Модернизация электрических сетей как реальная перспектива возрождения промышленности России

ЭКО. - 2011. - №4

Данная статья представляет попытку разобраться в том, что же такое интеллектуальные электрические сети, и определить возможное участие отечественных предприятий в дележе рынка, который пока для них не предназначен.

Ключевые слова: интеллектуальные сети, модернизация электрических сетей, качество электроэнергии, источники энергии

Модернизация электрических сетей как реальная перспектива возрождения промышленности России

Ю. П. ВОРОНОВ, кандидат экономических наук, вице-президент Новосибирской торгово-промышленной палаты, генеральный директор консалтинговой компании «Корпус»

В ближайшей перспективе ожидается впечатляющий прогресс в модернизации электрических сетей, не меньший, чем скачок в технологии телекоммуникаций. Речь идет о так называемых интеллектуальных сетях - недавно открывшемся уникальном рынке для мировой экономики, емкость которого на ближайшие 10-15 лет составит 200 млрд дол. в год1. Smart Grid («умная сеть») - система, доставляющая электроэнергию потребителю с помощью цифровых технологий, благодаря чему обеспечивается энергосбережение, сокращаются издержки, повышаются надежность сетей и прозрачность процесса управления.

Но последние решения на федеральном уровне свидетельствуют о неготовности России завоевывать этот рынок. В начале 2010 г., после того как премьер-министр РФ В.В. Путин высказался о развитии «интеллектуальных» систем, Федеральная сетевая компания (ФСК) тут же включила их в программу развития энергосистем - подпрограмма «Активно-адаптивные сети» рассчитана на 2010-2012 гг. Объем запланированных инвестиций - почти 520 млрд руб. (примерно 18 млрд дол.) - вызвал недоумение у многих экспертов, поскольку сопоставим с инвестициями в аналогичные программы США. Удивили

1 Прогнозы Electric Power Research Institute (EPRI) и Pacific Northwest National Laboratory (PNNL).

и скоропалительное принятие решения, и неопределенность источника финансирования.

Кроме того, ФСК отвечает в нашей стране лишь за магистральные сети, а распределительные находятся в ведении межрегиональных распределительных сетевых компаний (МРСК), которым до 2012 г. выделено еще 360 млрд руб.2

Получается, что за два с небольшим года (9 кварталов) из бюджета должны быть выплачены 880 млрд руб. (по 18,3 млрд в месяц3). Кому? Отечественная промышленность к таким объемам освоения средств не готова. Нет проработанных технических решений, конструкторской и технологической документации на устройства сетевой автоматики, необходимых рабочих и инженерных кадров, технологий и оборудования.

Следовательно, на нашей территории будет конкурировать продукция китайских производителей и компаний Siemens и General Electric. А российские приборостроительные и электротехнические предприятия останутся незагруженными из-за своей неконкурентоспособности.

Новые средства измерения

Позиции отечественных продавцов электроэнергии ухудшит введение категории качества электроэнергии. Для этого требуется принципиально новая система измерений - «умные измерительные приборы» (Smart Meters), которые анализируют качество электроэнергии непосредственно в ходе ее передачи и передают информацию как от потребителей к поставщикам, так и в обратном направлении с использованием Интернета.

Наиболее серьезные изменения в средствах измерений происходят на стороне потребителя. Международных стандартов здесь пока нет, но по многим проектам, реализуемым в разных странах, уже видна будущая измерительная инфраструктура сетей (Advanced Metering Infrastructure - AMI). В США она, в частности, формируется в штатах Техас, Калифорния, Колорадо и Гавайи.

2 Пока неясно, входят ли в эти суммы задачи поддержания ЛЭП, обновления подстанций и т.п.

3 Для сравнения: по прогнозам консультационной фирмы Brattle Group, за ближайшие 20 лет в США будет израсходовано на реконструкцию электрических сетей 1,5 трлн дол., по 6,25 млрд дол. в месяц - то есть ровно столько же.

Внедряемые системы позволяют оперативно сообщать потребителю, когда энергия дорожает, а когда - дешевеет. Это делает возможным введение совершенно новых систем ценообразования и расчетов за потребляемую электроэнергию. Только тогда на рынке электроэнергии продавец и покупатель будут равноправны.

