Энергетика цифры

В ближайшие десятилетия конкурентоспособность российской электроэнергетики будет напрямую связана с тем, насколько легко она сможет интегрировать технологии «четвертой промышленной революции». В рамках Российской энергетической недели (РЭН), которая открывается 3 октября, энергетики, профильные ведомства и экспертное сообщество обсудят опыт и перспективы внедрения в РФ умных сетей, распределенной энергетики, новых технологий хранения энергии, интернета вещей и интернета энергии. Многие из этих технологий уже успешно применяются в России, хотя говорить о существенной их доле в российской электроэнергетике пока рано.

Цифровая трансформация

Среднесрочное будущее российской промышленности в целом — и энергетики как одной из ее системообразующих отраслей — было в мае задано серией указов президента. В них были обозначены ключевые параметры, достичь которых необходимо к 2024 году. В энергетике они зачастую не столь конкретны, как в других отраслях, однако один из трендов был оговорен совершенно прямо: цифровизация отрасли в целом и электросетевого комплекса в частности.

Переход российской энергетики на цифровой базис предусмотрен как в рамках общеэкономических задач, установленных в майских указах, так и отдельными поручениями. Так, правительству поручено обеспечить ускорение технологического развития РФ, внедрение цифровых технологий в экономике и социальной сфере, увеличение внутренних затрат на развитие цифровой экономики не менее чем втрое к уровню 2017 года и так далее. В энергетике основным фокусом цифрового развития, установленным президентом, является внедрение интеллектуальных систем управления электросетевым хозяйством на базе цифровых технологий. Но опосредованно эти технологии задействованы и в реализации других задач — в частности в модернизации генерирующих мощностей, развитии распределенной генерации, обеспечении надежности энергоснабжения регионов РФ.

Переход российской энергетики на цифровой базис предусмотрен как в рамках общеэкономических задач, установленных в майских указах, так и отдельными поручениями

Цифровизация уже сегодня становится значительной статьей расходов энергокомпаний. Так, ПАО «Россети» планирует вложить в программу цифровизации до 2030 года 1,3 трлн руб. Если на первом этапе (до 2020 года) инвестиционным фокусом будут приборы учета (120 млрд из 370 млрд руб. общих расходов на этом этапе), то потом, в 2023–2025 годах, он сместится в сторону телемеханизации подстанций (123 млрд руб.), связи (110 млрд руб.), управляемых элементов сети (85 млрд руб) и других статей. А на завершающем этапе бесспорным лидером по вложениям станут цифровые вторичные системы подстанций — всего в 2026–2023 году в эти технологии будет инвестировано 113 млрд руб. В сентябре глава «Россетей» Павел Ливинский говорил журналистам, что компания ожидает утверждения программы цифровизации до конца года.

Но при масштабных инвестиционных расходах цифровизация приносит энергетике весьма существенные выгоды. По мартовским оценкам PwC, внедрение в российской электроэнергетике только технологий интернета вещей (IoT) приведёт к экономии 532 млрд руб. до 2025 года. Эффект сложится из сопряженного снижения потерь, строительства новых мощностей, оптимизации производства, выравнивания нагрузки и т. д. Цифровая трансформация электроэнергетики позволит добиться и вполне «доцифровых» целей — снижения стоимости киловатт-часа за счет оптимизации его выработки, передачи и использования энергопотребляющими устройствами потребителя при сохранении высокой надежности.

По мартовским оценкам PwC, внедрение в российской электроэнергетике только технологий интернета вещей (IoT) приведёт к экономии 532 млрд руб. до 2025 года

При этом власти РФ демонстрируют весьма деликатное отношение к автономии потребителя в вопросе внедрения той или иной передовой технологии в энергетике, предоставляя ему гибкость выбора. Так, выступая в апреле на пленарной дискуссии Агентства стратегических инициатив (АСИ) по цифровым технологиям, замминистра Алексей Текслер говорил, что государство должно задавать лишь минимальные требования к цифровизации. «Но при этом в целом цифровизация — та вещь, где государству лучше бы лишних стандартов не обозначать, потому что все так быстро движется, что государство за этим точно не успеет, — цитирует его ТАСС. — Все должно быть крайне гибко, все должно быть по логике „что не запрещено, то разрешено“».

