Можно без ложной скромности сказать, что электроэнергетика является базовой отраслью российской промышленности. Ведь от уровня её развития напрямую зависят все сферы отечественной экономики. Поэтому именно автоматизацию специалисты называют одним из приоритетных направлений дальнейшего развития электроэнергетики, где ведущая роль принадлежит внедрению инновационных методов измерения и учёта электроэнергии, а также технологиям энергосбережения.
Коротко о главном
Автоматизированные системы управления выполняют функции контроля, оповещения, обмена данными, оперативной обработки и анализа полученной информации, а также её хранения. Вместе с тем понятие «автоматизированная система», в отличие от «автоматической», подразумевает необходимость участия оператора в некоторых операциях или на отдельных этапах процесса, что свидетельствует о высоком уровне сложности таких инженерных решений.
Основными составными элементами автоматизированных систем управления технологическими процессами могут быть отдельные САУ и автоматизированные устройства, которые объединяются в единый комплекс под общим операторским управлением. Например, в структуру АСУ может входить распределительная система управления (DCS), специализированный программный пакет диспетчерского управления и сбора данных в режиме реального времени (SCADA) и ряд менее масштабных систем.
Перспективные технологии в электроэнергетике России
Современная электроэнергетика постепенно выходит на новый виток своего развития. В первую очередь это обусловлено необходимостью более рационального и безопасного использования природных ресурсов. Ведь не секрет, что хорошо знакомые всем нам централизованные системы электроснабжения были оборудованы несколько десятилетий назад. За годы активной эксплуатации многие из них пришли в негодность. При этом они не просто нуждаются в капитальном ремонте, а требуют полной замены, поскольку изношенные сети не только отличаются невысокой производительностью, но и представляют опасность для жизни людей и всей экосистемы в целом.
Помимо этого, на данный момент построено множество локальных ТЭЦ, функционирующих в конденсационном режиме. По мнению аналитиков, процесс децентрализации электроснабжения уже необратим. Наметившаяся тенденция обусловлена тем, что обслуживание и эксплуатация локальных котельных нуждается в меньших затратах, чем транспортировка, распределение и потребление электроэнергии от централизованных магистралей.
Общую картину дополняет тот факт, что цена электричества, поставляемого центральными поставщиками, ежегодно только увеличивается, поскольку энергогенерирующее оборудование постепенно изнашивается, а его КПД сравнительно невысок. Поэтому электроэнергетическая отрасль остро нуждается во внедрении инновационных технологий и микросетевых комплексов, способных регулировать загрузку, повышать эффективность работы объектов системы централизованного энергоснабжения, контролировать присоединённые локальные нагрузки и корректно учитывать расход/потребление энергоресурсов.
Применение технических инноваций способно принести пользу практически всем категориям участников энергетического рынка: от генерирующих компаний до потребителей в частном секторе. Чтобы снизить суммы в платёжках за использованную электроэнергию потребители всё чаще устанавливают солнечные панели, используют интеллектуальные системы «умный дом», широко применяют домашние генераторы, аккумуляторы и т.п.
В обозримом будущем главным вектором развития локальной генерации должно стать строительство новых ТЭЦ, работающих с использованием альтернативных источников энергии. Речь идёт об использовании энергии приливов, солнца и ветра, геотермальной энергетике, водородных агрегатах малой мощности, термоядерных установках и генерации, основанной на переработке мусора.
Наряду с этим, аршинными шагами идёт модернизация устройства промышленных накопителей. Это способствует росту их популярности среди владельцев коммерческой недвижимости и жилых помещений. Как следствие, появление современных технологий помогает снизить отпускную стоимость продукта, что постепенно делает их доступными практически для всех категорий покупателей. По мнению специалистов, в течение ближайших 1,5-2-х лет себестоимость конденсаторов может составить не более 2 долл. за 1 МВт.
Методики мониторинга и управления объектами энергорынка
На данный момент используется две основные методики, с помощью которых создаются системы мониторинга и управления объектами, входящими в состав инфраструктуры рынка электроэнергетики (АСУ ТП, СОТИ АССО, ССПИ/ТМ и т.д.). Первая их них базируется на архитектуре в рамках положений стандарта МЭК 61850. Как правило, она используется для создания автоматизированных систем с распределённой структурой, которые в дальнейшем будут установлены на средних и крупных объектах сети.
Основным составным компонентом таких систем являются интеллектуальные электронные устройства (IED). Например, это могут быть базовые информационные модули релейной защиты, контроллеры присоединений или другая аппаратура, функционал которой позволяет контролировать одно или одновременно несколько присоединений подстанции. Все такие устройства объединяются в техническую локально-вычислительную сеть (ТЛВЧ) взаимодействуют между собой по определённому принципу и таким образом формируют полевой уровень системы.
Средний уровень создаётся другой группой специальных контроллеров, интегрирующих все интеллектуальные электронные устройства в общую систему, которая одновременно обрабатывает десятки тысяч различных сигналов. С помощью специализированных программных пакетов SCADA различные подсистемы и разрозненные устройства объединяются в едином информационном пространстве. Это позволяет мониторить работу всех систем объекта, управлять его работой и оперативно реагировать на возникновение нештатных ситуаций.
В профессиональной среде нередко можно услышать термин «Цифровая подстанция». Он подразумевает создание автоматизированных систем, соответствующих МЭК 61850, которые используют так называемую шину процесса (Process Bus). В ходе создания подстанций применяются специальные устройства (AMU). Они подключаются к измерительным цепям, диагностируют данные, оцифровывают их и передают в специально выделенный для этого сегмент локальной вычислительной сети. Сюда же поступает информация о состоянии коммутационной аппаратуры, являющейся общей для всех интеллектуальных электронных устройств.
