Новая эпоха в энергетике и умные сети

Александр Кузнецов,

аспирант кафедры аналитической экономики и эконометрики экономического факультета БГУ

НОВАЯ ЭПОХА В ЭНЕРГЕТИКЕ

и умные сети

Резюме: В статье анализируется современное состояние возобновляемых источников энергии в комплексе с интеллектуальными системами управления электроэнергетическим комплексом и перспективы их влияния на формирование национальной энергетической стратегии Беларуси. Показано, что сектор электроэнергетики следует рассматривать как сложную организационно-технологическую и экономическую систему, на которую оказывают влияние повышение эффективности альтернативной энергетики и модернизация системы управления энергосистемами на основе концепции смарт грид. Стоит учитывать их при формировании и корректировке национальной энергетической стратегии Беларуси.

Ключевые слова: возобновляемые источники, интеллектуальная сеть управления электроэнергетическим комплексом, энергетическая стратегия, смарт грид, инфраструктура управления электроэнергетической отраслью.

Принятая в 2015 г. Национальная стратегия устойчивого развития НСУР-2030 [1], Госпрограмма «Энергосбережение» на 2016-2020 гг. [2] и планы по развитию «зеленой» энергетики [3] задают новые параметры долгосрочной работы энергетического комплекса Республики Беларусь и требуют осмысления с точки зрения нахождения оптимального баланса в использовании традиционных и возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в комплексе с использованием концепции смарт грид и созданием энергоэффективных домов и производств.

Подходы к формированию современной энергетической стратегии

Энергетическая стратегия -комплексная программа согласованных мероприятий,нацеленных на достижение государством приоритетных целей. Устойчивое функционирование данной отрасли требует:

диверсификации структуры энергобаланса и поставщиков энергоносителей,

надежности снабжения по доступным ценам путем создания конкурентного рынка,

эффективности потребления,

соответствия системы генерации и использования

энергии экологическим нормам и стандартам,  создания условий для поддержания конкурентной среды на внутреннем рынке.

Национальная энергетическая стратегия формируется, как правило, на основе анализа текущего и прогнозируемого энергопотребления с учетом заданий по энергосбережению и соблюдения индикаторов энергетической безопасности. Топливный баланс страны должен быть экономически обоснованным и диверсифицированным по видам ресурсов.

При формировании национальных энергетических

стратегий, исходя из мировых тенденций все большего использования возобновляемых источников энергии во время одновременного проведения мероприятий по энергосбережению, необходимо учитывать ключевые факторы, показанные на рис. 1.

Императивы стратегии

Производство электроэнергии - высокотехнологичный, полностью автоматизированный процесс, при котором в Единой белорусской энергосистеме строго синхронно работают десятки мощных генераторов.

Вырабатываемая электроэнергия непрерывно преобразуется в напряжение разных уровней, необходимое для передачи, распределения и потребления различными приемниками. Распределенные системы преобразования и передачи электроэнергии в несколько раз превышают суммарную мощность генерирующих источников и также должны работать строго согласованно по многим параметрам.

Обеспеченность населения жильем в Беларуси вырастет до 27,3 м2 в 2020 г. При этом в общем объеме ввода в эксплуатацию жилых домов не менее 40% будут приходиться на индивидуальные, а все многоквартирные планируется строить в энергоэффективном исполнении, позволяющем снизить затраты.

Будут разрабатываться и внедряться энергосберегающие инженерные системы жилья, которые будут включать в себя системы с использованием возобновляемых источников тепловой энергии и вторичных энергетических ресурсов, автоматизированные системы управления микроклиматом и энергопотреблением жилых домов, а также системы с использованием электроэнергии для отопления и горячего водоснабжения.

Предусмотрена организация производства, оборудования, комплектующих и материалов для тепловой модернизации существующего жилищного фонда, в том числе за счет внедрения конструктивных, организационно-технических и технологических решений интеллектуальных зданий, направленных на повышение эффективности

ИЗМЕНЕНИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМ, ФОРМИРОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ КОНЦЕПЦИЙ

Рис. 1.

Взаимосвязь факторов влияния на формирование национальной энергетической стратегии

Модернизация энергетических систем

Совершенствование систем альтернативной энергетики и сокращение применения традиционных источников энергии

Интеллектуализация систем управления электросетями

Развитие концепций создания умных домов, умных городов, умных транспортных систем

управления инженерными системами здания путем автоматизации.

