Электроэнергетика требует "умного" управления

ЭКО. - 2011. - №4

В статье анализируются необходимые изменения в управлении электроэнергетикой. Электроэнергетика - это, прежде всего, социально ориентированная инфраструктура жизнеобеспечения коммунально-бытового и производственного сектора.

Ключевые слова: электроэнергетика, объединенные энергосистемы, Smart Grid, надежность

Электроэнергетика требует «умного» управления

В.В. БУШУЕВ, доктор технических наук, генеральный директор Института энергетической стратеггии, Москва. E-mail: vital@df.ru

В плановом хозяйстве отрасль была объектом целевого директивного управления: централизованно определялись спрос, необходимые для развития энергомощностей капиталовложения и тарифы, по которым потребители оплачивали все понесенные энергетиками затраты, санкционированные государством. В условиях частно-государственного партнерства электроэнергетика становится субъектным полем хозяйственно-договорных отношений бизнес-единиц производителей и потребителей ее услуг.

При этом зачастую хозяйствующие субъекты относятся к этой сфере деятельности как к обычному товарному производству, заключая договоры на присоединение мощности потребителя к сети Объединенной энергетической системы (ОЭС) и поставку электроэнергии. При этом игнорируется специфика электроэнергетической системы как сферы услуг, когда ОЭС (или конкретный генерирующий источник), подключая потребителя, предоставляет ему потенциальную возможность произвести полезную работу, а само действие (работа, энергия) осуществляется совместно в общей сети: генератор - нагрузка. При этом происходит процесс преобразования энергетического потенциала, содержащегося в природном ресурсе (топливе, гидроэнергии), в новый ресурс (тепло и электрическая энергия), с помощью которого потребитель и производит полезную работу (освещение и отопление, обработку материалов, механическое движение и т.д. и т.п.).

Объединяющие «энергомосты»

По сути электрическая система есть структурный эрго-преобразователь (эрг - работа) одного вида скрытой энергии в энергетический процесс прямого или косвенного участия. У хозяйствующих субъектов, действующих в электроэнергетической сфере, должен возникать вопрос: кто, кому, за что и сколько должен платить? Является ли электроэнергия товаром? - Нет, ибо это - совместный рабочий процесс. Ее принципиально нельзя обособить, складировать и выдавать в оговоренном договором объеме. Можно ли ограничить мощность присоединенного потребителя, на чем настаивают поставщики - владельцы генерирующих источников? - Такое происходит (прямой отказ в подключении либо

требование предварительной оплаты подключения заявленной мощности), хотя и не соответствует сути партнерских отношений субъектов рынка.

В США, например, энергокомпании законодательно обязаны обеспечить подключение любого потребителя. А если не хватает свободных генерирующих мощностей, они либо заблаговременно вкладывают средства в их строительство, либо кооперируются с другими поставщиками, используя и в нормальных, и в аварийных условиях располагаемый резерв. Иногда выгоднее помочь потребителю изыскать эти резервы у себя за счет энергосбережения. Иногда потребитель обзаводится собственными энергоисточниками, дабы не зависеть от энергокомпаний-монополистов.

Поэтому реальная конкуренция в электроэнергетике происходит не между энергокомпаниями - поставщиками услуг, а между собственным и внешним энергоснабжением либо между энергосбережением и потреблением (соответствующим производством электроэнергии и развитием необходимых для этих целей мощностей).

К сожалению, эти элементарные истины не учитываются при реформировании электроэнергетики. Вместо совместных усилий по обеспечению потребностей общества в жизненно важных услугах (энергоснабжение населения и производственного сектора), хозяйствующие субъекты (при попустительстве государства) противостоят друг другу.

Субъектность электроэнергетики заключается и в том, что не государство, а конкретный потребитель (в частности, население) платит за все услуги (реальные и надуманные). Он же с помощью электроэнергии производит конечный набор услуг и товаров для общественного блага. И, наконец, в управлении единым процессом производства и потребления электроэнергии роль человеческого фактора в новых условиях чрезвычайно возрастает в силу интеллектуализации этого процесса.

