FACTS-устройства как базовый кластер электроэнергетики на этапе перехода российской экономики к шестому технологическому укладу

ШЕСТОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УКЛАД: МЕХАНИЗМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

13-14 ноября 2015 г.

УДК 621.316.722.076.12

FACTS-устройства как базовый кластер электроэнергетики на этапе перехода российской экономики к шестому технологическому укладу

М. С. Балабанов, Р. Н. Хамитов

В настоящее время в России реализуется этап создания энергосистем с активно-адаптивной сетью (ЭЭС ААС) - технических систем, отличающихся большим числом датчиков систем сбора, элементов и обработки информации о состоянии оборудования, наличием исполнительных органов, системой управления в реальном масштабе времени, системой оценки текущей и прогнозирования будущей ситуации, быстродействием управляющей системы и информационного обмена. [1]

Особенностью тазой электрической сети является резервированная структура, позволяющая с помощью гибкого управления потоками энергии избегать появления «узких мест» и опасных неустойчивых режимов работы. Предполагается, что оперативное управление конфигурацией сети и потоками энергии позволит повысить передающую способность сетей, смягчить проблемы возникновения каскадных аварий, обеспечить надежные электрические связи энергоисточников с потребителями энергии и, в конечном счете, повысить надежность электроснабжения потребителей и экономичность работы сети. [1]

Таким образом, на современном этапе развития ЭЭС наряду с вопросами совершенствования технологий преобразования и передачи электроэнергии актуальны вопросы управления такими свойствами систем, как их экономичность, надежность безопасность и живучесть. Каждое из перечисленных свойств рассматривалось и ранее, на предыдущих этапах развития ЭЭС, однако нередко в отдельности, без взаимосвязи между собой. В настоящее время рациональное решение задач перспективного развития, организации эксплуатации и технического обслуживания, оперативно-технологического управления возможно при комплексном учете и рассмотрении перечисленных свойств, определяющих качество функционирования энергосистем. [1]

Учитывая изложенное, концепцию Smart Grid и ее практическое воплощение в России в виде ЭЭС ААС (ИЭС ААС) можно интерпретировать как создание энергосистем с повышенным качеством функционирования. От технических средств активно-адаптивной сети (в основном FACTS-устройств), обеспечивающих её управляемость, в значительной степени зависит возможность «интеллектуализации» электроэнергетики [2].

Вступивший в силу в 2014 году «Третий энергопакет» призван объединить довольно разобщенный пока энергетический рынок ЕС. В Европе просматриваются тенденции по формированию сквозного отраслевого баланса топливно-энергетических ресурсов (электроэнергии, газа, нефтепродуктов, угля и т. п.) по видам взаимосвязанных энергетических бизнесов («добыча топлива - генерация энергии/тепла - передача - распределение») с выходом на единый киловатт-час (кВтч) или гигакалорию (Гкал), структурированных в национальном/международном, территориальном/отраслевом, производственном/экономическом и подобных аспектах. На основании законодательной базы и эволюции интеллектуальные технологии в ЕС к 2020 году должны пройти путь от Smart Metering («умного учета»), SmartGrid («умной сети») к SmartSity - «умному городу» [3, с.4].

Прогнозируя развитие электроэнергетики, Департамент энергетики США сформулировал следующее видение распределительных сетей недалекого будущего: «Сеть 2030 - полностью автоматизированная распределительная сеть, обеспечивающая параллельный поток электричества и информации от электростанции до потребителей, включая все промежуточные точки». Таким образом, распределительная сеть будущего - это интеллектуальная сеть, которая сочетает в себе комплексные инструменты контроля и мониторинга, информацион-

ные технологии и средства коммуникации, обеспечивающие значительно более высокую производительность энергосети и позволяющие генерирующим, сбытовым и коммунальным компаниям предоставлять населению энергию высокого качества. [4]

Технические средства Smart Grid играют решающую роль в реализации этой технологии на практике. Технические средства можно разделить на следующие основные группы [5, 6]:

1. Устройства регулирования (компенсации) реактивной мощности и напряжения, подключаемые к сетям параллельно;

2. Устройства регулирования параметров сети (сопротивление сети), подключаемые в сети последовательно;

3. Устройства, сочетающие функции первых двух групп, - устройства продольно-поперечного включения;

4. Устройства ограничения токов короткого замыкания;

5. Накопители электрической энергии;

6. Преобразователи рода тока (переменный ток в постоянный и постоянный ток в переменный);

7. Кабельные линии электропередачи постоянного и переменного тока на базе высокотемпературных сверхпроводников;

8. Информационные технологии;

9. Программные средства.

