Сети поумнеют

Наряду с понятием "умная экономика" в нашу жизнь скоро прочно войдет и термин "умная сеть". Курс на переход к сети нового поколения взяла Федеральная сетевая компания. Пока что сети даже не получили четкого названия, но это не мешает применять их в работе. "Умные сети" внедряются в России практически одновременно с внедрением их и в других странах мира.

Как вы сети назовете...

Как, пожалуй, и во всякой другой инновационной области, в вопросах, касающихся "умных сетей", пока нет терминологической стройности. Умная сеть, сильная сеть, интеллектуальная сеть, активно-адаптивная сеть. Этими терминами описываются электрические сети — магистральные или распределительные, которые самостоятельно контролируют состояние и режим работы потребителей, генераторов, электрических линий и подстанций и автоматически реализуют решения, которые позволяют осуществлять электроснабжение бесперебойно и с максимальной экономической эффективностью.

Например, при нарастании перетоков по линиям электропередачи из-за роста потребления какого-либо крупного потребителя или целого энергообъединения интеллектуальная сеть сама сформирует управляющее воздействие, в результате которого будет достигнут оптимальный уровень потерь электроэнергии. Новые технологии способны наделять сеть такими свойствами, как самодиагностика и самовосстановление, когда в автоматическом режиме выявляются наиболее слабые участки сети либо аварийно опасные элементы и схема сети, опять же автоматически, перестраивается таким образом, чтобы избежать аварии.

Перевод российской Единой национальной электрической сети в формат активно-адаптивной сети позволит повысить системную надежность электросетевого комплекса, получать технико-экономический эффект от расположения объектов ЕНЭС в восьми часовых поясах, снизить капиталовложения в строительство новых объектов, а также гибко регулировать перетоки мощности, обусловленные изменением генерации и потребления. Для интеллектуальной сети характерны более низкие потери электроэнергии при передаче и уменьшение влияния объектов энергетики на экологию.

"Поколениями отечественных ученых, инженеров, специалистов-энергетиков в стране была создана уникальная единая энергетическая система, которая в свое время была лучшей в мире. В последнее время эта система, развиваясь недостаточно быстрыми темпами, в значительной степени устарела. Сегодня энергосистема характеризуется высокой степенью морального и физического износа, высокими потерями (до 10-15%), пониженным уровнем надежности,— говорит директор Объединенного института высоких температур РАН академик Владимир Фортов.— Поэтому вопрос о создании сети нового поколения, основанной на последних достижениях отечественной и мировой науки и техники, стоит особенно остро. При создании активно-адаптивной сети будут использоваться современные средства управления, новые системы диагностики и высокоскоростные системы передачи информации. Также важно отметить, что для "умной сети" станет возможным подключение к ней нетрадиционных источников энергии — солнечных, ветровых, малых гидро- и тепловых источников локальной генерации".

Кто придумал

Работы по созданию интеллектуальных электрических сетей ведутся во многих странах мира. Евросоюз разрабатывает концепцию "Европейская электрическая сеть будущего". "Создание электрической сети нового поколения является стратегически важным направлением и для Федеральной сетевой компании,— рассказывает председатель правления ФСК Олег Бударгин.— Активно-адаптивная, или интеллектуальная, сеть качественно новое состояние ЕНЭС, которое позволит вывести надежность электроснабжения на принципиально новый уровень, одновременно обеспечив высокую экономическую эффективность работы всей энергосистемы".

Преобразования ЕНЭС в активно-адаптивную сеть дело не одного дня, но уже сегодня Федеральная сетевая компания реализует ряд проектов, которые позволят наделить магистральную сеть новыми качествами. Так, в 2011 году ФСК готовится внедрить вставки постоянного тока на подстанции 220 кВ "Могоча" (Забайкальский край). Это позволит объединить на параллельную работу энергообъединения Сибири и Дальнего Востока, что помимо эффекта резервирования электрических станций позволит существенно повысить надежность электроснабжения Транссибирской магистрали. Внедрение данного преобразователя является пилотным инновационным проектом. Тем временем в мире действует уже около 60 и проектируется 40 вставок передач постоянного тока. Так, например, электроснабжение потребителей провинции Квебек в Канаде и штата Калифорния в США выполнено с применением протяженных электропередач сверхвысокого напряжения, включающих хорошо регулируемые системы постоянного тока, что позволило полностью исключить имевшие место до этого системные аварии.

Работу по вставкам постоянного тока в кооперации с другими отечественными компаниями осуществляет ОАО "НТЦ электроэнергетики" (дочернее общество ОАО ФСК ЕЭС). Научный руководитель центра Юрий Шакарян, оценивая ход и перспективы создания интеллектуальной сети, говорит, что "практически весь объем работы по проекту может быть выполнен силами российских ученых и производителей. В перспективе в сетях появится отечественное оборудование, созданное на базе технологий высокотемпературной сверхпроводимости, а также инновационные технологии и устройства, которые позволят ограничивать уровни тока короткого замыкания до требуемых уровней".

