Будущее — за интеллектуальными энергосистемами

06.02.13 10:11

Нужно понимать, что энергоэффективность и энергосбережение — это разные понятия. Энергосбережение главным образом направлено на уменьшение потребления энергоресурсов, при этом сохраняется соответствующий полезный эффект от их использования. Энергоэффективность отражает отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к их затратам. Несмотря на имеющиеся важные отличия, эти термины настолько переплетаются, что мы часто употребляем их вместе.

В нашей стране с энергосбережением есть некоторые проблемы, но с энергоэффективностью не просто проблемы, а действительно сложная ситуация, требующая комплексных мер.

Помимо снижения потерь электроэнергии, повышение энергоэффективности предполагает повышение надежности энергоснабжения, обеспечение качества электроэнергии, развитие системы учета на основе интеллектуальных технологий. Росту энергоэффективности будет способствовать внедрение интеллектуальной услуги «активный потребитель», предполагающей информирование о потреблении, тарифах, экономии и возможность выбора тарифа.

Еще один способ повышения энергоэффективности — продвижение энергосберегающих технологий, к примеру, систем управления уличным освещением, энергосберегающих ламп, инновационных отопительных систем и распределенной генерации. Необходимо проведение PR-акций, повышение уровня информированности населения о новых технологиях.

 

Снижаем потери

Снижение потерь электроэнергии должно начинаться с организационных мероприятий — совершенствования нормативно-правовой базы, организации системы мониторинга баланса и потерь. Конечно, должен присутствовать и контроль эффективности внедренных мероприятий.

При разработке и утверждении программ снижения потерь (в составе схем развития электрических сетей) важно закреплять персональную ответственность и сроки выполнения мероприятий. Можно стимулировать персонал повышением доли выплат за выявление безучетного и бездоговорного потребления — с одной стороны, и повышением ответственности за сокрытие таких фактов — с другой. Нельзя забывать и о повышении квалификации персонала.

Второй компонент — мероприятия по снижению технических потерь, к которым относятся оптимизация схем и режимов работы сети, компенсация реактивной мощности, реконструкция и развитие электрических сетей с увеличением пропускной способности, ввод в работу энергосберегающего оборудования, отключение трансформаторов с сезонной нагрузкой.

В эту же категорию попадают другие мероприятия Типового перечня и инновационные решения, в том числе разработка и внедрение пилотных проектов smart grid.

Основное и наиболее эффективное мероприятие по снижению технических потерь электроэнергии — компенсация реактивной мощности в электрических сетях и у потребителей.

Третий компонент — мероприятия по снижению нетехнических потерь. Главным образом, они направлены на выявление безучетного и бездоговорного потребления и его ликвидацию. Стоит помнить, что самый воруемый продукт в мире — не деньги и не автомобили, а электроэнергия. Объем воровства электроэнергии в стране — это показатель социального уровня и уровня развития технологий. К сожалению, Россия по количеству воровства электроэнергии далеко не на последнем месте.

Так что наиболее эффективные мероприятия по снижению потерь электроэнергии в распределительных сетях связаны в основном со снижением коммерческих потерь. Эти мероприятия снижают фактические потери электроэнергии и соответственно затраты сетевых компаний на компенсацию сверхнормативных потерь.

 

Столбовая трансформаторная подстанция напряжением 10/0,4кВ

 

Обновляем распределительные сети

Для энергосбережения при эксплуатации и развитии распределительных электрических сетей необходимо использовать подходы, связанные с реновацией. Сегодня электросетевое оборудование изношено приблизительно на 70 %, необходимо снизить эту цифру хотя бы до 50 %.

Программа реновации предполагает снижение износа оборудования, ввод в эксплуатацию компенсирующих устройств реактивной мощности, повышение пропускной способности существующих линий, применение самонесущих изолированных проводов для воздушных линий, использование оборудования с повышенными показателями энергоэффективности и пр.

Если говорить о текущем состоянии систем учета электроэнергии (а без них рассуждения об энергоэффективности не содержательны), то и здесь много проблем. Значительная часть приборного парка устарела, не соответствует современным требованиям и не реализует новые возможности, такие как тарифное меню, сбор и передачу данных через телекоммуникационные каналы.