Сложность управления такими организационно-технологическими системами, как электроэнергетика или отдельные ее подсистемы, предполагает наличие структурной иерархии. Эта многоуровневая иерархическая система представляет собой Единую электроэнергетическую систему России, интегрированную с соседними странами. Единая национальная электрическая сеть обеспечивает общую инфраструктурную основу

государства, вовлекая в оборот различные географически разнесенные природные ресурсы страны - газ Ямало-Ненецкого АО, уголь Канско-Ачинского ТЭК, ГЭС Ангарского и Енисейского каскадов. Поэтому данная единая сеть - объект стратегический, является достоянием всей России и ее интегрирующим фактором.

Следующий уровень иерархии - объединенные энергосистемы (не путать с ОГК и ТГК, объединяющими только генерацию). Они, как правило, должны действовать на условиях самобаланса (по базовым и пиковым мощностям и по энергии, с учетом различных графиков нагрузки) и взаимопомощи в нормальных (при неравномерном наступлении максимума нагрузки) и послеаварийных режимах (за счет эффективного использования резерва).

При этом особое значение и как межсистемные связи, и как системообразующие «энергомосты» имеют электропередачи сверхвысокого напряжения (1150 кВ) Сибирь - Урал -европейская часть России. Сегодня просматриваются как минимум две такие электропередачи: Итат - Барнаул - Омск -Челябинск и Туруханская ГЭС - Ново-Уренгойская ГРЭС на низконапорном газе - Приполярный Урал - угольная Ворку-тинская ГРЭС - Север Поволжья.

В перспективе следует вернуться к рассмотрению таких передач СВН в направлении Сибирь - Дальний Восток -Китай; Сибирь - Казахстан - Средняя Азия с возможным продлением в Пакистан и Индию. Эти электрические «мосты» позволят эффективно использовать богатые угольные и водные ресурсы Сибири.

Что даст «умная» энергетика?

Организация единой национальной электрической сети требует нового подхода к вопросам надежности. Надежность и живучесть энергообъединения, а также участие потребителей и независимых (децентрализованных) автономных генерирующих источников обеспечивают новые интеллектуальные электрические системы с активно-адаптивной сетью.

Создание «умной» электроэнергетики и «умное» управление ею призвано решить три взаимосвязанные задачи:

- обеспечить участие потребителей, сетевиков и владельцев генерирующих мощностей в совместном управлении функционированием и развитием клиентоориентированных энергоснабжающих систем;

- наладить надежность параллельной работы энергосистем;

- осуществить поэтапную модернизацию силовых энергетических установок и формирование инновационной энергетики будущего (на основе методологии системного Форсайта - целевого видения).

Технологии Smart Grid - это не только аппаратное объединение систем общего управления генерацией, транспортом и нагрузкой. Это - прежде всего создание единой энергоинформационной системы, осуществляющей диагностику и оценку состояния всех звеньев общего процесса производства и использования электрической энергии. Smart Grid подразумевает полный отказ от монополизированного рынка мощности за счет активного использования резерва генерации и управления спросом (для балансирования мощности и нагрузки, а также при работе в аварийных и послеаварийных режимах).

Потребитель сам решит: инвестировать ему в энергосбережение, в строительство собственных генерирующих мощностей или в развитие генерации энергокомпаний. В последнем случае инвестиционная составляющая напрямую включается в тариф на поставку электроэнергии либо инвестиции поступают в распоряжение ТГК, но не безвозмездно, а в обмен на акции этих компаний при дополнительной эмиссии на цели развития. Тем самым потребитель становится совладельцем генерирующих компаний, а не просто за счет своих средств увеличивает их капитализацию. Потребителю проще привлечь заемные средства под выпуск энергоемкой продукции, пользующейся спросом на рынке (например, металлургам, горно-обогатительным предприятиям и др.), чем энергетическим компаниям - под проекты нового энергетического строительства с длительным сроком и неясными условиями окупаемости.

«Клиентоориентированная энергетика» является наиболее привлекательным объектом для применения идеологии Smart Grid - «умная система», ориентированная на конечный эффект надежного и эффективного энергоснабжения, позволяет обеспечить новую концепцию инновационного развития электроэнергетики. Принципиальная особенность этой идеологии - возможность комплексного управления всей системой энергоснабжения, включая технологическую интеграцию

физических и информационных сетей, а также организационно-финансовое обеспечение инвестиционного и инновационного развития.