Необходимость комплексного рассмотрения ВИЭ, смарт грид и электроэнергетической инфраструктуры

Для учета роли ВИЭ в энергетической стратегии необходима научно обоснованная и воспринятая населением, бизнесом и государственными структурами долгосрочная политика, составными частями которой являются прогнозные глобальные тренды и ориентиры.

Развитие ВИЭ может принести многочисленные экономические и экологические выгоды (рис. 2).

Тем не менее возобновляемые источники не могут пока полностью заменить традиционные вследствие не только их высокой стоимости, но и необходимости дублирования мощностей ВИЭ из-за

нестабильности солнечной и ветровой генераций. Поэтому для обеспечения надежности и качества электроснабжения требуется контролируемое усложнение инфраструктуры и развитие систем распределения, что обусловило более широкое применение концепции смарт грид. Отсюда следует, что применение ее инструментов и установок ВИЭ должно рассматриваться в комплексе с развитием и усложнением инфраструктуры на уровне отраслей и домашних хозяйств.

Важно также учитывать, что для экономики Беларуси проблема снижения энергопотребления может вступить в противоречие с необходимостью увеличить местное потребление и экспорт в связи с вводом в эксплуатацию Белорусской АЭС, что создаст переизбыток электроэнергии. Для разрешения этого противоречия вблизи атомной электростанции необходимо создавать новые энергоэффективные производства,

ФАКТОРЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИЭ

Отсутствие затрат на энергоресурсы

Сокращение потерь в сетях передачи электроэнергии

Снижение уровня загрязнения окружающей среды

Рис. 2.

Основные

факторы

эффективности

ВИЭ

а также развивать инфраструктуру для аккумулирования энергии и выравнивания суточной нагрузки.

Потенциал ВИЭ в энергетике Беларуси

Использование возобновляемых источников энергии позволило снизить энергоемкость ВВП Беларуси. По данным Департамента по энергоэффективности Государственного комитета по стандартизации, по сравнению с 1990 г. энергоемкость снижена в 3,3 раза. При этом доля собственных ресурсов в топливно-энергетическом балансе выросла с 8,6% до 15,7%.

В соответствии с концепциями экологической и энергетической безопасности Беларуси к 2035 г. производство

электроэнергии с использованием ВИЭ должно составлять не менее 2,6 млрд кВт-ч в год. За счет расширения прмене-ния ветра, биогаза и отходов потенциал экономии составляет более 2,5 млн т условного топлива, или 11,9% импортированного природного газа. Как следствие, количество установок генерации электрической и тепловой энергии с использованием ВИЭ в Беларуси постоянно растет. Сейчас функционируют свыше 650 установок общей мощностью более 1 тыс. МВт. К началу 2016 г. доля ВИЭ в валовом потреблении топливно-энергетических ресурсов в Беларуси была около 5,7%. Согласно Государственной программе «Энергосбережение» на 2016-2020 гг., доля возобновляемых источников энергии в валовом потреблении

Рис. 3. Парк ВИЭ в Беларуси по состоянию на 2016 г.

Источник: Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды Беларуси

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ В БЕЛАРУСИ

В структуре потребляемых топливно-энергетических ресурсов Беларуси на долю ВИЭ в 2016 г. приходится 5,7%. К 2018 г. этот показатель должен возрасти до 6%

фотоэлектри ческая станция аккумулирует энергию Солнца

тепловых насосов используют в качестве источника энергии тепло Земли

5,7%

2016 г.

6%

2018 г.

Максимально возможное количество вырабатываемой электроэнергии на установках ВИЭ сегодня в Беларуси ~ 1,2 млрд квт.ч в год. В том числе:

404,6 I 302,6 I 209,2 I 172,9 I 94,4

с использованием древесного топлива и другой биомассы

энергии биогаза

энергии движения водных потоков

энергии ветра

энергии Солнца

топливно-энергетических ресурсов к 2018 г. должна вырасти до 6% (рис. 3).

Законодательство в сфере ВИЭ

Основополагающие документы развития Белорусской энергетической системы -Концепция энергетической безопасности Республики Беларусь, утвержденная Указом Главы государства от 17.09.2007 г. №433, Директива от 14.06.2007 г. №3, Стратегия развития энергетического потенциала Республики Беларусь. Их реализация осуществляется путем разработки и выполнения государственных программ развития отраслей топливно-энергетического комплекса.

