Известный факт: российская экономика чрезвычайно энергоемка. В структуре себестоимости продукции различных отраслей затраты на энергоносители в России в среднем в 1,7 раза превышают аналогичные показатели в Китае, в 7 раз – в США и в 12 раз – в странах ЕС. Ситуация в электроэнергетике – не исключение. При передаче потребителю суммарные энергопотери в сетях 0,4–750 кВ фактически доходят до 30%. Для сравнения: в Японии этот показатель равняется 5%, в Западной Европе – 4–9%, США – 7–9%.
Если потерь электроэнергии в электрических сетях России довести до уровня стран Евросоюза, то высвобожденная электрическая мощность будет равна примерно 2 ГВт. Но потери – это не единственный повод для принятия новых подходов к развитию электроэнергетики. Другие негативные факторы: не соответствующее современным требованиям управление большими системами; отсутствие четкой идеологии и системного характера применения новых технологических решений. Инновационные подходы на всех технологических этапах: при получении, транспортировке и использовании энергии предусматривают решение таких проблем, как снижение объемов ограничений на передачу мощности, обновление основного энергетического и электротехнического оборудования, преодоление технологической отсталости, рационализация структуры топливного баланса и др.
Логично, что одним из приоритетных направлений российской государственной политики модернизации выбрано снижение энергоемкости и повышение энергоэффективности в отраслях экономики. Подробнее об этом – в принятом в ноябре 2009 г. Федеральном законе «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности».
Напомним, что в настоящее время проблема энергоэффективности охватывается рамками следующих государственных проектов: «Считай, экономь и плати» – программа массовой установки приборов учета и регулирования электропотребления; «Новый свет» – программа замены ламп накаливания на энергосберегающие источники освещения; «Энергоэффективный квартал» – программа модернизации системы энергоснабжения микрорайонов и городов; проект применения энергоэффективных технологий в госучреждениях; «Малая комплексная энергетика» – проект обеспечения энергоэффективным оборудованием объектов локальной энергетики; и «Инновационная энергетика» – программа разработки и реализации прорывных энергетических решений.
Цель проекта «Инновационная энергетика» – ускоренное освоение производства и внедрение оборудования на основе отечественных прорывных энергетических технологий. Проект реализуется по следующим направлениям: технологии применения эффекта сверхпроводимости в электроэнергетике; технологии тепло- и электроснабжения потребителей на основе использования биомассы; технологии водородного аккумулирования энергии при использовании ветроэнергетических установок для автономного электроснабжения потребителей удаленных и труднодоступных территорий; технологии создания интеллектуальных электроэнергетических систем.
Закон об «Энергоэффективности» предусматривает внедрение в энергетике элементов интеллектуальных технологий, но в практике их пока немного. Например, оснащение потребителей «умными» счетчиками запланировано только к 2012 г. Это связано с тем, что подобные технологии находятся на стадии развития. Так, энергетические компании планируют к 2017 г. снизить потребление электроэнергии до 7–9% при помощи повсеместного внедрения так называемых «интеллектуальных» сетей – Smart Grid. Основные признаки smart-grid: развитые системы учета и измерений, наличие адаптивных систем регулирования потребления (АСР), системы саморегулирования местных источников (включая НиВИЭ), координация из общей системы управления. Преимущество Smart Grid – возможность адаптации к динамике потребления и экономии энергии за счет возможности повсеместного подключения небольших генерирующих источников электроэнергии.
Правительство поручило естественной монополии «ФСК ЕЭС», управляющей единой национальной электрической сетью, сконцентрироваться на создании интеллектуальных сетей. В итоге должен состояться переход к интеллектуальной электроэнергетической системе с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС).
Интеллектуальная энергосистема с активно – адаптивной сетью, это: любые генерирующие источники, в т.ч. нетрадиционные и возобновляемые (НиВИЭ), которые подключаются к потребителям посредством активно-адаптивной сети: линий электропередачи всех классов напряжения, активных устройств электромагнитного преобразования электроэнергии, коммутационных аппаратов, устройств защиты и автоматики, информационно-технологических и адаптивных управляющих систем. Эти электрические сети различного напряжения и функционального назначения обладают возможностью: изменения параметров и топологии сети по текущим режимным условиям; регулирования напряжения в узлах сети, обеспечивая минимизацию потерь, комплексного учета электрической энергии на границах раздела сети (для целей расчетов с контрагентами) и на подстанциях сети (для оптимизации).
