Интеллектуальные электрические сети smart grid. Smart GridУмные СетиИнтеллектуальные сети электроснабжения

Общая энергетическая система нашего государства является централизованной системой, в которой практически вся электрическая энергия производится крупными электростанциями. Далее она при помощи электросетей поставляется конечному потребителю. К особенностям такой системы можно отнести тот факт, что ограниченное количество электростанций способно легко поддерживать стабильность между самим производством и потребителями данной энергии. Но если этот баланс будет нарушен, это приведёт к изменению частоты электрического тока. А если эти частотные колебания будут довольно большими, то сеть может стать неустойчивой. Всё это приведёт к аварии.

Как возникла система Smart Grid?

В нынешнее время российские энергосистемы практически не развиваются, что способствует их физическому и моральному износу. Именно поэтому очень актуальным становится вопрос развития в нашей стране сети совершенно нового уровня, в основу которой будут положены передовые достижения и современные технологии, мировая наука и техника. Ведь развитие самой отрасли подразумевает под собой увеличение энергетических мощностей, ввод в работу новых электростанций. Усовершенствование сети многие считают второстепенной задачей. Но это ошибочное мнение. Уже во многих развитых странах мира активно ведутся работы по формированию интеллектуальных сетей. Они получили название Smart Grid. Это является одним из основных сигналов о том, что грядёт смена технологических приоритетов в энергетике.

Интеллектуальные сети Smart Grid

Они представляют собой модернизированную сеть электроснабжения. Умные сети Smart Grid объединяют в себе комплексные инструменты маркетинга и контроля, а также информационные передовые технологии со средствами коммуникации. С их помощью удаётся обнаруживать в автоматическом режиме самые уязвимые, аварийные и опасные участки электросети. После этого данная сеть осуществляет изменение характеристик и схемы самой сети для того, чтобы минимизировать потери и риск возникновения аварийных ситуаций. Всё это гарантирует высокий уровень производительности и предоставление населению качественной электрической энергии.

Исходя из этого можно сделать вывод, что ИС являются самоконтролирующей и автоматически балансирующей энергетической системой, которая позволяет эффективно передавать и распределять энергию. Интеллектуальная сеть способна принимать энергию от любого источника (ветер, солнце, уголь и т.д.) и преобразовывать её в конечный продукт, который поступает непосредственно к потребителю. Техническим её аппаратом служат цифровые управляющие системы, решающие различные задачи искусственного интеллекта. А компьютеризация данной сети потребления даёт возможность максимально точно и эффективно контролировать потребление энергетических ресурсов.

Концепция Smart Grid

Появление и развитие её является естественным этапом формирования электрической энергетической системы. Обусловлено это с потребностью энергетического рынка, на котором активно взаимодействуют потребители и производители. Также это связано с наличием технических возможностей решать эти задачи (применение новых компьютерных и телекоммуникационных технологий).

Концепция Smart Grid определяется различными передовыми особенностями, такими как:

• Реализация двухстороннего взаимодействия при помощи обмена данными между всеми существующими элементами сети.
• Данная система работает с каждым элементом технологической цепочки производства (солнечные панели, ГЭС, ветровые генераторы, ТЭЦ, различные накопители энергии, АЭС и т.д.) и конечных потребителей.
• Применение цифровых коммуникационных сетей даёт возможность обмениваться информацией в реальном времени.
• Каждый элемент Smart Grid обязан оснащаться специальными техническими средствами, обеспечивающими информационное взаимодействие.
• Благодаря данной системе обеспечивается оптимальная работа электроэнергетической сети.

Технологии Smart Grid

Внедрение интеллектуальных сетей в нашей стране очень важно, учитывая все имеющиеся проблемы в нынешнее время в энергетической отрасли. Однако развитие Smart Grid в России существенно приостанавливает отсутствие нормативной базы, довольно слабые экономические стимулы и то состояние, в котором сейчас находится энергетическая инфраструктура.

Благодаря уже проведённой реформе в данной отрасли удалось создать огромнейшие комплексы. Но в них всё же остались проблемы:

• недостаточный уровень зрелости системы мониторинга;
• слабый контроль ресурсов;
• изношенное состояние основных фондов;
• довольно существенные потери электрической энергии и многое другое.

Но это не является причиной опускать руки. Сегодня технологии Smart Grid активно разрабатываются и внедряются во многие сетевые компании с непосредственным участием тут государства. Выполняется это в рамках корпоративного инновационного развития. Всё это важно по той причине, что в нынешнее время происходит настоящая революция в мировой электроэнергетике. Данные интеллектуальные технологии активно внедряются в таких странах, как Китай, США, Япония и Европа. Нашей стране нельзя отставать в этом.

Деконт и Smart Grid

Деконт представляет собой комплекс решений. В них входит телеуправление и контроль, РЗА, АСУТП и энергоучёт. К примеру, Smart Grid в электроэнергетике содержит в себе следующие Деконт-компоненты:

• Специальное каналообразующее оборудование, благодаря которому обеспечивается передача информации в современных протоколах по любым существующим физическим средам.
• АРМ диспетчер. С его помощью осуществляется комплексное управление самой распределительной сетью.
• Микропроцессорный терминал релейной защиты и автоматики.
• Цифровые устройства телемеханики для контроля электрическими устройствами.
• Многофункциональные модули измерения электрической энергии.

С помощью Деконт решений удаётся унифицировать процесс проектирования, а также комплексного оснащения элементами Smart Grid продукции большинства производителей. Кроме того, такое оборудование минимизирует затраты на обслуживание и внедрение ИС среднего уровня.

Выставка «Электро»

Проходит данное мероприятие каждый год, начиная с 1972 года, в центральном выставочном комплексе нашей страны. Выставка «Электро» - это ежегодное международное мероприятие. Оно заслужило особое внимание не только в России, но и странах СНГ. На данной выставке вы сможете узнать о технологиях Smart Energy & Smart Grid, проектировании и развитии интеллектуальных сетей и систем, передовых технологиях, современном оборудовании в данной отрасли и многом другом. В одном месте соберутся специалисты данной отрасли со всего мира. На проходящем на выставке международном форуме будут подниматься самые актуальные вопросы, решаться первоочередные важные задачи, а также задаваться направление развития энергетики на ближайший год.

Состояние энергосетей в России приближается к критической степени износа. Запас работоспособности и прочности энергетических систем практически исчерпан. На сегодняшний день приблизительно 60-70% основных фондов электросетевого комплекса уже давно выработали срок службы. В условиях резкого увеличения объемов потребления энергоресурсов диспетчерские управления не всегда справляются с возникающими ситуациями, что приводит к соответствующим последствиям и убыткам для энергетических компаний. Потребность в новых современных решениях подобных ситуаций - это не просто вопрос минимизации убытков, это условие развития энергетической отрасли в целом.

Современные нагрузки на энергосистему требует быстрого и максимально точного анализа состояния рабочей системы для локализации неполадок, либо предотвращения таковых с помощью прогноза нагрузок на отдельные сегменты системы. В этом плане энергетические сети все больше требуют дополнения новыми цифровыми интеллектуальными решениями, способными помогать выполнять задачи сбора и анализа большого количества данных.

В ряде европейских стран процесс модернизации электроэнергетики в направлении создания «умных» сетей электроснабжения, получивших название Smart Grid, системно и последовательно идет уже длительное время . «Интеллектуальное» руководство электросетью обеспечивает автоматизацию, мониторинг и контроль двусторонней передачи энергии на всех этапах - от электростанции до бытовой розетки. Для масштабов России быстро внедрить и полностью перейти на использование Smart Grid решений не так просто. Тем не менее, проекты по интеграции «умных» технологий в промышленную энергетику уже не из разряда разговоров о будущем.

А что у нас?

Первые «умные» распределительные сети появились в Москве, Санкт-Петербурге и Казани, чуть позже в Иркутске. Один из таких проектов — пилотная зона, реализуемая совместно с «Ленэнерго» . Она включает в себя участок сети 6 кВ в исторической части Санкт-Петербурга. Задача проекта - подтвердить работоспособность предлагаемых решений и технологий, на реальном примере продемонстрировать возможность интеграции в сети Smart Grid.

Также стоит внимания проект в Сибири, где технологии Smart Grid внедряются на базе «Иркутской электросетевой компании» . Компания Schneider Electric предоставила комплекс услуг по налаживанию «умной» сети, включая проектирование, поставку и монтаж оборудования, установку программного обеспечения и последующее сервисное обслуживание аппаратуры. Более того, было проведено обучение сотрудников основам работы с новой технологией.

Следующий успешный проект - это кейс АО «Башкирская электросетевая компания» в Уфе. На данный момент выполнен пилотный проект и ведется работа по его тиражированию на город в целом. В рамках пилотного проекта было заменено устаревшее оборудование на новое с функциями наблюдаемости и управляемости, а также с высоким уровнем безопасности и надежности. Также установлены приборы коммерческого учета электроэнергии и организован центр управления сетями для города в целом. В результате реализации проекта фактический уровень потерь электроэнергии снизился с 19% до 1%.

По мнению Дмитрия Шароватова , генерального директора АО «Башкирская электросетевая компания»: "Без новых подходов в выстраивании бизнес процессов и организации производственных процессов не возможно будущее любой из отраслей, в том числе энергетики".

Безусловно, реализация концепции Smart Grid в России - процесс долгий и многоэтапный. Вместе с тем, использование «умных» платформ для управления большими данными энергопотребления дает целый перечень преимуществ.

