Проводники ума

Представьте себе, что все источники электроэнергии, включая альтернативные, объединили в одну сеть. Их наделили способностью обмениваться между собой информацией. А сама сеть на основе полученной информации перераспределяет потоки энергии: направляет туда, где дефицит, накапливает там, где есть избыток. Впрочем, фантазировать нет причин — технология Smart Grid уже реальность.

Их называют "умными", "интеллектуальными", а иногда активно-адаптивными сетями — среди российских специалистов терминология пока еще не устоялась. В одном ученые и энергетики сходятся во мнении: за этой технологией — будущее отрасли. Не секрет, что отечественной электросети требуется качественно новая платформа — основой могли бы стать сети Smart Grid. Однако в России на пути "умной энергетики" пока множество препятствий.

Развитие технологии "умных" сетей, как это обычно и происходит, было вызвано не только вопросами абстрактной энергоэффективности, энергосбережения, но и вполне определенными задачами, которые нужно было срочно решать. Доля альтернативной энергетики в Европе росла, а с ней множились сопутствующие проблемы. У возобновляемых источников электроэнергии, как, скажем, у ветряной, есть неприятная особенность — непостоянство выдаваемой в сеть мощности. Оно и понятно — скорость ветра колеблется. Характеристики работы такого источника энергии сложно спрогнозировать. Терять момент, когда дует "правильный" ветер, позволить себе нельзя, необходимо передать образовавшуюся энергию в сети. Технология Smart Grid призвана решить эти проблемы. Задача усложняется, когда в сети несколько таких "переменчивых" и плохо предсказуемых источников. Но "умные" сети упрощают работу и с большим количеством маломощных станций, генерирующих энергию в разные моменты времени.

Новая платформа

Кроме того, что описанная технология позволяет объединять в сеть возобновляемые источники энергии — например, ветровую, солнечную, — "умные" сети помогают бороться с изменением климата. Специалисты оценивают сокращение выброса СО2 до 2020 года на более чем один миллиард тонн благодаря внедрению технологий Smart Grid. Пока весь мир еще не пришел к единому мнению о том, так ли вредны выбросы углекислого газа, "интеллектуальные" сети приносят практическую пользу, сокращая потери электроэнергии. И в этом смысле сети Smart Grid представляют большой интерес для отечественной энергетики. Потери при распределении электроэнергии в России в разы выше, чем в странах Западной Европы.

В национальной энергетике доля возобновляемых источников энергии невелика (не более процента), и России технологии Smart Grid нужны, скорее, для разрешения таких проблем, как энергосбережение и экономия энергоресурсов. Существующая энергосистема устарела, физически изношена и не способна эффективно решать современные задачи. Участники энергорынка уверены в необходимости создания принципиально новой технологической платформы российской единой энергосистемы и именно на базе активно-адаптивных сетей. По масштабам изменений будущую "перестройку" уже сравнивают с созданием существующей энергосети в 50-70-х годах ХХ века. Необходимость ее очевидна, и об этом уже говорят на самом высоком уровне. Президентский ориентир озвучил Дмитрий Медведев: эффективность отрасли предстоит повысить на 40%.

""Умные" сети — это не столько технология, сколько инструмент развития неуглеродной, децентрализованной (распределенной) энергетики, — объясняет Марина Липецкая, главный специалист Центра стратегических разработок "Северо-Запад". — Именно в такой логике вопросы применения "умных сетей" обсуждаются в США, Европе, Японии. Цели снижения зависимости от импортируемого сырья, а также перехода к более "чистой" с точки зрения экологии энергетике в развитых государствах были поставлены уже давно, более двадцати лет назад, но именно сейчас появляются технические возможности, связанные с "умными" системами".

"Интеллектуальные" сети меняют правила игры: стирается четкая граница между потребителем энергии и ее производителем — донором энергии может быть тот, кто раньше был только потребителем.

Интернет энергии

Неудивительно, что с чудо-технологией связаны мировые надежды на глобальную перестройку энергосистемы. После вступления в должность президент США Барак Обама назвал развитие Smart Grid одной из основных национальных целей. И в Штатах заговорили о том, что "умные" сети перевернут представления об использовании и управлении энергией, как в свое время это сделал с обработкой и использованием информации интернет.

