Умные сети электроснабжения

Умные сети электроснабжения(англ. Smartgrid) — это модернизированные сети электроснабжения, которые используют информационные и коммуникационные сети и технологии для сбора информации об энергопроизводстве и энергопотреблении, позволяющей автоматически повышать эффективность, надёжность, экономическую выгоду, а также устойчивость производства и распределения электроэнергии

Правила разработки «Умных сетей» определены в Европе через «Платформу европейских умных сетей электроснабжения» (SmartGridEuropeanTechnologyPlatform).

Развитие технологии умных сетей также означает фундаментальную реорганизацию рынка услуг электроэнергетики несмотря на то, что терминология на первый взгляд предполагает только развитие технической инфраструктуры

С начала XXI века, появились возможности воспользоваться новшествами в области электронных технологий для устранения недостатков и снижения стоимости электрической сети. Например технологические ограничения на потребление около пиковой мощности отражается на всех потребителях в равной степени. Параллельно растущая озабоченность по поводу экологического ущерба ископаемого топлива электростанций привела к желанию использовать большее количество возобновляемых источников энергии. Такие источники как ветроэнергетика и солнечная энергетика, крайне непостоянны, и поэтому возникает потребность в более сложных системах управления, для облегчения их подключения (источников) к управляемой сети. Мощность от солнечных батарей (и в меньшей степени ветрогенераторов) ставит под сомнение необходимость крупных, централизованных электростанций.

 Быстрое снижение расходов указывают на переход от централизованной топологии сети на сильно распределенную, когда производство и расход электроэнергии происходит в пределах локальной сети. Наконец, растущая озабоченность по поводу терроризма в некоторых странах привело к призывам создания более надежной энергетической системы, которая менее зависима от централизованных электростанций — потенциальных целей атаки.

Термин «умная сеть» (Smartgrid) стал известен с 2003 года, когда он появился в статье "Спрос надёжности будет управлять инвестициями " Майкл Т. Burr. В этой работе перечислено несколько функциональных и технологических определений умной сети, а также некоторых преимуществ. Общим элементом для большинства определений является применение цифровой обработки данных и связи к электрической сети, что делает поток данных и управления информацией ключевыми технологиями умных сетей. Различные возможности широкой интеграции цифровых технологий, а также интеграция новой сети информационных потоков для контроля над процессами и системами являются ключевыми технологиями при разработке умных сетей.

На данный момент электроэнергетика преобразуется в трёх классах: улучшение инфраструктуры ("сильная сеть в Китае); добавление цифрового слоя, который является сущностью умной сети и преобразование бизнес-процессов, делающих умные сети рентабельными. Большая часть работ вкладывается в модернизацию электрических сетей, особенно это касается распределения и автоматизации подстанций, которые теперь будут включены в общую концепцию умных сетей, однако также развиваются и другие дополнительные возможности.

Основные технологии умных сетей появились из-за ранней попытки использования электронного управления, измерения и мониторинга. В 1980 году автоматическое считывание показаний счетчиков было использовано для мониторинга потребления энергии крупных клиентов, и превратилась в Интеллектуальный счётчик 1990-х годов, который сохраняет информацию о том, как электроэнергия использовалась в разное время дня. Интеллектуальный счётчик находится в непрерывной связи с производителем энергии, то есть мониторинг происходит в режиме реального времени, и может быть использован в качестве интерфейса для устройств быстрого реагирования на спрос и «умные розетки». Ранние формы управления спросом были устройствами, которые пассивно определяли нагрузку на энергосистему, контролируя изменения частоты источника питания. Такие устройства, как промышленные и бытовые кондиционеры, холодильники и обогреватели могли корректировать свой рабочий цикл, чтобы избежать запуска во время пиковой нагрузки сети. Начиная с 2000 года итальянский проект Telegestore первым использовал большую сеть (27000000) домов с использованием смарт-счетчиков соединённых через цифровую сеть используя саму линию электропередачи. В одних случаях были использованы технологии широкополосного доступа по линии электропередачи, в других- беспроводные технологии, такие как ячеистая топология для более надежного подключения к различным устройствам в доме, а также поддержку учёта других коммунальных услуг таких как газ и вода.

Революция мониторинга и синхронизации глобальных сетей произошла в начале 1990-х, когда американское агентство Bonneville Power Administration расширило исследования умных сетей датчиками, способными проводить очень быстрый анализ аномалий качества электроэнергии в очень больших географических масштабах. Кульминацией этой работы стала первая система измерений на широких площадях(WAMS) в 2000 году.Многие страны мгновенно переняли эту технологию, например Китай.