Большое внимание государство уделяет качественному регулированию возобновляемой энергетики в зависимости от ситуации с энергобалансом. Показатель использования ВИЭ в валовом потреблении топливных ресурсов определен в качестве одного из индикаторов энергетической безопасности. В целом государственное регулирование использования ВИЭ в Беларуси осуществляется по следующим направлениям: проблемы, требующие решения; оценка инвестиций на приобретение ВИЭ, расходов на их эксплуатацию; оценка макроэкономического эффекта энергетического и экологического потенциала установок ВИЭ; совершенствование тарифов на электрическую и тепловую энергию.

В стране принято несколько законодательных актов, отвечающих международным рекомендациям и ориентированных на стимулирование развития «зеленой» энергетики. Принят Национальный план действий по внедрению

принципов «зеленой» экономики. Ведется электронный реестр отечественных ВИЭ, рассчитанный прежде всего на потенциальных инвесторов, в котором размещена информация о действующих объектах возобновляемой энергетики, а также данные о перспективных площадках для новых.

При разработке и принятии Закона Республики Беларусь «О возобновляемых источниках энергии» от 27.12.2010 г. №204-З в сфере альтернативных источников энергии государство заимствовало зарубежную практику стимулирования инвесторов. Было гарантировано подключение установок ВИЭ к государственным энергосетям и покупка госорганизациями энергоснабжения всей произведенной из этих источников энергии с применением повышающих коэффициентов к тарифам. Для производителей «зеленой» энергетики были установлены налоговые льготы, предусмотрена возможность освобождения от уплаты таможенных пошлин ввозимого в страну технологического оборудования. В результате окупаемость установок ВИЭ в среднем составляла около 7 лет.

В соответствии с упомянутым законом, «Белэнерго» было обязано закупать энергию ВИЭ по тарифу - 41 цент за 1 кВт-ч при средней ее себестоимости 9 центов. В результате основную долю прибыли от проектов ВИЭ получали частные производители, среди которых и иностранные инвесторы, что приводило к оттоку из страны валюты (в 2014 г. «Белэнерго» затратило на оплату «зеленой» энергии около 29 млн долл., а в 2015 г.- свыше 40 млн долл.).

Для устранения этого дисбаланса Указом Президента Республики Беларусь

от 18.05.2015 г. №209 «Об использовании возобновляемых источников энергии» и соответствующим постановлением Совета Министров Республики Беларусь было введено квотирование. Правительство определяет порядок создания новых и модернизацию и реконструкцию действующих установок по использованию ВИЭ, осуществляемых в пределах квот. Изменились тарифы на закупку «зеленой» энергии и порядок выдачи технических условий на подключение установок ВИЭ к сетям «Белэнерго». Квоты не требуются на производство сооружений для применения вырабатываемой электроэнергии для обеспечения собственных хозяйственных нужд. Также предусматривается дифференцирование повышающих коэффициентов не только в зависимости от вида ВИЭ, но и от иных параметров установок. Квоты разрабатываются с учетом безаварийной работы энергосистемы.

Перспективы дальнейшего развития ВИЭ в Беларуси связаны прежде всего с гидроэнергетикой и созданием биогазовых установок. Выигрышность позиции инвесторов по биогазу объясняется подъемом сельского хозяйства (большое количество животноводческих ферм), также биогаз можно накапливать и транспортировать от места производства к местам потребления. Установки на биогазе более гибкие, чем ВИЭ на ветру и энергии солнца. Их можно подключать с учетом необходимости и суточных пиков потребления, что будет особенно важно после ввода в строй АЭС и избытка энергии в ночное время суток. Остаются в силе и обстоятельства экологического характера: получение

энергии - лучший из способов утилизации отходов животноводческого производства.

Важно учитывать, что ВИЭ устанавливаются в непосредственной близости к потребителю. По данным ПРООН, в электросетях потери составляют до 20%. По данным Минэнерго,-около 9%, что равнозначно примерно 400 МВт установленной мощности энергогене-рирующих станций.

Проблемы ВИЭ

Функционирующие в Беларуси установки по использованию вырабатываемой возобновляемыми источниками энергии, благодаря государственной поддержке продемонстрировали хорошие эксплуатационные показатели. Однако несмотря на преимущества, ВИЭ пока не смогут заменить традиционные и АЭС из-за их высокой стоимости и нестабильности. Снижение рисков в государственных масштабах, исходя из опыта развитых стран, осуществляется с помощью усложнения энергетической инфраструктуры и применения систем управления энергосистемы на основе концепции смарт грид, что также удорожает не только использование ВИЭ, но и всей энергетической инфраструктуры использующего их региона.