Одна из наиболее важных возможностей «умных» систем - это способность снижения текущих расходов. Подстанции нового поколения позволяют снизить текущие расходы путем объединения нескольких систем управления и мониторинга в одну сеть. В то же время происходит снижение капитальных расходов. Не менее важным следствием внедрения smart сетей выступает улучшение защиты энергосистемы, поскольку информация со всех станций и подстанций сможет контролироваться с единого приложения.

В целом проект Smart Grid имеет средне- и долгосрочный горизонт возврата инвестиций. Чтобы сделать сеть экономически эффективной и умной, необходим целый комплекс мероприятий . Исходя из опыта стран Европы требуется в среднем полтора года, чтобы система начала оправдывать капиталовложения.

На сегодняшний день львиная доля инновационных технологий в электроэнергетике разработана за рубежом. Исходя из этого большинство интеллектуальных систем мониторинга и контроля не может быть использовано в сетях России в полных объемах, поскольку существует ряд технологических отличий электроэнергетической инфраструктуры России и стран Запада. В этом плане отечественные разработки в сфере интернета вещей, смарт микросетей, систем анализа и управления энергосистем имеют все шансы закрепится на огромном рынке, который только начинает развитие.

Смарт решения в области энергетики, которых ждет рынок - это прежде всего те, что будут направлены на решение основных задач отрасли: повышение качества и надежности энергоснабжения, увеличение операционной эффективности, качественное улучшение технического состояния энергосетевой инфраструктуры, повышение энергоэффективности.

Обсудить перспективы развития умных решений в области энергетики, а также познакомиться с готовыми смарт решениями для энергорынка России можно будет на Smart Energy Summit 2018 в Москве 27-28 марта.

Полный список участников и подробности программы доступны после заполнения этой анкеты .

Любое использование либо копирование материалов или подборки материалов сайта, элементов дизайна и оформления допускается лишь с разрешения правообладателя и только со ссылкой на источник

Во многих странах предприятия энергетического сектора экономики переживают период реформирования. Происходящие процессы слияния, поглощения и изменения структуры управления, границ сферы деятельности и территориального присутствия заставляют многие бывшие монополии искать для себя новые модели создания стоимости. Неизбежно меняются задачи компаний и их бизнес-процессы. Формируются рынки предоставления коммунальных услуг. Внедряются рыночные механизмы. Требуются технологические изменения, отвечающие современным потребностям развития отрасли. Хотя все эти изменения отличаются в зависимости от местоположения и вида деятельности энергокомпаний, инновации неизбежно ведут к преобразованию всей сферы коммунальных услуг.

Российская энергетика также переживает период изменений. Главным трендом, оказывающим влияние на развитие информационных систем в энергетике, является концепция Smart Grid. В этом направлении ожидается принятие ряда важных законодательных актов. Для России идеи Smart Grid особенно актуальны, так как инфраструктура энергетики сильно изношена.

Оперативное управление инфраструктурой имеет решающее значение. Энергетические предприятия сталкиваются с необходимостью внедрения новых стандартов эксплуатации и технического обслуживания для постоянного улучшения соотношения между надежностью энергоснабжения и затратами. Еще одной из ключевых задач в энергетике является управление техобслуживанием и ремонтами оборудования. Это обусловлено огромным количеством единиц оборудования, распределенных на больших территориях и требующих постоянного регламентного и ремонтного обслуживания. Консолидация информации о состоянии оборудования в единой системе управления с возможностью ее оперативного предоставления различным потребителям на местах позволяет сократить простои на ремонт, снизить издержки на запчасти и материалы, оптимизировать логистику и загрузку персонала.

Потребители также являются не менее важной движущей силой происходящих изменений. Наметилась тенденция перехода от процессно-ориентированного подхода к клиентоориентированному. Возросшие требования потребителей к уровню обслуживания неизбежно приводят к расширению спектра услуг, оказываемых энергокомпаниями, внедрению новых финансовых и платежных механизмов.

В соответствии с концепцией Smart Grid в числе приоритетных направлений развития ИТ в энергетик е на ближайшие годы можно выделить:

1. Широкое внедрение на новых и модернизируемых точках измерения интеллектуальных (smart) измерительных приборов - «умных» счетчиков с функцией дистанционного управления профилем нагрузки измеряемой линии и измерительных преобразователей со стандартными коммуникационными интерфейсами и протоколами (в том числе беспроводными), соответствующих стандартам информационной безопасности .

2. Установка на каждом крупном объекте, присоединенном к электросети (жилом районе, офисном центре, фабрике и т. д.), усовершенствованных автоматизированных информационно-измерительных систем (АИИС), работающих в режиме реального времени. АИИС должны осуществлять мониторинг объектовых процессов (например, электро- или теплоснабжения, включая параметры качества энергии), выполнять простые алгоритмы автоматического регулирования и иметь развитые средства информационного обмена с внешним миром.

3. Создание широкой сети интегрированных коммуникаций на базе разнообразных линий связи - ВОЛС, спутниковых, GPRS, ВЧ-связи по ЛЭП и др. Каждая АИИС должна быть подключена как минимум по двум независимым каналам связи.

4. Внедрение в энергокомпаниях автоматизированных систем (АС) управления производственной деятельностью. Поскольку все энергопредприятия относятся к производствам с непрерывным циклом, можно выделить четыре вида таких систем:

• АС управления техническим обслуживанием и ремонтами;
• АС работы на рынках (коммерческой диспетчеризации);
• АС обслуживания клиентов;
• АС управления основным производством - генерацией, передачей, распределением, сбытом (учетом потребления) или диспетчеризацией.

5. Создание интегрированных интерфейсов к АИИС и АС управления производственной деятельностью для автоматического обмена данными с АС других участников рынка. При этом должны быть определены протоколы обмена и стандарты информационной безопасности для всех категорий участников рынка.

Ряд вендоров уже заявили о поддержке концепции Smart Grid и включении в свои очередные релизы продуктов нового функционала. Некоторые выводят на рынок решения, построенные в соответствии с новой идеологией и демонстрирующие большую гибкость и функциональность в новых условиях.

Тенденции развития мировой и Российской энергетики

20 век – гомогенные энергосистемы и их объединения на основе концентрации производства ЭЭ в местах расположения энергоресурсов и концентрации потребителей

• Крупные электростанции (ТЭС, ГЭС, АЭС)
• Развитые транзитные и распределительные электросети
• Централизованное оперативное управление
• Синхронные зоны на больших территориях
• Строгие технические правила присоединения и участия регулировании режима
• Энергетика – монопольная сфера бизнеса крупных энергокомпаний

> Классическая система управления режимом (ПА, РА, система ОДУ)

21 век – альтернативная распределенная микро, мини и малая генерация и гибридные энергосистемы

• Генерация на базе ВИЭ, виртуальные электростанции
• Топливная малая генерация разных субъектов с диверсификацией энергоресурсов
• Генерация как сопутствующее производство
• Демонополизация рынков мощности, энергии, локальных и системных услуг
• Возможность автономной работы (независимость)
• Мягкие технические правила присоединения и участия в регулировании режима

> SMART GRID. Умная автоматика с малым участием человека

Преимущества Smart Grid по сравнению с традиционной ОЭС

• SG это автоматизированная сеть генерации, передачи и потребления электроэнергии;
• SG является S.M.A.R.T. системой, то есть способна осуществлять самомониторинг и предоставлять отчеты как о любом участниках сети (его состоянии, потребностях и пр.) так и полную информацию о произведенной и переданной э/э в любом разрезе: эффективности, потерь или экономической выгоды;
• SG также повышает надежность сети, обеспечивая незаметное для потребителя переключение на другой источник при отказе основного. Поскольку надежность отдельных сетей электроснабжения уже достигает 99.97% использование SG способно гарантировать бесперебойное электроснабжение в режиме 24/7;
• SG повышает "производительность" сети в целом за счет уменьшения потерь в проводах и оптимального распределения нагрузки, устанавливая для крупных потребителей эффективные (меньшей протяженности) маршруты подключения.

Определение Smart Grid, смарт-счетчики, АИИС КУЭ

Smart Grid ("интеллектуальные сети электроснабжения") - это модернизированные сети электроснабжения, которые используют информационные и коммуникационные сети и технологии для сбора информации об энергопроизводстве и энергопотреблении, позволяющей автоматически повышать эффективность, надёжность, экономическую выгоду, а также устойчивость производства и распределения электроэнергии.

Технологические решения Smart Grid могут быть разделены на пять ключевых областей:

• измерительные приборы и устройства, включающие, в первую очередь, smart-счетчики и smart-датчики;
• усовершенствованные методы управления;
• усовершенствованные технологии и компоненты электрической сети: гибкие системы передачи переменного тока FACTS, сверхпроводящие кабели, полупроводниковая, силовая электроника, накопители;
• интегрированные интерфейсы и методы поддержки принятия решений, технологии управление спросом на энергию, распределенные системы мониторинга и контрол), распределенные системы текущего контроля за генерацией, автоматические системы измерения протекающих процессов, а также новые методы планирования и проектирования как развития, так и функционирования энергосистемы и ее элементов;
• интегрированные средства коммуникации.

Смарт-счетчики (интеллектуальные счетчики) энергоресурсов - разновидность усовершенствованных приборов учета, снабжённых коммуникационными средствами для передачи накопленной информации посредством сетевых технологий с целью мониторинга и осуществления расчётов за коммунальные услуги.