При этом можно мотивировать «разумное» и активное поведение конечного потребителя - формирование обоснованного спроса на энергоносители, согласованного противоаварий-ного управления. «Умная энергосистема» ориентирована на конечный результат - обеспечение комфорта и надежности в сфере жилищно-бытового энергоснабжения, качество энергии, высокую производительность и эффективность в сфере промышленной энергетики. А также системно балансирует традиционные и новые энергоисточники (возобновляемые источники, вторичные ресурсы, топливные элементы и др.).

«Клиентоориентированность» здесь означает право потребителя выбирать тот источник энергоснабжения и тот вид энергии, которые соответствуют характеру нагрузки. Так, энергоемкому металлургическому производству с постоянным графиком нагрузки в качестве основного генерирующего источника целесообразно выбрать АЭС или крупную угольную КЭС: никакие «ветряки» и «солнечные батареи» задачу энергоснабжения не решат. Если же потребитель - машиностроительное предприятие с переменным графиком нагрузки, то и генерация должна быть соответствующая, с возможностью внутрисуточного регулирования, в частности, подойдет ТЭЦ с газотурбинной надстройкой. Но если потребитель - небольшое поселение, сельскохозяйственная ферма, рекреационная зона, то альтернативой подключению к крупным удаленным централизованным источникам может быть использование, например, местных и возобновляемых источников.

Разумеется, речь не о диктате потребителя, а о согласованности структуры и режима системы «генерация - сеть -потребитель» и о единстве управления ею.

Без диктата

По сути дела, идеология Smart Grid должна восприниматься как необходимость формирования единой энергоинформационной системы, где диспетчерское управление - не надстройка над силовым потоком энергии, а органический элемент

«умной» человекомашинной (эргатической) системы. И создаваться она должна сразу как самоорганизующаяся и самоуправляемая, ориентированная не только на величину мощной нагрузки и генерации и объем совместно вырабатываемой и потребляемой энергии, но и на конечный результат - объем произведенной продукции (или услуг) у потребителя за счет эффективно организованной системы энергоснабжения.

«Умная система» оптимизирует (по конечному результату) не только количество используемой энергии, но и качество, в том числе организованность ее потока. Повышение ценности поставляемой энергии (ее качества и стоимости) должно с лихвой перекрываться дополнительным содержательным и финансовым результатом, полученным потребителем.

Организационной формой реализации «умной» «клиенто-ориентированной системы» должно стать системное объединение генерации, сети и потребителя, а также информационно-сервисного и диспетчерского управления, путем либо работы «на общую акцию», либо формирования самостоятельной компании, управляющей как активами всех хозяйствующих субъектов, занятых энергообеспечением конечного производства товаров и услуг, так и инвестиционным и инновационным развитием систем энергоснабжения.

На этом уровне иерархии реальная конкуренция может быть только между энергосбережением у потребителя: либо за счет сокращения потерь и использования менее энергоемких технологий производства конечного продукта, либо за счет увеличения объема и качества электропотребления, позволяющего расширить номенклатуру выпускаемых товаров.

В первом случае эффективность системы энергообеспечения, оцениваемая по схеме «результат - затраты», будет связана преимущественно со снижением энергетических затрат, а во втором - с увеличением масштаба и ценности конечного результата, получаемого с помощью используемой энергии.

Возможна конкуренция между автономной системой производства энергии у потребителя и внешним источником генерации, в том числе централизованной системой энергопроизводства. При этом подключение потребителя к этой системе не должно сопровождаться предварительными условиями (например, наличием свободных мощностей либо ограничением

пропускной способности питающей сети), что необходимо закрепить в нормативно-правовых актах. Также должна гарантироваться и свобода подключения к сетям централизованной системы независимых (от ее владельцев) генерирующих источников, имеющих свободные мощности и ресурсы.

Более высокий уровень иерархической системы электроэнергетики соответствует прежним РЭС (региональным энергетическим системам), в которых совокупность генерирующих, распределительных и сбытовых организаций нацелена на надежность и эффективность гарантированных поставок электроэнергии (и тепла) энергоснабжающими предприятиями потребителям при сохранении хозяйственной самостоятельности тех и других.

На этом уровне (в пределах определенной территории с достаточно жесткими электрическими связями между всеми объектами) производство тепла и электроэнергии централизуется. Это позволяет использовать более мощные тепловые электрические станции с лучшими экономическими показателями за счет укрупнения их мощности и реализации эффекта коге-нерации в интересах не одного потребителя - владельца автономной системы, а всего региона, включая промышленную и коммунально-бытовую нагрузки.