Точность расчетов в бизнес-планах по строительству установок ВИЭ зависит от учета тарифной политики для населения и предприятий, которые зависят от цены на природный газ. Формула его стоимости до последнего времени была связана с ценой на нефть. Значительно затрудняет оценку макроэкономических эффектов применения альтернативных источников энергии

КОМПОНЕНТЫ СМАРТ ГРИД

Система учета потребления на основе интеллектуальных источников

Интеллектуальная система управления генерацией и распределение энергии

Рис. 4. Компоненты смартгрид

Энергоэффективные устройства

Эффективные технологии использования электроэнергии умный дом,

умный транспорт, умный город

введение в строй АЭС, которая к 2020 г. должна покрывать 30% энергобаланса страны. Причем отпускная цена киловатта еще не сформирована.

Исходя из изложенного, в целом повышение эффективности ВИЭ требует решения следующих проблем:

создание собственной электромашиностроительной базы (производство установок ВИЭ по полному циклу);

формирование конкурентной среды в электроэнергетическом секторе;

корректировка системы бонусов за выработку и использование «зеленой» энергии и создание системы гарантий для инвесторов;

развитие кооперации и формирование электроэнергетических кластеров;

создание в структуре госуправления органа, ответственного за ВИЭ.

Фактор смарт грид в энергетической стратегии Беларуси

По данным доклада Всемирного банка «Ведение бизнеса - 2017», Республика Беларусь вошла в десятку ведущих стран по проведению реформ, благоприятных для частной инициативы, заняв 37-ю позицию среди 190. Это свидетельство успешности проводимых на государственном уровне мероприятий по улучшению предпринимательского климата

и приближения его показателей к уровню развитых государств.

Наиболее значительное повышение в рейтинге произошло по показателю «Подключение к системе электроснабжения» - 24-е место по сравнению с 74-м за предыдущий период. Существенное упрощение этой процедуры было осуществлено за счет внедрения принципа «одного окна» в соответствующих электроэнергетических службах.

Одновременно по индексу развития электронного правительства (ИРЭП) Беларусь, согласно данным ООН за 2016 г., заняла 49-е место из 193 стран (в 2014 г.- 55-я позиция).

Учитывая, что ИРЭП рассчитывается на основании трех субиндексов: широты охвата и качества предоставляемых государственных услуг в электронном виде, общего уровня развития телекоммуникационной инфраструктуры и индекса человеческого потенциала,- можно предположить, что предоставление государственных услуг в электронной форме и интеллектуализация услуг по управлению энергосистемами (концепция смарт грид) должны осуществляться комплексно и в тесной взаимосвязи.

Экономическая и социальная значимость этой взаимосвязи характеризуется также введенным в 2016 г. дополнительным индикатором: «индекс надежности электроснабжения и «прозрачности» тарифов», охватывающий количественные данные о продолжительности и частоте отключений электроснабжения. Он также отражает качественную информацию о механизмах, с помощью которых структуры проводят мониторинг перебоев в поставке

электроэнергии, контролирует восстановление питания, а также предоставляет услуги по доступу к информации по расчету и применению тарифов. По данному индексу выставлялись оценки от 0 до 8 баллов: чем она больше, тем выше уровень надежности энергоснабжения и «прозрачности» тарифов. Республике Беларусь присвоено 7 баллов.

Интеллектуальная сеть -цельный автоматизированный механизм, объединяющий электрические сети, потребителей и производителей электроэнергии. Общепринято, что структура смарт грид включает в себя следующие составляющие (рис. 4).

Реализация инновационной направленности концепции смарт грид дает толчок перехода к новому технологическому укладу в электроэнергетике и экономике в целом. Более того, интеллектуальная сеть должна быть результатом активного взаимодействия государства, энергогене-рирующих и распределительных компаний и потребителей, когда всем сторонам одинаково невыгодно нарушать общие правила работы внутри сети и при этом каждый участник получает свою экономическую выгоду. В этой связи комплексное осуществление мероприятий по внедрению технологий электронного правительства и подходов концепции смарт грид позволит получить больший экономический эффект и успешно продолжить реформы по упрощению ведения бизнеса.