Термин "интеллектуальный счётчик", как правило, относился к счётчикам электроэнергии, однако в последнее время также применяется к средствам измерения других потребляемых ресурсов: природного газа, тепла и воды.

В свою очередь, каждый из вышеперечисленных доменов может состоять из своих подсетей, что делает общую архитектуру сети весьма сложной. При этом одним из ключевых компонентов данной информационной системы является безопасность хранения и передачи данных.

В соответствии с общепринятыми подходами за рубежом, IP (Internet Protocol) - сети являются ключевым элементом информационных систем Smart Grid. К преимуществам использования IP-протоколов следует отнести широкую распространенность данной технологии, наличие значительного числа уже разработанных отраслевых стандартов, значительное число разработанных соответствующих программных продуктов.

Кроме того, решения, построение на принципах IP, обладают хорошей масштабируемостью, что позволяет включать в информационную систему значительное число элементов сети (смарт-счетчиков, домашних приборов и т.д.).

Важную роль в формировании перспектив мирового рынка смарт-учета играет унификация интерфейсов передачи данных от первичных приборов учета к концентраторам и от концентраторов - к системе обработки данных.

В странах ЕС наибольшее распространение получили интерфейсы передачи данных при помощи GSM/GPRS каналов, PLC- и радиоканалов. Ниже приведены ключевые интерфейсы связи, используемые в системах смарт-учета энергоресурсов в странах ЕС.

Ключевые задачи, решаемые стейкхолдерами при внедрении систем интеллектуального учета энергоресурсов

Реализация национальных стратегий в сфере развития технологий Smart Grid и смарт-учета в различных странах мира преследует достижение ряда ключевых целей.

Для энергокомпаний ключевыми преследуемыми целями развития технологий Smart Grid являются:

• снижение потерь энергоресурсов;
• повышение своевременности и полноты оплаты за потребляемые энергоресурсы;
• управление неравномерностью графика электрической нагрузки;
• повышение эффективности управления активами энергокомпаний;
• повышение качества интеграции объектов возобновляемой генерации и распределенной генерации в энергосистему;
• повышение надежности функционирования энергосистемы в случае возникновения аварийных ситуаций;
• повышение визуализации работы объектов энергетической инфраструктуры.

Ключевыми решаемыми задачами потребителей энергоресурсов при внедрении технологий Smart Grid являются:

• улучшение доступа потребителей к энергетической инфраструктуре;
• повышение надежности энергоснабжения всех категорий потребителей;
• повышение качества энергоресурсов;
• создание современного интерфейса взаимодействия потребителей энергии с ее поставщиками;
• возможность для потребителя выступать в качестве полноправного участника энергетического рынка;
• расширенные возможности для потребителей по управлению энергопотреблением и снижению уровня платежей за потребленные энергоресурсы.

Правительства и регуляторы энергетической отрасли путем развития технологий Smart Grid стремятся достичь следующих целей:

• повышение уровня удовлетворенности потребителей энергии качеством и стоимостью энергоснабжения;
• обеспечение устойчивого экономического положения предприятий энергетической отрасли;
• обеспечение модернизации основных фондов энергетической отрасли без существенного повышения тарифов.

В мире

2019

Используемые облачные платформы для сбора данных с подключенных элементов SmartGrid и сквозного оптимизационного управления энергосетями можно классифицировать на два вида:

• интеграционные, используемые преимущественно для сбора данных и реализации наиболее востребованных задач мониторинга, в частности, автоматического выявления отключений потребителей и случаев воровства электроэнергии,
• и аналитические, используемые для оптимизационного предиктивного управления энергосетями в режиме реального времени, в том числе для управления программами DemandResponse и объектами распределенной генерации.

Отчасти поэтому в мире количество мегаполисов, реализующих проекты умных городов, интеллектуального учета и умных электросетей, постоянно растет. Эксперты консалтинговой компании ABI Research весной 2017 года спрогнозировали, что до 2022 года рост количества умных счетчиков, отслеживающих потребление электроэнергии, воды и газа, окажется двукратным. Это произойдет на фоне развития технологий энергоэффективных сетей большого радиуса действия (LPWAN).

Объем прибыли мобильных операторов от подключения электросетей и умных счетчиков к 2026 году составит $26 млрд, спрогнозировали аналитики.

Machine Research. Согласно прогнозу, к 2022 году в Европе будет насчитываться 158 млн интеллектуальных приборов учета, подключенных к LPWA-сетям. Сейчас порядка 60 млн счетчиков европейцев не оснащены возможностями дистанционной передачи показаний.

Значительное количество устройств, развернутых в 2017 году, использует связь по линиям электросети (PLC). В 2018 году объем поставок умных PLC-устройств пойдет на спад, однако вырастет доля устройств, работающих в сетях LTE-M/NB-IoT и RF.

«Франция и Испания станут последними крупными странами в Западной Европе, внедрившие интеллектуальные решения с PLC. Начиная с этого года Италия переключается на счетчики второго поколения, работающие в гибридных сетях PLC/RF. Это позволит повысить надежность передачи данных», – отметил Тобиас Руберг (Tobias Ryberg), старший аналитик Berg Insight. В Великобритании и Нидерландах сосредоточены на использовании 2G/4G, а страны Скандинавии активно используют RF.

Аналитики Berg Insight полагают, что на технологии мобильной связи, оптимизированные для IoT (LTE-M/NB-IoT), а также RF, в течение следующих 5-10 лет придется большинство подключений.

Наиболее масштабные программы и проекты в этом направлении разработаны и осуществляются в США, Канаде и странах Евросоюза , а также Китае , Южной Корее и Японии . Принято решение о реализации аналогичных программ и проектов в ряде других крупных государств (Индия , Бразилия, Мексика).

Совокупные выгоды от внедрения таких систем смарт-учета для указанных стран оцениваются до 27 млрд Евро, снижение потребления энергии в зависимости от страны оценивается в 2,2-3,2%, а снижение пиковой нагрузки в энергосистеме - в 0,5-9,9%.

2007: Закон США «Об энергетической независимости и безопасности»

Формально определение умной сети появилось через несколько лет после доклада Берра. Оно было представлено в Законе «Об энергетической независимости и безопасности», одобренном Конгрессом США в январе 2007 года. В пояснительной записке к нормативному документу было указано: «Политика США должна поддержать модернизацию электросетевой инфраструктуры, что приведет к увеличению уровня ее безопасности и эффективности». План мероприятий состоял из нескольких пунктов:

• Использование умных сетей: более широкое использование цифровой информации и технологий оперативного управления и мониторинга, чтобы повысить надежность и эффективность электрогенерации;
• Динамическая оптимизация сетевых операций и ресурсов, с обеспечением полной кибербезопасности ;
• Развертывание и интеграция распределенных ресурсов и генерации, включая возобновляемые ресурсы, внедрение «умных» технологий (в режиме реального времени, автоматизации, интерактивных технологий, которые позволяют оптимизировать физическую работу приборов и бытовой техники) для учета измерений, коммуникаций относительно операции по сети;
• Предоставление клиентам (как частным, так и корпоративным) данных в режиме реального времени о потреблении ресурсов для оперативного контроля;
• Обеспечение практически непрерывного управляемого баланса между спросом и предложением электрической энергии и т.д.

2003: Требования к надёжности будут управлять инвестициями в автоматизацию

Термин Smart Grid («умная сеть») впервые упоминается в 2003 году в работе Майкла Берра (Michael T. Burr) «Требования к надёжности будут управлять инвестициями в автоматизацию» .

«Слабые места в энергосистеме могут быть сужены благодаря новым способностям передачи энергии и системам сетевого управления. Эти два направления, вероятно, получат грандиозные инвестиции в последующие года», - отмечалось в работе исследователя.

В докладе Майкл Берр также ссылался на исследования Electric Power Research Institute, сотрудники которого прогнозировали, что электронное управление в реальном времени заменило бы существующее электромеханическое распределительное устройство системы, позволив более оперативно контролировать работу цифровой сети.

Майкл Берр также отмечал следующие преимущества:

• Объединение энергосистемы с системами коммуникаций создало бы «динамическую, интерактивную энергосистему», которая поддержит обмен информацией в режиме реального времен».
• Расширенные измерения: замена старой системы учета на систему учета в режиме реального времени
• Распределенные ресурсы: внедрение распределенной генерации позволит повысить надежность и производительность системы.
• Эффективность использования энергии конечными устройствами потребителей: технологические достижения повысят эффективность конечного использования электроэнергии обеспечат более гибкое управление устройствами.

В России

2019

Исследование J’son & Partners Consulting

Российский рынок предъявляет к разработчикам IoT-платформ существенно более жесткие требования нежели рынки Северной Америки и Западной Европы. Во-первых, в структуре жилого фонда, на который в основном ориентированы программы Demand Response в мире, в России превалирует жилье в многоквартирных домах, подключенных к централизованным системам отопления и горячего водоснабжения (65% от общего количества квартир и индивидуальных жилых домов). Для таких объектов характерен минимальный эффект от оптимизации энергопотребления. Кроме того, в многоквартирных домах установка собственных источников генерации, что является важным элементом Smart Grid, практически нереализуема. Во-вторых, стоимость электроэнергии в России – одна из самых низких в мире (в 2,5 раза ниже чем в США), что еще более снижает размер достижимого экономического эффекта – в среднем $80 в год на подключенный объект жилого сектора против $200 в США, и ужесточает требования к удельной себестоимости сбора и анализа данных об энергопотреблении, и автоматического управления им .