Ждать, станут ли разговоры реальностью, осталось недолго. Буквально в следующем десятилетии односторонний поток электричества превратится в динамичный двусторонний поток электричества и информации, приспособленный для управления и использования энергии в реальном времени. Этот двусторонний поток электричества и информации и является ключевой характеристикой технологии "умных" сетей, которую некоторые, например, американский специалист в электроэнергетике Роберт Миткэлф (Robert Metcalfe, считается одним из людей заложившим теоретическую основу протокола Ethernet, на основе которого построено большинство локальных сетей) уже описывают термином "Enernet" — интернет энергии.

Мудрые города

Технология Smart Grid и вправду меняет представление потребителя о возможностях управления энергоснабжением. В этом убедились жители американского города Боулдера, штат Колорадо, ставшего площадкой для эксперимента по созданию "умного" города. В 2006 году городок с населением 100 тыс. человек превратился в лабораторию по внедрению новейших энергосберегающих технологий — панелей солнечных батарей, электромобилей, специализированных систем обогрева, охлаждения и освещения — объединенных в систему мониторинга, сообщающую домовладельцу в том числе данные об углеродном следе дома (объеме выбросов CO2). Первоначальные инвестиции компаний, участвующих в проекте, составили $100 млн. За эти деньги жители получили невиданную степень контроля над использованием энергии в домах и значительную экономию электроэнергии.

В апреле 2009 года начали реализовывать проект по внедрению интеллектуальной энергосети в Майами (так называемая инициатива Energy Smart Miami). Стоимость программы — $ 200 млн. Это пилотный проект — часть программы в масштабах всего штата Флорида с объемом инвестиций в $700 млн. Финансирование осуществляется по схеме частно-государственного партнерства. По данным Департамента торговли США, объем инвестиций в Smart Grid со стороны частных и государственных американских фондов уже превышает $ 8,2 млрд.

Реагируя на растущий спрос, ряд крупнейших мировых производителей компонентов для технологии Smart Grid объединились в консорциум Smart Energy Alliance с тем, чтобы иметь возможность предлагать комплексные решения в этой области. Членами альянса стали GE Energy, Capgemini, Cisco Systems, Hewlett-Packard, Intel и Oracle. В рамках этого объединения компания Intel, например, отвечает за развитие адаптируемых блоков для центров обработки данных, сенсорных сетей, используя технологию беспроводной связи WiMAX, и самих сенсорных модулей. GE предоставляет проекту "интеллектуальные" счетчики, позволяющие сократить расходы за счет дополнительных возможностей по управлению энергопотреблением и энергосбережением. Альянс использует модульную структуру работы и основывается на опыте своих участников в области IT-коммуникаций и энергетических систем. Эта организация — яркая иллюстрация того, как сильно сблизились эти сферы в новом поколении систем распределения энергии.

Батарейки на колесах

Кроме всего прочего, "умные" сети — залог более широкого распространения электромобилей. При подключении к умной сети они могут служить мобильными накопителями электроэнергии возобновляемых источников. Так, ветроэлектростанции морского базирования, поставляют электроэнергию по "природному" расписанию вне зависимости от нужд потребителей, которые заметно ниже в ночное время. При подключении электромобилей к сети они смогут автоматически заряжаться, когда в сеть поступает особенно много электроэнергии, и отдавать накопленную электроэнергию в сеть на пике ее потребления. В результате кривая потребления сглаживается, а экономическая эффективность значительно возрастает.

Сейчас производители электромобилей, а также крупнейшие производители продуктов и систем для "интеллектуальных" сетей, такие как Siemens, Intel, GE, Cisco регистрируют рост на азиатском рынке электромобилей, но не теряют надежды и в отношении России. Тем более, что в Европе прогнозы оптимистичные: только в Германии к 2020 году количество электромобилей может превысить 4 миллиона. Рост спроса производители ждут в основном со стороны городских конгломератов.

"Умные" в России

В России внедрение технологий умных сетей курирует Федеральная сетевая компания (ФСК). Ее создали в 2002 году для сохранения и развития Единой национальной электрической сети (ЕНЭС). В прошлом году компания направила на инновационную деятельность, в том числе на разработку новых технологий, 580 млн рублей, то есть 0,3% от объема годовой инвестиционной программы, или 0,6% от выручки. Этого недостаточно для того технологического прорыва, которого ждут от ФСК, особенно если сравнить инвестиции с зарубежными примерами. Доля подобных расходов в энергокомпаниях развитых стран составляет 3-8%. Только на программу по развитию Smart Grid в США предусмотрено $4,5 млрд. В Португалии на подобную программу выделили €70 млн.