Доля централизованных систем в индустриальных районах по правилу «золотого сечения» должна составлять 2/3 (62%) всего производства электроэнергии и тепла, остальное придется на автономные (децентрализованные) системы.

Для сельскохозяйственных регионов, где главное требование - безопасность энергоснабжения, соотношение централизованных и децентрализованных систем - обратное (0,38: 0,62). Такой принцип позволит формировать систему энергоснабжения в интересах потребителя - безопасные поставки, как правило, от собственных источников, без ценового и административного диктата энергопроизводителей. Этому принципу должно быть подчинено и сервисное (проектное, ремонтное, информационное, кадровое) обеспечение деятельности энер-госнабжающих компаний.

На уровне РЭС должны действовать и региональные энергетические комиссии, занимающиеся тарификацией энергосервисных услуг (анализом себестоимости производства,

аудитом энергопотребления, учетом социальной обстановки в регионе), а также прогнозом потребительского спроса, инвестиционных потребностей, экологической безопасности и эффективности электроэнергетики.

При формировании регулируемых государством тарифов либо контроле за маржинальными (предельными) значениями рыночных цен должны учитываться не только инвестиционные потребности, но и финансовые возможности потребителей. Цены не должны превышать социально установленные нормативы, в частности, долю затрат на энергоснабжение в семейном бюджете (для населения) и в себестоимости промышленного производства. Конкретная величина этой доли (но не абсолютного размера цен и тарифов) будет устанавливаться для каждого субъекта РФ местной администрацией с учетом условий региона.

Структура энергетических компаний регионального уровня должна быть преимущественно публично-акционерной, с большим числом различных физических и юридических лиц. Это поставит электроэнергетику под контроль акционеров, заинтересованных не в сиюминутных финансовых целях компаний, а в их долгосрочном развитии.

Верхний уровень иерархической электрической системы видится как совокупность энергетических пулов (по примеру США) либо объединенных (в региональном разрезе) электроэнергетических систем (как в СССР). Данные объединения формируются и развиваются на основе сбалансированности спроса и производства электроэнергии, с учетом потребности в базисной и регулируемой мощности для покрытия пикового и полупикового графика нагрузки. В новых условиях особое внимание следует уделить формированию требуемого баланса мощностей и электроэнергии крупного региона. Гипертрофированное развитие ГЭС в Сибири при отсутствии в регионе АЭС и отставании ввода крупных ГРЭС (в КАТЭК) приводит к опасной зависимости возможной выработки электроэнергии от неравномерной сезонной и многолетней водности рек.

Межрегиональный обмен потоками энергии и мощности производится по межсистемным связям, пропускная способность которых должна быть не менее 10% располагаемой

мощности меньшей из объединяемых систем по соображениям живучести энергообъединения при потере одного из крупных энергоисточников. Перетоки мощности должны обеспечивать не только более рациональное размещение резерва в объединенных системах, но и «широтный эффект» (разницу во времени наступления максимума нагрузки по часовым поясам, а также естественную неравномерность размещения ГЭС и угольных ТЭС вблизи мест добычи труднотранспор-тируемого твердого топлива).

Эффективное управление межсистемными перетоками и РЭС может быть организовано на принципах активно-адаптивной сети (российский аналог Smart Grid) для верхних уровней иерархии. При этом ключевое значение будут иметь не только новые информационные и технологические системы управления и автоматики, но и новые технологии «развязки» энергетических потоков с помощью фазорегулирую-щих устройств, вставок постоянного тока, накопителей различного типа, в том числе и сверхпроводящих.

Наличие различного рода ФСК, МРСК, «РусГидро» и других государственных организаций без участия в их деятельности АО-энерго свидетельствует об отсутствии частно-государственного партнерства при реализации долгосрочной энергетической политики.

После ликвидации РАО «ЕЭС России», которое как-то выполняло роль координации функционирования и развития энергосистем, требуется заново выстроить политику и организацию всего энергетического хозяйства страны. Задачи Минэнерго не сводятся к присутствию в советах директоров различных энергопредприятий и систем, утверждению технического задания на разработку Генеральной схемы развития отрасли и согласованию нормативных документов. Прежде всего это выработка стратегии и организация всей системы функционирования и развития электроэнергетики.