Программа развития и модернизации систем учета электроэнергии требуют больших затрат, однако и экономический эффект от таких инвестиций существенный. Его слагаемые — это дополнительная выручка за услуги по передаче электроэнергии от снижения коммерческих потерь, снижение недоотпуска электроэнергии и инвестиций в связи с оптимизацией потребления. Это повышение эффективности мероприятий по управлению режимом работы сети, снижение эксплуатационных затрат и другие.

Еще несколько слов о таких эффективных мерах, как установка устройств компенсации реактивной мощности и контроль ее потребления. Эти мероприятия позволяют снизить потери электроэнергии на 1-2 % и окупаются в течение одного-двух лет. В результате мы обеспечиваем прирост потребления активной мощности без увеличения ее выработки. Растет устойчивость и технико-экономическая эффективность систем электроснабжения, появляется возможность для присоединения новых потребителей.

Есть и другие методы повышения энергоэффективности. К примеру, использование столбовых трансформаторных подстанций напряжением 10/0,4кВ и изменение топологии сети 0,4-10кВ. Известно, что в сетях 0,4 кВ более высокая аварийность, больше потерь и более низкое качество электроэнергии, чем в высоковольтных электросетях. Максимальное снижение протяженности сети 0,4 кВ и приближение сети 10 кВ и выше к энергопринимающим устройствам потребителя с установкой столбовых трансформаторных ПС 10-20/0,4 кВ на 1-5 абонентов позволяет существенно повысить надежность электроснабжения и снизить потери электроэнергии.

На энергоэффективность положительно влияет применение высокотехнологичных проводов для ВЛ 35 – 110 (220)кВ (к примеру, провод Aero-Z, который рекомендуется для применения в районах с интенсивными ветровыми и гололёдными нагрузками). Ей способствует использование многогранных металлических опор.

Еще один путь — компактные линии электропередачи. В 70-80-х г.г. была проведена серьезная исследовательская работа, данная технология была разработана почти до конца. Компактные линии предполагают другие параметры по индуктивности, емкости и т.д., однако ни одного примера в РФ нет. Сейчас мы ищем вариант для реализации пилотного проекта. 

 

Пункт секционирования ВЛ 6-20кВ с регулированием напряжения посредством ВДТ на управляемой ВЛ 10кВ

 

В системообразующих сетях 220-750 кB

В случае с системообразующими сетями проблемы немного другие. Для их решения внедрение инновационных техники и технологий — ключевой момент.

Посмотрим на состояние электросетевого комплекса ОАО «ФСК ЕЭС». 47% подстанционного оборудования эксплуатируется сверх норматива (более 25 лет), из них 17 % уже достигли аварийного срока эксплуатации (более 35 лет). Не лучше ситуация и с линиями электропередач — 67 % линий старше 25 лет, из них 26 % — старше 40.

Развитие и модернизация электрических сетей ОАО «ФСК ЕЭС», запланированная на 2010-2014 гг. суммарно потребует капиталовложений в размере 435 млрд руб. Какие решения позволят электросетям стать энергоэффективнее?

Сегодня повсюду говорят об интеллектуальных энергосистемах. (У нас принято термин «smart grid» переводить как «интеллектуальные сети», но, на мой взгляд, «энергосистемы» в данном контексте — точнее). Сейчас создается несколько проектов — интеллектуальные энергосистемы Северо-Запада, Востока, Сибири.

Существует несколько категорий технических средств повышения энергоэффективности и снижения потерь электроэнергии в электрических сетях ОАО «ФСК ЕЭС». Во-первых, группа устройств регулирования реактивной мощности под общим термином FACTS — «управляемые линии электропередач переменного тока». Эти устройства можно условно разделить на две категории: первого поколения (меняют только напряжение или только реактивную мощность) и второго (электроника позволяет обеспечить изменение и напряжения, и фазы).

К FACTS относятся статические компенсаторы (СТК — первое поколение, СТАТКОМ — второе), устройства управляемой продольной компенсации и фазоповоротные устройства. Кроме того, существуют электромеханические устройства (асинхронизированные компенсаторы).

На мой взгляд, одно из важнейших средств повышения энергоэффективности и снижения потерь — это вставки несинхронной связи для объединения энергосистем. Использование высокотемпературной сверхпроводимости — тоже эффективное средство, но пока оно еще на этапе пилотного проекта, исследовательских задач.