Уже около 15 лет в мировой и примерно 8 лет в отечественной энергетике идёт дискуссия о внедрении и развитии концепций «SmartGrid» и «Цифровая подстанция». Участие в целом ряде форумов и дискуссий, посвящённых этой тематике, личные контакты со специалистами электросетевого комплекса, собственный опыт разработки и внедрения силового электрооборудования, заставляют меня настороженно относиться к этой модной теме. У меня складывается ощущение, что всё, что сейчас делается в этой сфере, напоминает секту.

Есть несколько тезисов, сомнение в которых является «табу» и исключено из общественной дискуссии:

1. SmartGrid – это принципиально новый подход построения электроэнергетики вообще и электросетевого комплекса в частности.

2. SmartGrid – это целенаправленная политика крупных игроков энергорынка, направленная на повышение эффективности использования ресурсов.

3. Технологии «SmartGrid» и «Цифровой подстанции» приведут к заметному снижению затрат на строительство и эксплуатацию электросетевых объектов.

4. Внедрение «умных сетей» и «цифровых подстанций» обеспечит резкое повышение эффективности использования возобновляемых источников электроэнергии и улучшит экологию.

5. Технологии «SmartGrid» и «Цифровой подстанции» – это энергетика завтрашнего дня, которая создаётся уже сегодня.

Это далеко не полный перечень тем, но в рамках данной статьи мы ими ограничимся.

Итак по пунктам:

1. Что такого принципиально нового в построении электроэнергетики предлагают апологеты «умных сетей»? Наложение на существующую систему производства, передачи и потребления электроэнергии ещё одной системы – информационной. Этот принцип описывался в нашем детстве таким анекдотом: что будет, если скрестить ужа с ежом? Ага, полтора метра колючей проволоки. Принципиальная новизна системы подразумевает появление НОВЫХ, ранее отсутствовавших качеств и функций. В этом смысле, современные технологии «smartgrid» и «цифровой подстанции» просто меняют исполнителя в ряде технологических операций. Вместо тёти с блокнотом показания счётчика снимает электронная система коммуникации, вместо электромагнитного реле используется микроэлектронное и т.д. Внедрение новых систем и технологий не является революционным – оно имеет обычный эволюционный характер. И, с точки зрения теории развития технических систем, мы сейчас имеем дело с «завершающим этапом развития», который характеризуется большим количеством незначительных улучшений существующей системы. Это связано не с развитием, как таковым, а с тем, что за десятилетия образовалось большое количество различных предприятий и структур, которые должны оправдывать своё существование. Т.е., на начальном этапе развития электросетевого комплекса они работали на его развитие, а сейчас – на своё.

2. Единственным, по-настоящему заинтересованным в продвижении технологий «smartgrid» и «цифровой подстанции» игроком, я вижу производителей электрооборудования (и, конкретнее, производителей цифровых устройств и средств коммуникации). Большинство деклараций о высокой эффективности и прочих чудесных свойствах этих изделий носят сугубо маркетинговый характер и не подтверждаются сколько-нибудь серьёзными количественными исследованиями. Наверное, они есть и просто искусно укрыты от моего взора. Резоны производителей понятны и благородны – они создают новые изделия и пытаются сформировать рынки для их устойчивого сбыта. Какое отношения эти резоны имеют к декларациям о создании новой энергетики – я не понимаю.

3. Одним из аргументов производителей оборудования для «цифровых подстанций» и «smartgrid» является заявление о том, что применение новых технологий приведёт к сокращению стоимости возведения новых электросетевых объектов.Реального подтверждения этому тезису я не встречал нигде. А вот что встречал, так это некоторое лукавство, когда для демонстрации экономической эффективности затрат на цифровое оборудование выносят за скобки стоимостного подсчёта многие дополнительные системы. Например: при строительстве цифровых подстанций удаётся существенно сэкономить на стоимости контрольных кабелей. При этом за скобки выносится стоимость организации системы гарантированного оперативного питания, затраты на организацию и обеспечение функционирования самой шины процесса, затраты на обучение персонала и поддержку ПО. Ведь ни для кого не секрет, что электронные устройства сколь быстро развиваются, столь же быстро и устаревают. И снимаются с производства. И лишаются поддержки производителей. Ни один честный производитель электроники не декларирует без оговорок жизненный цикл своих изделий хотя бы в 20 лет, я уж не говорю о 30-40 годах. А именно столько обычно служит силовое оборудование. Это приводит к общему укорачиванию периодов между реконструкциями. Что хорошо для производителей, но вряд ли ведёт к снижению стоимости владения объектом. Да и вообще, где вы видели производителя, который говорит: «я сделал такое чудесное устройство, которое стоит дешевле, а покупать его надо реже»?!!