Для сетевой компании оперативное исчисление затрат на электроэнергию позволяет столь же оперативно выбирать стратегию поведения на рынке электроэнергии и определять свое отношение к разным ее поставщикам. В результате потребители смогут контролировать работу поставщиков: узнавать, откуда и по какой цене поставщик приобретает (или производит) электроэнергию, отслеживать его работу в реальном времени (причины отключений, снижения напряжения и т.д.).

Более того, принцип расчетов в сети с переменной ценой 1 кВт«ч будет в чем-то похож на клиринг - регулярные взаимозачеты по потребленной электроэнергии с предварительным авансированием будущих затрат поставщика. В США уже проводятся работы по формированию подобной системы.

Департамент энергетики США уже основал так называемый Клиринговый дом интеллектуальных сетей (Smart Grid Clearinghouse). Пока это сайт в Интернете, где анализируется передовой опыт взаиморасчетов между поставщиками и потребителями электроэнергии. На основе анализа будут выработаны рекомендации по будущей системе клиринговых расчетов и одновременно сформируется благоприятное отношение к переменам, что не менее важно, чем технические новшества.

Интеллектуальные сети расширяют возможности потребителя при выборе им способов экономии затрат на электроэнергию. Любая фирма может создать свой источник электроэнергии, в частности, возобновляемой, если это окажется выгодным, - и без проблем продавать ее в сеть. Сейчас на пути такого нового продавца стоит барьер, созданный монополистом. И барьер этот отчасти оправдан: существующая сеть не в состоянии принимать нерегулярные поставки электроэнергии из нового источника.

С появлением интеллектуальных электрических сетей с новой системой измерений кардинально изменятся позиции участников энергетического рынка. С этим связаны и трудности на

пути их внедрения. Чисто технические препятствия связаны с отсталостью отечественных сетей, отсутствием нормальной технической документации, регулярных ремонтов и т.д. А институционально-экономические, более серьезные, чем технические, обусловлены тем, что рынок электроэнергии во всем мире пока ориентирован на продавцов. В нашей стране диктат продавца доходит до абсурда. Так, российский покупатель вынужден платить и за непотребленную электроэнергию, и за риски колебаний потребления. Продавец не может нести эти риски по техническим причинам и не хочет менять удобные для него условия торговли. Поэтому генерирующие и сетевые компании не заинтересованы во внедрении интеллектуальных сетей.

Перед российскими властями стоит нелегкий выбор. Поддержка потребителей чревата возможными сбоями в энергосистеме, а если остаться на стороне поставщиков - гарантированы технологическое отставание в энергетике, ее низкая эффективность и высокая аварийность.

Умные сети опоясывают мир

В Европе существует Стратегический план энергетических технологий (Strategic Energy Technologies Plan - SET-PLAN), в рамках которого разрабатывается ряд программ - Европейских промышленных инициатив. По одной из них все электрические сети Европы через девять лет будут преобразованы в интеллектуальные.

Федеральная комиссия по регулированию в области электроэнергетики США сформировала стратегию развития интеллектуальных сетей, главное направление которой - разработка ключевых стандартов для достижения функциональной совместимости интеллектуальных систем и устройств, обеспечивающей не только возможность обмена информацией или управляющими воздействиями между системами, но и надежность.

Интеллектуальные сети резко сокращают затраты на устранение нарушений в функционировании электрических сетей. Любая часть «умной» сети в состоянии послать аргументированную просьбу о «помощи» в сбалансировании работы. Устройства, получающие такие просьбы, выбирают оптимальные решения для своего уровня с учетом интересов их технического окружения. Окончательное решение на первых порах придется принимать оператору, но со временем сети

заживут собственной жизнью, оперативно перестраивая режимы своей работы со скоростями, невозможными для человека.

Общепризнанный лидер технологии «умных сетей» - Дания, где реализуется масштабный проект EDISON, объединивший крупные европейские компании (IBM, Siemens и DONG Energy).

