В рубрику "В фокусе" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
При передаче электроэнергии потребителю потери неизбежны: в Японии они составляют 5% от общего объема электроэнергии, в Европе – от 4 до 9%, в РФ – 13–14% (133 577 гВт/ч). Наглядный пример симбиоза IT и энергетики – идея преодоления энергетического дефицита, дисбаланса и потерь, которая выразилась в двух концепциях – Smart Grids и Micro Grids.
Smart Grid – концепция "умной энергетики". Она охватывает всю технологическую цепочку системы, связанную с производством электроэнергии из альтернативных источников. Контролировать производимое ВИЭ электричество практически невозможно, поэтому и необходима технология Smart Grid, которая, в то время когда потребность в электричестве можно удовлетворить при помощи ВИЭ (гейзеров, воды, солнца), будет отключать подачу энергии с тепловых станций, и наоборот.
Micro Grid – концепция малой распределенной энергетики, часть системы Smart Grid. Согласно ей, на определенных территориях создаются отдельные сетевые структуры, имеющие собственные источники энергии, способные удовлетворить спрос потребителей при максимуме пиковых нагрузок, когда центральная сеть не справляется. Например, мини-ТЭЦ, мобильное генерирующее оборудование, возобновляемые источники. Помимо обеспечения бесперебойной подачи электроэнергии, технология направлена на сокращение выбросов и улучшение качества электроэнергии, что достигается путем поддержания постоянного напряжения и сокращения резких перепадов.
Micro Grid также предполагает низкие затраты на энергоснабжение. Совместное использование Smart Grid и Micro Grid дает эффект синергии, обеспечивая бесперебойность поставок электроэнергии и безопасность для энергопроизводителей и потребителей.
Неотъемлемая часть Smart Grid – IT-инфраструктура, в задачи которой входит двухсторонняя связь между участками системы обеспечения, миллионами устройств и измерительных приборов, потребителями и системой.
Системы Smart Metering подразумевают установку интеллектуальных приборов учета на стороне потребителя, сбор и обработку показателей с них. В зависимости от условий и местности используются различные средства связи: беспроводная, радио, спутниковая, ЛЭП и их комбинации.
В разных странах применяют разные протоколы для "умных счетчиков". В Северной Америке это преимущественно ANSI C12.18, разработанный специально для Smart Grid, а для автоматического считывания счетчиков – ANSI C12.21.
В ЕС получил распространение IEC 61107, который, несмотря на наличие усовершенствованного IEC 62056, все еще популярен – благодаря своей простоте и универсальности.
Среди тенденций, относящихся к "умным счетчикам", можно выделить растущую популярность технологии TCP/IP как общей коммуникационной платформы. В тестовом режиме некоторые виды счетчиков используют IR LED – для пересылки незашифрованных данных об использовании энергии.
В Европе программой по распространению Smart Grid предусматривается финансирование в размере $750 млрд в течение 30 лет. Построение Smart Grid там обусловлено экологической безопасностью и нацелено на достижение показателей "20–20–20". В результате реализации программы к 2020 г. на 20% повысится эффективность использования электроэнергии, на 20% – сократятся выбросы CO2 и еще 20% будут использоваться в энергобалансе возобновляемых источников энергии.
Евросоюз предполагает заместить обычные счетчики "умными" везде, где это экономически целесообразно. Комиссия по внедрению систем Smart Metering планирует, что к 2020 г. в ЕС установят 200 млн "умных" счетчиков для учета электричества и 45 млн – для учета газа, в результате 72% потребителей будут иметь "умные" электросчетчики, 40% – газовые.
Два наглядных и результативных примера освоения концепции Smart Grid – Jeju Smart Grid Demonstration Project в Южной Корее и Smart Grid Smart City (SGSC) в Австралии.
В настоящее время Южная Корея импортирует до 97% энергии, а климатические особенности страны усиливают потребность в автономии: осенью у прибрежных районов проходят тихоокеанские тайфуны, чаще всего – у побережья острова Чеджу.
Jeju Smart Grid Demonstration Project запущен в 2009 г. и тестировался до 2013 г. на острове Чеджу, солнечный и ветреный климат которого делает остров идеальным местом для воплощения концепции Micro Grid.