Согласно исследованию крупнейшей международной исследовательской группы в области ИТ «Gartner», в числе 10 основных технологических трендов в энергетике:

ориентация ИТ-поставщиков на формирование добавленной стоимости для клиентов, системы анализа и принятия решений (Business intelligence); m Web-сервисы и Web 2.0, мобильные технологии, предоставление бизнес-приложений как сервисов (Softwareas a Service); инфраструктура интеллектуальных счетчиков (Advanced Metering Infrastructure); m единое управление информацией в масштабах всего предприятия (Enterprise Information Management).

Есть примеры реализации проектов [4] по внедрению компонентов интеллектуальной энергетической экосистемы на решениях партнеров Microsoft с применением подходов SERA (Smart Energy Reference Architecture - эталонная архитектура интеллектуальной системы энергоснабжения, разработанная Microsoft).

По данным компании «Enfinity», информатизация сектора электроэнергетики позволила достичь следующих результатов:

m сократить затраты на консалтинговые услуги в 2 раза; m довести до 100% объем отслеживаемых проектных затрат; m на 25% повысить точность бюджетов по проекту; m увеличить на 25% долю проектов

без серьезных отклонений; m увеличить на 27% долю счетов от вендоров с привязкой к конкретному проекту; m время на формирование отчетности по анализу доходности сократить с 2 дней до 5 минут.

Разработка мобильных решений для аналитических расчетов и оптимизации энергопотребления с концепцией умного дома все больше требуется малому бизнесу, индивидуальным предпринимателям и домохозяйствам, потому

что одну из важнейших ролей в управлении энергосетями и ЖКХ начинает играть бизнес-аналитика пространственных и не всегда структурированных данных, поступающих в режиме реального времени от умных счетчиков, каналов взаимодействия с клиентами,источников генерации электроэнергии. То есть происходит переход от использования в электроэнергетике информационных систем, анализирующих уже свершившиеся факты, к системам прогнозирования, содержащим алгоритмы поддержки принятия решений.

В целом сектор электроэнергетики вступает в этап активной и комплексной информатизации, аналогично тому, который ранее прошли сектор телекоммуникаций и банковская сфера. Речь идет о биллинговых системах и программно-аппаратных решениях для обеспечения бесперебойности и безопасности технологических процессов.

Традиционная энергетика породила сложную инфраструктуру, состоящую из генерирующих станций, систем передачи и распределения тепловой и электрической энергии, систем оперативно-диспетчерского управления. Возрастающее применение ВИЭ и концепции смарт грид будут менять эту инфраструктуру, приводить к ее частичной децентрализации и требовать все большей информатизации отрасли.

В решении задач модернизации энергетической стратегии Беларуси важно использовать опыт развитых стран и корректировать ее в соответствии с целями и приоритетами устойчивого развития государства.

Важнейшая современная тенденция - повышение роли ИТ. Так, среднее количество ИТ-персонала в ведущих мировых компаниях генерации составляет 5,5% от общего числа сотрудников, что является свидетельством интенсивного роста отрасли. Кроме того, ВИЭ открывают для Беларуси новые экспортные рынки (рапс, древесные пел-леты, биобутанол, оборудование и технологии), что позволяет хотя бы отчасти диверсифицировать отечественный энергоэкспорт.

Накоплен и определенный технологический задел по солнечной энергетике. В связи с этим актуальна оценка потенциала выработки энергии на основе местных нетрадиционных и возобновляемых источников с учетом инфраструктурных, производственно-экономических и географических особенностей каждого региона.

Статья поступила 17.05.2017 г.

The article examines the current state of renewable energy sources in combination with intellectual systems of electric power complex management and the prospects of their influence on the formation of the national energy strategy of Belarus. It is shown that in the formation of the national energy strategy, the power sector should be viewed as a complex organizational, technological and economic system, influenced by various factors, the key ones being the improvement of the efficiency of alternative energy and the modernization of the power grid management system based on the smart grid concept. The importance of these factors requires for their consideration when forming and adjusting the national energy strategy of Belarus.

http://innosfera.by/2017/08/energy_future

ЛИТЕРАТУРА

1. Национальная стратегия устойчивого социально-экономического развития Республики Беларусь на период до 2030 года // Министерство экономики Республики Беларусь // http:// www.economy.gov.by/ru/macroeconomy/nacionalnaya-strategiya.

2. Государственная программа «Энергосбережение» на 2016-2020 гг. // http://www. government.by.

3. Национальный план действий по внедрению принципов «зеленой» экономики в Республике Беларусь до 2020 г. // http://www.ecoinfo.by.

4. Гурова Т. Управление электричеством // http://www.expert.ru.

27