Зачем России "интеллектуальные" сети, по мнению ключевых игроков энергетического рынка, рассказал Михаил Власов, пресс-секретарь ОАО "Ленэнерго": "Целью внедрения интеллектуальных сетей в России, как и в других странах, является повышение надежности работы энергосистем и достижение наилучших технико-экономических показателей передачи электрической энергии".

Эффект от внедрения "умных" сетей надеются получить по многим направлениям. Прежде всего в производственной эксплуатации: увеличение полезного отпуска, обеспечение технологического присоединения, снижение потерь электрической энергии. Кроме того, технология должна обеспечить надежность электроснабжения потребителей и качество электрической энергии. И, наконец, энергетики ожидают снижения затрат на техническую эксплуатацию и не забывают про экологию — сети призваны уменьшить техногенное воздействие на окружающую среду.

Повод задуматься

По оценкам ФСК, внедрение технологии "интеллектуальных" сетей уменьшит потери в российских электрических сетях всех классов напряжения на 25%, что позволит достигнуть экономии 34-35 млрд кВт ч в год.

Тем не менее большинство компаний избегают количественных прогнозов до первых результатов внедрения технологии. "Эффект от внедрения новых технологий оценить сложно, будут реализовываться первые проекты — посмотрим", — осторожен Игорь Козлов, заместитель главного инженера по эксплуатации и ремонту — начальник производственно-технической службы ОАО "ЛОЭСК". По некоторым смелым экспертным оценкам, развитие сети на основе новой технологии может сократить потребность в новых мощностях на 22 ГВт. А объем капвложений в развитие распределительных и магистральных сетей в результате увеличения пропускной способности можно снизить почти на $35 млрд.

Не секрет, что сроки эксплуатации составляющих ЕНЭС давно превысили нормативные. По данным ФСК, особенно высока степень износа в сетях Европейской и Северо-Западной зон. По некоторым видам оборудования в отдельных регионах она достигает 60%. В среднем же по ЕНЭС физический износ составляет 50%. Превышение порога в 60% уже считается опасным для энергосистемы. Это понимают и в ФСК. Поэтому сейчас компания сосредоточила силы на капитальном ремонте и восстановление оборудования в ключевых энергоузлах — в Петербурге, на Урале, в Тюмени.

Вторая важная проблема современных отечественных сетей — потери электроэнергии в сетях. На отдельных территориях они достигают 30%. По данным ФСК, в ЕНЭС средние потери составляют менее 5%. В целом, включая распределительные сети 0,4 кВ, потери сейчас составляют 13-14%.

Препятствия для "умных"

Среди основных препятствий на пути внедрения технологии Smart Grid члены Smart Energy Alliance прежде всего выделяют сложность самой системы. Гибкий подход к нуждам потребителей заставляет учитывать индивидуальные особенности всех элементов сети. При этом внедрение осложняет отсутствие единых стандартов и нормативов, которые еще не сложились. Не облегчает процесс и большое количество регуляторов и процедур, обязательных для получения сертификатов и разрешений.

Другая группа препятствий носит чисто технический характер. Пока еще остаются нерешенными такие чисто технические проблемы, как отсутствие доступных надежных и эффективных накопителей энергии или безопасность и защита частной информации передаваемой внутри сети. По мере повышения автоматизации энергосети и внедрения новых коммуникационных технологий растет и вероятность кибератак на сеть. В отношении защиты инфраструктуры и кибербезопасности в целом пока внятной нормативной базы не существует. Отталкиваясь от опыта в других областях, производители компонентов Smart Grid пока наращивают инвестиции в новые технологии, способные отражать кибератаки на энергосети.

Система против сетей

В России к общемировым сложностям внедрения "умных" сетей накладываются и свои собственные, по сути, системные проблемы, которые придется решать уже скоро. Ведь учитывая современное состояние сетей в России, понятно, что основу для новой платформы нужно закладывать уже сейчас.