В свою очередь IED подсоединяются к измерительной цепи и контактам КСА. Эта методика упрощает систему кабельных коммуникаций, она обеспечивает единую для всех устройств ПС структуру и схему подачи данных. Однако на данный момент такой подход относится к категории экспериментальных.
АСУ, предназначенные для использования на небольших объектах сетевой инфраструктуры (например, РП, ТП и малые электростанции) строятся по принципу сетевой структуры, которая помимо отдельной измерительной аппаратуры, предполагает наличие 2-х уровней:
- центральный контроллер (КП);
- модули дискретного и аналогового ввода/вывода (УСО).
В этой архитектуре сбор информации осуществляется микропроцессорными измерительными преобразователями (МИПа). Мониторинг данных, поступающих от сигнальной аппаратуры, а также управление и выдача унифицированных аналоговых сигналов выполняется при помощи модулей дискретного ввода/вывода и аналогового ввода. Такая архитектура проста в использовании, но накладывает ряд функциональных и технических ограничений, связанных с масштабируемостью и расширениями системы. Тем не менее, по мнению специалистов, именно такая модель является оптимальным решением для небольших систем.
Даёшь дорогу SMART GRID!
Создание современной всеобъемлющей системы учёта энергоресурсов относится к категории задач, которые в Комитете Государственной думы по энергетике называют первоочередными. Такая расстановка приоритетов объясняется тем, что отсутствие достоверной системы учёта препятствует снижению энергопотребления, не позволяет повысить эффективность использования ресурсов и углубляет кризис неплатежей. Помимо этого, без неё в сети электроснабжения невозможно внедрить умные технологии, поскольку в сети SMART GRID главенствующая роль отводится именно приборам учёта.
Такая концепция развития интеллектуальных систем полностью соответствует задачам, поставленным перед российскими энергетиками Президентом РФ Владимиром Путиным. Во-первых, они направлены на переход электроэнергетического комплекса страны к цифровой экономике. Во-вторых, стимулируют развитие высокотехнологичных процессов и внедрение инновационного программного обеспечения.
К сожалению, ситуация с учётом электроэнергии складывается таким образом, что, несмотря на то, что около 97% потребителей используют специальные приборы учёта, этого оказывается недостаточно, чтобы определять достоверную картину реальных взаиморасчётов между поставщиками и потребителями электроэнергии. В результате, между участниками рынка регулярно возникают серьёзные споры.
Собственниками приборов учёта являются несколько десятков миллионов пользователей. Они используют сотни различных моделей счётчиков, изготовленных разными производственными компаниями. Однако примечателен тот факт, что только около 9% этих приборов полностью соответствуют требованиям, которые предъявляются к интеллектуальному учёту.
Как показывает практика, используемая модель организации учёта на розничном рынке электроэнергии предполагает, что ответственность за качество подсчёта несёт конечный потребитель. При этом все требования к счётчику ограничиваются лишь определённым классом точности и необходимостью проведения метрологической поверки. Однако сам механизм контроля чётко не определён. По сути, он децентрализован и осуществляется лишь непосредственно самими участниками рынка.
В связи с тем, что ответственность за учёт поставки/потребления электроэнергии документально не закреплён ни за одной из инфраструктурных организаций, и полностью отсутствует детально описанный регламент взаимодействия субъектов, между ними регулярно возникают разногласия на многомиллионные суммы, которые, в свою очередь, выливаются в изнурительные судебные разбирательства. И выход из сложившейся ситуации один: внедрение интеллектуальных систем учёта электроэнергии. Однако решить эту задачу, не заручившись поддержкой законодателей, практически невозможно.
Система учёта энергоресурсов: буква закона в помощь
20 июля 2017 года комитет Госдумы по энергетике инициировал проведение «круглого стола» на тему: «О совершенствовании систем учёта электрической энергии (мощности) в рамках обсуждения проекта федерального закона № 139989-7 «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в связи с развитием систем учёта электрической энергии (мощности) в Российской Федерации».
В ходе заседания был представлен законопроект, который, по сути, ограничивает рамками правового поля само понятие «интеллектуальных систем учёта электрической энергии» (ИСУ). Примечателен тот факт, что до этого момента они развивались неупорядоченно и практически бессистемно.
Предложенная редакция закона (работы по её подготовке велись в течение 4-х лет) предписывает территориальным сетевым организациям, начиная с 01.07.2018 года устанавливать счётчики, обеспечивающие минимальный набор функций из категории интеллектуальных систем учёта. Однако при этом нормативный документ не запрещает создание традиционных систем и использование обычных приборов, что является его существенным недостатком. Поскольку «лоскутное» внедрение инновационных технологий, которые будут функционировать параллельно с морально устаревшим оборудованием, не поможет навести порядок в системе учёта и предотвратить возникновение разногласий между участниками рынка.
Ещё одной «ахилессовой пятой» нового законопроекта стало то, что в этой редакции внедрение интеллектуальных систем учёта возлагается на ТСО, а ответственность за конечный результат по-прежнему несёт потребитель, который совершенно не заинтересован в том, чтобы принимать активное участие в развитии высокотехнологичных систем. Поэтому имеет смысл полностью изменить модель учёта. При этом вся ответственность должна быть возложена только на электросетевой комплекс.
Заместитель генерального директора ПАО «Россети» Константин Петухов акцентировал внимание собравшихся на том, что успехи всех развитых стран мира во внедрении ИСУ связаны с принятием на государственном уровне единых технических требований и стандартов взаимодействия, обуславливающих структуру таких систем. В то время как предложенный к рассмотрению закон подобных правил не содержит.
На сегодняшний день на территории РФ функционирует около 1,9 тыс. территориальных сетевых организаций. Если каждая из них будет руководствоваться собственными стандартами и внедрять такие системы учёта, которые не смогут взаимодействовать между собой в рамках единых стандартов, то любая попытка объединения обречена на неудачу. Помимо этого в законодательном акте не прописаны гарантии сохранения экономии, полученной от проведения соответствующих мероприятий.