Первые четыре+ группы устройств относят к технологии FACTS, под которыми, как правило, понимается совокупность устройств, устанавливаемых в электрической сети и предназначенных для стабилизации напряжения, повышения управляемости, оптимизации потокораспределения, снижения потерь, демпфирования низкочастотных колебаний, повышения статической и динамической устойчивости, а в итоге - повышения пропускной способности сети и снижения потерь. Существенную роль во всем многообразии устройств FACTS играет силовая электроника на базе различных модификаций преобразователей напряжения, использующих управляемые полупроводниковые вентили. [5, 6]

Таким образом FACTS устройства являются базовым элементом архитектуры Smart Grid определяющим ее функциональные возможности и живучесть.

ОАО «ФСК ЕЭС» в настоящее время рассматривает вопросы по созданию иерархической системы автоматического управления режимом энергосистемы (ЕНЭС, энергорайонов) по напряжению и реактивной мощности (САУ НРМ). Такая САУ НРМ должна будет строиться как трехуровневая система управления: уровень энергосистемы, уровень энергорайона и уровень энергообъектов (ПС, электростанция, крупные потребители электроэнергии). [7]

В условиях идущего объединения энергорынков (Россия-СНГ, Россия-Европа, Россия-Азия [8, с.8]) вопрос синхронизации и интеграции работы энергосетей как системной инфраструктуры энергетики чрезвычайно важен. Кто и откуда (из России или из-за рубежа) фактически станет управлять режимами энергоснабжения и перетоками электроэнергии в экономике нашей страны, будет зависеть от успешного создания данной инновационной энергосистемы - Smart Grid [9].

Зарубежные аналитики - ученики и последователи Н. Д. Кондратьева - сходятся во мнении, что мировая экономика сегодня переживает завершение очередного «кондратьевского» цикла. Специалисты считают, что при сохранении нынешних темпов технико-экономического развития, шестой технологический уклад начнёт оформляться в 2010-2020 годах, а в фазу зрелости вступит в 2040-е годы. Для подобных прогнозов есть основания. В США, например, доля производительных сил пятого технологического уклада составляет 60%, четвёртого - 20%. И около 5% уже приходятся на шестой технологический уклад. [10]

Доля технологий пятого уклада в России пока составляет примерно 10% в наиболее развитых отраслях: в военно-промышленном комплексе и в авиакосмической промышленности. Более 50% технологий относится к четвёртому уровню, а почти треть - к третьему. Вхождение России в шестой технологический уклад не самоцель, а вопрос выживания, развития экономики, обеспечения безопасности и международного статуса страны, достижения высо-

FACTS-устройства как базовый кластер электроэнергетики на этапе перехода российской экономики

к шестому технологическому укладу кого уровня благополучия граждан. Отсюда понятна вся сложность стоящей перед отечественной наукой и технологиями задачи: чтобы в течение ближайших 10 лет наша страна смогла войти в число государств с шестым технологическим укладом, ей надо, образно говоря, перемахнуть через этап - через пятый уклад. [10]

При определении перечня высокотехнологичных и наукоёмких видов деятельности Министерство экономического развития РФ использовало классификацию, предложенную «Организацией экономического сотрудничества и развития» (ОЭСР). Советом при Президенте по модернизации экономики и инновационному развитию России утвержден перечень приоритетных направлений модернизации [11], куда вошла - «энергоэффективность и ресурсосбережение».