Поэтому для России в еще большей степени чем для США и Западной Европы целесообразен подход «pay as you go», предлагаемый в формате управляемых сервисов, основанных на использовании облачных IoT -платформ (интеграционных и аналитических). Метод «большого взрыва», реализованный в Китае и на первом этапе цифровизации – в США и Западной Европе, в России неприменим.

Реализацию сквозного оптимизационного управления энергопотреблением, охватывающего и конечных потребителей, в России имеет смысл начинать с индивидуального жилого фонда, действуя точечно, и лишь на следующем этапе переходить к охвату многоквартирного жилья. Это возможно только при использовании облачных IoT-платформ.

Что касается внешнего рынка для российских разработчиков, то их коммерческий успех в России, где характерны наиболее жесткие требования по удельной себестоимости, станет важной предпосылкой для успеха и на других рынках, в частности, на потенциально наиболее интересном рынке Китая .

Необходимо отметить, что в настоящее время потребление облачных сервисов интеграционных и аналитических платформ в России составляет лишь около $3,2 млн. Функционал сбора данных с умных подключенных счетчиков потребления электроэнергии реализован преимущественно с использованием проприетарных on-premise систем коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ), а в структуре потребления превалируют крупные коммерческие компании, такие как Роснефть , РЖД , но не сбытовые компании. В результате общее проникновение интеллектуальных систем учета потребления электроэнергии в России крайне мало и составляет десятые доли процента от общего количества объектов – потребителей электроэнергии, а облачные IoT-платформы для создания таких систем практически не используются.

При реализации проектов внедрения интеллектуальных систем учета потребления электроэнергии в крупных корпорациях применяется метод «локального большого взрыва» - подключаются все крупные объекты - потребители электроэнергии в рамках одной компании. Мотивацией служит возможность подбора оптимальных тарифов из перечня доступных для коммерческих потребителей (в том числе почасовых), снижение потерь от воровства электроэнергии, своевременное выявление случаев отключения подачи электроэнергии, автоматизация процессов биллинга и выверки счетов. Поскольку подключаются объекты с большими объемами потребления электроэнергии, то перечисленных выше эффектов оказывается достаточно, чтобы компенсировать затраты на развертывание проприетарных АСКУЭ. При этом ни о каком участии в программах сглаживания пиков энергопотребления в данном случае речи не идет, то есть экономический эффект локализован внутри крупного коммерческого потребителя электроэнергии.

Очевидно, что такой подход неприменим для развертывания АСКУЭ в жилом секторе – ни по себестоимости подключения и эксплуатации, ни по достижимым экономическим эффектам. Попытки реализовать облачный подход в России пока носят крайне ограниченный характер, и концентрируются в основном в небольших управляющих компаниях. Это не позволяет окупать затраты на подключение даже к относительно простым облачным сервисам. Более того, при всех очевидных преимуществах облачных IoT-платформ над on-premise АСКУЭ, ввиду относительно невысокого уровня цен на электроэнергию в России для достижения высокого уровня проникновения удельная стоимость подключения к интеграционным (MDMS) и аналитическим платформам должна быть примерно в 3 раза ниже чем для глобального рынка, образованного в настоящее время на 90% потреблением в Северной Америке и Западной Европе, то есть регионами с высокой стоимостью электроэнергии и высоким подушевым доходом. Однако в настоящее время наблюдается ровно противоположная картина – средний размер платежа за функционал MDMS в формате облачного сервиса в 3 раза больше чем таковой на глобальном рынке.

Ввиду превалирования проприетарного подхода к развертыванию АСКУЭ в России и концентрации этого рынка преимущественно в сегменте крупных коммерческих компаний, у российских разработчиков АСКУЭ отсутствуют стимулы и возможности к развитию облачных IoT-платформ для реализации функционала систем интеллектуального учета потребления электроэнергии. В свою очередь, отсутствие таких платформ блокирует развитие наиболее перспективного глобально направления аналитических платформ, поскольку основой для их успешной разработки является возможность обучать прогностические модели на основе большого объема накопленных за длительный исторический период реальных данных, которые могут быть получены только из облачных интеграционных IoT-платформ, отсутствующих в России. Также отсутствуют в России и управляемые сервисы с использованием таких платформ, получающие широкое распространение в Северной Америке и Западной Европе.

Таким образом, разработчикам IoT-приложений и платформ для электроэнергетики, ориентированным на успех на глобальном рынке, целесобразно делать ставку на сегмент аналитических платформ, вступая в партнерства с глобальными лидерами в сегменте интеграционных платформ, используя их как источник данных для обучения имитационных прогностических моделей.

Незначительный размер российского рынка облачных интеграционных и аналитических платформ в денежном выражении – $3,2 млн. в 2018 году (факт), $10,4 млн. в 2022 году и $39,6 млн. в 2029 году (прогноз), означает что:

при минимальной стоимости разработки конкурентоспособной IoT-платформы в десятки миллионов долларов и достижимом размере рынка в единицы миллионов долларов создание платформ, ориентированных исключительно на внутрироссийский рынок, экономически нецелесообразно; продвижение облачных сервисов на базе IoT-платформ в России как самодостаточного продукта не имеет экономического смысла, необходимо пакетировать их в рамках комплексных управляемых услуг аутсорсинга функций телеметрии и телеуправления энергосетями и конечным потреблением; необходимо субсидирование установки на стороне конечных потребителей элементов систем «Умный дом », без наличия которых невозможно автоматическое управление конечным энергопотреблением.

Ключевым условием для реализации достижения указанных выше объемов российского рынка облачных IoT-платформ в электроэнергетике является введение в России полноценных программ стимулирования управления конечным потреблением (аналогов программ Demand Response в Северной Америке, Западной Европе и ряде других регионов), в отсутствие которых экономический эффект, превосходящий затраты на цифровизацию электроэнергетики, недостижим, вне зависимости от источников финансирования цифровизации.

Для индустрии и регуляторов, ведущих обсуждение нормативной базы для цифровизации электроэнергетики, имеет смысл скорректировать рассматриваемый в настоящее время в качестве основного подход «большого взрыва» к внедрению систем интеллектуального учета потребления электроэнергии с учетом накопленного в США и Западной Европе опыта, с переносом акцентов на развитие систем экономической мотивации конечных потребителей и энергокомпаний.

2018

Госдума приняла закон об интеллектуальных системах учета электроэнергии

В пресс-службе Минэнерго рассказывали РБК , что если срок установки счетчиков газа будет законодательно продлен до 1 января 2021 года, то риски, связанные с административной ответственностью для организаций, которые «осуществляют снабжение природным газом или его передачу и на которых возложена обязанность совершить действия по оснащению приборами учета газа до 2019 года», также отсрочатся до 2021 года.

Минстрой отложил обязательную установку «умных» счетчиков в новостройках

Установка «умных» счетчиков в российских новостройках станет обязательной в домах со сроком ввода в эксплуатацию после 1 января 2020 года. О планах установить соответствующие нормативы «Известиям » сообщили в Минстрое . Речь идет как об общедомовых, так и об индивидуальных приборах учета всех ресурсов.

В мае сообщалось, что Минстрой намеревался ввести эти требования на полгода раньше - с 1 июля 2019-го. Почему срок в итоге был перенесен, газета не сообщает. Зато из материала ясно следует, что министерство не поддержало недавнюю инициативу «Россетей» о запрете установки «неумных» счетчиков как таковых.

Установка «умных» счетчиков станет обязательной с 2019 года

Установка интеллектуальных счетчиков электрической энергии позволила снизить потери в сетях на 10 - 30%. Таковы итоги эксперимента, проведенного в трех регионах России: Калининградской, Тульской и Ярославской областях. Об этом со ссылкой на данные региональных поставщиков пишет в мае 2017 года ТАСС .

В частности, в Калининградской области после установки «умных» приборов потери снизились на 37%, сообщили в «Янтарьэнерго ». В рамках эксперимента такие счетчики установили более чем у 20 тыс. региональных потребителей. В Тульской области потери в сетях уменьшились на 10%, сообщили в филиале «Тулэнерго » ПАО «МРСК Центра и Приволжья ». Здесь интеллектуальные счетчики получили 27 тыс. потребителей.

Одним из главных преимуществ подобных систем является возможность самостоятельно передавать данные об использовании электричества энергосбытовым компаниям в режиме реального времени. В результате вероятность хищений стремится практически к нулю.

Однако выиграть от «умных» счетчиков могут не только поставщики, но и добросовестные потребители. Их установка позволяет вводить систему дифференцированных тарифов, в том числе на каждый месяц в году. Потребитель сумеет существенно сэкономить, если будет иметь возможность использовать существенную долю электроэнергии вне «пиковых» периодов.

По оценкам экспертов группы компаний «Оптима », в отечественном секторе число установок умных приборов учета не превышает и 500 тыс. Драйверами роста рынка станет изменение российского законодательства, которое должно обязать обслуживающие и ресурсоснабжающие организации в обязательном порядке заменять обычные счетчики на умные, говорят эксперты. Еще один драйвер роста рынка – развитие технологий, в том числе – Интернета вещей . Например, сети LPWAN сделают многообразие «умных» приборов учета стандартом отрасли. При этом эксперты не исключают, что барьерами для развития интеллектуального учета могут стать отсутствие нужных законов или их медленное исполнение.