Участники «круглого стола» нашли в новом законе ещё несколько существенных недостатков, нуждающихся в комплексной доработке. При этом они были единогласны в одном – переходить на ИСУ необходимо. В качестве примера успешного ввода в эксплуатацию интеллектуальных систем учёта приводится модернизация электросетевого комплекса Калининградской области. Речь идёт о новой системе управления работой сетей и потребления электроэнергии «Цифровой РЭС». Анализ экономических показателей первого этапа продемонстрировал снижение количества аварий, а также уменьшение коммерческих и технологических потерь.
Не менее красноречиво об эффективности внедрения интеллектуальный систем учёта свидетельствуют результаты пилотного проекта, который проводился в Перми в более 3-х лет назад. Его суть заключалась в автоматизации снятия показаний с 50 тыс. счётчиков. Изучив итоги проекта, аналитики пришли к выводу, что экономия от снижения потерь составила порядка 0,8 млрд. руб.
Умные Сети: новое слово в электроэнергетике
Как правило, переход от традиционных технологий к Умным Сетям невозможно осуществить в «один клик». Для этого требуется разработать планы пошаговой модернизации, в которых вместо морально устаревшего и изношенного оборудования будет предусмотрено использование инновационных решений.
«Умные» технологии постоянно совершенствуются. В их развитие инвестируются как средства коммерческих компаний, так и значительные суммы из федерального бюджета. По оценкам заместителя Министра энергетики Антона Инюцына в течение последних 10-ти лет на развитие отечественной электроэнергетики было выделено около 100 млрд. руб. государственного финансирования. Часть этой суммы направлена на внедрение интеллектуальных систем.
В Министерстве энергетики РФ приоритетными направлениями развития «умных» технологий считают улучшение качества сервиса потребителей, снижение потерь, увеличение энергоэффективности, рост энергосбережения и внедрение возобновляемых источников электроэнергии, интегрированных в городскую инфраструктуру. Если говорить о решениях, направленных на интеллектуализацию энергообеспечения, то здесь также акцентируют внимание на SMART GRID, способных с «умом» контролировать процессы генерации, передачи и распределения энергии.
Интеллектуальные сети оборудованы инновационными средствами для диагностики, оснащены современными системами управления и надёжными техническими устройствами. Например, использование технологии SMART GRID в условиях города позволяет существенно снизить потери электроэнергии в сетях от энергогенерирующего объекта до конечных потребителей. Наряду с этим, увеличивается возможность оптимально распределять энергетические потоки и снизить пиковые нагрузки.
Следующим витком развития интеллектуальных сетей станет широкое внедрение накопителей энергии, которое повлечёт за собой модернизацию электротранспорта и создание соответствующей инфраструктуры, предназначенной для его зарядки.
В то же время сетевые компании заинтересованы в установке «умных» систем учёта. На сегодняшний день на реализацию этих программ выделяется около 2% от общего объёма инвестиций. На государственном уровне ведётся разработка законодательных актов, призванных стимулировать установку интеллектуальных счётчиков.
В перспективе появится спрос на внедрение технологий индивидуального автоматического погодного регулирования. По оценкам аналитиков экономический эффект от реализации таких решений может составить порядка 20-30%. При этом резко возрастёт качество работы отопительных систем. Ведь «умная» технология сможет устранить излишний обогрев зданий в тёплое время года и не допустит недотопов в зимний период.
Потребители проявляют интерес к дезагрегации энергопотребления. Речь идёт о технологии, которая уже проходит испытания в рамках пилотных проектов на территории Москвы. Это интеллектуальное решение позволяет учитывать потребление электроэнергии каждого прибора, который входит в структуру системы «умного дома». В результате исследований у его владельцев появляется возможность свежим взглядом оценить возможность более рационально расходовать свой бюджет и внести коррективы в поведенческую модель.
Внедрение «умных» технологий невозможно представить без использования экологически чистых возобновляемых источников энергии: солнца, ветра и воды. Эти ресурсы не только не наносят ущерба экосистеме, но они ещё и неисчерпаемы.
EnergyNet открывает окно для новых возможностей
Мировой энергетический рынок вступил в фазу существенных технологических трансформаций. В их основу легли совершенно разные по масштабу (от «умного дома» до «умного города») комплексы и сервисные платформы интеллектуальной энергетики, которые построены по принципу открытой сетевой архитектуры.
Специалисты полагают, что у участников энергорынка (от владельцев распределительных объектов сетевой инфраструктуры до пользователей устройств с управляемой нагрузкой) должна быть возможность также легко подключаться к энергосистеме и пользоваться её функционалом, как и в случае использования сети Интернет. Именно поэтому разрабатываются инновационные «умные» системы управления, новые сервисные платформы и CYBER-физические устройства, предназначенные для преобразования и перераспределения энергии. Наряду с этим внедряются открытые сервисные платформы и технологии «интернета вещей», которые позволяют сделать энергорынки более гибкими и динамичными.
Если говорить о секторе энергетических технологий, то здесь инновации могут коснуться малой и микрогенерации, электротранспорта, накопителей электроэнергии, обширной линейки устройств с регулируемой нагрузкой (вплоть до «умной» бытовой техники). Их массовое использование трансформирует систему энергосетей. В результате сетевая архитектура приобретёт ячеистую структуру. Например, как сотовая связь или сеть Интернет.
Новые решения также появляются и в сфере IT-технологий. Они разрабатываются в рамках перспективных инициатив, направленных на переход к CYBER-физическим устройствам. Речь идёт об энергетических роутерах, мультиагентных системах управления, интернете вещей и т.п.
В этой сфере перед российскими производителями открываются широкие перспективы. Это позволяет говорить о возможности занять одну из главенствующих позиций на мировом электроэнергетическом рынке. Ведь в активе отечественных разработчиков уже имеются прогрессивные наработки, удачные профильные стартапы и развитая инфраструктура инновационных предприятий.
28 сентября 2016 года Президиумом Совета при Президенте РФ по модернизации экономики и инновационному развитию России был одобрен план мероприятий («дорожная карта») EnergyNet. Она направлена на интеллектуализацию энергетики и изменение схемы взаимодействия между всеми участниками энергетического рынка. По сути это переход к системе, где каждый узел может и производить, и хранить, и потреблять энергию, а также обмениваться ею с другими аналогичными узлами. В EnergyNet перед отечественными энергетиками был поставлен ряд целей:
- К 2035 году объём выручки российских компаний на глобальном рынке (приоритет – БРИКC и развивающиеся страны) разномасштабных комплексных систем и сервисов интеллектуальной энергетики должен быть увеличен до 40 млрд. долл. в год. Также следует занять доли рынка на приоритетных сегментах:
- надёжные и гибкие распределительные сети –- 10-12%;
- интеллектуальная распределённая энергетика –- 3-6%;
- потребительские сервисы – 3-6%.
- В среднесрочной перспективе на основе полученных решений в области интеллектуальной энергетики обеспечить системам и сервисам готовность к выходу на смежные сегменты глобального рынка.
Разработчики плана мероприятий выделили три основных сервисных сегмента интеллектуального рынка электроэнергии:
- Гибкие и надёжные распределительные сети;
- «Умная» распределённая энергетика;
- Интеллектуальные потребительские сервисы.
Здесь конкуренцию действующим участникам рынка могут составить игроки, обладающие компетенциями в сфере интернета вещей. Это могут быть как телекоммуникационные, так и IT-компании. Именно у них появляется шанс занять лидирующие позиции в открывающихся нишах энергетического рынка и перенять на себя часть бизнеса. По мере того, как интеллектуальные технологии всё активнее интегрируют инновационные решения в элементы системы, чаша весов смещается в сторону разработчиков новых приложений и алгоритмов.
Наряду с этим, развитие IoT-направления создаёт благоприятную базу для продвижения продукции российских производителей на мировой рынок традиционных технологий, где отечественным разработчикам уже удалось достичь определённых успехов.
Консолидация возможностей во имя развития
Два российских холдинга решили объединить свои наработки для поиска и внедрения перспективных технических решений, направленных на развитие «Умных Сетей». Речь идёт о заключённом соглашении, которое предусматривает долгосрочное сотрудничество 2-х гигантов: ПАО «Россети» и АО «РЭП Холдинг» — ведущего российского энергомашиностроительного холдинга, разработчика, производителя и поставщика инновационного энергетического оборудования. Подписание документа состоялось в рамках Петербургского международного экономического форума, проходившего в северной столице с 1 по 3 июня 2017 года.
Стратегическое партнёрство будет ориентировано на разработку и производство энергетического и электротехнического оборудования нового поколения. В частности, усилия специалистов будут направлены на создание новых моделей и образцов продукции, с помощью которых компания «Россети» сможет реализовывать перспективные проекты из категории SMART GRID и решать задачи, касающиеся малой генерации.
В рамках реализации договорных обязательств представители компаний-участниц будут проводить совместные технические конференции и ряд других мероприятий, направленных на повышение качества выпускаемой продукции. Помимо этого, АО «РЭП Холдинг» будет принимать участие в поиске новых перспективных направлений и в проведении комплекса НИОКР, направленного на реализацию программы импортозамещения и локализацию производственных мощностей электросетевого комплекса страны.
В ходе форума глава Министерства энергетики РФ Александр Новак подчеркнул, что на реализацию «дорожной карты» EnergyNet может потребоваться около 4 трлн. руб. Поэтому в министерстве рассматривают возможность привлечения средств сторонних инвесторов. Эту точку зрения А. Новак аргументировал так: «Внедрение интеллектуальных систем выгодно всем участникам рынка. Это окупаемая технология, которая в России, на фоне других стран, уже достигла достаточно высокого уровня развития. В будущем наша страна сможет экспортировать инновационное оборудование, что позволит нам занять около 10-12% мирового рынка в сфере «умных» технологий».
Коммерческий учёт под надёжным контролем
ГК IEK совместно с «Энфорс» - компанией, которая занимает одну их ведущих позиций в сфере энергетических информационных систем, приступили к разработке и продвижению автоматизированных систем коммерческого и технического учёта потребляемой/отпускаемой электроэнергии, предназначенных для участников оптового и розничного рынков.
Разработки велись на базе многотарифных приборов учёта IEK® STAR 104 и STAR 304 с применением программных продуктов «Энфорс». По оценкам специалистов, использование АИИС КУЭ, наряду с учётом электроэнергии и передачей полученных данных, позволяет контролировать качество работы электросети, определять баланс электроэнергии, устанавливать дифференцированные тарифы и управлять нагрузками в сети пользователя (вплоть до дистанционного отключения от энергоснабжения).
Продуктовый портфель компании IEK насчитывает более 4 тыс. наименований. Учитывая потребности рынка, ГК ежегодно дополняет ассортимент своей продукции десятками новых изделий. Чтобы упростить процесс выбора оптимального решения компания, наряду с выпуском традиционных тематических каталогов и рекламных буклетов, создала два специальных веб-ресурса, которые оказывают информационную поддержку, содержат обучающие опции и современные программные инструменты.
Schneider Electric. От электростанции до розетки
В последнее время в мире наметилась ярко выраженная тенденция, которая идёт вразрез с основными постулатами идеологии «глобальной цифровой деревни», не ограниченной какими-либо рамками или контролем.
Например, на территории ЕС активно вносятся коррективы в действующие законодательные акты и модернизируются технические средства защиты данных. Эксперты говорят о том, что уже к началу будущего года около 4% от общего количества контрактов, обеспечивающих товарооборот Евросоюза, будет заключено с нарушениями Общего соглашения о защите данных (GDPR). Это может стать причиной их отмены или взыскания штрафных санкций с участников сделки.
По мнению аналитиков уже в скором времени около 40% информации, относящейся к «интернету-вещей», будет обрабатываться анализироваться и храниться непосредственно в месте её появления и накопления. Это станет возможным благодаря увеличению аппаратного потенциала. Поэтому перенаправление потока данных в специальные центры, предназначенные для обработки данных, просто утратит смысл.
Компания Schneider Electric держит руку на пульсе событий и предлагает многоуровневую архитектуру EcoStruxure, которая позволяет активно управлять электроэнергией от генератора до конечного потребителя. Комплексное решение объединяет сразу 5 ключевых направлений. В их число входит контроль и управление электропитанием, оборудованием и технологическими процессами, IT-решениями, инфраструктурой объекта и его системами безопасности.
Одной из составных частей многоуровневой инфраструктуры является интегрированная система приложений StruxureWare. Её функционал позволяет централизованно управлять различными опциями системы. При этом функция управления осуществляется по принципу actionable intelligence, что обеспечивает высокую степень доступности энергоресурсов в любой момент времени, включая периоды максимальной нагрузки.
Вторым важным элементом комплексного решения EcoStruxure является StruxureOn. По сути, это комплект интеллектуальных приложений и сервисов, помогающих в любое время осуществлять контроль над состоянием объекта в режиме онлайн. С этой целью может быть задействовано практически любое современное устройство, имеющее доступ к сети Интернет, например, планшет или смартфон. Помимо обеспечения доступа к оперативным данным о работе системы мобильное приложение способно подать сигнал тревоги в случае обнаружения сбоев или других нештатных ситуаций.
Наряду с функцией мониторинга данных EcoStruxure анализирует полученные данные и формирует рекомендации, помогающие повысить эффективность работы системы в целом.
SMART GRID от Siemens
Новые решения, которые относятся к категории силовой электроники для высоковольтных ЛЭП постоянного тока (HVDC) и гибких систем переменного тока (FACTS), помогают решать сложные задачи, связанные с передачей электрической энергии. Так технология управляемых систем FACTS позволяет существенно увеличить эффективность передачи энергии действующих энергосистем и расстояние, на которое возможна передача переменного тока.
Такого результата удаётся достичь за счёт балансировки спроса изменяющихся реактивных мощностей, компенсация которых применяется для управления напряжением. В свою очередь, это повышает стабильность работы энергосистемы и минимизирует потери, возможные в процессе передачи. К числу инновационных устройств FACTS относятся:
· фиксированные последовательные компенсаторы (FSC);
· последовательные компенсаторы с тиристорным управлением (TCSC);
· статические VAR-компенсаторы (SVC) для динамической шунтированной компенсации.
Последнее поколение устройств SVC от компании Siemens получило название SVC PLUS. По сути, это высокоэффективные стандартизованные компактные устройства, которые способны обеспечивать все необходимые требования сети. В качестве примера можно привести коммуникацию с крупными ВЭС, находящимися в море.
Специалисты давно акцентируют внимание на эффективности технологии управляемых систем электропередачи переменного тока, которая применяется при производстве, а также в процессе передачи и перераспределения электроэнергии. Однако на практике энергетики нередко сталкиваются с задачами, которые решать с использованием переменного тока либо экономически не выгодно, либо просто невозможно. Например, это может быть передача энергии на очень большие расстояния или между сетями, функционирующими не синхронно.
В то же время уникальной отличительной особенностью высоковольтных систем постоянного тока можно назвать возможность передавать энергию в сети, не допускающие дополнительного роста токов короткого замыкания. Недавно специалисты компании Siemens разработали систему передачи постоянного тока ультравысокого напряжения (UHVDC). На сегодняшний день она признана самым оптимальным решением, обеспечивающим высокоэффективную передачу электрической энергии на расстояния свыше 2 тыс. км.
Технические характеристики сети, работающей с использованием технологии UHVDC, позволяют объединять регионы, расположенные в разных временных зонах и климатических поясах. Эта особенность позволяет использовать все возможные отличия с максимальной эффективностью.
Перспективное сотрудничество
Сегодня на территории России энергия ветра используется не достаточно широко, в то время как в мире вопросам развития альтернативной энергетики уделяется более пристальное внимание. В частности, в Германии была разработана программа «Energiewende». Предполагается, что в результате её поэтапной реализации уже к 2020 году ветропарками, построенными в открытом море, будет вырабатываться более 6,5 ГВт электрической энергии. По оценкам экспертов, в течение следующего десятилетия объём генерации будет увеличен более чем в 2 раза и к началу 2030 года он сможет достичь отметки в 15 ГВт.
В Северном море представители компании АВВ ввели в эксплуатацию ЛЭП, соединяющую ветропарк с оборудованием TenneT, расположенным на материковой части. Линия постоянного тока высокого напряжения (HVDC) будет обеспечивать энергией, выработанной экологически чистыми установками, более 1 млн. домохозяйств. DolWin2 стал третьим проектом, реализованным АВВ на базе морского ветропарка в рамках делового партнёрства с немецким оператором систем телекоммуникации. Ранее уже были запущены в действие BorWin1 и DolWin1.
«Наша компания рада успешной сдаче в эксплуатацию и запуску проекта DolWin2. Мы хотим выразить благодарность компании TenneT за доверие и продолжительное продуктивное сотрудничество», - прокомментировал это событие руководитель бизнес-направления «Энергетические сети» компании АВВ Клаудио Факин.
Специалисты отмечают, что технология HVDC является оптимальным решением в ситуации, когда необходимо обеспечивать надёжную и эффективную передачу внушительных объёмов электроэнергии на большое расстояние. К тому же её технические характеристики позволяют говорить о том, что технология помогает безукоризненно интегрировать в действующие энергосистемы удалённые генерирующие объекты, относящиеся к категории возобновляемой энергетики. При этом HVDC выводит сети новый «интеллектуальный» уровень.