Вразумление сети

Поэтапная дигитализация управления электросетевым хозяйством предусмотрена и более ранними, нежели майские указы президента, программными документами. В частности это направление заложено в энергостратегию России до 2035 года и концепцию нацпроекта «Интеллектуальная энергетическая система России», предусматривающую преобразование российской энергосистемы под влиянием мировых трендов стирания граней между производителем и потребителем в результате развития технологий накопления, распределенной генерации на возобновляемых источниках энергии и умных сетей (smart grid).

Умные сети в России не являются экзотикой, хотя до сих пор примеров их успешного построения немного. Одним из таких образцов является совместный проект БЭСК и Siemens в Башкирии, реализующийся с 2013 года. Уфа стала первым российским городом, где устанавливается концепция умных сетей, а с 2020 года он полностью перейдет на эту концепцию. Проект, в ходе которого было реконструировано порядка 25% электросетевого оборудования в башкирской столице, вывел надежность и бесперебойность ее энергоснабжения на новый уровень: теперь благодаря автоматизации обмена информацией между устройствами на восстановление питания после аварии уходит всего две минуты. Для обеспечения качества энергоснабжения и снижения затрат и потерь энергии Siemens использовал в этом проекте не только глобальные решения, разработанные концерном, но и оборудование, сборочное производство которого уже локализовано в регионе: КРУЭ. Пилотные проекты smart grid реализуются также в Санкт-Петербурге («Ленэнерго» в сотрудничестве с Siemens), в Калининграде и Москве («Янтарьэнерго» и МОЭСК соответственно с «Таврида Электрик»), в Иркутске («Иркутская электросетевая компания» в сотрудничестве со Schneider Electrics). У «Россетей» в общей сложности запущено около 10 проектов smart grid, которые должны снизить потери электроэнергии на 225 млн кВт⋅ч, оптимизировать ремонтные процедуры на 36 млрд руб. в год, и так далее.

Цифровые двойники

Для моделирования работы сложных систем в промышленности, в том числе в энергетике, одним из наиболее передовых средств, используемых сегодня, является технология «цифрового двойника» (digital twin). Фактически речь идет о снятии интерактивного и постоянно функционирующего цифрового слепка с моделируемого объекта, что позволяет описать и предсказать его поведение в реальном времени. Глава Siemens в России Дитрих Мёллер в интервью «Вестям» приводил в качестве примера этой технологии умный газон на стадионе Allianz Arena: на основе сотен датчиков по технологии концерна был создан полный «цифровой двойник» покрытия стадиона, позволяющий гринкиперу через специальное приложение оценивать уровень влажности или освещенности и управлять интенсивностью полива.

Благодаря технологическому прогрессу можно создать «цифрового двойника» не только для отдельного элемента, но и для полного производственного процесса («цифровую фабрику»). Siemens реализует эту технологию через MindSphere, открытую облачную операционную платформу IoT. Она позволяет собирать, обрабатывать и упорядочивать огромные массивы разнородных данных, поступающих с датчиков и контроллеров разного профиля. Среди практических приложений системы, весьма актуальных для энергетики, — предиктивная диагностика оборудования, позволяющая на основе статистики его работы рассчитать вероятность возникновения аварийной ситуации.

Придумать и распечатать

Современные технологии сбора и комплексной систематизации данных, позволяющие выстроить точную цифровую модель процессов любой сложности, в производстве энергооборудования органично дополняются развитием аддитивных технологий, позволяющих существенно сократить сроки и себестоимость изготовления ключевых узлов и деталей. Говоря простым языком, речь идет о 3D-печати этих элементов по трехмерной модели, которая в отличие от традиционной механической обработки формирует изделие послойно и расходует столько материала, сколько непосредственно необходимо для его изготовления.