Таким образом решение задач по построению архитектуры SmartGrid / внедрению FACTS-устройств российской энергетикой является важным направлением решения «Зада-чи-25» [11] и соответствующему поэтапному переходу российской экономики к шестому технологическому укладу, так как энергетика является базовой инфраструктурной отраслью, во многом определяющей эффективность и конкурентоспособность всех остальных отраслей.

Несмотря на то, что «Энергетическая стратегии РФ» [12] закрепила в качестве приоритетных задач - внедрение FACTS-устройств на промышленных и сетевых объектах, ее реализация сдерживается отсутствием методики выбора конкретного типа и характеристик оборудования. В связи с актуальностью данной темы авторами разработана методология выбора FACTS-устройств оформленная Свидетельствами [13, 14] и раскрытая в монографии [15].

литература

1. Ситников, В. Ф., Скопинцев В. А. Интеллектуальная электроэнергетическая система с активно-адаптивной сетью / В. Ф. Ситников, В. А. Скопинцев // Электричество. -2012. - № 3, - С.2-7.

2. Основные положения концепции интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью [Электронный ресурс] // Сайт ОАО «ФСК ЕЭС». URL: http://www.fsk-ees.ru/upload/docs/ies_aas.pdf (дата обращения 26.03.2015).

3. Умный учет - первый шаг к умным сетям / Презентация ОАО «ФСК ЕЭС». г. Санкт-Петербург, 17.06.2010г. [Электронный ресурс] // URL: http://www.fsk-ees.ru/media/File/evolution/innovations/Presentation/Doklad_Slobodin.pdf

4. Желонкин, А. В. Будущее - за интеллектуальными электросетями / А. В. Желонкин, А. В. Белявский // Энергетика Татарстана. - 2010. - N3. - с. 13-21

5. Кобец, Б. Б. Инновационное развитие электроэнергетики на базе концепции Smart Grid / Б. Б. Кобец, И. О. Волкова - Москва: иАц Энергия, 2010. - 208 с.

6. Шакарян, Ю. Г. Технологическая платформа Smart Grid (основные средства) / Ю. Г. Шакарян, Н. Л. Новиков // Энергоэксперт. - 2009. - № 4. - С. 42 - 49.

7. Воротницкий, В. Э. Оптимизация режимов электрических сетей 220-750 кВ по реактивной мощности и напряжению / В. Э. Воротницкий, М. А. Рабинович, С. К. Каковский // Научно-технический журнал «Энергия единой сети». - июнь-июль 2013. - N3 (8). - С. 50-59

8. Новиков, С. Системы регулирования энергетики России и ЕС: опыт, уроки, эволюция и взаимодействие [Электронный ресурс] / С. Новиков // Сайт Федеральной службы по тарифам России. Презентация. URL: http://www.fstrf.ru/about/activity/inter/meropr/6/Novikov_rus.pdf

9. Иванов, Т. Курс на Smart Grid. Интеллектуальная электроэнергетика как новый формат геоэнергетической суверенности России / Т. Иванов // Журнал Умные измерения. - август, 2011. - N2. - С.6-7

10. Каблов, Е. Шестой технологический уклад., акад. [Электронный ресурс] / Е. Каблов// Наука и жизнь. - 2010 - N4. - Режим доступа: http://www.nkj.ru/archive/articles/17800/

11. Балацкий, Е. В. Доктрина высокотехнологичных рабочих мест в российской экономике. Монография / Е. В. Балацкий, Н. А. Екимов. - М.: Эдитус, 2013. - 124 с.

12. Распоряжение Правительства РФ от 13 ноября 2009 г. N 1715-р «Об Энергетической стратегии РФ на период до 2030 г.»

13. 2014 663 236 от 23.12.2014г. программа для ЭВМ «Определение типа FAСTS-устройств»

14. 2015 617 896 от 24.07.2015г. программа для ЭВМ «Определение типа FAСTS-устройств V2.0»

15. Балабанов, М. С. FACTS-устройства. Выбор при проектировании электрооборудования предприятий : монография / М. С. Балабанов, Р. Н. Хамитов. - Омск : Изд-во Ом-ГТУ, 2015. - 184 с. : ил.