Линия мощностью в 916 МВт работает с применением технологий АВВ постоянного тока высокого напряжения HVDC Light®. Также в работе системы задействован инвертор напряжения (VSC) и преобразовательная станция на 320 кВ. Она установлена на платформе, расположенной в открытом море на расстоянии 45 км от береговой линии. Этот объект сетевой инфраструктуры может соединять 1-3 ВЭС с разветвлённой сетью ЛЭП на материке.
Около 20-ти лет назад компания АВВ стала первопроходцем, применившим технологию постоянного тока высокого напряжения HVDC Light, которая работает с применением инвертора напряжения (VSC). АВВ и сегодня занимает лидирующие позиции на рынке электроэнергетики. В её активе насчитывается 19 из 25 успешно реализованных проектов VSC HVDC.
На данный момент верхняя планка этой технологии составляет ± 640 кВ. Она обеспечивает доставку 3 тыс. МВт электроэнергии на расстояние свыше 2 тыс. км. Для сравнения: этого количества энергии достаточно для того, чтобы обеспечить потребности в электрике миллионов потребителей. Конструкция системы допускает установку компактных преобразовательных станций. Этот нюанс является весомым преимуществом, когда встаёт вопрос о необходимости строительства новых энергогенерирующих объектов, таких как морские ветропарки и межсистемные ЛЭП.
«Умный город» в России
Вопросы энергоснабжения являются неотъемлемой частью городской инфраструктуры и потому попали в поле зрения концепции Интернета вещей. Одним из её ключевых направлений специалисты называют «умный город». Его фундаментальными принципами принято считать интеллектуализацию объектов инфраструктуры и внедрение IT-технологий в городскую среду, которые призваны повысить качество жизни населения.
В последнее время на территории России в рамках «смартизации» городов разрабатываются всё новые и новые проекты. Интерес к инновационным технологиям растёт с каждым днём, однако, как показывает практика, большинство таких инициатив не согласовываются между собой и потому взаимодействуют некорректно. Как следствие, возникает острая необходимость в стандартизации smart-технологий.
Функция разработки стандартов «умного города» была возложена на Национальный центр стандартизации. Ожидается, что внедрение грамотных критериев позволит привести базу знаний к общему знаменателю, объединит идеи и усилия участников проектов, тем самым ускорив строительство smart городов. Однако специалисты подчёркивают, что даже утверждённые стандарты должны оставаться динамичными. Ведь потребности общества постоянно меняются, поэтому вместе с ними должны корректироваться и стандарты, чтобы они не создавали препятствий для воплощения новых планов в жизнь.
В скором времени в РФ будет создан технический комитет по стандартизации «Кибер-физические системы». В число его первоочередных задач будут включены вопросы стандартизации Интернета вещей, «умного города», «умного производства» и «больших данных». Ожидается, что одним из результатов работы нового комитета станет появление таких общенациональных стандартов:
· ГОСТ «Умный город. Эталонная структура ИКТ. Часть 1. Структура бизнес-процессов Умного города» (гармонизация с ИСО/МЭК 30145–1);
· ГОСТ «Умный город. Эталонная структура ИКТ. Часть 2. Структура управления знаниями Умного города» (гармонизация с ИСО/МЭК 30145–2);
· ГОСТ «Умный город. Эталонная структура ИКТ. Часть 3. Инженерные системы Умного города» (гармонизация с ИСО/МЭК 30145–3);
· ГОСТ «Умный город. Показатели ИКТ» (гармонизация с ИСО/МЭК 30146).
В настоящее время концепция «умного города» уже реализуется в нескольких масштабных проектах. В частности, над внедрением одного из них недалеко от Казани работает компания JLL. Также разрабатывается несколько пилотных проектов, направленных на создание «умных» районов на территории Московской области.
В Пушкинском районе Санкт-Петербурга строится город-спутник «Южный». В ходе проектирования его инженерной инфраструктуры были использованы принципы «green development» и интеллектуальные технологии. В реализацию проекта будет инвестировано около 176 млрд. руб.
Повысить «интеллект» российских городов призваны технологии М2М. По сути это межмашинный обмен данными или передача информации в одностороннем направлении. Эта технология универсальна, поэтому, её ожидает большое будущее. Например, в рамках концепции «умного города» М2М может быть использована не только на объектах электроэнергетики и сетевой инфраструктуры, но и в сфере ЖКХ, образования, здравоохранения, вендинга и т.д.
«Канатоход» осваивает сети «МРСК Урала»
Уральские энергетики стремятся показать всем участникам электроэнергетического рынка то, что региональный сетевой комплекс идёт в ногу со временем. Здесь постоянно внедряются инновационные технологии, и модернизируется оборудование, что, в свою очередь, повышает надёжность поставок потребителям качественной электроэнергии.
Примером применения «умных» технологий стал роботизированный комплекс диагностики высоковольтных воздушных ЛЭП «Канатоход». Он разработан уральскими инженерами на базе инновационного предприятия «Лаборатория будущего». В настоящее время новая система проходит испытания в естественных условиях на базе электросетевого комплекса «МРСК Урала». В рамках соглашения о сотрудничестве энергетики помогают учёным совершенствовать технологию и адаптировать функционал роботизированного комплекса под решение конкретных задач.
Набор опций «Канатохода» позволяет ему взлетать с наземной платформы, садиться на кабель или на молниеотвод, натянутый над проводами вдоль линии электропередач, и передвигаться от одного объекта сетевой инфраструктуры к другому. В процессе движения система собирает и анализирует данные о состоянии ЛЭП. Затем она формирует отчёты и выдаёт экспертное заключение с рекомендациями, которые касаются объёма ремонтно-восстановительных работ.
