Smart grid по-русски

Многие уже, наверное, слышали этот термин – smart grid, и, хотя устоявшейся трактовки до сих пор нет, коротко smart grid («умная сеть» – так переводится этот термин) можно описать как объединение производства и потребления энергии с множеством обратных связей и интеллектуальной системой управления.

Информационные агентства сообщают о том, что Берлин и столица Эквадора Кито в скором времени получат полномасштабное внедрение smart grid. Но это все там, за границей, где суммарная мощность введенных в эксплуатацию фотоэлектрических установок в 2013 году превысит 35 ГВт. А имеет ли это какое-нибудь отношение к нашим российским реалиям?

Для начала при чем тут фотоэлектричество и smart grid? Дело в том, что сама концепция подразумевает наличие множества распределенных производителей энергии, что исключает большую нагрузку на сети передачи энергии и большие мощности перетоков, к тому же энергию от фотоэлектрических систем преобразовывают в переменный ток, который, как известно, используется у нас и в промышленности, и в быту, очень современные высокотехнологичные устройства – сетевые инверторы, которыми достаточно легко управлять дистанционно. Понятно, что фотоэлектричество зависит от природы, но самое интересное, что величина выработки энергии на фотоэлектрической или солнечной электростанции практически полностью повторяет суточный график роста и уменьшения нагрузки в течение дня. Таким образом, использование фотоэлектричества в сети с разными источниками энергии очень привлекательно с целью легкого согласования выработки и потребления энергии. Какие источники энергии используются в России в настоящее время? Это тепловые станции (в основном на газе) – более 60%, гидроэлектростанции и атомные электростанции. Все эти генерирующие мощности были построены за последние 80 лет, и современная конфигурация производства энергии и его потребления далеко не везде совпадают. Так и получается, что энергия генерируется в одном месте, а потребляется за сотни и тысячи километров от места производства. Множество гигантских гидроэлектростанций, построенных в Сибири, часто не загружены, а в европейской части России энергия находится в дефиците, ее не хватает. Например, одни из самых энергодефицитных областей Черноземья – Курская и Воронежская, а ведь в этих областях находятся атомные электростанции. Строительство распределительных подстанций и линий электропередачи зачастую не может решать эту проблему: потери в ЛЭП могут составлять до 30% от передаваемого количества энергии. Вот тут и пригодится так называемая распределенная энергетика, которая будет служить подспорьем для решения локальных задач обеспечения нагрузок качественным электроснабжением.

Теперь вернемся к «умной» сети. Конечно, с Берлином или Кито нам не сравниться по масштабам, но… Какие у нас есть возможности производить энергию близко к месту потребления? При наличии развитой газовой транспортной системы – генерация энергии на газопоршневых или газотурбинных установках, дизельная генерация, фотоэлектричество и ветрогенераторы, малые ГЭС не берем в расчет, хотя в некоторых местах применение малых ГЭС вполне возможно. Всем этим хозяйством нужно управлять, хотя для большинства подобных устройств уже есть рабочие системы управления и согласования. Еще одна задача – это резервирование энергии и система перераспределения потоков энергии в аварийных ситуациях. Также неплохо бы было автоматически учитывать потребление энергии с идентификацией потребителей в автоматическом режиме и возможностью как увеличивать поток энергии для определенных потребителей, так и ограничивать потребление при определенных условиях. Для всех этих действий существует множество систем и подсистем, а если чего-то не хватает, в наших силах сделать необходимые устройства.

Мы очертили вкратце параметры будущей «умной» сети, но на ком делать опыты? К счастью, в Дмитровском районе Московской области готовятся к реализации три проекта, где подобную сеть можно будет создать и опробовать на практике. Первый проект – строительство спортивно-оздоровительной и рекреационной зоны с развитой инфраструктурой, экофермой и жильем (примерно 500 домов), второй проект – строительство поселка коттеджей социального жилья на 1800 домов и третий – поселок «Солнечный» на 250 домов с собственным технопарком. Инициатором всего этого строительства является наш партнер компания «Региональная энергетика». Нас пригласили в эти проекты как компанию, опыт которой в строительстве как автономных, так и сетевых солнечных электростанций один из самых значительных.