Пока массового распространения в отечественном производстве энергооборудования 3D-печать не получила

Программа развития и внедрения аддитивных технологий в РФ до 2025 года, утвержденная в июле на заседании профильной межведомственной рабочей группы под председательством главы Минпромторга Дениса Мантурова, предполагает инвестиции в объеме 89,2 млрд руб. Российские энергокомпании уже создают в своем составе дивизионы, развивающие аддитивное направление. В частности в феврале дочернюю компанию «Русатом — Аддитивные технологии» создал «Росатом», ставящий своей новой структуре цель обеспечить выручку до 50 млрд руб. к 2025 году и занять долю более 1,5% на мировом рынке аддитивных технологий. «Ростех» еще в марте учредил единый Центр аддитивных технологий на базе НПО «Сатурн» «Объединенной двигателестроительной корпорации» (ОДК), который в перспективе должен обеспечить деталями, выполненными с применением аддитивных технологий, газотурбинные двигатели ОДК авиационного и наземного применения.

Но пока массового распространения в отечественном производстве энергооборудования 3D-печать не получила. Вместе с тем некоторые компании, работающие в России, уже активно применяют аддитивные технологии в производстве газовых турбин. Так, еще в 2017 году Siemens завершил первые испытания двигателя, лопатки газовой турбины которого были спроектированы и изготовлены при помощи аддитивных технологий, а в 2018 году впервые заменил деталь в промышленной паровой турбине заказчика запчастью, смоделированной посредством 3D-печати. Компания уже набрала более 30 тыс. часов коммерческой эксплуатации устройств, изготавливаемых при помощи аддитивных технологий и функционирующих в условиях очень высоких нагрузок и температур. А в августе специалисты Siemens напечатали на 3D-принтере блок подготовки топливной смеси для газовой турбины SGT-A05 (DLE): весь процесс, от создания концепции до испытаний в составе двигателей, занял всего семь месяцев. Новый технологический подход позволил сократить срок выпуска продукции на 70%.

Цифровое единство

Новые подходы к производству, обеспечивающие прозрачность, связность и безопасность всего цикла изготовления изделия, целесообразно внедрять единым комплексом. Вехой в этом процессе стало утверждение программы единого цифрового пространства промышленности России «4.0.RU». Ее базовая концепция была разработана в рамках совместной инициативы Минпромторга и ведущих инновационных компаний — НПП «ИТЭЛМА», «Лаборатория Касперского», Siemens, «СТАН». В июле 2017 года на «Иннопроме-2017» был дан старт реализации этого проекта и продемонстрирована модель его практической работы, описывающая полный цикл производства детали — от концепции до доставки потребителю. Тогда президент Владимир Путин дал символический старт изготовлению в панели единого цифрового пространства болта на станке «Иркутского авиационного завода». А в июле 2018 года, также в рамках «Иннопрома», «ИТЭЛМА», «Лаборатория Касперского», Siemens и «Сименс индастри софтвер» подписали соглашение о стратегическом партнерстве, предполагающее продолжение совместной реализации проекта единого цифрового пространства промышленности «4.0 RU» и переводящее его в практическую фазу.

«Понятие „цифровая энергетика“ включает в себя модернизацию не только объектов по производству энергии, но и по передаче и распределению, — резюмирует Александр Таничев, директор департамента „Сервис в области производства энергии“ Siemens в России. — Здесь речь идет о цифровых электростанциях („цифровой двойник“ реальной станции, объединяющий несколько объектов в систему), об „интеллектуальных“ газовых турбинах, дистанционном техническом обслуживании с использованием больших данных (big data) и даже о цифровых месторождениях. Подобные проекты Siemens реализует в ОАЭ и Норвегии». Он подчеркивает, что ключевую роль в цифровизации и модернизации тепловых электростанций в России сможет сыграть программа модернизации генерирующих объектов тепловых электростанций. «Программа может не только реконструировать существующие мощности теплоэнергетики, но и существенно оживить рынок энергетического машиностроения, — добавляет господин Таничев. — Накопленный опыт, компетенции и локальные площадки по производству энергетического оборудования, которыми располагает Siemens, позволяют стать надежным партнером для российских компаний в рамках реализации программы модернизации генерирующих объектов тепловых электростанций».