Разработка уральских учёных позволяет качественно контролировать состояние сетевого оборудования и своевременно обнаруживать неполадки. Вместе с этим инновационное оборудование может быть корректно интегрировано в IT-системы федеральных сетей.
«Школа умного потребителя» для рационального пользователя и не только…
Как следует из результатов статистических исследований, только около 37% потребителей задумываются о своём режиме энергопотребления и знают, какое количество электроэнергии расходуется их домохозяйством. При этом не более 40% из них применяют на практике разные методы экономии. Но только 0,1% умеет грамотно составлять график потребления.
Специалисты Уральского федерального университета совместно с энергетиками «МРСК Урала» разработали программно-аппаратный комплекс интеллектуального учёта и управления потребление электрической энергии «Школа умного потребителя». Технологии, использованные в ходе работы над проектом, могут принести экономическую выгоду, как рядовым потребителям, так и электросетевым компаниям.
Так, если использование «умных» технологий помогает рядовому потребителю рационально расходовать свой бюджет, то энергогенерирующие предприятия получают сразу несколько выгод. Ни для кого не секрет, что износ электросетевого оборудования в энергетическом комплексе России составляет порядка 70%. Очевидно, что отрасль остро нуждается в модернизации, частью которой и способны стать интеллектуальные технологии. Они способны повысить надёжность и эффективность энергоснабжения, а также существенно сократить технологические потери в сетях.
Но уже по сложившейся традиции в бочке мёда не обходится без ложки дёгтя: с одной стороны инновационные решения необычайно выгодны, в то время как с другой - они гораздо затратнее традиционных решений. А поскольку деятельность электросетевых компаний регулируется рамками жёстких правил, то и финансовые возможности их сильно ограничены. По этой причине все новинки проходят жёсткий контроль и в число лидеров способны пробиться лишь те, что позволяют снизить капитальные и операционные затраты компании и увеличивать жизненный цикл сетевого оборудования.
Ещё одной серьёзной проблемой, которая существенно тормозит внедрение инноваций, является недостаточное количество на рынке перспективных технологических идей. Поэтому уже в течение 5-ти лет ПАО «Россети» и инновационный центр «Сколково» инициируют проведение всероссийского конкурса инновационных проектов и разработок в сфере электроэнергетики «Прорыв». Организаторы мероприятия стремятся объединить наработки представителей разных областей отечественной науки и техники для формирования электроэнергетической системы будущего.
Бизнес-партнёрами конкурса выступают Агентство стратегических инициатив, Национальная технологическая инициатива, Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Призёрам предоставляется уникальная возможность не только осуществить свои идеи, но и дальше работать над их совершенствованием. Для этого «Россети» предоставляют свои объекты и обеспечивают победителей конкурса всем необходимым оборудованием. Компания включает перспективные проекты в специальный корпоративный реестр, обеспечивает содействие в ходе испытаний и гарантирует различные преференции при аттестации решения.
Интеллектуальная модель энергосистемы в действии
По результатам промежуточного этапа пилотного проекта, который проводится в электросетях 2-х районного Калининградской области, 27 июня 2017 года на заседании Совета директоров ПАО «Россети» было принято решение расширить зону внедрения «умной» модели энергосистемы на всю территорию региона. В ходе реализации первой ступени проекта «Цифровой РЭС – Янтарьэнерго» энергетикам удалось значительно улучшить экономические и производственные показатели.
«Калининградская область – это первый и на данный момент единственный регион страны, где используется такая модель энергосистемы. Это уникальный проект, в котором учтены все нюансы. Это позволяет говорить о возможности построить «умные» сети и растиражировать полученный опыт на всю страну», - говорит первый заместитель генерального директора ПАО «Россети» Роман Бердников.
«Все аварийные ситуации в сети локализуются в автоматически с помощью коммутационной аппаратуры. Отключение ЛЭП для проведения плановых ремонтных работ и подключения новых потребителей осуществляется удалённо. За действиями работников, выполняющих весь комплекс работ на повреждённом участке, также наблюдаем дистанционно», – делится впечатлениями заместитель главного инженера – начальник департамента технологического развития, технического обслуживания и ремонтов «Янтарьэнерго» Максим Моисеев.
«Если раньше для устранения сложной аварии было бы отключено более 40-ка трансформаторных подстанций, то после установки системы автоматизации - только 4-7. Процесс локализации повреждённого участка мог продолжаться от 2-х до 24-х часов, а сейчас технологическое нарушение удаётся устранить в считанные секунды. Сегодня восстановление подачи электроэнергии занимает всего лишь около часа», – добавил он.
Наряду с внедрением инновационной модели энергосистемы, в зоне проведения пилотного проекта планируется выполнить модернизацию действующего ветропарка, мощность которого составляет 5,1 МВт. По оценкам специалистов, за счёт энергии ветряков, пересмотра УРЗ и установки «умной» автоматики, численность отключаемых при аварии потребителей снизится на 30-40%.
Ожидается, что уже в 2018 году возможность снизить эксплуатационные затраты и технологические потери энергоресурса, повысить качество принятия управленческих решений и оперативность реагирования на возникновение аварийных ситуаций позволит создать некий эталон. В будущем новые проекты будут разрабатываться и внедряться с учётом этих наработок.
По словам генерального директора АО «Янтарьэнерго» Игоря Маковского в инновационный проект, который поэтапно осуществляется на территории Мамонтовского и Багратионовского районов Калининградской области, в обей сложности будет инвестировано 290 млн. руб. Из них на автоматизацию сетей будет выделено около 70 млн. руб. Аналитики полагают, что даже при самом неблагоприятном сценарии развития событий в экономике, проект окупится в течение 8-9 лет. «Необходимость тиражирования опыта цифровых РЭС – Янтарьэнерго у нас не вызывает никаких сомнений, мы готовы масштабировать его по всему региону», - резюмирует И. Маковский.
