По программе мегагрантов российское правительство выделило почти сто миллионов рублей на создание в Иркутском государственном техническом университете (ИрГТУ) лаборатории «Электроэнергетические системы будущего». Ее руководителем стал ведущий ученый из Германии Збигнев Стычински (Zbigniew A. Styczynski).
Представьте: по всему побережью Северного Ледовитого океана стоят сотни и тысячи ветровых турбин и непрерывно производят электроэнергию, отправляя ее в Центральную Россию, в Сибирь, на Урал и на Дальний Восток. Энергии всем хватает, и стоит она дешево. Идиллическая картина, которую, увы, нарушают принципиальные обстоятельства – современные линии электропередач устроены так, что на расстояния более 1000–1500 километров электричество «перегонять» экономически неоправданно: потери будут просто немыслимые. Впрочем, есть и другие сложности: современные технологии ветрогенераторов слишком дороги, ветер дует непостоянно, а электроэнергия при этом нужна по жесткому графику.
Да, все так: современные энергосистемы, связанные с электричеством, не лишены недостатков. Чаще всего конечный потребитель этого и не замечает, ведь ток для него течет из розетки, а ЛЭП – нечто абстрактное, находящееся «за окном» – главное, чтобы не над головой. Вероятно, единственный способ для него почувствовать существующие проблемы – повышение тарифов.
При передаче электроэнергии теряется ее немало и оплачивает все это конечный потребитель. Но, оказывается, дело здесь не только в деньгах. В современном мире, где электроэнергии требуется все больше (к примеру, в декабре 2012 года в России зафиксирован абсолютный рекорд ее потребления за всю историю), вопрос об энергоэффективности и экономии постепенно становится все более острым, ведь уже очевидно, что ресурсы ограниченны; через некоторое же время они могут стать просто-напросто не всем доступны.
Все нужное – рядом
Электрические энергосистемы по всему миру были разработаны для централизованного производства и распределения электроэнергии. После выработки она поступает в сети высокого и сверхвысокого напряжения и затем транспортируется к потребителям и распределяется между ними по сетям среднего и низкого напряжения. Это сделано для снижения потерь, от которых, тем не менее, совсем избавиться невозможно. В частности по этой причине выработка электроэнергии все чаще происходит на уровнях сетей среднего и низкого напряжения, эти ранее пассивные части энергосистемы становятся активными. Такие генераторы находятся вблизи центров потребления электроэнергии – чтобы никуда не требовалось ее передавать. Во многих странах, особенно в Испании и Дании, часть энергии, генерируемой на распределенных источниках (чаще всего это ветровые или солнечные электростанции) может составлять более 50% общей ее выработки.
Однако и здесь есть свои сложности. Они появляются, в том числе из того, что многие распределенные источники не могут вырабатывать энергию постоянно (а только когда есть солнце или ветер). Поэтому недостаток энергии в сети или, напротив, ее переизбыток (такое тоже бывает) необходимо контролировать. Один из способов справиться с ситуацией – это применение технологии «умных сетей» (smart grids), которые представляют собой систему, оптимизирующую энергозатраты потребителя и позволяющую перераспределять электроэнергию между ними; «умная» энергосистема максимально автоматизирована. Кроме того, для smart grids нет универсальной концепции – в этот термин заложена определенная гибкость, что позволяет развивать технологию не на каких-то догмах, а в зависимости от существующей в стране инфраструктуры и государственных целей.
В России одними из первых умными сетями занялись в Иркутском государственном техническом университете (совместно со специалистами Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук). Сейчас эти работы также координирует профессор Збигнев Стычински из Университета Отто фон Герике (Магдебург, Германия), который приглашен в ИрГТУ в рамках мегагранта, полученного университетом после победы в конкурсе по постановлению Правительства РФ.
В российских реалиях smart grids создаются в следующих целях: увеличение эффективности существующих энергосетей на 40%, повышение их надежности, снижение капитальных затрат на введение в строй новых мощностей и внедрение новых технологий (таких как «умные» измерительные приборы, установки по выработке энергии из возобновляемых источников и другие). В то же время цели эти предварительные. «Мы еще не до конца договорились с сетевыми компаниями, с «Иркутскэнерго», не знаем, какие у них на самом деле потребности», – говорит профессор З. Стычински.
Лаборатория в ИрГТУ задумывается таким образом, что будет приспособлена под множество специальных задач. «В Магдебурге мы решаем задачи smart grid как для локальных сетевых компаний, так и для таких сетевых гигантов, как 50 Hertz Transmission, совместно с концерном Siemens», – поясняет он. При этом, по словам З. Стычински, иркутская лаборатория будет оборудована даже более современно, чем у него в Германии (лаборатория электрических сетей и возобновляемых источников энергии, которую Збигнев Стычински возглавляет в Университете Отто фон Герике, и основная тематика которой – «умные сети»).
В частности, уже работает система по расчету и планированию умных сетей с соответствующим программным обеспечением, а также совсем недавно налажено оборудование, идеология которого – новейшие концепции защиты сетей. Аналоги этой системы под названием Synchro Phasоr Measurement Unit стоят только в 3–4 базовых лабораториях мира, а принцип ее устройства основан на синхронизации работы сетей через спутниковые навигационные системы GPS или ГЛОНАСС.
«Байкалэнерго»
В Германии умные сети (уже основательно «продвинутые» на рынке электроэнергии) включают в себя локальные станции, вырабатывающие электричество из возобновляемых источников. В России с этим гораздо сложнее. По словам З. Стычински, ему постоянно говорят, что в том же Иркутске плохо с ветровыми ресурсами, хотя имеется потенциал солнечной энергетики. Основным же возобновляемым ресурсом являются реки – немалая часть Сибири обеспечивается энергией за счет гидроэлектростанций. Ввиду сложности вопроса, для будущих умных сетей Сибири основными станут другие задачи – повышение надежности поставок электроэнергии и ее качества, а также автоматизация сетей. Кроме того, немецкий профессор очень надеется на развитие так называемой локальной автономной генерации – речь идет о том, чтобы небольшие постоянно работающие генерирующие мощности, производя энергию, могли ее запасать в накопителях. В них под действием электричества из воды получается водород, который впоследствии используется в топливных элементах для возврата электричества в сеть. Модель такой системы (с реально работающими топливными элементами и накопителями энергии) для изучения возможностей последней планируется построить в ИрГТУ в 2013 году.
Проект по умным сетям в ИрГТУ получил неожиданное название «Байкал». «Мы раздумывали, какое название дать проекту: идея была в том, что когда мы это слово скажем, все должны сразу понять, где это (даже не что это, а, главное, где), – рассказывает З. Стычински. – Если бы мы назвали проект Smart Grids, то многие, наверное, не сразу бы поняли, что это проект в Иркутске. В процессе обсуждения и возникло предложение о «Байкале». Я позже смотрел: очень многие проекты имеют подобное имя – в области культуры, биологии и так далее. Но ничто нам не мешало назвать свой так же, ведь эксклюзивных прав на слово «Байкал» не имеет никто».
Что ж, можно лишь пожелать участникам проекта, чтобы через короткое время слова «проект «Байкал» ассоциировались не столько с географическим местоположением, сколько с примером успешной модернизации в области энергоэффективности и энергосбережения.
Иван Охапкин ,www.strf.ru