Во многих странах работа над модернизацией сетей начинается с пилотных проектов. Так, в г. Майами (штат Флорида, США) реализуется проект интеллектуальной энергосети Energy Smart Miami, в котором к местной энергокомпании Florida Power & Light присоединились такие гиганты, как General Electric, Cisco Systems и Silver Spring Networks. Объем инвестиций - 200 млн дол. Фирмы-гиганты, например, GE, отрабатывают в этом проекте интеллектуальные счетчики электроэнергии для конечных потребителей, которые позволяют им сокращать расходы через автоматическое управление энергопотреблением и энергосбережением. Такие счетчики будут установлены более чем в миллионе домохозяйств и предприятий Майами. Фирма General Electric поставляет счетчики в рамках британского пилотного проекта Smart Meter в графство Оксфордшир и заключила соглашение с энергетической компанией г. Гетебург (Швеция) о поставке 90 тыс. таких счетчиков для аналогичного шведского пилотного проекта4.

Компания Whirlpool запланировала производство бытовых автоматизированных электроприборов, состыкованных с интеллектуальными сетями, к 2015 г. Тогда любой прибор (стиральная машина, холодильник, печь СВЧ и т.п.) сможет воспринимать сигналы от интеллектуальной электрической сети. Не менее масштабные планы у компании General Electric, которая объявила о том, что уже располагает проектами нескольких интеллектуальных бытовых приборов: холодильника, посудомоечной и стиральной машин и микроволновки.

Для этого потребуется в ближайшее время принять международный стандарт на протокол передачи и приема сигналов как на интеллектуальные бытовые приборы, так и от них, а также разработать меры стимулирования покупателей.

4 What the smart grid means to America's future. SA smarter grid requires the participation of those who can deliver technology solutions to assist utilities and engage consumers. 30 p. - P. 14. URL: www.oe.energy.gov/Document sand Media/ Technology Providers.pdt

Крупнейшие компании мира создали альянс Smart Energy Alliance. В него вошли GE Energy (дочка General Electric), Capgemini, Cisco Systems, Hewlett-Packard, Intel, Oracle и др. Теперь в его рамках возможны комплексные решения по преобразованию электрических сетей. Сети максимально сближаются по структуре с телекоммуникациями.

В Испании «умные» системы установлены на линиях с напряжениями от 13 до 110 кВ. Для работы сетей 380 вольт, по которым энергия идет непосредственно к конечным потребителям, обновлены диспетчерские службы, и за их работой следят дежурные специалисты. Правда, и здесь требуется модернизация: выделенные линии связи, эффективные системы диагностики и мониторинга и т.д. Возможно, «облегченный» испанский вариант наиболее применим для российской электроэнергетики.

Отечественные реалии

В России еще со времен плановой экономики показатели и нормы качества электроэнергии в сетях определяются ГОСТом 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».

К сожалению, сегодня российские генерирующие и сетевые компании могут игнорировать риски колебаний в потреблении электроэнергии. Договоры заключаются таким образом, что от ее экономии потребитель не получает выгоды. Либо нужно заключать краткосрочные договоры, либо ждать, когда появится возможность перезаключить договор с компанией, поставляющей электроэнергию. И только тогда удастся «транслировать» экономию на потребителя.

Так как выручка сетевых и генерирующих компаний напрямую зависит от объемов продаж, а стимулы к энергосбережению - минимальные, начинать нужно с разработки правил, способствующих энергосбережению, повышению надежности работы сетей и улучшению качества электроэнергии. Только тогда начнут распространяться новые технологии и системные решения. Похоже, что это понимают и на уровне правительства РФ, и Государственной думы, и в Федеральной сетевой компании (ФСК).

Федеральный закон «Об электроэнергетике» определяет ответственность энергосбытовых организаций и поставщиков электроэнергии перед потребителями за надёжность обеспечения их электрической энергией и её качество в соответствии с техническими регламентами и иными обязательными требованиями. Но, как отмечают специалисты, этой ответственности недостаточно для формирования нормального рынка электроэнергии5.

Пока практика предъявления претензий к качеству электроэнергии отсутствует, нет механизмов компенсации за низкое качество. Не вполне понятно даже, как сформировать такие механизмы.

В последнее время началась разработка пилотного проекта интеллектуальной сети в Санкт-Петербурге, цель которого -отработка типовых решений по одному из районов города. Предполагается, что в дальнейшем они будут тиражироваться по всей России, что очень непросто в стране, где работа электрических сетей обеспечивается разношерстным и устаревшим оборудованием, а современным требованиям не отвечают даже сечения проводов.

