Интеллектуальная энергетика

За последние полсотни лет в электроэнергетике большинства развитых стран сформировались потребности в новых технологических решениях, которые были реализованы в виде технологии «умных сетей» – SmartGrid. О ее концепции и принципах действия рассказывают представители ОАО «Холдинг МРСК» – начальник департамента информатизации и бизнес-технологий Сергей Цымбал и руководитель практики внедрения бизнес-приложений IDS Scheer Россия и страны СНГ Андрей Коптелов.




Изменения в энергосистемах



В качестве основной проблемы была зависимость от поставок углеводородов, которая переросла в потребность в развитии альтернативных источников электроэнергии. В то же время всегда существовала неравномерность суточного потребления электроэнергии и необходимость снижения уровня пиковой нагрузки. Рост числа потребителей требовал управления большим количеством потребляющих приборов, что потребовало централизации процесса управления.

Для решения вышеозначенных задач была создана концепция SmartGrid, предлагающая новый подход к организации сетевой инфраструктуры. Фактически в рамках данной концепции создается новая интеллектуальная среда, способная эффективно решать задачи оптимизации маршрутов транспорта и распределения электроэнергии, энергетической эффективности, а также балансировки спроса и предложения. Работа такой «умной сети» должна основываться на использовании следующих элементов: интеллектуальных счетчиков («умные счетчики»), датчиков работы оборудования, коммуникационных сетей, диспетчерских систем и соответствующих интеграционных платформ. Необходимо отметить, что традиционная схема производства, передачи и потребления электроэнергии подразумевает размещение на территории страны нескольких сотен мощных генерирующих станций, а транспортная и распределительная сетевая инфраструктура соединяет их с миллионами потребителей. То есть фактически энергия идет от производителя к потребителю по линейной схеме. Но ситуация изменилась с развитием альтернативных источников электроэнергии. Размещение генераторов альтернативной электрической энергии на стороне потребителей привело к серьезному усложнению задачи распределения и учета электроэнергии, так как количество поставщиков и потребителей электроэнергии исчисляется уже миллионами.
При этом стоимость электроэнергии от альтернативных источников часто ниже стоимости электроэнергии, произведенной в промышленном масштабе, и поэтому возник рынок альтернативных источников, устанавливаемых на стороне потребителя (солнечные батареи и ветровые электростанции). При этом у потребителей появилась возможность не только покупать меньше электроэнергии, но и отдавать ее обратно в сеть, что для традиционной схемы фактически невозможно. И именно распространение альтернативных источников энергии среди населения требует серьезной оптимизации системы управления сетью, которая позволила бы контролировать как объем потребляемой электроэнергии из сети, так и объем отдаваемой в сеть электроэнергии.

Однако задача подключения альтернативных источников не так важна для российской энергетики. Более важным сегодня является заметное изменение уровня потребления электроэнергии, а следовательно, и изменение нагрузки на сеть. В связи с ростом объема потребления пиковые нагрузки могут превысить предельно допустимые, что приводит к аварийным отключениям. Серьезные колебания потребления электроэнергии требуют от сетевых компаний резервировать дополнительные ресурсы, что, в свою очередь, увеличивает затраты. Поэтому для минимизации пиковых нагрузок используется тарификация потребляемой электроэнергии в соответствии со спросом на нее, что требует установки счетчиков нового поколения, которые могли бы фиксировать не только общий объем потребленной электроэнергии, но и время («умный учет»). При этом информирование потребителей о стоимости электроэнергии, потребляемой ими в пиковые часы, служит дополнительным стимулом к сокращению уровня ее потребления, что, в свою очередь, снижает пиковую нагрузку на сеть.

В то же время на уровень потребления электроэнергии сильно влияют сезонные колебания спроса и колебания, связанные с проведением крупных мероприятий. Для сглаживания таких скачков в потреблении электроэнергии необходимо оперативно управлять соответствующими устройствами при их подключении в сеть, что требует внедрения средств дистанционного управления элементами сети.

Концепция «умных сетей» – SmartGrid



Для решения каждой из вышеозначенных задач была разработана концепция SmartGrid, которая призвана обеспечить контроль над потребленной и отданной в сеть электроэнергией, снижение величины перепадов нагрузок на сеть, повышение надежности и прозрачности в управлении сетью. Для выполнения контроля над потребленной и отданной в сеть электроэнергией SmartGrid предлагает установку у потребителя «умных счетчиков», способных рассчитывать уровень потребления электроэнергии с привязкой ко времени, для расчета итоговой стоимости в соответствии со стоимостью электроэнергии, покупаемой на рынке.Для тех потребителей, у которых установлены генераторы электроэнергии, используется расширенный вариант счетчика, способный фиксировать уровень электроэнергии, поставляемой в сеть, и время, что становится основой для взаиморасчетов с поставщиком электроэнергии. При этом цена за единицу электроэнергии изменяется исходя из уровня спроса на нее, в зависимости от общего потребления электроэнергии в распределительной сети. Такое управление спросом стимулирует потребителей к более экономному расходу электроэнергии в пиковые нагрузки, ведь когда цена за единицу увеличивается, многие потребители уменьшают потребление, что приводит к уменьшению пиковой нагрузки на сеть. Снизив пиковую нагрузку на сеть, можно увеличить срок службы сетевого оборудования и повысить надежность самой сети.