Законопроект о бесплатной установке новых счетчиков электроэнергии

В апреле 2017 года был разработан и внесен в Госдуму законопроект правительства о бесплатной установке новых счетчиков электроэнергии. На это с июня 2018 года могут рассчитывать те, у кого счетчик вышел из строя или закончился срок его эксплуатации (16 лет). Обычно на замену жильцам дают трехтарифные счетчики. Как подсчитали эксперты, услуги монтажа нового однотарифного счетчика обходится московской семье в 6 тыс. рублей. Сейчас в большей части регионов энергосбытовые компании предлагают менять счетчики абонентам за свои деньги.

Тенденции российского рынка интеллектуальных приборов и систем учета энергоресурсов в 2010-2015 гг.

J’son & Partners Consulting представила осенью 2016 года краткие результаты исследования основных тенденций российского рынка интеллектуальных приборов и систем учета энергоресурсов в 2010-2015 гг. и прогнозов его развития на период до 2020 года.

Одной из основных задач, стоящих перед энергетическим комплексом всего мира, является разработка принципиально новых подходов к модернизации и инновационному развитию отрасли, направленных на повышение надежности и качества снабжения, создание возможностей для активного взаимодействия между генерацией и потребителями энергии, расширению возможностей по управлению потреблением, а также массовому внедрению экологически безопасных энергетических технологий.

Предпосылки для внедрения интеллектуальных систем учета энергоресурсов в России

Проблема повышения энергоэффективности российской экономики является одной из наиболее актуальных задач. Реализуемая в Российской Федерации политика, направленная на повышение энергетической эффективности национальной экономики, предусматривает комплексную модернизацию электроэнергетической инфраструктуры страны. В связи с этим важную роль играют процессы оснащения всех категорий потребителей современными решениями в сфере учета энергоресурсов.

Принятие Правительством ряда последовательных решений и, в частности, в жилищно-коммунальном хозяйстве, способствовали существенному росту рынка приборов учета за последние годы.

В России сформированы хорошие предпосылки для развития интеллектуальных систем учета энергоресурсов. Однако указанные проекты, за исключением сегмента учета электроэнергии, пока что не получили массового распространения.

В наибольшей степени современные системы внедряются в РФ в сегменте учета электроэнергии.

По состоянию на июнь 2016 г. в РФ внедрено 6099 систем АИИС КУЭ.

В стоимостном выражении российский рынок АИИС КУЭ в 2011-2015 гг. демонстрировал достаточно устойчивый рост. Если в 2011 г. совокупные продажи подобных решений в целом по стране оценивались в 1,3 млрд. руб., то по итогам 2015 г. объем рынка оценочно составил 1,9 млрд. руб.

Отраслевая структура реализации проектов в сфере внедрения АИИС КУЭ характеризуется доминированием объектов электросетевого комплекса в структуре продаж.

В сегменте учета тепловой энергии возможность дистанционного снятия показаний приборов учета имеется примерно у половины эксплуатируемого в РФ парка счетчиков.

В то же время в сфере интеллектуального учета природного газа и воды в последние годы реализовано относительно небольшое число проектов.

Перспективы внедрения систем интеллектуального учета энергоресурсов в России

Одним из ключевых направлений повышения эффективности использования энергии является оснащение потребителей современными системами учета электроэнергии. Начиная с 2005 г., в России отмечался устойчивый рост производства и потребления электросчетчиков. Ключевыми категориями объектов-потребителей приборов учета электроэнергии являются:

• индивидуальные жилые дома и квартиры;
• многоквартирные жилые дома;
• объекты электроэнергетической инфраструктуры;
• объекты коммерческой недвижимости;
• объекты промышленности;
• объекты бюджетной сферы.

Другим важным направлением являются системы учета тепла. Россия обладает развитой системой централизованного теплоснабжения. В стране эксплуатируется свыше 52 тыс. изолированных систем теплоснабжения. Кроме крупных ТЭЦ общего пользования, в стране эксплуатируется большое число ТЭЦ промышленного назначения, тысячи котельных и миллионы индивидуальных теплогенераторов (индивидуальных бытовых котлов, печей).

Среднесрочные перспективы российского рынка водосчетчиков в значительной мере будут определяться мерами государственной поддержки проектов в сфере развития приборного учета энергоресурсов. И хотя на сегодняшний день проблема оснащения приборами учета воды в сфере жилищно-коммунального хозяйства в значительной мере снята, но до сих пор остается проблема внедрения интеллектуальных систем автоматического учета в потребительском сегменте.

Оснащение потребителей приборами учета природного газа является важным направлением повышения эффективности использования энергии в сфере ЖКХ , промышленности, коммерческом секторе. Несмотря на высокую долю природного газа в топливно-энергетическом балансе страны, указанный сегмент рынка характеризуется значительным потенциалом роста, в первую очередь ввиду недостаточной степени оснащения газосчетчиками объектов жилищно-коммунального сектора. По данным Росстата , удельный вес жилой площади жилого фонда, оборудованного природным газом, в стране составляет около 70%, что открывает огромный потенциал для развития интеллектуальных систем учета.

Перспективы развития российского рынка решений для интеллектуального учета энергоресурсов определяются достаточно широким спектром факторов, среди которых следует выделить:

• текущий уровень внедрения приборов учета современных типов, позволяющих использовать их в многоуровневых системах диспетчеризации;
• темпы дооснащения потребителей общедомовыми приборами учета энергоресурсов в соответствии с требованиями ФЗ-261;
• динамика финансирования региональных программ энергосбережения;
• динамика объемов нового жилищного и коммерческого строительства;
• динамика объемов капитального ремонта многоквартирного жилого фонда;
• стоимость технологических решений в сфере смарт-учета, предлагаемых на рынке РФ;
• уровень тарифов на энергоресурсы;
• разработка и реализация целевых программ, пилотных проектов в сфере внедрения решений смарт-учета;
• адаптация существующих технических отраслевых стандартов к внедрению интеллектуальных систем учета энергоресурсов.

Для оценки среднесрочных перспектив развития российского рынка технологий смарт-учета компанией J’son & Partners Consulting были сформулированы три возможности развития рынка: базовый, оптимистический и пессимистический сценарии.

В основе сценарных допущений рассматриваются следующие факторы:

• прогнозируемые сроки завершения оснащения всех многоквартирных домов общедомовыми приборами учета;
• степень проникновения смарт-учета на рынок в различных сегментах учета рынка энергоресурсов;
• темпы роста жилищного строительства в РФ и некоторые другие.

С учетом принятых в исследовании J"son & Partners Consulting cценарных допущений предполагается, что степень проникновения современных интеллектуальных средств учета электроэнергии на российском рынке к 2020 г. может составить, в зависимости от сценария, от 10% до 40%. При этом ключевой потенциал роста рынка заключается в использовании решений АИИС КУЭ на объектах жилого фонда.

К 2020 г. спрос на интеллектуальные приборы учета электроэнергии в рамках рассматриваемых сценариев развития рынка может составить от 0,7 до 3,0 млн. шт.

В сегменте учета тепловой энергии степень проникновения современных интеллектуальных средств учета на рынке РФ к 2020 г. может составить в зависимости от сценария от 60% до 100%. Наиболее перспективным направлением будет являться внедрение многоуровневых систем диспетчеризации показаний общедомовых приборов учета тепловой энергии на многоквартирном жилом фонде, а также решения в сфере диспетчеризации теплосчетчиков, установленных на локальных теплоснабжающих объектах. Прогнозируемый спрос на интеллектуальные приборы учета тепловой энергии к 2020 г. в рамках рассматриваемых сценариев развития рынка может составить от 238 до 510 тыс. шт.

Темпы развития современных средств учета воды в России в период до 2020 г. в рамках выполненных сценарных допущений будут менее значительными по сравнению с сегментами учета электрической и тепловой энергии. Ключевыми сдерживающими факторами для развития указанного рынка будут являться длительные сроки окупаемости подобных проектов, а также распространение на рынке более дешевых товаров-заменителей - традиционных крыльчатых счетчиков.

Прогнозируемая степень проникновения современных интеллектуальных средств учета воды на рынке РФ к 2020 г. может составить в зависимости от сценария от 15% до 40%. Наиболее перспективным направлением будет являться внедрение многоуровневых систем диспетчеризации показаний общедомовых приборов учета воды на многоквартирном жилом фонде, а также у крупных промышленных потребителей.

Оцениваемый в рамках рассматриваемых сценариев спрос на интеллектуальные счетчики воды к 2020 г. может составить от 2,2 до 6,0 млн. шт.

Основным перспективным направлением внедрения средств интеллектуального учета природного газа в РФ до 2020 г. будет являться внедрение систем АСКУГ у различных категорий потребителей, в первую очередь на объектах многоквартирного жилого фонда.

Степень проникновения современных счетчиков природного газа на рынке РФ к 2020 г. может составить в зависимости от сценария от 9% до 25%, а спрос на интеллектуальные приборы учета газа (интегрированные в системы АСКУГ) к 2020 г. может варьироваться в пределах от 202 до 593 тыс. шт. в год.

• Альтернативная энергетика (Россия и мир)
  

Smart Grid - это название глобальной технологии развития электроэнергетической системы на уровне как планеты, отдельных стран и городов, так и отдельных потребителей электрической энергии. Термин и сама технология родились и на данный момент получили наибольшее распространение в США, однако уже можно уверенно констатировать международное признание этой стратегии на планетарном уровне.

Формально термин Smart Grid был впервые оформлен в 2007 году в законодательном акте об энергетической независимости и безопасности США. Так была названа технология модернизации национальной электроэнергетической системы с целью защиты, контроля и оптимизации энергопотребления всех элементов и участников сети.