Применение аккумуляторных батарей большой мощности позволяет сглаживать пики нагрузок, обеспечивать резервное питание промышленных объектов и объектов РЖД и устойчивую работу ВИЭ и малой генерации, а также возможность применения станций для быстрой подзарядки электромобилей. По накопителям энергии на сегодняшний день много разговоров. Мы ставим задачу создания накопителя мощностью порядка 20 МВт и энергоемкостью 5 МВт·ч, со сроком службы не менее 30 лет. Накопители, представленные на рынке сегодня, этим характеристикам не соответствуют.

 

Состояние электросетевого комплекса ОАО «ФСК ЕЭС»

 

Что на выходе?

Какова ожидаемая эффективность указанных мероприятий для электроэнергетики России? Во-первых, это снижение потерь электроэнергии в сетях всех классов напряжения на 25 %, что даст экономию порядка 34 – 35 млрд кВт·ч в год. Оптимизация генерации и потребления за счет сглаживания графиков нагрузки сэкономит порядка 15 млрд руб. в год, а повышение пропускной способности линий электропередачи до 30 % — 20 млрд руб. в год.

Улучшатся сетевые показатели. Снизится вероятность системных аварий на 30 % (порядка 120 млн руб. в год), сократится недоотпуск электроэнергии потребителям в два раза (180 млн руб. в год).

Проведенный комплекс мероприятий позволит снизить объем прироста сетевого и генерирующего оборудования, что обеспечит экономию порядка 8 млрд руб. в год.

В итоге суммарная эффективность может составить до 50 млрд руб. в год.

 

Электросеть в новых условиях

К электрической сети в новых условиях будут предъявляться новые требования. Это доступность, то есть обеспечение потребителей энергией в зависимости от того, когда и где она им необходима, и в зависимости от оплачиваемого качества. Надежность — возможность противостояния физическим и информационным негативным воздействиям без тотальных отключений или высоких затрат на восстановление работы. Экономичность — функционирование в соответствии с основными законами спроса и предложения на базе обоснованных цен; сбалансированные объемы производства и передачи электрической энергии и мощности.

Электросети должны быть эффективными, то есть обеспечивать контроль над затратами, снижение потерь электроэнергии при ее передаче и распределении, более эффективное производство электроэнергии и эксплуатацию оборудования. Немаловажно обеспечить безопасность и снизить воздействие на окружающую среду посредством нововведений в генерации, передаче, распределении, хранении и потреблении.

Важная характеристика новой сети — технологическое единство. Национальная сеть должна быть модернизована не посредством разных технологий, выбранных в случайном порядке, а с помощью спланированной программы и системы взглядов.

Мы должны максимально использовать установленную мощность генерирующих источников и построенных сетей. Для этого нужно, чтобы в деле повышения эффективности участвовали все — и сетевики, и генерация, и нагрузка. Отсюда — необходимость в интеллектуальной энергетической системе.

 

Сущность smart grid

 

Энергетический интернет

Внедрение комплексных инновационных решений — smart grid технологий — основа повышения энергоэффективности электросетевого комплекса в современных условиях.

Smart grid — это концепция полностью интегрированной, саморегулирующейся и самовосстанавливающейся электроэнергетической системы, имеющей сетевую топологию и включающей в себя все генерирующие источники, магистральные сети (в том числе межгосударственные системообразующие ЛЭП), местные распределительные сети и все виды потребителей электрической энергии, управляемые единой сетью устройств и систем в режиме реального времени.

Smart grid появилось как коммерческое явление, своего рода PR-акция. Около 15 лет назад придумали схему связи ветроустановки с энергосистемой, и чтобы продать, ее назвали «умной сетью». Потом этот термин стал жить и развиваться.

Интеллектуальная сеть предполагает интеграцию двух инфраструктур — электрической и информационной. По сути дела smart grid — это «энергетический интернет». Благодаря ему в любой момент человек знает, сколько стоит электроэнергия и сколько он может ее потребить.

Как и в случае с информационными технологиями, нам придется предметно изучать вопросы безопасности применительно к smart grid. Информационная безопасность — ключевая задача для интеллектуальной энергетической системы. Затраты на ее обеспечение пока не подсчитаны, но они могут оказаться существенно большими, чем стоимость создания самой системы.

Эффект же от внедрения интеллектуальных энергосистем будет виден на всех уровнях — от государства до потребителя.

 

Записала Екатерина Зубкова

Иллюстрации ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС»

На первой фото: участок управляемой сети напряжением 10 кВ

Читайте также: