность.
Цифровые двойники активно используют еще одну трендовую технологию Индустрии 4.0 — дополненную и виртуальную реальность (AR/VR). С ее помощью моделируют различные ситуации и наглядно представляют внутреннее устройство сложных систем.
Проблемы в энергетике можно решить с помощью цифровизации
В «Россетях» уже действуют 84 цифровые подстанции. Оборудовать всю российскую энергосистему такими комплексами — значит оптимизировать и контролировать производство и распределение энергии, стать экологичнее и энергоэффективнее.
Цифровые электростанции экономят миллиарды рублей. Источник фото: relgrid.com
Цифровизация в России движется медленнее, чем в Европе. Российские энергетики в большинстве остаются консервативным в этом вопросе, но необходимость внедрять умные энергосети становится все острее. Инновации помогут решить такие проблемы в обслуживании и эксплуатации энергетических комплексов:
Сложность контроля энергокомплексов. Большинство энергетических объектов расположено в труднодоступных местах. Добраться до них, чтобы провести технический мониторинг, технически сложно, а иногда невозможно.
Убытки из-за нерационального расхода топлива и электроэнергии. Из-за того, что энергосетевые комплексы сложно контролировать силами сотрудников, расходуется больше ресурсов, чем необходимо. Электростанции вырабатывают энергию с избытком, и при этом теряют деньги.
Нештатные ситуации в связи с поломками. Самостоятельно следить за износом и состоянием оборудования практически невозможно. Установки внезапно ломаются, приводят к авариям. Компании остаются без электроэнергии и несут убытки.
Разберемся, как умные электросети решают эти проблемы энергетической отрасли:
Проще контролировать энергокомплексы с помощью беспилотников. Многие компании уже сейчас контролируют оборудование с помощью дронов, оснащенных камерами и датчиками. Аппараты снимают линии электропередачи, выявляют нарушения и попытки несанкционированного доступа на объекты и передают актуальные данные, чтобы система могла правильно смоделировать цифрового двойника объекта.
Число задач, с которыми будут справляться дроны, вырастет в ближайшие годы, а у компаний появится возможность проводить мониторинг автоматически, с помощью беспилотных устройств.
Дистанционный мониторинг помогает лучше контролировать энергокомплексы и снизить убытки. Внедряя системы на базе интернета вещей (IoT), производители электроэнергии эффективнее используют ресурсы, уменьшают потери электроэнергии и оптимизируют строительство новых мощностей.
Искусственный интеллект и машинное обучение планируют ТОиР и предсказывают аварии. В электроэнергетике уже сейчас используют оборудование на основе искусственного интеллекта. С его помощью оптимизируют управление техническим обслуживанием и ремонтом оборудования (ТОиР).
В основе таких инструментов лежит предиктивная аналитика средствами машинного обучения. Система собирает большие массивы данных, собранных датчиками или дронами и прогнозирует события. Цифровой двойник может отразить полный цикл работы подстанции и показать сроки износа оборудования в зависимости от условий эксплуатации. Благодаря этому предотвращают сбои и аварии на объекте.
Экономическая выгода: спасение миллиардов
По прогнозам исследовательской компании Gartner, все крупные промышленные предприятия начнут использовать цифровых двойников в ближайшие 3 года. И энергетика — не исключение. Компании, которые опробовали инновации, уже убедились, насколько это выгодно.
Одна из территориальных генерирующих компаний России внедрила технологию цифровых двойников и уменьшила ущерб от простоя энергоблоков в 5,5 раз. Благодаря постоянному контролю количество инцидентов на блоках парогазовых установок уменьшилось почти в 3 раза.
Компания «Интер РАО Электрогенерация» внедрила систему мониторинга на базе IoT — интернета вещей, и теперь экономит 130 млрд рублей в год на сокращении перерасхода топлива. По оценкам PwC, к 2025 году совокупных экономический эффект от внедрения IoT в электроэнергетике достигнет 532 млрд рублей.
Одно из европейских энергетических предприятий сэкономило 3,2 миллиона долларов, предупредив аварию на объекте. Система предиктивной аналитики Schneider Electric за месяц предсказала сбой в работе компрессора.
Компания AiDash из Кремниевой долины уже использует спутниковые изображения и искусственный интеллект, чтобы защитить электросети от растительности, которая может повредить линии или стать причиной пожара. Для анализа снимков электросетевого комплекса применяют инструменты компьютерного зрения.
Инновации делают российскую энергетику эффективнее
Эффективность энергетических комплексов повышают передовые решения: предиктивная аналитика, технологии интеллектуального учета электроэнергии, интернет вещей. Именно поэтому крупные компании сектора, такие как «Россети», вкладывают в инновационное развитие миллиарды рублей ежегодно.
«Важно, что цифровизация дает возможность экономить на производстве электроэнергии и увеличивать доходы. Даже в краткосрочной перспективе цифровые технологии помогут энергетическому бизнесу зарабатывать на 3-4% больше», — рассказал Владимир Максимов.
Уже сегодня компании по всему миру оптимизируют работу энергетический комплексов, управление электросетевым оборудованием и распределением электроэнергии. В ближайшие годы инновационные умные технологии сделают российский энергокомплекс эффективнее.
Ускорить внедрение инноваций в российском энергетическом комплексе и поставить их на поток помогут меры государственной поддержки. Речь идет не только о финансировании. В первую очередь индустрии нужна усовершенствованная нормативная база, которая упростит переход к инновационным продуктам на производстве. Такие стандарты станут основой общих правил и принципов применения цифровых технологий в энергетике.
Подробнее о том, как государственная поддержка ускорит и упростит развертывание инноваций, расскажем в нашем следующем материале.
Материал подготовила Мария Ришняк, член-корреспондент Международной Академии Менеджмента, руководитель IT, R&D проектов, эксперт в области цифровизации, совместно с Владимиром Максимовым, руководителем департамента развития новых направлений бизнеса ООО «Тошиба Рус».
Интеллектуальная энергетическая сеть, Smart grid, умная сеть электроснабжения
По мере увеличения доли возобновляемых источников энергии в электрических сетях возрастают и требования, в частности, к сетям низкого напряжения. Сети низкого напряжения больше не только выполняют задачу приема и распределения электроэнергии из распределительных сетей, но и все чаще выполняют задачу подачи децентрализованно произведенной электроэнергии обратно в распределительные сети.
Вторжение возобновляемых источников энергии в энергетический ландшафт заметно изменило потоки энергии в электросети: теперь пользователи не только потребляют, но и производят электроэнергию через ту же самую сеть. Следовательно, поток энергии теперь двунаправленный.
Интеллектуальная сеть отправляет электроэнергию от поставщиков к потребителям, используя двунаправленную цифровую технологию для управления потребностями потребителей. Это помогает сэкономить электроэнергию, снизить затраты, повысить удобство использования и прозрачность.
Однако эксперты по конфиденциальности и безопасности предупреждают о возможности наблюдения и уязвимости этой технологии, которая также может быть использована ворами. Кроме того, синхронизация клиентов с ценой может привести к дестабилизации сети.
Использование фотоэлектрической солнечной энергии в экологически чистом районе Solarsiedlung, в Вобане (Фрайбург, Германия).
Характеристики умных сетей электроснабжения:
Обычные электрические сети обычно уже используют в той или иной степени информационные и управляющие технологии. В умных сетях электроснабжения (Smart grid) эти технологии получают еще большее развитие.
Интеллектуальный счетчик электроэнергии
Интеллектуальные счетчики обеспечивают двустороннюю связь между счетчиком и центральной системой.
Передача данных между отдельными компонентами сети происходит через телефонный модем, соединения GSM, ADSL или другие способы. Это позволяет разрабатывать более дифференцированные тарифы и, следовательно, более выгодные ценовые стимулы для домашних потребителей (интеллектуальный рынок).
В отличие от домашних систем мониторинга энергии, интеллектуальные счетчики могут собирать данные для удаленной отчетности.
Потребитель может реализовать ценовые преимущества, не жертвуя удобством, только если у него также есть устройства, которые работают автоматически, желательно во время низкого тарифа. Это некритичные по времени процессы, такие как зарядка электромобилей, работа тепловых насосов, замораживание, обогрев (электрические бойлеры) или мытье посуды.
Например, эдля потребителя электроэнергии эта технология гарантирует, что электромобиль будет заряжаться именно тогда, когда есть хороший доступ к дешевой возобновляемой электроэнергии. Таким образом, энергия ветра может быть лучше использована в часы, когда дует сильный ветер.
С ночными накопительными нагревателями и фиксированными ночными тарифами это уже было реализовано несколько десятилетий назад, но современные системы могут работать более гибко и разумно, что особенно важно для включения возобновляемых источников энергии.
Несанкционированное вмешательство в ИТ-инфраструктуру этого киберпреступника может привести к огромным убыткам, как прямо, так и косвенно, из-за отсутствия электроснабжения конкретных получателей.
Сложность сети означает, что есть пробелы, которые еще предстоит выявить. Следовательно, трудно оценить риск, связанный с потенциальной атакой, из-за размера, сложности и динамического характера энергосистемы, а также непредсказуемости потенциальных злоумышленников.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Smart Grid или умные сети электроснабжения
В последнее время все чаще можно услышать термин SMART GRID (умные сети), на эту тему проводится множество конференций и дискуссий по внедрению данной системы в электроэнергетику разных стран. Попробуем разобраться что же такое SMART GRID?
Не смотря что термин SMART GRID официально используется с 2003 году после публикации M. T. Burr «Спрос надёжности будет управлять инвестициями», к единой трактовке понятия до сих пор не пришли. В мировой практике для определения умной сети используются ее атрибуты или признаки:
Примечание: на территории России SMART GRID получила название Интеллектуальная электроэнергетическая система с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС)
Если попытаться объединить все признаки, то получается, что SMART GRID (умные сети) – это система передачи электроэнергии от производителя к потребителю, которая самостоятельно отслеживает и распределяет потоки электричества для достижения максимальной эффективности использования энергии. Используя современные информационные и коммуникационные технологии, всё оборудование сетей Smart Grid взаимодействует друг с другом, образуя единую интеллектуальную систему энергоснабжения. Собранная с оборудования информация анализируется, а результаты анализа помогают оптимизировать использование электроэнергии, снизить затраты, увеличить надежность и эффективность энергосистем.
ЗАРОЖДЕНИЕ И СТАНОВЛЕНИЕ
Впервые этот термин SMART GRID использовался Массудом Амином и Брюсом Волленбергом в публикации «К интеллектуальной сети» в 1998 г. Первые же применения были связаны с рекламными названиями специальных контроллеров, предназначенных для управления режимом работы и синхронизации автономных ветрогенераторов с электрической сетью. Потом этот термин стал применяться для обозначения микропроцессорных счетчиков электроэнергии, способных самостоятельно накапливать, обрабатывать, оценивать информацию и передавать ее по каналам связи или Интернет.
Первым же крупным проектом в данной сфере можно считать итальянский проект Telegestore, который объединял 27000000 домов с использованием смарт-счетчиков соединённых через цифровую сеть используя саму линию электропередачи. Суть данного проекта заключалась в том, что такие устройства, как бытовые кондиционеры, холодильники и обогреватели могли корректировать свой рабочий цикл, чтобы избежать запуска во время пиковой нагрузки сети.
Но толчком в развитии умных сетей стало масштабное применение возобновляемых источников энергии, которые характеризуются непостоянством выработки электроэнергии как по времени, так и по мощности. Все это вызывало дополнительные сложности в регулировании мощности и «перетоков» в электрической сети. Свой вклад внес и низкий потенциал повышения эффективности существующей технологической базы энергетики, которая практически исчерпала возможности повышения производительности оборудования.
В результате была необходима новая концепция электрических сетей, которая способна была бы обеспечить общественное развитие, прорывное повышение потребительских свойств и эффективности использования энергии с учетом всех факторов развития электроэнергетики в будущем. Такой концепцией и стала Smart Grid.
На данный момент в США и Европе формируется широкая система стандартов и требований к функциям, элементам, устройствам, системе взаимодействий Smart Grid. Для тестирования умных сетей запущено множество пилотных проектов, например внедрение SMART GRID на острове, находящимся в Балтийском море в 90 км от материковой части Швеции. В рамках проекта около 30-ти предприятий и 3000 частных домохозяйств будут подключены к умной сети. Помимо традиционных источников в данную сеть включены оффшорные и континентальные ветропарки общей мощностью 170 МВт, а также солнечная электростанция мощностью 55 кВт. Более подробную информацию можно найти на сайте проекта.
РАЗЛИЧИЕ С ТРАДИЦИОННОЙ СЕТЬЮ
Технология Smart Grid характеризуется несколькими инновационными свойствами, такими как:
Благодаря современным технологиям Smart Grid может применяться как в масштабах зданий, предприятий, так и для обычных домашних электрических устройств, например холодильника или стиральной машины. Соответственно, все устройства, входящие в состав Smart Grid, должны быть оснащены техническими средствами, осуществляющими информационное взаимодействие.
Источник: www.smartgrid.gov
Сравнение традиционной сети и активно-адаптивной сети
Немало важную роль в системах Smart Grid занимает надежность, как информационная так и физическая. Согласно концепции, Smart Grid должна противостоять физическим и информационным негативным воздействиям без тотальных отключений или высоких затрат на восстановительные работы, максимально быстрое восстановление (самовосстановление). Многие эксперты высказывают свое опасение относительно информационной безопасности системы. Если попытаться объяснить простыми словами, то все что передается через Интернет может быть взломано и использоваться для различных целей. Ярким примером «незавершённости» системы является программный продукт компании производителя Smart Grid микроконтроллеров для солнечных панелей.
На сайте производителя собрана информация по системам мониторинга фотогальванических установок, которые оказались чрезвычайно распространенными. Согласно сведениям разработчика, в мире функционирует более 200 тысяч солнечных электростанций и почти 1 млн инверторов, подключенных к веб-серверу этой компании. При желании можно обнаружить множество систем частных пользователей и страниц с данными о потреблении и выработке электроэнергии различных систем.
Источник: сайт производителя
Конечно, эта информация может представлять интерес разве что для надзорных органов, но не для злоумышленника. Но некоторые на этом не остановились и им удалось взломать «прошивку» контролера. Т.к. данная система в основном проходит испытания, то возможно производитель в ближайшее время улучшит информационную защиту своего продукта.
ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ
Оценки показывают, что переход к инновационному варианту развития на базе интеллектуальной энергетики будет сопровождаться существенным снижением вводов новых электростанций и связанных с ним сетевых объектов для выдачи мощности. Вследствие, чего снижение капиталовложений является наиболее значимым системным экономическим эффектом.
Вторым наиболее крупным эффектом является снижение топливных затрат электростанций. Дополнительный эффект может быть достигнут с учетом экономической стоимости выбросов парниковых газов.
В качестве примера рассмотрим моделирование внедрения умных сетей на территории ЕЭС России.
Для предварительной оценки возможных системных эффектов в ЕЭС России при создании интеллектуальной электроэнергетики были использованы данные по результатам пилотных проектов Smart Grid, реализация которых начата в различных странах. Следует отметить, что по многим причинам сохраняется крайне высокая неопределенность ожидаемых эффектов от внедрения элементов Smart Grid. Результаты представлены ниже:
Количественная оценка изменения балансовых условий в ЕЭС России при развитии интеллектуальной энергетики
Источник: Основные положения концепции интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью
Сопоставление экономических эффектов и необходимых затрат на создание «умной сети» показывает, что уже к 2030 г. экономические выгоды от реализации проекта интеллектуальной энергетики в масштабе ЕЭС России окажутся сопоставимыми с необходимыми капиталовложениями:
Характеристика затрат и эффектов создания ИЭС ААС в электроэнергетике России до 2030 г., млрд руб. на 2010 г.