Предпосылкой развития Smart Grid является общая планетарная стратегия на снижение энергопотребления, а также обеспечение важнейших потребителей мегаполисов качественным и бесперебойным электроснабжением.

Толчком для развития технологий в США можно назвать глобальные перебои с электроснабжением крупнейших городов США в 90-е годы, так называемые энергетические «блэкауты», когда несколько мегаполисов США остались без электрической энергии. После обследования состояния электроэнергетической системы власти США пришли к выводу, что принципиальная схема управления энергосетями в целом мало изменилась с момента ее создания в начале XX века. Нынешний президент США Обама назвал Smart Grid ключевым фактором повышения энергоэффективности и безопасности американской экономики.

Технологической предпосылкой развития Smart Grid, безусловно, явились прорывные достижения информационных, компьютерных технологий, возможности локальных и глобальных коммуникационных сетей, в том числе Интернета.

По уровню развития Smart Grid в 2012 году находится на этапе перехода от разработки принципиальной концепции, проектирования до создания национальных и международных стандартов, реализации отдельных пилотных, а также ряда промышленных проектов. Пока речь идет о наиболее развитых индустриальных странах.

Появление и развитие концепции Smart Grid является понятным и естественным этапом эволюции электроэнергетической системы, обусловленным с одной стороны явными потребностями и проблемами текущего электрического энергорынка, а с другой стороны технологическим прогрессом, в первую очередь в области компьютерных, информационных технологий.

Современное состояние

Действующую электроэнергетическую систему без Smart Grid можно охарактеризовать как пассивную и централизованную, особенно в части последней цепочки - от распределительных сетей до потребителей. Именно в этой части цепочки поставки электроэнергии технология Smart Grid наиболее существенно изменяет принципы функционирования, предлагая новые принципы активного и децентрализованного взаимодействия.

Для понимания основных принципов текущей системы по отношению к принципам функционирования Smart Grid, о которых пойдет речь ниже, рассмотрим пример отдельного здания как конечного потребителя.

В настоящий момент здание с точки зрения взаимодействия с распределительной сетью (110/10/0,4 кВ) является практически полностью пассивным элементом (влияние на качество параметров электросети оставим в стороне, т.к. они существенно не влияют на основной параметр - потребляемую мощность). Это в первую очередь касается влияния здания как потребителя в реальном масштабе времени (т.е. в масштабе текущего месяца, дня, часа, секунды и т.д.) на генерируемую и распределяемую сетью электроэнергию. Здание никак не может влиять ни на объемы электрической мощности, ни на выделенные ресурсы инфраструктуры сети (например, элементы распределительных, трансформаторных подстанций). Более того, сами распределительные сети в большинстве случаев не обладают полной информацией об электропотреблении здания в реальном масштабе времени. Реализация АСКУЭ в этом контексте до сих пор является скорее исключением и используется исключительно в целях коммерческого учета электроэнергии постфактум в рамках ежемесячного интервала.

Коммерческая составляющая взаимодействия, в свою очередь, целиком зависящая от вышеуказанной технологической части, также выглядит пассивной и однонаправленной. Сети в виде энергосбытовых организаций узнают о зданиях и их потребностях только в моменты ежемесячных коммерческих взаиморасчетов, исключая договорные сведения, обновляемые не чаще раза в год. Здания (вернее, потребители в зданиях) платят по фиксированным, централизованным тарифам, распространяющимся на целые районы, города. Тарифы для конечных потребителей изменяются централизованно организационными процедурами с участием государства на длительных интервалах времени. Никакой обратной связи с точки зрения информации о состоянии энергопотребления в здании, возможности взаимодействия, тем более в режиме реального времени, у здания с сетями и тем более централизованными производителями энергии на данный момент нет.

Теперь представьте себе общую картину, в которой крупные производители электроэнергии генерируют и поставляют электроэнергию в объеме, в режимах и по стоимости (!), практически не зависящих от реального состояния электропотребителя в масштабе реального времени. Таким образом, между спросом и предложением отсутствует оперативная связь. С точки зрения надежности функционирования такой сети в условиях дефицита мощности и высоких требований со стороны потребителя такая схема является крайне уязвимой, поскольку не может оперативно выявлять проблемы и реагировать на них на уровне потребителей.

Давайте теперь подумаем о конечных потребителях не только как об отдельных зданиях, но и как о крупных предприятий, районах, городах! Особенно это критически важно для крупнейших мегаполисов с централизованной схемой электроснабжения, когда единые параметры энергоснабжения касаются большого количества разнообразных потребителей и учитывают их индивидуальные характеристики.

Важно отметить, что текущая схема с точки зрения энергоснабжения является полностью однонаправленной, т.е. потребитель только получает электрическую энергию. В последнее время развиваются схемы с аккумуляторами и распределителями энергии, позволяющими накапливать, трансформировать и распределять электрическую энергию между сетями и потребителями. В отличие от текущей схемы, Smart Grid знает о таких элементах и умеет управлять ими. Таким образом, Smart Grid является комплексной технологией, затрагивающей принципы не только взаимодействия участников и устройств, но и распределения самой электрической энергии.

Описанная пассивно-централизованная схема вполне устраивала всех до определенного момента в условиях дешевой электроэнергии, неисчерпаемых возможностей как генераторов энергии, так и распределительных сетей. Однако времена изменились. Рост мегаполисов, увеличение стоимости электроэнергии, требований к качеству электроэнергии, затрат на развитие генерирующей и распределительной инфраструктуры, увеличение риска внешних угроз (терроризм, катаклизмы) явным образом приводит к изменению стратегии развития энергорынка.

Технология Smart Grid характеризуется несколькими инновационными свойствами, отвечающими новым потребностям рынка, среди которых можно выделить следующие:

1. Активная двунаправленная схема взаимодействия в реальном масштабе времени информационного обмена всеми между элементами и участниками сети, от генераторов энергии до оконечных устройств электропотребителей.
2. Охват всей технологической цепочки электроэнергетической системы, от энергопроизводителей (как центральных, АЭС, ТЭЦ, ГЭС, так и автономных ДГУ, солнечных индивидуальных генераторов, накопителей энергии), электрораспределительных сетей и конечных потребителей.
3. Для обеспечения информационного обмена данными в Smart Grid предусмотрено использование цифровых коммуникационных сетей и интерфейсов обмена данными. Одной из важнейших целей Smart Grid является обеспечение практически непрерывного управляемого баланса между спросом и предложением электрической энергии. Для этого элементы сети должны постоянно обмениваться между собой информацией о параметрах электрической энергии, режимах потребления и генерации, количестве потребляемой энергии и планируемом потреблении, коммерческой информацией.
4. Smart Grid умеет эффективно защищаться и самовосстанавливаться от крупных сбоев, природных катаклизмов, внешних угроз.
5. Способствует оптимальной эксплуатации инфраструктуры электроэнергетической системы.
6. С точки зрения общей экономики Smart Grid способствует появлению новых рынков, игроков и услуг.
7. Благодаря современным технологиям Smart Grid может применяться как в масштабах зданий, предприятий, так и для обычных домашних электрических устройств, например холодильника или стиральной машины. Соответственно, все устройства, входящие в состав Smart Grid, должны быть оснащены техническими средствами, осуществляющими информационное взаимодействие.

Основные преимущества Smart Grid

Надежность и качество электроснабжения

Smart Grid предотвращает массовые отключения, обеспечивает поставку чистой электроэнергии.

Безопасность

Smart Grid постоянно контролирует все элементы сети с точки зрения безопасности их функционирования.

Здесь можно вспомнить как о недавних проблемах с энергоснабжением в Московской области в зимнее время, в связи с погодными условиями и обледенением линий электропередач, так и о проблемах в Москве жарким летом в связи с пожарами на высоковольтных подстанциях.

Энергоэффективность

Снижение потребления электрической энергии. Оптимальное потребление приводит к снижению потребностей в генерирующих мощностях.

Экология и охрана окружающей среды

Самый главный эффект достигается за счет снижения количества и мощностей генерирующих элементов сети. Это ведет, например, к снижению выброса СО в атмосферу.

Финансовые преимущества

Снижение операционных затрат. Потребители имеют точную информацию о стоимости и могут оптимизировать свои затраты на электрическую энергию. Бизнес, в свою очередь, может оптимально планировать и формировать затраты на эксплуатацию и развитие генерации и распределительных сетей.

Указанные преимущества касаются всех участников, от конечных потребителей и энергопоставщиков до всего общества в целом.

Перспективы применения

Продолжим наш пример со зданием, теперь уже с учетом перспективы применения Smart Grid.

Современное здание, оснащенное устройством связи с коммуникационной сетью Smart Grid, может автоматически выбрать режим работы наиболее энергозатратного оборудования (освещение, кондиционирование и приводная вентиляция) в течение недели, с точностью до часа, с учетом оптимального коммерческого тарифа (и потребностей арендаторов), информация о котором была доставлена из местной энергосбытовой компании также по цифровой сети. Соответственно, энергосбытовая компания, имея текущие данные о планируемом энергопотреблении отдельных зданий, может оптимально сконфигурировать свои мощности, в т.ч., например, используя аккумуляторы элеткроэнергии и активные распределительные устройства, закупить необходимую электроэнергию у сетевого поставщика по оптимальным тарифам и т.д. Вся цепочка постоянно обменивается информацией, которая активно используется управляющими элементами для обеспечения сбалансированного графика потребления/генерации и безопасной трансформации и передачи электроэнергии.