Значительная часть маломощных электростанций (а они преобладают в нашей стране) исключена из регулирования в рамках единой энергосистемы. Только расширение возможностей управления распределенной генерацией позволит включить малую энергетику в единую систему регулирования.

Части российских электрических сетей плохо совместимы и недостаточно надежны. Действующее законодательство не способствует изменению ситуации, поскольку разрабатывалось под сильным влиянием энергетиков, не желавших усложнять себе жизнь. Так, стандарты почти не касаются сетей напряжением 380 вольт, эта сфера вообще считалась малозначимой, хотя именно там в основном происходят аварии.

По этой причине ФСК отводит несколько лет исключительно на нормотворчество - создание серии стандартов для устройств и систем телемеханики, определение на законодательном уровне требований к интеллектуальным сетям. При очевидной неповоротливости законодательных органов РФ процесс может недопустимо затянуться.

5 Карташев И.И. и др. Управление качеством электроэнергии. - М.: Изд. дом МЭИ, 2006.

Пусть будет энергосбережение

Интеллектуальные сети существенно сократят потери электроэнергии. По данным Департамента энергетики США, теряется более 7% передаваемой электроэнергии. Для России эта цифра, по крайней мере, вдвое больше. Новые средства автоматики позволяют локализовать любые дефекты - от кратковременного падения напряжения до крупных аварий. Заметим, что США уже в 2011 г. 16% нагрузки в сетях будет регулироваться компьютерами.

Сигналы о ценах в реальном времени позволяют потребителю принимать решения, основываясь на текущих соотношениях спроса и предложения. В результате рынок электроэнергии приближается к рынку в обычном понимании, а цена на нее отражает игру спроса и предложения. Только на такой рынок можно привлечь новых участников, которые либо станут поставщиками электроэнергии, либо будут накапливать ее в период спада в потреблении, либо заниматься перераспределением нагрузки. Появятся новые виды деятельности, часть которых оформится в различные виды бизнеса. И только на такой рынок пойдут большие реальные, а не спекулятивные инвестиции.

Интеллектуальные сети существенно улучшат эффективность когенерации, т. е. совместного получения электрической и тепловой энергии. Перетоки электроэнергии в крупные города и от них (с учетом возможной полной остановки ТЭЦ летом и сброса в сети электроэнергии зимой) принципиально изменят режимы работы ТЭЦ, снизят себестоимость энергии.

По оценкам американских экспертов, только экономия на капитальных затратах (не нужно будет вводить новые генерирующие мощности) составит в США за 20 лет от 46 до 117 млрд дол.6 С этой целью нужно открывать энергетический рынок для разнообразных инвесторов, которые будут взаимодействовать со многими участниками рынка, существенно отличающимися от неповоротливых олигархических структур. Поясню эту мысль на примере.

6What the smart grid means to America's future. SA smarter grid requires the participation of those who can deliver technology solutions to assist utilities and engage consumers. 30 p. - P. 11. URL: www.oe.energy.gov/Document sand Media/ Technology Providers.pdt

Электродвигатели потребляют примерно 65% электроэнергии, поставляемой для нужд промышленности. Их работа никак не связана с ситуацией в сети. Да и для сети все двигатели «на одно лицо», в равной степени возможно отключение любого из них. Невозможность отключения одного из двигателей в рабочее время можно, конечно, увязать с тарифом через особое соглашение. Но рынок появится только тогда, когда потребитель будет делать такой выбор осознанно, выбирая между двумя вариантами по динамической цене электроэнергии.

Функционирование энергосистемы с небольшим количеством источников энергии можно было выстраивать по аналогии с тем, когда источник всего один. Во всяком случае, в такой системе отсутствовали встречные потоки. Но увеличение числа источников, снижение среди них доли стабильно поставляющих электроэнергию приводят к тому, что ее приходится перебрасывать оперативно, в разных направлениях. Иными словами, речь идет о распределенной и динамически меняющейся генерации, к которой российские электрические сети совершенно не готовы. И дело не только в сложности управления системой с большим числом электростанций.