Источник: Основные положения концепции интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью
БЕЛАРУСЬ
На сегодняшний момент развитие «умных сетей» в Беларуси находится на самом начальном уровне, вероятнее всего пока обсуждают возможности и аспекты внедрения данной технологии. Мировой опыт в реализации пилотных проектов и многочисленные исследования показывают, что применение интеллектуальных сетей в перспективно и экономически оправдано. На сегодняшний момент Smart Grid системы – это закономерный этап развития электроэнергетики с учетом мировых технических достижений. И Беларусь ни в коем случае не должна его игнорировать, двигаясь вперед совместно с ведущими державами. К это стоит добавить и тот факт, что для нашей страны не встанет вопрос о разработке основных концепций, ведь уже сейчас накоплен огромный опыт, который можно перенять и использовать уже установившееся и работающие технологии. Возможно, внедрение «умных сетей» позволило бы решить проблемы с интеграцией Белорусской АЭС в энергосистему страны.
Введение в Smart Grid
В. В. Ильин, эксперт по автоматизированным системам управления зданиями, ООО «Лой энд Хутц Рус», wictjob@gmail.com
Цель статьи – дать общее представление о технологии Smart Grid как одном из самых важных и перспективных направлений в области энергоэффективности XXI века. Используя конкретные примеры, автор показывает различия между текущей электроэнергетической системой и Smart Grid. В статье также рассмотрены перспективы развития Smart
Из истории возникновения
Термин Smart Grid до сих пор не имеет четкого терминологического эквивалента на русском языке. К наиболее распространенным русскоязычным эквивалентным терминам относится «интеллектуальная электроэнергетическая система». В настоящей статье мы будем использовать именно англоязычный вариант Smart Grid как наиболее применимый на международном и пока на нашем рынке.
Smart Grid – это название глобальной технологии развития электроэнергетической системы на уровне как планеты, отдельных стран и городов, так и отдельных потребителей электрической энергии. Термин и сама технология родились и на данный момент получили наибольшее распространение в США, однако уже можно уверенно констатировать международное признание этой стратегии на планетарном уровне.
Формально термин Smart Grid был впервые оформлен в 2007 году в законодательном акте об энергетической независимости и безопасности США. Так была названа технология модернизации национальной электроэнергетической системы с целью защиты, контроля и оптимизации энергопотребления всех элементов и участников сети.
Предпосылкой развития Smart Grid является общая планетарная стратегия на снижение энергопотребления, а также обеспечение важнейших потребителей мегаполисов качественным и бесперебойным электроснабжением.
Толчком для развития технологий в США можно назвать глобальные перебои с электроснабжением крупнейших городов США в 90-е годы, так называемые энергетические «блэкауты», когда несколько мегаполисов США остались без электрической энергии. После обследования состояния электроэнергетической системы власти США пришли к выводу, что принципиальная схема управления энергосетями в целом мало изменилась с момента ее создания в начале XX века. Нынешний президент США Обама назвал Smart Grid ключевым фактором повышения энергоэффективности и безопасности американской экономики.
Технологической предпосылкой развития Smart Grid, безусловно, явились прорывные достижения информационных, компьютерных технологий, возможности локальных и глобальных коммуникационных сетей, в том числе Интернета.
По уровню развития Smart Grid в 2012 году находится на этапе перехода от разработки принципиальной концепции, проектирования до создания национальных и международных стандартов, реализации отдельных пилотных, а также ряда промышленных проектов. Пока речь идет о наиболее развитых индустриальных странах.
Появление и развитие концепции Smart Grid является понятным и естественным этапом эволюции электроэнергетической системы, обусловленным с одной стороны явными потребностями и проблемами текущего электрического энергорынка, а с другой стороны технологическим прогрессом, в первую очередь в области компьютерных, информационных технологий.
Современное состояние
Действующую электроэнергетическую систему без Smart Grid можно охарактеризовать как пассивную и централизованную, особенно в части последней цепочки – от распределительных сетей до потребителей. Именно в этой части цепочки поставки электроэнергии технология Smart Grid наиболее существенно изменяет принципы функционирования, предлагая новые принципы активного и децентрализованного взаимодействия.
Для понимания основных принципов текущей системы по отношению к принципам функционирования Smart Grid, о которых пойдет речь ниже, рассмотрим пример отдельного здания как конечного потребителя.