За проектом, охватывающим 6 тыс. домов, наблюдает корейское министерство торговли, промышленности и энергетики (MOTIE). К 2030 г. остров планируют сделать нейтральным в отношении выбросов СО2 и энергонезависимым. В реализации проекта принимает участие 169 компаний.
Ожидается, что при выполнении намеченных планов к 2030 г. Южная Корея будет производить 11% всей своей энергии из ВИЭ (по сравнению с 2,1% в 2012 г.), устранит 230 млн тонн СО2, создаст 50 тыс. рабочих мест, получит 74 трлн вон ($64 млрд) на внутреннем спросе на новые технологии, сэкономит от 47 трлн вон ($40 млрд), которые тратятся на импорт энергии, перестанет нуждаться в строительстве новых заводов стоимостью 3,2 трлн вон ($2,8 млрд) и заработает 49 трлн ($42 млрд) на экспорте своих разработок. Уже в 2016 г. Smart Meters установят в половине корейских домохозяйств, а Чеджу станет крупнейшим сообществом Smart Grid в мире.
Проект Smart Grid Smart City (SGSC) в Австралии разработан и профинансирован правительством Австралии в сотрудничестве с Ausgrid, EnergyAustralia и их партнерами: IBM Australia, GE Energy Australia, Sydney Water и городским советом Ньюкасла. Финансирование проекта состояло из правительственного гранта в $100 млн и $400 млн консорциума проекта. Проект начат в 2010 г. и в 2014 г. официально завершен.
Анализ результатов действия системы предполагает экономическую выгоду от $9,5 до 28 млрд за 20 лет, частные потребители будут экономить от $156 до 2 тыс. в год.
Если в мире о системах Smart Grid заговорили и начали их внедрение лет 15 назад, то в России ими вплотную заинтересовались лишь спустя 7 лет. И это в стране с огромной территорией, 2/3 которой энергодефицитны, нуждаются в завозе топлива и поставке энергии, а 20 млн человек проживает вне сетей централизованного энергоснабжения.
На Дальнем Востоке, Камчатке, в Республиках Тува и Алтай – территориях, богатых возобновляемыми ресурсами, – себестоимость 1 кВт электроэнергии даже на самых современных дизельных электростанциях в 5–10 раз выше, чем средняя отпускная цена для населения. Бюджеты субсидируют дизельную генерацию, а затраты на транспортировку увеличивают общую цену топлива.
Эти факторы – и условия, и предпосылки для внедрения Smart Grid либо Micro Grid в нашей стране там, где это экономически целесообразно.
Электросети – базовая инфраструктура общества, которая в среднесрочной и долгосрочной перспективе будет проектироваться совместно с потребителем в широком понимании этого слова: рынок электроэнергии и, на локальном уровне, – "умные" дома.
Развитие отрасли ICT (информационных и коммуникационных технологий) стимулирует инвестиции в решения, которые повышают надежность электроснабжения, уменьшают эксплуатационные расходы системы, обеспечивают безопасность функционирования.
Smart Grids и Micro Grids – наглядный пример симбиоза IT и энергетики, который открывает возможности и для технологических изменений, и для экономического развития.
Литература
Появление любой инновации в инфраструктуре (и энергетика, включая Smart Grid, здесь не является исключением) продиктовано конкретными выгодами для потребителей. Они должны отраж ать ся в цене и качестве ок аз ыва емы х услуг. Но для Ро ссии такой вывод неочевиден. Делиться эффектом масштаба с остальной экономикой сетевые монополии не привыкли, да и показывать какую-либо эффективность – в силу особенностей регулирования – им, как правило, невыгодно.
В итоге – реализуемые в большой энергетике проекты "умных сетей" единичны, носят, по сути, декоративный характер, и заинтересованность потребителей в них минимальна. Более привлекательными представляются локальные решения – в рамках развития распределенной энергетики. Учитывая, что развитие технологий интеллектуального управления энергетикой, сбора и хранения энергии происходит на наиболее низких уровнях напряжения и под непосредственным контролем потребителей, можно заключить, что именно здесь у интеллектуальной энергетики, включая Smart Grid, есть наиболее серьезные перспективы.