При управлении энергосистемой с распределенной генерацией появится больше возможностей сокращать потери электроэнергии при ее транспортировке. За счет сокращения потерь которые появляются при колебаниях частоты и напряжения можно сэкономить не менее 2,1% электроэнергии, что признано в «Государственной программе энергосбережения и повышения энергетической эффективности на период до 2020 г.». Это примерно 2,8 млн т условного топлива, или около 22 млрд кВт«ч электроэнергии (15% электроэнергии, производимой на ГЭС). Реализация программы снижения потерь за счет модернизации электросетей позволит обойтись без дорогостоящего и экологически опасного строительства каскада ГЭС в Красноярском крае: Нижне-Курейской, Мотыгинской и Эвенкийской. Стоимость их строительства можно считать паритетным эквивалентом инвестиций в модернизацию электрических сетей средствами силовой электроники. Но будущая модернизация электрических сетей России не сводится к общей экономии электроэнергии, она позволяет экономить ее там, где это действительно необходимо, максимально приблизить экономию к потребителям. Устройства автоматики повышают пропускную способность и устойчивость сетей, что особенно важно для сильно загруженных энергосистем. Становится возможным экономить на инвестициях в строительство новых линий электропередач. Автоматизированные подстанции работают без постоянного

дежурного персонала, что особенно важно для малонаселенных территорий Сибири и Дальнего Востока.

Интеграция автоматики в систему

Номенклатура современных устройств автоматики электрических сетей насчитывает тысячи наименований и марок, и все они складываются в единую систему с помощью перспективных электросетевых технологий FACTS (Flexible AC Transmission Systems)7.

В настоящее время освоено новое поколение устройств -FACTS-2, обеспечивающих безопасность, гибкость и стабильность работы сети. Технологии FACTS-2 делают возможным обмен реактивной мощностью между фазами. В британской программе модернизации электрических сетей предполагается, что каждый конечный потребитель будет иметь интеллектуальный счетчик, который самостоятельно выбирает фазу для подключения. Так, включение пылесоса может привести к тому, что незаметно для домохозяйки квартира автоматически будет переключена на фазу с наименьшей реактивной мощностью.

Вследствие установки устройств FACTS-2 значительно улучшается компенсация реактивной мощности в магистральных линиях электропередачи - одного из основных источников потерь в энергосистемах. Эти устройства образуют систему, подчиненную единым стандартам.

Еще один пример. Если в Уэльсе подул ветер и заработали на полную мощность ветряки на шельфе, то тут же должен быть остановлен гидрогенератор где-нибудь в Шотландии.

Итак, интеллектуализация электрических цепей - это экономия не только электроэнергии, но и труда, и инвестиций. Впрочем, и этим эффект мероприятий не исчерпывается.

По данным Американской ассоциации публичной энергетики, работа на электросетях - одна из самых опасных: на каждые семь аварий приходится один смертельный случай. Быстрая идентификация нарушений в работе благодаря новому оборудованию делает возможным предсказывать сбои, сократить число несчастных случаев.

Сегодня устойчивая интеграция электрических сетей - один из элементов безопасности страны. Сети с цифровым управлением более уязвимы. Помимо прямых диверсий, против них

7 Аббревиатура от «гибкие активно управляемые компьютером».

могут быть предприняты хакерские атаки через Интернет или несанкционированное подключение к сети далеко от объекта нападения. Сети уязвимы и для климатических аномалий. Это также должна учитывать система управления сетью.

После внедрения интеллектуальных сетей могут оперативно в автоматическом режиме анализироваться все потенциальные источники риска, возможно, с использованием математических методов управления рисками. Программные пакеты могут решать такие задачи, как идентификация наиболее критичных мест в сети, формирование барьеров для проникновения в систему управления, создание систем быстрого автоматического устранения нарушений в работе и т.д.

Для выполнения подобных задач требуется значительно более сложная система управления, чем существующие даже в самых передовых странах. Необходима постоянно работающая независимая система мониторинга, заблаговременного прогнозирования вероятных неисправностей. Система управления должна автоматически разделять сеть при риске крупной аварии или нападения. Одновременно необходимы расчеты окупаемости для разных вариантов модернизации сетей. При обсуждениях стандартов для продвижения интеллектуальных сетей эксперты разделились: одни считают, что при отсутствии стандартов такое продвижение невозможно, другие - что принять стандарты можно только на основании опыта работы сетей.