В настоящий момент здание с точки зрения взаимодействия с распределительной сетью (110/10/0,4 кВ) является практически полностью пассивным элементом (влияние на качество параметров электросети оставим в стороне, т.к. они существенно не влияют на основной параметр – потребляемую мощность). Это в первую очередь касается влияния здания как потребителя в реальном масштабе времени (т.е. в масштабе текущего месяца, дня, часа, секунды и т.д.) на генерируемую и распределяемую сетью электроэнергию. Здание никак не может влиять ни на объемы электрической мощности, ни на выделенные ресурсы инфраструктуры сети (например, элементы распределительных, трансформаторных подстанций). Более того, сами распределительные сети в большинстве случаев не обладают полной информацией об электропотреблении здания в реальном масштабе времени. Реализация АСКУЭ в этом контексте до сих пор является скорее исключением и используется исключительно в целях коммерческого учета электроэнергии постфактум в рамках ежемесячного интервала.
Коммерческая составляющая взаимодействия, в свою очередь, целиком зависящая от вышеуказанной технологической части, также выглядит пассивной и однонаправленной. Сети в виде энергосбытовых организаций узнают о зданиях и их потребностях только в моменты ежемесячных коммерческих взаиморасчетов, исключая договорные сведения, обновляемые не чаще раза в год. Здания (вернее, потребители в зданиях) платят по фиксированным, централизованным тарифам, распространяющимся на целые районы, города. Тарифы для конечных потребителей изменяются централизованно организационными процедурами с участием государства на длительных интервалах времени. Никакой обратной связи с точки зрения информации о состоянии энергопотребления в здании, возможности взаимодействия, тем более в режиме реального времени, у здания с сетями и тем более централизованными производителями энергии на данный момент нет.
Теперь представьте себе общую картину, в которой крупные производители электроэнергии генерируют и поставляют электроэнергию в объеме, в режимах и по стоимости (!), практически не зависящих от реального состояния электропотребителя в масштабе реального времени. Таким образом, между спросом и предложением отсутствует оперативная связь. С точки зрения надежности функционирования такой сети в условиях дефицита мощности и высоких требований со стороны потребителя такая схема является крайне уязвимой, поскольку не может оперативно выявлять проблемы и реагировать на них на уровне потребителей.
Давайте теперь подумаем о конечных потребителях не только как об отдельных зданиях, но и как о крупных предприятий, районах, городах! Особенно это критически важно для крупнейших мегаполисов с централизованной схемой электроснабжения, когда единые параметры энергоснабжения касаются большого количества разнообразных потребителей и учитывают их индивидуальные характеристики.
Важно отметить, что текущая схема с точки зрения энергоснабжения является полностью однонаправленной, т.е. потребитель только получает электрическую энергию. В последнее время развиваются схемы с аккумуляторами и распределителями энергии, позволяющими накапливать, трансформировать и распределять электрическую энергию между сетями и потребителями. В отличие от текущей схемы, Smart Grid знает о таких элементах и умеет управлять ими. Таким образом, Smart Grid является комплексной технологией, затрагивающей принципы не только взаимодействия участников и устройств, но и распределения самой электрической энергии.
Описанная пассивно-централизованная схема вполне устраивала всех до определенного момента в условиях дешевой электроэнергии, неисчерпаемых возможностей как генераторов энергии, так и распределительных сетей. Однако времена изменились. Рост мегаполисов, увеличение стоимости электроэнергии, требований к качеству электроэнергии, затрат на развитие генерирующей и распределительной инфраструктуры, увеличение риска внешних угроз (терроризм, катаклизмы) явным образом приводит к изменению стратегии развития энергорынка.
Технология Smart Grid характеризуется несколькими инновационными свойствами, отвечающими новым потребностям рынка, среди которых можно выделить следующие:
Основные преимущества Smart Grid
Надежность и качество электроснабжения
Smart Grid предотвращает массовые отключения, обеспечивает поставку чистой электроэнергии.
Безопасность
Smart Grid постоянно контролирует все элементы сети с точки зрения безопасности их функционирования.
Здесь можно вспомнить как о недавних проблемах с энергоснабжением в Московской области в зимнее время, в связи с погодными условиями и обледенением линий электропередач, так и о проблемах в Москве жарким летом в связи с пожарами на высоковольтных подстанциях.