Встречаются разные варианты трактовки термина Smart Grid. Чаще всего подразумевают широкое понятие – способность электрических сетей к самовосстановлению после сбоев в подаче электроэнергии и самодиспетчеризации, обеспечение активного участия в работе сети потребителей (в том числе в качестве производителей электроэнергии), обеспечение синхронной работы источников генерации (в том числе возобновляемых источников энергии и распределенной генерации) и накопителей электроэнергии и пр.
Экономическая эффективность таких проектов сильно зависит от правил рынка и структуры энергетики в целом.
Для нашей вертикально интегрированной структуры электроэнергетики, построенной на иерархическом принципе, и с той моделью формирования цен, которая есть у нас, окупаемость активно-адаптивных ("умных") сетей достигается далеко не всегда. Первые пилотные проекты в этой области были проектами ОАО "ФСК ЕЭС", однако они представляли собой только внедрение на отдельных сетевых объектах элементов "умных" сетей и реализовывались скорее с инновационными целями: например 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" и пр. Сейчас на территории ИЦ "Сколково" ОАО "ФСК ЕЭС" строит две подстанции в 220 кВ "Сколково" и "Союз" – пример внедрения инновационных технологий: элегазового оборудования, автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) подстанций, автоматизированной информационно-измерительной системы коммерческого учета электроэнергии и др.
Другим примером могут служить некоторые подмосковные электрические сети с компактным проживанием граждан, которые активно внедряют элементы технологии "умных" сетей уже на основе экономической эффективности. Например, в Серпуховской городской электрической сети введен в действие аппаратно-программный радиотелеметрический комплекс, позволяющий диспетчеру осуществлять оперативный контроль и управление подстанциями и уличным освещением; внедряется программный продукт класса SCADA для создания систем коммерческого и технического учета энергоресурсов, контроля качества электроэнергии.
В двух районах Калининградской области ОАО "Янтарьэнерго" внедряет пилотный проект "Умные сети" с использованием инновационных решений "Таврида Электрик". На первом этапе создана система распределенной автоматизации аварийных режимов и автоматизации центров питания: в существующую сеть были интегрированы "умные" устройства, которые позволяют без участия оперативного персонала автоматически идентифицировать повреждение в сети и выделять поврежденный участок, а также удаленно произвести перезапитывание потребителей по резервной схеме и пр. В итоге сейчас при аварийном повреждении воздушных линий электропередачи 15 кВ отключается 6–8 трансформаторных подстанций вместо 20–30.
Самый, пожалуй, масштабный проект на сегодня – это пилотный проект "Умных сетей", реализуемый с 2014 г. в четырех жилых кварталах Уфы, целью которого является охватить до 2019 г. весь город. Примерная стоимость проекта 4 млрд руб. С целью улучшения энергоснабжения предполагается оптимизировать схему и конфигурацию сети, внедрить системы интеллектуального учета расхода электроэнергии, автоматические системы диагностики оборудования подстанций с удаленным доступом, современные системы связи и управления. По расчетам ОАО "БЭСК", "умные сети" способны сократить потери электроэнергии в Уфе с нынешних 15,6 до 8,7%. При этом затраты на обслуживание и ремонт энергетического оборудования также сократятся. Окупаемость описанных сетевых проектов, как правило, 5–10 лет.
Однако хотя такие проекты содержат элементы Smart Grid, они не в полной мере являются проектами Smart Grid.
Концепция Smart Grid в первую очередь предлагает совершенно иной принцип построения электрических связей. Будущая сеть уже не будет иметь иерархическую структуру, и потребители будут в ней иметь как вертикальные, так и горизонтальные связи с большим количеством малых источников энергии, а также мощных станций, накопителей, компенсаторов реактивной мощности и пр. Такая сложная неструктурированная сеть должна иметь автоматическую управляющую самонастраивающуюся систему, согласовывающую между собой работу всех компонентов сети, и использовать все новые сетевые технологии. Таким образом, прежде чем развитие сетей полностью пойдет по принципу Smart Grid, должны сформироваться следующие предпосылки:
До этого момента говорить об экономической эффективности электрических сетей, организованных полностью по концепции Smart Grid по всей стране, еще рано.
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #3, 2016
Посещений: 4973
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "В фокусе" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