4. Прогнозируемое резкое повышение эффективности тоже не внушает доверия. И вот почему. Современные цифровые системы позволяют собирать гигантский объём информации. Что преподносится как безусловное благо. Но это – не факт. Объём информации не очень коррелируется с управляемостью. То, что мы сейчас владеем терабайтами данных о различных аспектах экономической и социальной деятельности, не делает наше общество более разумным и управляемым. Так же и с сетями. Сначала мы создаём систему по сбору данных, потом – систему по хранению данных. А потом систему по сортировке и фильтрации данных. Потому что реально нам нужен 1% от полученного. Кроме того, существует очень заметное различие в ментальности между разработчиками механических систем и разработчиками электроники и программного обеспечения. Эту разницу очень точно иллюстрирует один из законов Мэрфи: «если бы строители строили дома так, как программисты пишут программы, то первый залетевший дятел разрушил бы цивилизацию» (Второй закон Вайнберга). Это шутка, да. Но в ней очень большая доля правды. А мы говорим об электросетях, которые должны функционировать в течение десятилетий без системных сбоев и веерных отключений. В любых географических и климатических зонах. Кроме того, хотелось бы затронуть ещё один аспект. Наметившийся уже более 15 лет назад тренд на исключение человека из контура оперативного управления системой. Эта голубая мечта фантастов пока не достижима, но уже отразилась на квалификации персонала и принципах обучения. Образно говоря, мы стремимся к ситуации, которая описана в старом советском анекдоте про полёт Белки и Стрелки: «Чукча, собак покормил? Смотри, приборы НЕ трогай!». Про экологический же эффект просто замнём для ясности. Или надо менять цивилизацию. Наша же цивилизация всегда выбирала между экологией и комфортом – комфорт.

5. Так что же такое технологии SmartGrid? Они оставляют больше вопросов, чем ответов. Они не формализованы и, зачастую, разнонаправленны. Их чаще используют как некий пароль. Ещё пять лет назад такими словами-паролями были «нанотехнологии» и «инновации». Мало кто из применявших эти слова реально представлял, о чем они. В лучшем случае, подтягивал свои решения под определение из «Википедии», озаботившись только формальным соответствием. Конечно, наши провода нанотехнологичные – они же состоят из атомов (если внимательно присмотреться). Большинство дискуссий по теме «smartgrid» упирается в жонглирование смыслами. И, по этой причине, бессодержательно. Это – будущее нашей энергетики? Кроме того, эта концепция рождена на западе и внедряется в нашу систему «как есть», без творческого и критического осмысления. Я не «западофоб», хотя это сейчас и модно. Но бездумный отказ от отечественного, почти векового, опыта …удивляет.

Резюмируя всё вышесказанное, хочу предложить своё виденье темы «smartgrid» и «цифровая подстанция»

1. Эти термины являются маркетинговой фишкой для обозначения класса продуктов и технологий по модернизации электросетевого комплекса с применением современных IT-решений.

2. Электросетевой комплекс как в нашей, так и в большинстве других стран подходит к завершению своего жизненного цикла и находится на пороге глобального обновления. Поскольку сегодня не предложено никаких принципиально новых способов производства и передачи электроэнергии, новый цикл развития глобальной энергетики не имеет возможности в процессе обновления совершить качественный принципиальный скачок. Запуск дискуссии и разработок в области «smartgrid» и «цифровой подстанции» был попыткой создать этот принципиальный качественный скачок искусственно. Успешность этой попытки – вопрос дискуссионный. Но замысел красив: закинем идею, и пусть народ сам придумает, что с ней делать.

3. Как и положено, вокруг базовой – очень не глупой – идеи наросло множество спекуляций и откровенного мусора. Но этот побочный эффект – вещь вполне ожидаемая и нормальная. Никогда новые технологии не рождались во всей полноте и проработанности сразу. Единственное, что хотелось бы видеть от людей, принимающих решение в нашей энергетике, это взвешенную и активную позицию. Не только производители оборудования должны сочинять, как будет развиваться энергосистема на 50-летнем горизонте планирования. Это задача энергосистем: сформулировать генеральную концепцию и обеспечить платёжеспособный спрос на продукцию.

4. У идеи «smartgrid» и «цифровой подстанции» отсутствует внятная и привлекательная идеология. Не может вдохновлять на творческий подвиг и прорыв идея «сделать чуть лучше, чем есть».

5. И самое парадоксальное: этим надо заниматься!
Есть надежда, что совокупное броуновское движение приобретёт наконец осмысленный вектор развития и мы сможем совершить этот качественный скачок. И гораздо интереснее работать вот на эту зыбкую перспективу, чем пытаться воспроизводить технологии прошлого века.