Об “умных сетях” в последнее время все чаще говорят не только в мире, но и в России. Если оценивать перспективы концепции, они выглядят поистине сказочными. Если же взглянуть на список дел, который необходимо выполнить для достижения целей Smart Grid, задача покажется невыполнимой. Ниже мы попробуем представить концепцию в реальном свете, а также расскажем о первых “умных сетях” в нашей стране.

Be Smart

Но сначала хорошо бы разобраться, с чем мы имеем дело. Несмотря на то что само выражение Smart Grid уже с добрый десяток лет на слуху научного и бизнес-сообщества, к единой трактовке этого понятия стороны не пришли до сих пор. Так, на уровне государства Smart Grid рассматривается как идеологическая основа национальных программ развития электроэнергетики. В то же время компании-производители оборудования оценивают это направление в первую очередь с точки зрения открывающихся возможностей для создания и развития нового бизнеса. Еще одно заинтересованное лицо представляют собой энергетические компании, видящие в Smart Grid ту базу, которая обеспечит их устойчивое развитие и приток инновационных технологий.

Наиболее удачно на сегодняшний день определить, что же такое Smart Grid, получилось у Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), предлагающих считать “умные сети” концепцией полностью интегрированной, саморегулирующейся и самовосстанавливающейся электроэнергетической системы, имеющей сетевую топологию и включающей в себя все генерирующие источники, магистральные и распределительные сети и все виды потребителей электрической энергии, управляемые единой сетью информационно-управляющих устройств и систем в режиме реального времени. Говоря простым языком, концепция предполагает создание электроэнергетической системы, которая будет знать “все обо всем”, “давать каждому по потребностям”, уметь самодиагностироваться и самовосстанавливаться и при этом сохранять возможность единого централизованного управления.

Почему это актуально?

Как уже было сказано, в последнее время Smart Grid уделяется очень много внимания. Проводятся масштабные исследования, разрабатываются государственные программы, строятся “умные города” и т. д. В связи с этим у любого в меру скептичного человека неизбежно возникает вопрос: “А почему именно сейчас об этом так много говорят?”. Ответ можно сформулировать буквально в двух словах: настало время. На самом деле причин с избытком.

  1. Дефицит источников электрической энергии. Не секрет, что “традиционные” источники энергии на нашей планете подходят к концу. В прошлом веке рост электропотребления был обусловлен бурным ростом промышленности и экономики, и спрос потребителей несложно было спрогнозировать. За последние 10—20 лет ситуация изменилась: появилось множество новых технологий, приспособлений, приборов и инструментов, которые питаются исключительно за счет электрической энергии. В итоге средний размер энергопотребления в бытовом секторе с 1970 г. увеличился примерно вдвое как в России, так и за рубежом. И процесс вряд ли пойдет на убыль. В ближайшие годы одним из существенных источников роста потребления электрической энергии будет наметившийся переход на электромобили, о котором заявили правительства многих стран. В целом же, по оценкам US Army Corps of Engineers, в ближайшие 40 лет потребление энергии увеличится в три раза.
  2. Постоянно растущие требования к надежности и качеству электроснабжения со стороны потребителей. По мнению некоторых зарубежных экспертов, в ближайшие 20 лет качество электроснабжения станет самой большой проблемой в отрасли. Большая часть стран Европы и Америки нуждается не только в надежных источниках снабжения топливом, но и в снижении потерь в магистральных линиях электропередачи и системных ограничений. Проводя аналогию с костром, для того чтобы вскипятить котелок с водой, можно просто подвесить его над открытым огнем, а можно соорудить из кирпичей вокруг костра подобие печи. В итоге один и тот же результат будет достигнут с существенно различающимися затратами ресурсов. Также необходима непрерывная модернизация сети для более эффективного обеспечения энергией потребителей. Кроме того, старение инфраструктуры электропередачи и распределенных электростанций в Европе, Америке, России и других странах все больше угрожает безопасности, надежности и качеству электроснабжения.
  3. Старение и нарастающий дефицит квалифицированных кадров.
  4. Рост требований заинтересованных сторон. Причем у каждой стороны отдельный список требований. Стейкхолдеры в первую очередь заинтересованы в результатах деятельности энергетических компаний (читай, в прибыли). Экологи заинтересованы в снижении уровня загрязнения окружающей среды. Все это порождает еще одну важную причину.
  5. Постоянное повышение стоимости электрической энергии во всем мире, несмотря на политику сдерживания тарифов на электрическую энергию, они продолжают рост и в России, и за рубежом.
  6. И наконец, снижение общесистемных затрат. Дело в том, что в своем нынешнем состоянии большинство магистральных и распределительных сетей не в состоянии обеспечить эффективное подключение большого количества малых электростанций (распределенная генерация), работающих в том числе и на возобновляемых источниках энергии. Вырабатываемая этими электростанциями энергия на сегодня, как правило, не обеспечена должным образом диспетчерским управлением, а мощность отдаваемой в сеть электроэнергии зависит от природных условий либо от желания владельца электростанции. Поэтому, несмотря на то что распределенные источники могут произвести существенную долю электроэнергии в энергосистеме, при отсутствии эффективного управления электрическими сетями распределенные источники не смогут заменить существующие классические электростанции.

Выгодно ли это?

