«Умные» сети в электроэнергетике

Успешность решения проблем выхода из глобального кризиса и устойчивого посткризисного развития экономики нашей страны во многом определяется тем, насколько электроэнергетическая отрасль России сможет удовлетворить текущие и перспективные потребности в энергоресурсах и сопутствующих услугах.

Исходя из прогнозируемых объемов спроса на электроэнергию при высоких темпах развития экономики (оптимистический и благоприятный варианты Генсхемы 2008), суммарное производство электроэнергии может возрасти по сравнению с 2000 г. более, чем в два раза к 2020 г. (до 2000 млрд. кВт•ч). При пониженных темпах развития экономики (базовый вариант Генсхемы 2008) производство электроэнергии составит 1700 млрд. кВт•ч. Обеспечение этих уровней электропотребления требует решения ряда проблем, которые носят системный характер: снижение объемов ограничений на передачу мощности, обновление основного энергетического и электротехнического оборудования, преодоление технологической отсталости, рационализация структуры топливного баланса и ряд других проблем.

Президент Российской Федерации Дмитрий Медведев на заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики, проходившей в марте 2010 г., отметил значительный потенциал ТЭКа в повышении энергоэффективности и подчеркнул необходимость внедрять инновационные подходы на всех технологических этапах: при получении, транспортировке и использовании энергии (см. «Стенографический отчет о заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России», kremlin.ru)

Заместитель председателя Правительства РФ Игорь Сечин отметил, что в 2008 г. относительные потери электроэнергии в электросетевом хозяйстве составили 10,92%. При снижении потерь электроэнергии в электрических сетях России до среднего уровня развитых стран Евросоюза, где этот показатель равняется 7-8%, возможно высвободить до 2 ГВт электрической мощности.

Сегодняшнее состояние электроэнергетики России не соответствует растущей потребности развития экономики и социальной структуры страны, и не только высокий уровень потерь является побудительным мотивом для рассмотрения новых подходов к развитию отрасли. Среди негативных факторов сегодняшней электроэнергетики следует отметить:

• высокие риски потери надежного и качественного электроснабжения потребителей;
• снижение экономичности функционирования ЕЭС России;
• средства управления не отвечают современным требованиям управления большими системами;
• недостаточность применения новых технологий в электроэнергетических сетях;
• отсутствие четкой идеологии и системного характера применения новых технологических решений;
• отставание во внедрении современных средств и систем управления, обеспечения их необходимой информацией для оперативного управления в реальном времени.

Таким образом, сложившаяся к настоящему моменту общая структура электроэнергетической системы нашей страны крайне разнородна по широкой совокупности технико-технологических и иных параметров и характеристик, что сдерживает процесс ликвидации существующих диспропорций и требует упорядочения в рамках единого подхода, который целесообразно сформировать на новых принципах построения энергосистем.

Структура электроэнергетической системы России

Новый подход к построению современных энергосистем базируется на:

• Возможности использования всех видов генерации, развитии нетрадиционных и возобновляемых источников энергии;
• Возможности определения потребителем безопасности, надежности и качества энергоснабжения;
• Скоординированном гибком и оптимальном развитии, надежном и экономичном функционировании и техническом обслуживании.

Ядро энергосистемы - электрические сети должны быть:

• Гибкими: выполнять потребности потребителей, прогнозируя и реагируя на возможные изменения и проблемы;
• Доступными: обеспечение возможности подключения для всех пользователей сети (генераторов и потребителей), с приоритетом возобновляемых источников энергии и источников, наиболее эффективно использующих углеводородные ресурсы;
• Надежными: гарантирование и улучшение безопасности и качества электроснабжения;
• Экономичными: обеспечение меньшей стоимости передачи электроэнергии за счет использования новых технологий, эффективное управление сетями;

При развитии энергосистемы необходимо обеспечить для нее новые качества, в том числе:

• на базе инновационного развития создать новую технологическую основу энергетики России;
• интегрирующую роль электрической сети - структуре, создающей надежность связи генерации и потребителей с повышением качества ее услуг;
• системную установку в сети активных технических средств, дающих эффект при развитии энергосистемы в целом;
• применение новых информационно-технологических систем;
• создание адаптивной системы централизованного и местного управления в нормальных и аварийных режимах;
• применение быстродействующих программ для оценки состояния и управления в режиме on-line и off-line, в т.ч. электропотреблением;
• повышение эффективности использования энергоресурсов и энергосбережение.