Начальный, генерирующей элемент цепи (например, городская ТЭЦ) вместо постоянной генерации максимального количества электрической энергии выдает оптимальную мощность в соответствии с реальным балансом мощности/потребления электроэнергетической системы в текущий момент времени.

Для конкретизации приведем еще пример из жизни современного мегаполиса. Современные коммерческие здания, сложные инфраструктурные объекты вынужденно оснащаются большим количеством систем гарантированного и бесперебойного электроснабжения (ДГУ, ИБП), поскольку рабочие системы централизованного городского электроснабжения не могут более гарантировать качественное снабжение сложной инженерной и компьютерной инфраструктуры таких объектов. Затраты на производство, реализацию и эксплуатацию таких специальных систем электроснабжения являются весьма существенными. Применение Smart Grid позволило бы не только сократить такие затраты, но и в отдельных случаях избежать их полностью.

Конечно, задача перехода к технологиям Smart Grid должна являться долговременной стратегией, инициируемой и поддерживаемой на уровне государства. Переход к столь инновационной технологии предъявляет самые серьезные требования как к технической модернизации основных элементов инфраструктуры, так и к изменению правил работы всего рынка. Основным драйвером такого перехода должна быть государственная стратегия повышения энергоэффективности и безопасности электроэнергетической системы страны в целом.

В России пока можно отметить начальный этап ознакомления и формирования первых организационных инициатив по Smart Grid, а также опробования отдельных технических решений. Пока не будет выработана реальная государственная стратегия по отношению к энергоэффективности, о развитии технологий Smart Grid говорить еще рано. Необходимо также учитывать гигантскую протяженность электрораспределительных сетей в нашей стране и недостаточно развитую инфраструктуру. Однако первые инициативы в этой области у нас уже появляются.

Государственная компания ОАО «Системный оператор Единой энергетической системы», ответственная за контроль и управление электрораспределительными сетями, активно рассматривает Smart Grid и отдельные элементы этой технологии на предмет применения в РФ и уже реализует отдельные пилотные технические проекты.

Как видится, нам необходимо внимательно знакомиться с опытом ведущих стран мира, уже активно пробующих Smart Grid, и делать правильные выводы с учетом нашей вечной российской специфики.

Рассматривается один из возможных вариантов преодоления глобальных вызовов человечеству - концепция «умной энергетики» - Smart Grid, получившая активное развитие в странах Запада. Пригодна ли концепция Smart Grid для российской энергетики или имеет смысл, как это не раз было, пойти «своим путём»? Об этом пойдёт речь в данной статье.

В жизни человека энергию можно определить как первоочередной фактор существования. Ход исторического становления общества напрямую связан с характером использования энергии. Тепло костра, ветряные и водяные мельницы, домашние печки, паровые машины, электрогенераторы… Социально-экономическое развитие человечества неотделимо от развития “энергетического мышления”. Ключевую роль в этом историческом процессе играет энергетика, решающая вопросы прикладного использования энергии.

Мы становимся свидетелями наступления эпохи перемен. Неуклонно растёт не только численность населения Земли, но и удельное потребление энергии на душу населения. В то же время сокращаются запасы органического топлива, остающегося основным источником энергии (порядка 85%), причём лишь треть первичной энергии обращается в полезное действие. Негативное воздействие на окружающую среду деятельности человечества становится очевидным: вопросы изменения климата и связанные с этим природные аномалии всё чаще обсуждаются на высшем государственном уровне. Завершают глобальную картину перемен экономические потрясения: мировая экономика сейчас находится в нижней точке волны “большого кондратьевского цикла” (Кондратьев Н.Д. - русский экономист, основоположник теории больших экономических циклов ). Очевидно одно: человечество стоит перед лицом глобальных вызовов.

Обратимся к истории развития западной и российской энергетики.

Начало развития будущих мировых энергосистем можно отнести ко второй половине XIX века. В это время были основаны такие компании, как General Electric, Westinghouse, Siemens, явившиеся впоследствии локомотивами мировой энергетики. Интенсивно растущий спрос на рынке электроэнергетики, государственное регулирование при растущих частных инвестициях способствовали возникновению в отрасли крупных компаний, многие из которых превратились в межотраслевые концерны. Энергосистемы запада развивались как совокупность региональных энергоструктур.

Что касается России, то начало становления российской энергетики тесно связано с именем Вернера фон Сименса – основателя немецкого концерна Siemens. После ознакомительного визита Сименса в Россию в 1852 г. в России было учреждено дочернее предприятие компании “Siemens & Halske”, которое возглавил брат Вернера – Карл Фридрих фон Сименс. Дальнейшая деятельность Карла Сименса привела к возникновению в России по указу Александра III “Общества электрического освещения” – прародителя ОАО “Мосэнерго” и ОАО “Ленэнерго ”. Отсюда и берёт своё начало одна из крупнейших в настоящее время мировых энергосистем – российская .

Накануне Первой мировой войны энергетика России серьёзно отставала от зарубежных: энергопотребление на душу населения было в 10 раз меньше, чем в Германии и в 60 раз меньше, чем в США. Россия размещалась на восьмом месте в мире по выработке электроэнергии, что, учитывая степень электрификации мирового сообщества, являлось весьма низким показателем. Ещё больше усугубили ситуацию Первая мировая война и революция. В 1917 г. компания Сименса была национализирована, но спустя три года возобновила работу, выполняя контракты в рамках реализации плана электрификации страны – ГОЭЛРО.

ГОЭЛРО (Государственная комиссия по электрификации России) – орган, созданный 21 февраля 1920 г. для разработки проекта электрификации России после революции 1917 г. По сути ГОЭЛРО являлся планом развития не только энергетики, а всей российской экономики. По словам писателя-фантаста Герберта Уэллса, “Ленин, который, как подлинный марксист, отвергает всех “утопистов”, в конце концов, сам впал в утопию – утопию электрификации”. Тем не менее, к 1990 г. целевые показатели плана ГОЭЛРО в 80 раз превзошли первоначальные по производству электроэнергии и в 50 раз по установленной мощности электростанций, определив тем самым место российской энергетики среди мировых лидеров.

Таким образом, российская энергосистема, получив в самом начале становления позитивный зарубежный опыт, развивалась под чутким руководством государства как единая централизованная система.

Различия в развитии зарубежных и российской энергосистем могут породить сомнения в целесообразности применения западных концепций (в данном случае – Smart Grid) в российских условиях. Проанализируем обоснованность подобных сомнений.

Что же такое Smart Grid?

С точки зрения Министерства энергетики США, интеллектуальным сетям (Smart Grid) присущи следующие атрибуты :

• способность к самовосстановлению после сбоев в подаче электроэнергии;
• возможность активного участия в работе сети потребителей;
• устойчивость сети к физическому и кибернетическому вмешательству злоумышленников;
• обеспечение требуемого качества передаваемой электроэнергии;
• обеспечение синхронной работы источников генерации и узлов хранения электроэнергии;
• появление новых высокотехнологичных продуктов и рынков;
• повышение эффективности работы энергосистемы в целом.

По мнению Европейской Комиссии, занимающейся вопросами развития технологической платформы в области энергетики, Smart Grid можно описать следующими аспектами функционирования :

• Гибкость. Сеть должна подстраиваться под нужды потребителей электроэнергии.
• Доступность. Сеть должна быть доступна для новых пользователей, причём в качестве новых подключений к глобальной сети могут выступать пользовательские генерирующие источники, в том числе ВЭИ с нулевым или пониженным выбросом CO2.
• Надёжность. Сеть должна гарантировать защищённость и качество поставки электроэнергии в соответствии с требованиями цифрового века.
• Экономичность. Наибольшую ценность должны представлять инновационные технологии в построении Smart Grid совместно с эффективным управлением и регулированием функционирования сети.

Итак, мы видим концептуальные определения интеллектуальной сети, указывающие на важную роль Smart Grid в дальнейшем технологическом, экономическом и экологическом развитии общества. Помимо решения задач снижения нагрузки на окружающую среду, уменьшения энергетического дефицита за счёт использования возобновляемых источников энергии, повышения качества и надёжности работы энергосистемы в концепциях Smart Grid прослеживается ещё один очень важный аспект: Smart Grid является катализатором экономического подъёма. Реализация положений данной концепции будет подразумевать развитие инновационных технологий, расширение масштабов производства высокоинтеллектуальной продукции, более интенсивное применение электрической энергии в транспортной инфраструктуре (использование автомобилей с электродвигателями), развитие новых рыночных отношений с привлечением в энергетику потребителей в качестве активных игроков рынка (возможность продавать электроэнергию, используя локальные генерирующие источники). Благодаря реализации концепции Smart Grid человечество вступит в новую фазу существования, которая будет характеризоваться гармоничным взаимодействием с окружающей средой, улучшением качества жизни и общим экономическим подъёмом. Выглядит амбициозно, но отнюдь не фантастично. И едва ли это противоречит отечественным взглядам на развитие энергетики и страны в целом.

В России идея Smart Grid в настоящее время выступает в качестве концепции интеллектуальной активно-адаптивной сети, которую можно описать следующими признаками :

• насыщенность сети активными элементами, позволяющими изменять топологические параметры сети;
• большое количество датчиков, измеряющих текущие режимные параметры для оценки состояния сети в различных режимах работы энергосистемы;
• система сбора и обработки данных (программно-аппаратные комплексы), а также средства управления активными элементами сети и электроустановками потребителей;
• наличие необходимых исполнительных органов и механизмов, позволяющих в режиме реального времени изменять топологические параметры сети, а также взаимодействовать со смежными энергетическими объектами;
• средства автоматической оценки текущей ситуации и построения прогнозов работы сети;
• высокое быстродействие управляющей системы и информационного обмена.