Энергоэффективность
Снижение потребления электрической энергии. Оптимальное потребление приводит к снижению потребностей в генерирующих мощностях.
Экология и охрана окружающей среды
Самый главный эффект достигается за счет снижения количества и мощностей генерирующих элементов сети. Это ведет, например, к снижению выброса СО в атмосферу.
Финансовые преимущества
Снижение операционных затрат. Потребители имеют точную информацию о стоимости и могут оптимизировать свои затраты на электрическую энергию. Бизнес, в свою очередь, может оптимально планировать и формировать затраты на эксплуатацию и развитие генерации и распределительных сетей.
Указанные преимущества касаются всех участников, от конечных потребителей и энергопоставщиков до всего общества в целом.
Перспективы применения
Продолжим наш пример со зданием, теперь уже с учетом перспективы применения Smart Grid.
Современное здание, оснащенное устройством связи с коммуникационной сетью Smart Grid, может автоматически выбрать режим работы наиболее энергозатратного оборудования (освещение, кондиционирование и приводная вентиляция) в течение недели, с точностью до часа, с учетом оптимального коммерческого тарифа (и потребностей арендаторов), информация о котором была доставлена из местной энергосбытовой компании также по цифровой сети. Соответственно, энергосбытовая компания, имея текущие данные о планируемом энергопотреблении отдельных зданий, может оптимально сконфигурировать свои мощности, в т.ч., например, используя аккумуляторы элеткроэнергии и активные распределительные устройства, закупить необходимую электроэнергию у сетевого поставщика по оптимальным тарифам и т.д. Вся цепочка постоянно обменивается информацией, которая активно используется управляющими элементами для обеспечения сбалансированного графика потребления/генерации и безопасной трансформации и передачи электроэнергии.
Начальный, генерирующей элемент цепи (например, городская ТЭЦ) вместо постоянной генерации максимального количества электрической энергии выдает оптимальную мощность в соответствии с реальным балансом мощности/потребления электроэнергетической системы в текущий момент времени.
Для конкретизации приведем еще пример из жизни современного мегаполиса. Современные коммерческие здания, сложные инфраструктурные объекты вынужденно оснащаются большим количеством систем гарантированного и бесперебойного электроснабжения (ДГУ, ИБП), поскольку рабочие системы централизованного городского электроснабжения не могут более гарантировать качественное снабжение сложной инженерной и компьютерной инфраструктуры таких объектов. Затраты на производство, реализацию и эксплуатацию таких специальных систем электроснабжения являются весьма существенными. Применение Smart Grid позволило бы не только сократить такие затраты, но и в отдельных случаях избежать их полностью.
Конечно, задача перехода к технологиям Smart Grid должна являться долговременной стратегией, инициируемой и поддерживаемой на уровне государства. Переход к столь инновационной технологии предъявляет самые серьезные требования как к технической модернизации основных элементов инфраструктуры, так и к изменению правил работы всего рынка. Основным драйвером такого перехода должна быть государственная стратегия повышения энергоэффективности и безопасности электроэнергетической системы страны в целом.
В России пока можно отметить начальный этап ознакомления и формирования первых организационных инициатив по Smart Grid, а также опробования отдельных технических решений. Пока не будет выработана реальная государственная стратегия по отношению к энергоэффективности, о развитии технологий Smart Grid говорить еще рано. Необходимо также учитывать гигантскую протяженность электрораспределительных сетей в нашей стране и недостаточно развитую инфраструктуру. Однако первые инициативы в этой области у нас уже появляются.
Ссылки на технологии Smart Grid были включены, например, в проекты создания технологической инфраструктуры инновационного центра Сколково.
Государственная компания ОАО «Системный оператор Единой энергетической системы», ответственная за контроль и управление электрораспределительными сетями, активно рассматривает Smart Grid и отдельные элементы этой технологии на предмет применения в РФ и уже реализует отдельные пилотные технические проекты.
Как видится, нам необходимо внимательно знакомиться с опытом ведущих стран мира, уже активно пробующих Smart Grid, и делать правильные выводы с учетом нашей вечной российской специфики.