Для решения существующих проблем необходим итоговый выход российской электроэнергетики на новое качество управления путем формирования целостной многоуровневой системы управления с увеличением объемов автоматизации и повышением критической надежности всей системы, включая самые слабые и уязвимые звенья. Должен измениться подход к оценке исходных факторов – важно упреждать системные риски и угрозы планирования, иметь возможность быстро реагировать на инциденты и аварии. В итоге состоится переход к интеллектуальной электроэнергетической системе России с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС).

С учетом всесторонней обоснованности такого подхода Премьер-министр Владимир Путин поручил председателю Правления ОАО «ФСК ЕЭС» Олегу Бударгину сконцентрироваться на создании интеллектуальных сетей, что позволит увеличить энергоэффективность и обеспечить надежное электроснабжение (см. «Стенограмма встречи Председателя Правительства Российской Федерации В.В. Путина с председателем Правления ОАО «Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы» («ФСК ЕЭС») О.М. Бударгиным», premier.gov.ru).

ОАО «ФСК» приступило к реализации данной задачи.

Переход к интеллектуальной энергосистеме с активно-адаптивной сетью

ИЭС ААС содержит любые генерирующие источники, в т.ч. нетрадиционные и возобновляемые (НиВИЭ), которые подключаются к потребителям посредством активно-адаптивной сети: линий электропередачи всех классов напряжения, активных устройств электромагнитного преобразования электроэнергии, коммутационных аппаратов, устройств защиты и автоматики, информационно-технологических и адаптивных управляющих систем, обеспечивая:

• адаптивную реакцию в реальном масштабе времени на различные виды возмущений и отклонений от заданных параметров в нормальных и аварийных режимах как собственно в сети, так и на объектах, подключенных к сети (генераторах и потребителях);
• выдачу необходимых управляющих воздействий по результатам обработки информации, поступающей от информационно-измерительной системы ИЭС ААС;
• надежную и экономичную параллельную работу всех объектов, формирующих электроэнергетическую систему.

ИЭС ААС является интегрирующей платформой для достижения целей, главных направлений технологического обновления и развития России.

За рубежом в последний период в ряде стран разрабатываются проекты перехода к «умным сетям». Разработки такого рода за рубежом часто называют созданием SMART GRID.

При этом общим зарубежным подходом к SMART GRID, исходя из сложившихся организационно-управленческих потребностей, является подход, который должен в конечном итоге привести к упорядоченной взаимосвязанности функционирования и взаимодействия компактно расположенных генерирующих объектов, электросетей и потребителей за счет интеллектуальных возможностей, отказоустойчивости и двустороннего обмена данными на территориально-организационном уровне, условно соответствующем уровню муниципальных образований. Декларируемым преимуществом SMART GRID является возможность повсеместного подключения небольших генерирующих источников электроэнергии (включая ВИЭ), то есть способность адаптироваться к динамике потребления и обеспечение экономии энергии со снижением выброса парниковых газов при современном уровне удовлетворения запросов потребителей. Предлагаемые зарубежными корпорациями концепции технического развития и практические разработки в рамках этих концепций успешно удовлетворяют имеющийся спрос на локальные интеллектуальные сети в электроэнергетике, не ставя по объективным причинам управленческих задач интегративного характера на межрегиональном, национальном и международном уровне функционирования энергетических систем.