Еще одним способом снижения величины перепадов нагрузок на сеть является централизация контроля над оборудованием энергоемких потребителей. При организации массовых мероприятий контроль над включением и выключением приборов осуществляется электросетевой компанией или при ее активном участии. При этом необходимая прозрачность в управлении сетью достигается за счет конфигурирования оборудования, поддерживающего работу участка сети с учетом максимально возможного уровня перегрузок. Технология SmartGrid предоставляет возможность управлять сетью на уровне оборудования и при необходимости отключения объектов особого назначения в первую очередь отключать некритичные приборы и устройства.

В то же время снижение операционных затрат, столь необходимое в существующих условиях, возможно прежде всего через централизацию управления объектами сети и повышение эффективности процесса распределения ресурсов, что, в свою очередь, приведет к сокращению количества ремонтных бригад и численности обслуживающего персонала.

Зарубежный опыт

Разработка решений в рамках технологии SmartGrid ведется рядом консорциумов, включая Центр коммерциализации электрических технологий, консорциум технологических решений для электрической надежности, европейский консорциум SmartGrids Electricity Networks of the Future, а также Smart Energy Alliance, объединяющий шесть технологических компаний, включая Capgemini, Cisco Systems, GE, HP, Intel и Oracle. Пилотные проекты по созданию «умных сетей» ведутся в ряде компаний по всему миру, в том числе в США, Китае, Италии, Польше и других странах.
Одним из примеров внедрения решения SmartGrid является проект, проведенный в компании «Хьюстон Энерджи», снабжающей столицу Техаса город Хьюстон (США). Проект проводился в течение пяти лет компаниями Oracle и IBM при участии Cisco. Бюджет проекта составил более 100 млн. долларов. Итогами проекта стали центральная система биллинга, система обслуживания клиентов и 410 000 «умных счетчиков», обеспечивающих миллион физических лиц и 43 000 компаний.

В настоящий момент концепция SmartGrid объединяет ряд современных направлений и технологий, среди них:
• «Умный учет» – Smart metering – технология интеллектуальных измерений;
• Customer Information System – система абонентского учета и биллинга для отрасли энергоснабжения и коммунального обслуживания;
• Distribution automation – системы автоматизации распределения электроэнергии для средних и низких классов напряжения.

Во время мирового экономического кризиса инициатива развития интеллектуальных сетей была поддержана на уровне правительств развитых стран, которые ставили перед электроэнергетикой цели по снижению тарифов на электроэнергию и повышению надежности электросетевого комплекса. Многие западные страны (США, Канада, страны Евросоюза) увидели реализацию данных целей в виде решений на основе концепции SmartGrid. При этом во многих странах именно направления «умного учета» сейчас находятся в фокусе внимания, например, в США в ближайшее время планируется установить более 40 млн. «умных счетчиков».

Российская действительность

В настоящее время большинство российских инициатив в данной области также сосредоточено в области «умного учета» как основы концепции SmartGrid, ведь на учете строится биллинг абонентов, внедряется многотарифный учет и осуществляется контроль отпуска электроэнергии абоненту.

Однако совершенно логично, что для электросетевой компании помимо «умного учета» важно внедрять и технологии «умных сетей». Но на практике нужно учитывать, что большинство интеллектуальных технологий пришли в российскую энергетику из-за рубежа, и именно поэтому необходимость их использования должна быть исследована с точки зрения российских реалий, ведь российская энергосистема имеет множество отличий от западной.

Например, существующая цена электроэнергии часто нивелирует экономический эффект от внедрения интеллектуальных технологий ввиду длительного срока их окупаемости. При этом проблема подключения альтернативных источников электроэнергии в России вообще не существует.
А вот все, что касается телемеханизации, повышения качества электроэнергии и уменьшения времени недоступности электроэнергии, имеет ключевое значение, и именно здесь применение интеллектуальных технологий может обеспечить серьезный рывок вперед. А учитывая достаточно серьезную степень износа российских электрических сетей, необходимо говорить не просто о его постепенной замене, а о коренной реновации в этой области. При этом уже на этапе планирования технологических решений для реновации должно быть четко определено, какие интеллектуальные технологии будут нужны на тактическом и стратегическом горизонте.

Если сегодня подвести первые итоги внедрения интеллектуальных технологий, то пока большинство компаний находится в начале пути. Активно анализируется зарубежный опыт в этой области, внедряются определенные новшества в пилотных регионах, формируется законодательная база.
И основная сложность внедрения интеллектуальных технологий заключается в небольшом числе бизнес-кейсов, которые бы показывали экономическую эффективность их применения. Без таких кейсов принять решение о необходимости инвестирования в «умную сеть» или «умный учет» в столь нестабильное время непросто.