В США, похоже, победила первая точка зрения, в Европе -вторая. В США Национальный институт стандартов и технологий основан в 1901 г. и не имеет распорядительных прав, его миссия состоит в продвижении в стране инноваций и росте промышленной конкуренции через развитие науки об измерениях, стандартах и технологии в повышении экономической безопасности и качества жизни. Институт создавал стандарты для всего: от банкоматов до полупроводников и от атомных часов до медицинских приборов. Работа над стандартами для интеллектуальных сетей началась в 2007 г. под кодом EISA (Title XIII)8.

8 Внутри Департамента энергетики США работает Федеральная комиссия по регулированию энергии, преемник Федеральной энергетической комиссии, занимается регулированием перетоков электроэнергии между штатами, оптовыми ценами на электроэнергию и природный газ, выдает лицензии на работу гидроэлектростанций и сертификаты на нефтегазопроводы.

Не только экономия

Объединение электрических сетей в единую энергосистему экономически выгодно, так как становится возможной торговля электроэнергией между разными сетями, но сопряжено с легкостью распространения аварийных ситуаций. Даже отключение одной линии в результате перегрузки повышает нагрузку на соседние, что может вызывать каскадное отключение электроснабжения обширных территорий и привести к большим экономическим потерям.

Решить эту проблему позволяет «межсетевой экран» - высоковольтные ЛЭП, работающие на постоянном токе (HVDC). Соединение HVDC может полностью контролировать передачу энергии, но не подвержено перегрузкам и не допускает распространения токовых бросков.

Модернизация сетей приводит к большей устойчивости энергоснабжения, сокращению числа аварий и нештатных режимов.

Для повышения устойчивости энергосистем используются вставки постоянного тока, связывающие энергосистемы с разной частотой, с возможностью передачи мощности между ними. Вставки увеличивают устойчивость системы, препятствуют каскадному распространению аварии из одной части энергосистемы в другую.

Повышение устойчивости энергосистемы при помощи объединенных регуляторов производится главным образом за счет сглаживания колебаний мощности через регулирование пропускной способности линий.

С помощью современных комплексов и терминалов проти-воаварийной автоматики обеспечиваются быстрая ликвидация асинхронного режима и ограничений повышения напряжения, диагностика неисправности цепей, последовательность отключений, регистрация аномальных режимов. В общем, набор их функций настолько обширен, что проблема энергосбережения становится одной из многих.

И выполнение этих функций позволяет экономить инвестиции. Так, компания Siemens решала проблему перегруженности сетей Сан-Франциско, рассматривая два варианта: либо создание генерирующих мощностей в центре города, либо установка системы HVDC и формирование на этой базе интеллектуальной сети. Разница в объемах инвестиций - на порядок!

В 2007-2009 гг. IBM и примкнувшие к ней семь сетевых компаний с четырех континентов разработали так называемую «Модель зрелости» (Maturity Model), которая была доведена до практического использования программистами SEI (Software Engineering Institute) университета Карнеги-Меллона9.

Этот программный пакет позволяет проверять готовность электрической сети к преобразованию в интеллектуальную. На базе разработки международных стандартов SEI развивает аналогичную модель (Capability Maturity Model Integration -CMMI). Департамент энергетики США совместно с SEI работает над тем, чтобы сформировать модельную систему управления общемировой SGMM10.

Такая система будет не только управлять сетями, но и выявлять потребность в их развитии, осуществлять обратную связь с рынком электроэнергии. Предположительно модель будет тиражироваться по национальным энергосистемам во всем мире. Но на первом этапе она, вполне определенно, будет обучать тому, как управление сетями может перейти от поставщиков к потребителям электроэнергии.

Управление сетей потребителями электроэнергии (Demand-Side Management) предусматривает резкое сокращение нагрузки в часы пик там, где это возможно, благодаря согласованию интересов потребителя и поставщика, осуществляемому устройствами автоматики без участия человека по заранее принятым в договоре правилам.