В то же время, сложившаяся российская электроэнергетическая инфраструктура с ее традиционной, оправданной более ранней и современной практикой решения проблем энергообеспечения потребителей в сложных условиях экономического, технического, природно-климатического и т.п. характера, ориентацией на крупные генерирующие объекты, требует новых подходов для присоединения к имеющимся сетям распределенных объектов малой и альтернативной энергетики и связанных с ними локальных энергосетей. Такие подходы в нашей стране значительно отличаются от практикуемых в большинстве зарубежных стран, так как российская электроэнергетическая система обладает качественно иным уровнем интегрированности и развивается на основе принципов функционирования больших систем со значительно более высоким уровнем сложности системных взаимосвязей и, соответственно, решаемых задач принципиального построения и текущего регулирования, что требует перестройки не только присоединяемых объектов, но и всей глобальной электроэнергетической сети на принципах многофункциональной автоматизации. Решение задачи осложняет наличие слабых, в то же время протяженных связей, что ограничивает возможность пропускать большие потоки мощности. То есть в нашей стране требуется технико-организационное обеспечение качественно нового уровня интегрированности общероссийской электроэнергетической системы, в том числе с учетом перспективных задач поэтапного восстановления координационного управления функционированием энергетических систем стран СНГ на двухсторонних и многосторонних началах.

Общая структура ИЭС ААС (включает в себя генерирующие источники, накопители электроэнергии и потребителей, связанных посредством активно-адаптивной сети)

Реализация концепции развития интеллектуальной электроэнергетической системы России с активно-адаптивной сетью обеспечит следующие аспекты эффективности:

Аспекты эффективности при построении ИЭС ААС:

• управление спросом и снижение потерь с ликвидацией коммерческих потерь снизят общее электропотребление как минимум на 5%;
• активно-адаптивное регулирование режимов электропотребления уменьшат приросты максимумов электрической нагрузки и снижение потребность в резервах мощности, т.е. снижая требуемую вводимую мощность электростанций;
• существенное повышение пропускной способности линий электропередачи и сечений, уменьшая потребность в капитальных вложениях в строительство сетей;
• увеличение надежности электроснабжения за счет превентивного и адаптивного управления ЭС ААС и ее элементами кратно сократит ущербы от системных аварий и перерывов электроснабжения потребителей;
• снижение площади землеотводов под электросетевые коммуникации.

Создание энергосистемы с активно-адаптивной сетью является качественно новым техническим уровнем развития отечественной энергетики и создает положительный мультипликативный эффект для промышленности и других сфер деятельности в России, повышение возможностей экспорта новых технологий:

1. Развитие новых инновационных технологий (освоение массового производства принципиально новых устройств и материалов: оптических трансформаторов, оборудования на основе высокотемпературной сверхпроводимости, силовая электроника и т.п.).

2. Разработка новых актуальных направлений по НИОКР, фундаментальным исследованиям, научно-исследовательским работам.

3. Развитие промышленности страны и смежных отраслей, обеспечивающих разработку и внедрению новых технических устройств с качественно новыми характеристиками. Создание отечественной производственной базы, снижение доли импортного оборудования.

4. Повышение эффективности использования энергоресурсов, снижение энергоемкости отечественной промышленности, с применением опыта ведущих мировых стран.

5. Востребованность и развитие отечественного научного потенциала, подготовка и профессиональная поддержка квалифицированных кадров.

6. Развитие альтернативных источников электроэнергии и малой генерации.

7. Снижение, за счет экономии производства электроэнергии и снижения запасов мощности, выбросов углекислоты (Киотский протокол) и вредных веществ в атмосферу.

Таким образом, общим результатом развития ИЭС ААС является повышение надежности, качества и экономичности энергоснабжения потребителей путем модернизации электрических сетей ЕЭС России на базе инновационных технологий с превращением их в интеллектуальное (активно-адаптивное) ядро технологической инфраструктуры электроэнергетики, отвечающее задачам построения высокоэффективной экономики России.

Владимир Дорофеев, Генеральный директор ОАО «НТЦ электроэнергетики»

первой фотографии: сверхпроводящий кабель (фото Forest, photos.ya1.ru)

Ссылки по теме:
Мурманская область, возможно, будет экспортировать в Европу свет. Или когда киловатты побегут за границу?
Ваша система работает на прибыль
Российский рынок электротехники: итоги 2009 года, прогноз-2010