На основе указанных признаков можно дать достаточно чёткое определение интеллектуальной сети как совокупности подключённых к генерирующим источникам и электроустановкам потребителей программно-аппаратных средств, а также информационно-аналитических и управляющих систем, обеспечивающих надёжную и качественную передачу электрической энергии от источника к приёмнику в нужное время и в необходимом количестве.

На уровне концептуальных отечественных документов можно определить предпосылки к развитию отечественной интеллектуальной энергетики.

Согласно “Энергетической стратегии России на период до 2030 года” в качестве приоритетных направлений научно-технического прогресса в электроэнергетике выделяются следующие :

• создание высокоинтегрированных интеллектуальных системообразующих и распределительных электрических сетей нового поколения в Единой энергетической системе России (интеллектуальные сети – Smart Grid);
• использование низкотемпературных сверхпроводниковых индукционных накопителей электрической энергии для электрических сетей и гарантированного электроснабжения ответственных потребителей;
• широкое развитие распределенной генерации;
• развитие силовой электроники и устройств на их основе, прежде всего различного рода сетевых управляемых устройств (гибкие системы передачи переменного тока – FACTS);
• создание высокоинтегрированного информационно-управляющего комплекса оперативно-диспетчерского управления в режиме реального времени с экспертно-расчётными системами принятия решений;
• создание высоконадёжных магистральных каналов связи между различными уровнями диспетчерского управления и дублированных цифровых каналов обмена информацией между объектами и центрами управления;
• создание и широкое внедрение централизованных систем противоаварийного управления, охватывающих все уровни Единой энергетической системы России;
• создание автоматизированных систем управления спросом на электроэнергию;
• создание водородных систем аккумулирования энергии и покрытия неравномерностей графика нагрузки.

Подтверждением намерений строить и развивать в России интеллектуальную энергетику служит утверждение приоритета данного направления на уровне Президента и Правительства, а также включение расходов на “интеллектуализацию сетей” в инвестиционную программу ОАО “ФСК ЕЭС”. Очевидно, что на концептуальном уровне кардинальных противоречий между западным и отечественным взглядом на развитие интеллектуальных сетей нет.

Каковы же конкретные шаги на пути реализации концепций интеллектуальных сетей?

Проекты ОАО “ФСК ЕЭС”

В настоящее время идёт разработка концепции построения умных сетей, а также реализация проектов по внедрению на объектах ОАО “ФСК ЕЭС” отдельных элементов умных сетей:

• установка СТАТКОМ (статический преобразователь реактивной мощности на базе преобразователя напряжения) на ПС 400 кВ “Выборгская”;
• установка управляемых шунтирующих реакторов на ПС 50 кВ “Таврическая”, “Барабинская”, “Иртыш”;
• установка статического тиристорного компенсатора и конденсаторных установок на ПС 500 кВ “Ново-Анжерская”.

Работа ОАО “ХОЛДИНГ МРСК”

Для распределительного электросетевого комплекса применение технологии умных сетей является одной из важнейших задач. В настоящее время активно реализуются проекты внедрения умных приборов учёта электроэнергии, создаются центры управления сетями, повышается наблюдаемость ПС. Первоочередной задачей в “интеллектуализации” распределительной сети является умный учёт. При этом очевидной становится проблема разнородности применяемых приборов учёта по функционалу и используемому коммуникационному интерфейсу. Предстоит большая работа по созданию единого информационного ландшафта системы учёта, подразумевающей применение открытых, гибких многофункциональных компонентов (в частности, приборов учёта), работающих по принципу “plug and play”. В этом случае опыт западных коллег был бы весьма полезен .

Некоторые зарубежные проекты

• Проект “FENIX” (Flexible Electricity Networks to Integrate the expected Energy Evolution). Проект построения гибкой электрической сети, основными целями которого являются: отработка механизмов функционирования общеевропейской энергосистемы, в частности, разработка концепции виртуальных электростанций (VPP); отработка алгоритмов включения в общую систему распределённых источников генерации (DER) и возобновляемых источников энергоресурсов (RES); разработка новых программно-аппаратных платформ для претворения в жизнь концепции VPP; технико-экономическое обоснование применения VPP; демонстрация разработок на полигонах в Испании и Великобритании. Данный проект объединил ведущих игроков европейского энергетического рынка, таких как Iberdrola, Electricité de France, EDF Energy Networks, Red Eléctrica de España, National Grid Transco, Siemens PSE, Areva T&D и др.
• Проект “ADDRESS” (Active Distribution network with full integration of Demand and distributed energy RESourceS). Данный проект является составной частью европейской концепции сетей будущего Smart Grids European Technology Platform и объединяет работу 25 компаний из 11 стран Европы, включая EDF, ABB, Enel, Kema, Philips и др. Проект планируется к завершению в 2012 г.
• Проекты построения Microgrids – отдельных энергосетевых структур, расположенных на небольшой территории, обладающих собственными генерирующими источниками и способными взаимодействовать с центральной сетью для решения задач покрытия максимума пиковых нагрузок. Проекты успешно реализуются в Европе (консорциум 14 компаний из 7 стран во главе с Национальным технологическим университетом Афин (NTUA)), США (проекты реализуемые консорциумом CERTS, компанией GE), Канаде, Японии.
• Проект построения интеллектуальной энергетической инфраструктуры (распределённая генерация, возобновляемые источники энергии, средства аккумулирования энергии, центры диспетчерского управления) в трёх префектурах Японии, реализуемый компанией Mitsubishi Electric.

Итак, в практическом плане в России и за рубежом ведутся активные работы по созданию концепций и апробации технологий интеллектуальных сетей; перспективы их развития в России можно сформулировать укрупнённо:

• Запасы нефти и газа небезграничны, и освоение возобновляемых источников энергии с дальнейшим включением их в единую энергетическую систему страны является стратегически важной задачей.
• Развитие распределённой энергетики, в том числе когенерации за счёт модернизации существующих котельных, для покрытия максимумов нагрузок и устранения энергодефицита – весьма важная задача для распределительного электросетевого комплекса.
• Обеспечение бессбойной работы системы в условиях роста использования спорадической нагрузки (например, электромобилей, рост использования которых очевиден).
• Сокращение потерь электроэнергии за счёт построения систем интеллектуального учёта с возможностью учёта качества электроэнергии и ограничения нагрузки.
• Развитие коммуникационной среды, способной надёжно и качественно поддерживать двунаправленный информационный обмен между поставщиками и потребителями энергоресурсов. Одним из способов решения данной задачи является применение беспроводных интеллектуальных коммуникационных устройств (например, российских – СИКОН ТС65 и СИКОН-Колибри).
• Повышение качества электроэнергии за счёт применения устройств компенсации реактивной мощности .
• Применение интеллектуального оборудования и программных комплексов для управления топологией сети с целью обеспечения надёжности функционирования.
• Использование накопителей энергии большой ёмкости для выравнивания графика нагрузки, а также для обеспечения бесперебойной работы особо важных объектов.
• Развитие рыночных отношений в энергобизнесе с привлечением потребителей электроэнергии (создание отдельных участков сети – аналог Microgrids) как возможныхпоставщиков электроэнергии в требуемое время в нужные участки сети.
• Разработка и производство отечественными компаниями высокотехнологичной конкурентной продукции для обеспечения функционирования интеллектуальной сети.

Перечисленные аспекты будущей интеллектуальной сети чётко соответствуют модернизационному сценарию развития российской экономики, обозначенному руководством нашей страны. Использование зарубежного опыта (не слепое копирование, а осознанное применение лучших практик в проекции на отечественную действительность) в этом случае не станет нарушением базовых принципов патриотизма, являясь образцом рационального использования общемирового опыта.

Подводя итоги, можно сказать, что вопреки мнению отдельных специалистов, применение интеллектуальных сетей в России перспективно и востребовано. “Умные сети” – Smart Grids – не очередное модное слово, появившееся на Западе, малопригодное для России и сулящее только лишь головную боль “бывалым энергетикам-профессионалам”. “Умные сети” – это закономерный этап развития социально-экономических отношений, воплощённый в технологическую концепцию. И Россия, будучи полноправным членом мирового сообщества, ни в коем случае не должна его игнорировать, целенаправленно двигаясь вперёд совместно с ведущими мировыми державами.

Список литературы

1. Электроэнергетика России 2030: Целевое видение / Под общ. ред. Б.Ф. Вайнзихера. – М.: Альпина Бизнес Бук, 2008.
2. http://www.oe.energy.gov/smartgrid.htm (интернет-ресурс).
3. European SmartGrids Technology Platform. Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future. – Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities, 2006.
4. Дорофеев В.В., Макаров А.А. Активно-адаптивная сеть – новое качество ЕЭС России // Энергоэксперт, 2009, № 4 (15).
5. Концепция энергетической стратегии России на период до 2030 года (проект). Прил. к журналу “Энергетическая политика”. – М.: ГУ ИЭС, 2007.
6. Ледин С.С., Игнатичев А.В. Развитие промышленных стандартов внутри- и межсистемного обмена данными интеллектуальных энергетических систем // Автоматизация и IT в энергетике, 2010, № 10.

Ледин С.
Автоматизация и IT в энергетике. № 11 (16), 2010