В этой ситуации по-новому выглядят критерии оптимальных проектных решений. В настоящее время в принципе безразлично, в каком месте сети расположен источник электроэнергии: внутри сетевой компании затраты на передачу электроэнергии от этого генератора попадут «в один котел» с другими затратами. Но в сети, где доминирующую роль играет потребитель, место подключения генератора начинает иметь значение. В особенности тогда, когда стоимость 1 кВт«ч из Восточной Сибири иная, чем от генератора поближе.

9 What the smart grid means to America's future. SA smarter grid requires the participation of those who can deliver technology solutions to assist utilities and engage consumers. - Р. 12. URL: www.oe.energy.gov/Document sand Media/ Technology Providers.pdt

10 Эта модель пополняется статистической информацией о сетях мира простым способом: желающие поучаствовать пишут на адрес customer-relations@sei.cmu.edu.

Однако надо отдавать себе отчет, что новый подход к включению альтернативных источников электроэнергии в «большую» электроэнергетику сулит не только преимущества и экономический эффект. Чем более интеллектуальна сеть, тем сложнее ею управлять. Например, если в системе не учитывается сила ветра в разных точках сети, или в ней вообще нет ветро-электростанции, управлять такой сетью проще. Если же они включены в сеть, возникает проблема прогнозирования будущих изменений скорости ветра. Далее придется выстраивать режимы работы сетей по таким прогнозам, чтобы удовлетворялись критерии надежности и экономической эффективности.

С приходом интеллектуальных сетей все виды электротранспорта объединяются за счет создания так называемых подключаемых электрических транспортных средств, к которым будут примыкать подключаемые гибридные транспортные средства, подзаряжаемые на электрозаправочной станции, либо из розетки у светофора, либо даже по ходу движения.

Это может показаться фантастикой. Но в Японии еще в 1990-е годы проводились эксперименты с подзарядкой движущегося автомобиля через провод СВЧ, вмонтированный в асфальт, хотя тогда это было признано неперспективным направлением. Эксперименты по созданию подключаемых транспортных средств начались в США в 2010 г.11

Подзарядка в пути позволит снизить загрязнение городов выхлопными газами, даже по скромным оценкам, на 60%. Если удастся заправлять его на каждом светофоре, то только для США это даст возможность в отдаленной перспективе расходовать в год на 4 млн баррелей нефти меньше.

Хорошо известны источники бесперебойного питания для компьютера или компьютерной сети. В последнее время такие источники, но существенно большей мощности, начинают применяться в электрических сетях. Один из таких источников мощностью 15 Мвт должен был быть установлен в рамках подготовки к Олимпиаде в Сочи. Однако решено было поставить резервные электрогенераторы на газе, то есть пойти по тривиальному и менее затратному пути. Что способствует закреплению нашего отставания от передовых стран мира.

11 Exploring the imperative of revitalizing America's electric infrastructure, DOE, Washington, 2004. - P. 26.

Три уровня вхождения в программу

Начинать участие отечественной науки и промышленности в решении громадной задачи по внедрению интеллектуальных сетей надо с анализа рынка устройств автоматики для электрических сетей и определения наиболее перспективных направлений по трем уровням: элементы, устройства и системы.

Для сибирской науки на нижнем уровне участие в ней будут принимать все коллективы, имеющие отношение к выращиванию кристаллов12 - и химические институты СО РАН, и частные фирмы. На среднем - основная нагрузка ляжет на приборостроительные и электротехнические предприятия. На верхнем - лидировать будут команды программистов и специалистов по моделированию. После маркетингового исследования потребуется установить номенклатуру устройств автоматики и распределить их выполнение по предприятиям-участникам.

Сибирская промышленность отчасти участвует в межрегиональной программе «Силовая электроника», но при всех частных достижениях расчеты на активное участие научных коллективов пока не оправдались.

Исследовательские коллективы СО РАН, вузов и корпоративных проектных организаций способны объединиться только вокруг значимой общей проблемы. В условиях, когда маловероятен государственный заказ, только программы типа масштабной интеллектуализации электрических сетей смогут интегрировать усилия научных коллективов.

12 Пример элементов - вентили ЮВТ (биполярные транзисторы с изолированным затвором), используемые вместо тиристоров. Они не только функционируют как выпрямительные устройства, но и обеспечивают возможность плавно изменять мощность без прерываний и подключения фильтров и шунтов.