Smart grid как элемент ИЭС ААС базируется на системе измерений и учета потребления энергии, связанной с системами управления потреблением энергии. Smart grid максимально использует местные источники энергии, имеет набор систем управления, настроенных на обеспечение баланса в зоне управления Smart grid, через стандартный интерфейс взаимодействует с общей системой управления для решения проблем в нештатных ситуациях.
В структуре ИЭС ААС есть генерация, передающая сеть, распределительная сеть, и система управления с интерфейсом Smart grid. Инвестиции в долгосрочную программу создания умных сетей составят 519 млрд руб. Они будут направлены, в частности, на новое оборудование для ИЭС ААС.
Нововведения на этапе генерации: расширение возможностей и качества регулирования мощности и напряжения на основе асинхронизированных генераторов. Возможность работы при изменении скорости вращения турбин. Результат – повышение КПД, снижение вибраций гидрогенераторов, повышение устойчивости и надежности работы энергосистемы, возможность регулирования напряжения в широких пределах. Создание условий включения на параллельную работу с энергосистемой всех видов НиВИЭ.
Нововведения на этапе распределения: регулируемые элементы сети, обеспечивающие изменение: величины напряжения: статические – УШР, СТК, СТАТКОМ; вращающиеся – АСК; фазы напряжения – ФПУ, ОРМ; сопротивления участка сети – ОТ, УПК, СП оборудование; объема передаваемой мощности – ВПТ, ППТ.
В сети включаются накопители электроэнергии, использующие различные способы накопления электроэнергии; элегазовое компактное оборудование подстанций (КРУЭ, трансформаторы); компактные многоцепные линии высокой пропускной способности на многогранных опорах; комплексные системы диагностики оборудования подстанций и дистанционного контроля состояния линий (в т.ч. в режиме on-line) с выходом на мониторинг жизненного цикла оборудования.
Для потребителей: комплексные системы измерений и учета с выходом на системы управления электропотреблением в режиме on-line.
Беспроводные сетевые IP- технологии для приложений Smart Grid – комплексное решение, которое позволит обеспечить интегрированную связь от «умного» счетчика до платформы Smart Grid. Все эти решения будут базироваться на протоколе IP и будут открытыми.
Интеллектуальные сети, по словам председателя правления ОАО «ФСК ЕЭС» Олега БУДАРГИНА, – это будущее Интернет-энергетики:
«При этом сама энергетическая система развивается как интернет-подобная инфраструктура, обеспечивающая поддержку энергетических, информационных, экономических и финансовых взаимоотношений между всеми субъектами рынка электроэнергии и другими заинтересованными сторонами. Мы будем не просто видеть все и управлять всем. Это борьба с потерями, это энергоэффективность, это надежное электроснабжение. Мы уйдем от рисков».
Коммуникационные и управляющие системы в ИЭС ААС:
Генерация – Системы АСУ ТП, реализующие новое качество управления с расширенными
возможностями взаимодействия с системами управления сетью и энергосистемой в целом. Для НиВИЭ управление осуществляется через специализированные технологические интерфейсы.
Сети – Системы управления сетями строятся по иерархическому принципу:
- объект (подстанция, линия), переход на «цифровые» подстанции;
- район управления (ряд объектов, объединяемых на принципах оптимальной схемы управления);
- энергосегмент (ряд районов управления, объединяемых по принципам балансирования по электроэнергии (мощности);
- сеть в целом с взаимодействием с энергосистемами смежных государств.
Управление основывается на комплексных системах измерений и учета, максимально использующих цифровые принципы съема, обработки и передачи информации; намечается широкое применение систем управления пропускной способностью сети на основе измерений углов в разных точках сети; в основе систем управления используются быстродействующие программные системы оценки состояния; управление осуществляется всережимными on-line системами, оптимизирующими нормальные режимы энергосистемы и выявляющими недопустимые отклонения от нормы и включающие противоаварийное управление. Системы управления сети обеспечивают необходимое взаимодействие с системами управления генерацией и потреблением.
Потребители – обеспечивают согласованное управление режимом электропотребления в режиме online, участвуя в обеспечении показателей надежности и качества электроэнергии.
С внедрением Smart Grid энергетические компании будут зарабатывать не только на продаже электроэнергии – они превратятся в сервис-провайдеров в области энергетики.
Екатерина Борисова
