Сети XXI века

Трансформация электрических сетей по всему миру происходит под воздействием сложного сочетания таких факторов, как энергетическая и климатическая политика, требования пользователей и бизнеса и технологические инновации. Этот путь займет 20 лет, если не больше, и будет состоять из ряда важных этапов. Энергетическим компаниям и поставщикам электроэнергии придется вкладывать средства как в существующий бизнес, так и в инновации. Завершение каждого политического этапа на основе зрелых энергетических и информационных технологий будет приносить значительную выгоду.

Потребители меняют способы использования энергии и требования к услугам энергетических компаний. Этому в немалой степени способствует быстрое развитие новой, «умной» энергетической электроники, новых интернет-приложений и услуг, домашних устройств и электромобилей, заряжаемых от обычных розеток переменного тока. Отраслевые, корпоративные и государственные требования в области охраны окружающей среды заставляют внедрять энергетические и информационные технологии для повышения энергоэффективности заводов и зданий, для производства и хранения «чистой» энергии и минимизации выбросов углекислоты в атмосферу.

Сегодня энергетические компании и коммунальные службы вынуждены одновременно вкладывать средства в существующий бизнес и инновации. Ведущие энергетические компании создают интегрированные бизнес-стратегии, технологические архитектуры и планы развития, чтобы оптимально управлять этими критически важными инвестициями. При этом очень важно внедрять энергетические, информационные и коммуникационные технологии (ИКТ), позволяющие доставлять услуги, которые отвечают нынешним и будущим требованиям заказчиков и поддерживают гибкую адаптацию к рыночным изменениям и распределенному характеру ресурсов.

Перспективные прорывные технологии

Лучшие проекты smart grid объединяют энергетические и информационные технологии и создают более «умные», безопасные и надежные энергетические сети. При строительстве любых архитектур этого типа стоит рассмотреть возможность использования следующих ключевых технологий.

Распределенная генерация (Distributed Generation). Технология распределенной генерации достигла важной поворотной точки в своем распространении на рынке Северной Америки. В Европе она успешно прошла эту точку, а ее распространение в Азиатско-Тихоокеанском регионе лишь начинается. В некоторых странах Европы из возобновляемых источников добывается половина, а то и более половины доставляемой суточной энергии. Опора на распределенные источники энергии снижает необходимость в сложных проектах по строительству новых линий электропередачи в целом ряде стран. Таким образом, в обозримом будущем следует ожидать дальнейшего увеличения доли возобновляемых источников энергии в распределительных сетях.
Датчики (сенсоры). В сетях электропередачи идет процесс широкого распространения сенсорных технологий. В этих сетях устанавливаются синхрофазоры, «умные» электронные устройства для подстанций и систем распределения, а также «умные» счетчики. В Северной Америке распространение синхрофазоров и «умных» счетчиков стимулируется из специального фонда U.S. Smart Grid. Аналогичный фонд, поощряющий развитие сетей smart grid, недавно был создан в Австралии, и мы ожидаем резкого увеличения темпов распространения сенсорных технологий в этой стране.

Хранение энергии. Хранение энергии может сделать электрические системы более надежными и стабильными. Оно повысит качество электроэнергии и создаст более широкие возможности по управлению энергопотреблением. Политические инициативы, предпринимаемые в сфере экологии и энергетики, поощряют развитие средств хранения энергии, считая их важным активом, способным смягчать непредсказуемый характер возобновляемых источников энергии и быстро реагировать на колебания спроса. Подобные решения становятся экономически целесообразными при использовании в масштабе всей энергетической сети.
Сети. Энергетические компании во всех частях света пересматривают свои телекоммуникационные потребности и инфраструктурную архитектуру. Эта архитектура должна поддерживать высокую доступность и низкую задержку проводных сетей, связывающих подстанции и центры управления, а также обеспечивать функционирование надежных и безопасных беспроводных полевых сетей (field area network) для автоматизации распределения, автоматического управления полевыми сотрудниками и поддержки «умных» счетчиков. Для решения сегодняшних и будущих задач энергетическая отрасль принимает архитектуры, основанные на технологиях Ethernet и IP.

Информационный анализ. Аналитические средства пользуются данными, поступающими из множества источников, таких как «умные» счетчики, «умные» устройства для распределительных сетей и подстанций, а также векторные измерительные приборы (phasor measurement unit). Современные средства анализа дают возможность принимать более быстрые и обоснованные решения за счет автоматизации энергетических информационных систем и предоставления автоматических функций сотрудникам и заказчикам энергетических компаний. Задача эффективного управления огромной лавиной получаемых данных решается с помощью ресурсов коммуникационной сети. Современные технологии для управления данными будут применяться в центрах обработки данных энергетических компаний и в сетевых облаках. Большой объем данных потребует использования эффективных методов визуализации и «умных» функций аварийного предупреждения, предоставляющих системным операторам полезную информацию для принятия практических мер.

Краткосрочные технические проблемы и безопасность киберпространства

В краткосрочной перспективе перед энергетическими компаниями, разрабатывающими «умные» сети smart grid, встает ряд сложных технических проблем. Среди них можно выделить слишком большую системную архитектуру, а также проблемы кибербезопасности и распределенной «умной» функциональности.
Масштаб и объем описанных выше энергетических сетей будет намного больше, чем у существующих электрических систем, которые и без того считаются самыми сложными техническими системами, построенными на нашей планете. Повышение сложности требует новых архитектурных подходов для управления данными на десятках миллионов оконечных устройств, федеративного контроля над разными требованиями к задержке со стороны операций разного типа, а также для поддержки высокого уровня безопасности, надежности и расширяемости систем. Cisco разработала комплексную сетевую архитектуру для поддержки этих требований. Кроме того, она привлекает к дальнейшей разработке сверхмощных энергетических архитектур ведущие вузы, такие как Университет Carnegie Mellon и Калифорнийский технологический институт.

Трансформация традиционных энергетических сетей и их превращение в сети smart grid должны проводиться на основе четкой стратегии безопасности, способной защитить эту критически важную инфраструктуру. В США одновременно на разных направлениях предпринимаются усилия по разработке и внедрению новых подходов к энергетической отрасли, учитывающие жизненный цикл систем. Эти и другие усилия, предпринимаемые в Европе и Австралии, можно использовать для любых энергетических систем во всех странах мира.

Для безопасности, масштабируемости и надежности энергетических сетей нужны разные технологии, и ни одна из компаний не способна разработать все эти технологии самостоятельно. Такую трансформацию и инновации, необходимые для ее поддержки и ускорения, можно реализовать лишь на основе совместной работы многих участников процесса, частных и государственных.