Где искать умную сеть

В качестве примера успешного внедрения элементов интеллектуальной сети можно привести ввод в конце 2009 года батарей статических конденсаторов на подстанции 500 кВ "Означенное" (Республика Хакасия). В результате была значительно повышена надежность работы Хакасского энергоузла. В 2010 году будет введено в эксплуатацию новейшее устройство регулирования реактивной мощности СТАТКОМ на подстанции 330/400 кВ "Выборгская" (Ленинградская область), что повысит надежность экспорта электроэнергии в Финляндию и снизит потери электроэнергии. Другое устройство для ликвидации дефицита реактивной мощности и регулирования напряжения в сети — асинхронизированный компенсатор — будет установлено в 2010 году на подстанции 500 кВ "Бескудниково" (Московская область). В 2013 году для повышения надежности электроснабжения потребителей Хакасии на линии электропередачи 500 кВ Саяно-Шушенская ГЭС--Новокузнецкая будет внедрено управляемое устройство продольной компенсации. В ближайшем будущем элементы активно-адаптивной сети будут применяться на линиях электропередачи 220 кВ вдоль трассы БАМ для нормализации уровня напряжения, а также в крупных мегаполисах для сегментного построения электрической сети, что позволит снизить риски коротких замыканий, стабилизировать напряжение и повысить качество энергоснабжения жилых массивов.

Одним из основных элементов активно-адаптивной сети является "цифровая" подстанция. Создание таких подстанций — общемировая тенденция, работы над подобными проектами ведутся в Европе и США, Японии, Индии и Китае. Аналогичный проект реализуется и в Федеральной сетевой компании. Идея "цифровой" подстанции заключается в создании систем контроля, защиты и управления нового поколения, в которых вся информация рождается, перерабатывается и управляет оборудованием в цифровом формате. Проект предусматривает разработку и внедрение на подстанциях оптических цифровых измерительных трансформаторов и комплексов цифровой аппаратуры нового поколения.

Современная цифровая аппаратура, выполняющая функции защиты и управления, открывает возможности быстрого прямого обмена информацией между устройствами, что в конечном счете дает возможность сокращения числа медных кабельных связей, сокращения числа устройств, более компактного их расположения. Это делает цифровые технологии более экономичными на всех стадиях внедрения: при проектировании, монтаже, наладке и в эксплуатации. В России уже разработаны первые опытные образцы интеллектуального измерительного оборудования подстанций — измерительные высоковольтные трансформаторы с цифровым выходом (ОАО "Раменский электротехнический завод "Энергия""), комплекс приборов учета электроэнергии и телемеханики, работающих в единой системе цифрового обмена (ЗАО "ИТЦ "Континуум+"").

В качестве одного из этапов построения интеллектуальной сети Федеральная сетевая компания реализует проект создания единой автоматизированной системы технологического управления. Такая система направлена на повышение наблюдаемости сети, предотвращение возникновения нештатных режимов и создание системы онлайн-мониторинга и интеллектуальной диагностики состояния оборудования.

В 2011 году в качестве пилотного проекта автоматизированная система технологического управления будет внедрена в филиале Федеральной сетевой компании — Магистральных электрических сетях Северо-Запада. Реализация пилотного проекта позволит отработать требования для внедрения аналогичных систем в других филиалах ФСК. Применение таких систем повысит эффективность управления функционированием и пропускной способностью электросетей как в нормальных, так и в аварийных и послеаварийных режимах, позволит обеспечить надежный прием и транспортировку энергии, оперативно предоставлять участникам оптового рынка электроэнергии качественную информацию о режимах работы и состоянии ЕНЭС.

Интеллектуальная сеть требует разработки и внедрения целого комплекса инновационного оборудования и технологий: управляемых устройств продольной компенсации, позволяющих повысить предел пропускной способности линий электропередачи, высоковольтных устройств быстрого регулирования напряжения, накопителей электрической энергии на базе мощных аккумуляторных устройств. Уже сегодня в ходе реализации инвестиционной программы ФСК применяет элементы интеллектуальной сети и другие инновационные разработки. Долю новых технологий, которые внедряются в ходе строительства и реконструкции энергообъектов, в компании оценивают как 20% от всего объема применяемого оборудования и систем. Это как импортные, так и отечественные разработки и продукция: электроустановки для повышения адаптивности электрической сети, высокотемпературные провода, полимерные изоляторы, металлические многогранные опоры, винтовые свайные фундаменты, современная (спиральная) арматура для монтажа проводов и тросов, микропроцессорные устройства защиты, системы управления подстанций.

"Единая национальная электрическая сеть — одна из самых крупных в мире? и реализация концепции интеллектуальной сети в ее масштабах потребует массового выпуска высокотехнологичной продукции. Потребуются и совсем новые технологии и материалы. Иными станут подходы к планированию, проектированию и строительству объектов сети",— отмечает Роман Бердников, член правления ОАО ФСК ЕЭС. "Вместе с ЕНЭС на новый уровень будут вынуждены выйти и отраслевая наука, и электротехническая промышленность, проектировочный и строительный комплекс",— добавляет он.

В 2009 году ФСК направила на инновационную деятельность, в том числе разработку новых технологий, 580 млн рублей, что составило 0,3% от объема годовой инвестиционной программы, или 0,6% от выручки. Этого достаточно для качественной реализации отдельных проектов, но явно недостаточно для технологического прорыва. Для сравнения: доля расходов на науку в энергокомпаниях развитых стран составляет 3-8%. Бюджет США только на программу по развитию интеллектуальных сетей составляет $4,5 млрд. На разработку аналогичной программы в Португалии выделяется €70 млн. Федеральная сетевая компания уже вышла с предложениями к правительству России поднять уровень финансирования научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в отрасли до 3% от объема инвестиционной программы. И активно ведет переговоры с Российской академией наук, Всероссийским электротехническим институтом, Энергетическим институтом имени Кржижановского и другими отраслевыми научными и проектными организациями о финансировании перспективных разработок, которые позволят Единой национальной общероссийской сети поумнеть и стать более экономичной. По экспертным оценкам, эффект от внедрения в России концепции активно-адаптивной сети позволит почти на четверть снизить удельные капитальные вложения в развитие сетей.