Самый первый и основной вопрос при малоэтажном строительстве – это коммуникации. В первую очередь электро-энергия. Что мы можем получить от электрических сетей? Очень небольшую выделенную мощность по низкому напряжению – этого явно недостаточно для всех потребностей. Есть возможность провести газовые магистрали и поставить газотурбинную генерацию – хорошо, но газ – невозобновляемый ресурс и стоит денег. Установка ветрогенераторов под большим вопросом, так как средняя скорость ветра в Московской области примерно 3,1 м/с, а этого явно недостаточно для работы ветрогенераторов, хотя в качестве эксперимента мы планируем поставить несколько ветрогенераторов с вертикальной осью и низкой скоростью страгивания для определения целесообразности их применения в дальнейшем. Так возникла идея довольно большую часть недостающей энергии получать от солнца, тем более что положительный опыт работы построенных нами солнечных электростанций в Белгородской области (первая в России сетевая солнечная электростанция) и в том же Дмитрове дает возможность сделать правильные расчеты и получить отличный результат.

Для того чтобы не занимать отдельную площадь для размещения фотоэлектрических модулей – было принято решение размещать солнечные модули на крышах домов и все объединить в общую сеть. Предусмотрено также подключение газогенераторных установок, небольшой мощности от районных электрических сетей и резервной аккумуляторной электростанции для компенсации возможных перебоев в электроснабжении. Вся система будет управляться в автоматическом режиме и практически не требует вмешательства человека при правильной настройке – собственно, эту настройку мы и хотим опробовать на этих объектах. Тем более что все они имеют разное назначение, и это позволит нам подобрать оптимальные настройки системы для разных возможных применений. Все потоки энергии будут учитываться также в автоматическом режиме, и биллинговая система позволит отслеживать как производство энергии, так и ее потребление и оплату за потребленные ресурсы. Возможно, также будет внедрена система поощрения для тех, кто готов установить дополнительное оборудование за свой счет и производить энергии больше, чем потребляет.

Самое большое потребление энергии в таких объектах – это отопление и горячее водоснабжение. В концепцию строительства заложено применение самых современных материалов – термодерева, полимерно-древесного композита и базальтопластиковых композитных изделий. Применение современных материалов и продуманная конструкция домов позволят очень сильно сократить потребление энергии на нужды отопления. Отопление будет осуществляться тепловыми насосами, а горячая вода будет производиться солнечными коллекторами в каждом доме. Так как потери тепла будут сведены к минимуму, то затраты электроэнергии на отопление будут также минимальны. Расчеты показывают, что баланс производства и потребления энергии является положительным, то есть электрической энергии с избытком хватит на все нужды, а в летнее время будут образовываться излишки электрической энергии. Поэтому в проекте поселка «Солнечный» излишки электроэнергии будут направляться на производство композитных материалов для малоэтажного строительства, то есть проект будет не только сам себя обеспечивать энергией, но и выйдет на самоокупаемость в самое короткое время, примерно за 1,5-2 года. В настоящее время существует только одна проблема – нехватка инвестиций, чтобы уже в этом году запустить производство материалов для строительства и первые 100–300 домов. Поэтому если среди читающих эти заметки найдутся желающие финансировать подобные проекты – милости просим, условия обсуждаются. Капитальные затраты только на инженерное обеспечение (электроэнергия, Интернет, водоснабжение, канализация, теплоснабжение) на одну рекреационную зону оцениваются более чем в 1300 млн. рублей. Так что простор для инвесторов большой. При этом на все эти проекты есть покупатели: на рекреационную зону – международная туристическая компания, на социальное жилье – правительство Московской области, на дома в поселке «Солнечный» – частные покупатели.

Павел Михалев,
генеральный директор ООО ВИЭКО