В ходе реализации второго этапа на пилотных площадках энергетики планируют установить 5 тыс. «умных» приборов учёта. Для потребителей эта процедура будет выполнена бесплатно. Финансирование масштабной задачи предусмотрено в соглашении с РФПИ. Ожидается, что инвестиции будут возвращены за счёт снижения потерь электроэнергии на 50-55% (с нынешних 26% до планового показателя в 10%).
«Умные» системы учёта позволят потребителю отслеживать объёмы потреблённой электроэнергии на интернет-ресурсе компании «Янтарьэнергосбыт». Благодаря возможности получить доступ к личному кабинету в режиме 24/7, он сможет в удалённом режиме планировать и оптимизировать расход электроэнергии. Интеллектуальные системы призваны помочь потребителю грамотно расходовать энергоресурсы, а сетевым компаниям – контролировать объёмы поставленной энергии и, в случае необходимости, отключать от сети нарушителей платёжной дисциплины.
На третий этап реализации проекта запланировано внедрение комплексных систем оперативно-технологического и ситуационного управления рабочими процессами.
Помогите сети думать…
Пресс-служба Севастопольского государственного университета сообщила, что, уже начиная с нового учебного года, учебное заведение начнёт подготовку специалистов для проектов из категории интеллектуальной энергетики. Пройти курс обучения новой программе смогут те, кто получил степень бакалавра по специальностям, которые имеют отношение к электротехнике и электроэнергетике.
В дальнейшем выпускники вуза смогут трудоустроиться в компании, специализирующиеся на производстве энергетического оборудования и на предприятия энергосетевого комплекса. В частности, представители холдинга «Россети» уже заявили о готовности принять на работу молодых специалистов, прошедших курс обучение на новой кафедре университета.
«Создание интеллектуальных электрических сетей нуждается в специалистах нового поколения, которые обладают специальными знаниями и способны разрабатывать, а также эксплуатировать инновационные сети. Первый проект подготовки узкопрофильных специалистов будет реализовываться в Севастопольском государственном университете в рамках новой магистерской программы», – говорит заместитель руководителя рабочей группы «ЭнерджиНет» Алексей Чалый.
Супераккумулятор от «Росатома» уже на подходе
О необходимости создания накопителей электроэнергии, способных функционировать в промышленных масштабах, энергетики говорят уже давно. Над поиском практичного решения этой задачи активно работают как отечественные инженеры, так и зарубежные специалисты. Некоторые отзываются о таких накопителях как о ведущей мировой тенденции. Это и не удивительно.
С развитием «зелёной» энергетики необходимость в инновационных решениях растёт в геометрической прогрессии. Ведь технологии, основанные на генерации энергии от источников, которые напрямую зависят от переменных природных факторов (ветра, солнца или воды), не отличаются равномерностью производства. Сгладить этот недостаток и призваны накопители энергии.
Над вопросами хранения энергии активно работают и в «Росатоме». «Сегодня наши специалисты трудятся над созданием супераккумулятора. Наряду с этим мы двигаемся в направлении освоения технологий добычи лития и методов его переработки, включая достижение этапа конечного результата. В данном случае речь идёт о создании аккумуляторных батарей нового поколения. Решением этой задачи занимается топливная компания ТВЭЛ, которая входит в структуру корпорации, а также АО «Наука и инновации», - сказал президент «Росатом-Международная Сеть» Александр Мертен.
Для госкорпорации изготовление супер накопителя является лишь промежуточным этапом. Основная задача заключается в том, чтобы наладить серийный выпуск аккумуляторов большой вместимости и снизить их себестоимости.
До Австралии за 100 дней
До конца текущего года на территории ветряной станции, которая находится в Джеймстауне (Южная Австралия), компания Tesla установит крупнейший в мире литий-ионный накопитель. Ёмкость аккумуляторной батареи составляет 129 МВт/ч. Ожидается, что система резервного питания сможет обеспечивать необходимый резерв электрической энергии, выработанной ветряками. В свою очередь это позволит поддерживать стабильное функционирование объекта.
Основатель и генеральный директор Tesla Илон Маск утверждает, что его компания доставит аккумулятор в Австралию в течение 100-а дней после заключения соответствующего соглашения. Если Tesla по какой-либо причине не уложится в оговоренные сроки, она передаст хранилище в распоряжение австралийских властей бесплатно.
Уникальный аккумулятор мощностью 100 МВт станет самым крупным в штате генератором энергии из альтернативных источников. При этом его батарея будет самой большой в мире.
«На сегодняшний день Южной Австралии уже принадлежит пальма первенства в производстве возобновляемой энергии в стране. После установки инновационной системы резервного питания штат выйдет в мировые лидеры по хранению энергии», - говорит глава Южной Австралии Джей Уэзерхилл.
Также Tesla установит аккумулятор Powerpack в штате Новый Южный Уэльс. Она будет накапливать избыточную энергию, получаемую днем, и использовать её в ночное время суток. Это позволит снизить нагрузку в электросетях и суммы в счетах за электроэнергию для жителей Сиднея.
Итак, что же ждёт российскую электроэнергетику в скором будущем? Эксперты полагают, что будет выполнен плавный переход на использование комбинированной системы энергоснабжения, которая предполагает грамотное сочетание централизованных систем, локальных источников электроэнергии и инновационных систем учёта и контроля, сконструированных на базе технологии Умные Сети.
Вместе с тем чаша весов постепенно будет смещаться в сторону альтернативной энергетики. Здесь на смену морально устаревшим и низкоэффективным источникам, которые способны нанести непоправимый ущерб, как здоровью человека, так и окружающей среде, придут более продуктивные технологии. По оценкам аналитиков уже в ближайшие десятилетия энергетическую отрасль ждёт череда ярких значимых открытий.