На самом высоком уровне препятствиями для развития "интеллектуальных" сетей служат, по мнению Марины Липецкой, отсутствие в России официально объявленной цели снижения доли углеродной энергетики. Также не заявлены приоритеты развития распределенной энергетики и технологий новой энергетики. "Есть поддержанные на федеральном уровне проекты повышения "инновационности энергетики", куда входят и "умные" сети, есть пилотные проекты. Но позволят ли они принципиально поменять энергосистему, управлять спросом потребителя, это вопрос", — отмечает эксперт.

Перспективы внедрения "умных" сетей в России Игорь Козлов оценивает как колоссальные, впрочем, как и проблемы, возникающие в связи с ее внедрением. "Полный переход на эту технологию, к сожалению, для России это дело будущего, и, возможно, очень далекого", — реалистичен в своих прогнозах он. В качестве аргументов и основных проблем перехода к новой технологии специалист называет три пункта. Прежде всего, плохое состояние распределительных сетей среднего и низкого класса напряжений. Именно в них расположится большинство источников информации, влияющих на принятие решение системой, о том, какой источник энергии задействовать для потребителей, и какое оборудование необходимо ставить на ремонт. Второй пункт — отсутствие стабильных каналов связи, обеспечивающих действие системы в сетях среднего и низкого напряжения. И, наконец, недостатки технологий "запаса" электрической энергии в больших количествах. "За исключением гидроаккумулирующих станций, — оговаривается Игорь Козлов. — Но их строительство требует значительных финансовых средств, значительного ресурса воды и площадей для создания хранилищ воды".

Кроме того, пока участники энергетического сообщества не сходятся во мнении относительно стратегии развития "умных" сетей в России. А потому распространение сетей в России в ближайшее время выглядит слишком оптимистичным прогнозом. "Представители энергетических компаний, регулирующих органов, эксперты из научной среды имеют каждый свое видение этой технологии, или модели, или механизма. На мой взгляд, пока будет не выработан единый язык обсуждения "умных" сетей, говорить о перспективах их внедрения в России преждевременно", — резюмирует Марина Липецкая.

"В числе наиболее значимых сложностей внедрения передовых технологий необходимо отметить значительные капитальные вложения, отсутствие необходимых инвестиций и длительные сроки окупаемости проектов", — озвучивает позицию своей организации Михаил Власов.

По его словам, учитывая сложности, временные горизонты полного перехода к "интеллектуальным" сетям довольно трудно просматриваются и прогнозируются. "В пределах ближайших 10 лет на территории России могут быть лишь единичные внедрения, включая внедрения на уровне опытно-промышленной эксплуатации", — оценивает он краткосрочные перспективы технологии.

Мировые производители компонентов для "умных" сетей считают, что в России процесс внедрения технологии скорее всего затянется надолго и будет проходить в несколько этапов. Сначала повышение эффективности коснется существующих сетей.

Конечная цель

"Умные" сети в идеале — лишь часть "умного" города. "Это значит, что не только сами сети должны быть "умными", но и те объекты, которые они связывают — "умные" дома, транспорт. Появление таких объектов требует новых стандартов строительства, эксплуатации, производства бытовых приборов, транспортных средств. И перечень этих объектов открыт, он может пополняться все новыми элементами, вплоть до отдельных персональных устройств. Таким образом, ключевой технологической, материальной основой таких сетей являются чрезвычайно сложные IT-системы, сложность которых намного выше тех, что используются сейчас. Моделирование этих систем — пока не техническая задача, а скорее задача фундаментальной науки", — объясняет госпожа Липецкая.

В конечном счете, внедрение технологии Smart Grid повысит энергоэффективность отрасли. Но потребует от государства стимулирования в части внедрения новых технологий, поощрения энергетической эффективности генерирующих компаний и решения проблемы энергосбережения.

А что сами игроки? Готовы ли компании, обслуживающие отрасль энергоснабжения в России, к работе с такими технологиями? В "Ленэнерго" считают, что электросетевые компании, обеспечивающие электроснабжение потребителей на территории России имеют необходимый потенциал для внедрения передовых и инновационных технологий. "Основу этого потенциала составляет высококвалифицированный инженерно-технический персонал, — поясняет Михаил Власов. "Мы всегда готовы ко всему новому и только приветствуем это", — подтверждает Игорь Козлов.