Это, пожалуй, один из немногих вопросов, на который можно дать однозначный ответ. Да, Smart Grid определенно выгодна, как на уровне общенациональной программы, так и в масштабах отдельно взятых компаний. Подтверждением тому служат бюджеты, выделяемые странами на развитие этой концепции. В Топ-3 по этому показателю прочно обосновались Китай, США и Индия (70 млрд., 19 млрд. и 19 млрд. долл. соответственно). О том, что подтолкнуло их на столь серьезные инвестиции, становится ясно из таблицы.

По результатам исследования EPRI (Electric Power Research Institute) к 2020 г. дополнительная выручка электросетевых компаний за счет более эффективной и надежной сети составит 1,8 млрд. долл.

По данным Galvin Electricity Initiative, технологии Smart Grid могут сократить затраты в системе распределения электроэнергии США на 49 млрд. долл. в год, а также позволят снизить необходимость в масштабных инфраструктурных инвестициях на величину от 46 до 117 млрд. долл. в течение следующих двадцати лет. Широкое применение технологий, позволяющих клиентам контролировать потребление электроэнергии, может ежегодно вплоть до 2015 г. пополнять экономику США на 5—7 млрд. долл., а к 2020 г. эта сумма вполне может достигнуть 15—20 млрд. долл. К тому же эффективные технологии способны значительно снизить общее потребление топлива и, как результат, цены на топливо для всех потребителей (хотя верится в это с трудом). Кроме того, энергосистема на базе концепции Smart Grid создает новые рынки по мере того, как частный бизнес разрабатывает энергоэффективные и интеллектуальные устройства, “умные” счетчики, новые возможности считывания и коммуникации, пассажирский транспорт.

Но в силу дуализма всего существующего там, где много плюсов, обязательно найдется немалое число минусов. И Smart Grid в этом плане не исключение. Основной фактор, портящий “утопичность” концепции — масштаб изменений. В идеальном случае нужно заменить все и сразу. Но это невозможно. Однако если невыполнимую задачу разбить на множество мелких выполнимых… Именно по этому пути Smart Grid развивается во всем мире, а с недавних пор и в России.

Что у нас?

В последние пару лет растет активность анализа возможностей и путей построения интеллектуальной энергетики в России, в первую очередь в политической, научной сферах, в деятельности энергетических компаний и даже интеграторов. Так, Российским энергетическим агентством и Агентством по международному развитию США в соответствии с договоренностями, достигнутыми в ходе встречи президентов Российской Федерации и США, подписан Протокол о намерениях в развитии сотрудничества по проблемам чистой энергетики, “умных” сетей и энергоэффективности, содержащий план действий двух стран по развитию сотрудничества в направлении Smart Grid в России. Активная работа ведется Академией наук РФ, в частности Институтом энергетических исследований РАН, которым изучаются концептуальные вопросы перехода России к интеллектуальной энергетике, а также рядом других академических и отраслевых институтов, ведущих исследования и разработки, имеюobt непосредственное отношение к этому направлению.

Но договора и намерения — это одно. Можно вспомнить много проектов, которые выглядели просто отлично на бумаге, а затем оказывались практически нежизнеспособными в наших реалиях. Одна из возможных причин могла быть недостаточная подготовка людей на местах. И дело не столько в людях, сколько в сложности, масштабности и многогранности задачи, которая была поставлена перед ними.

Сами энергетические компании часто видят проблемы только “со своей колокольни”. Основная их деятельность — не производство программного обеспечения, не разработка и настройка хардверных решений. И уж тем более им нет необходимости держать в штате специалистов? занимающихся концептуальными вопросами построения “умной сети”.

Концепция “умной сети” охватывает практически все области электроэнергетики, поэтому существует очень много прикладных решений предназначенных для реализации той или иной задачи. Однако при этом часто данные решения ограничиваются только своей предметной областью. Бывают и обратные ситуации, когда одному локальному решению пытаются “ приделать костыли” для транслирования на все смежные задачи. Очень часто можно увидеть как та или иная компания предлагает решение, громко именуя его решением для “умной сети”, но на поверку это оказывается СКАДА или ГИС-система. В редком случае это будет комплексное решение, объединяющее базу НСИ, ГИС и диспетчеризацию. Только это всё равно ещё не Smart Grid, а лишь её фрагменты. И если попытаться добавить к этому решению что-то новое, от другого производителя, то, как правило, всплывают обычные проблемы интеграции разнородных информационных систем. Взгляд изнутри на проблемы всегда ограничен и в любом случае упирается в решение конкретных локальных задач, а так как “умная сеть” это нечто большее, то и смотреть на неё нужно прежде всего комплексно.

Тем не менее приятно отметить, что необходимость разностороннего и комплексного подхода понимают не только интеграторы, но и крупные компании-игроки энергетического рынка. Благодаря этому в их штате присутствуют отдельные рабочие группы, которые проводят не только собственные исследования, но и налаживают тесное сотрудничество с научными сообществами, занимающимися вопросами построения “умной сети”. Но что делать остальным?

Существует другой подход к решению задачи построения “умной сети”, заключающийся в привлечении системных интеграторов. Ведь по своей природе интегратор подобен саморегулирующейся системе, которая самостоятельно изменяет собственные характеристики, подстраиваясь под изменяющиеся условия, дабы всегда оставаться в оптимальном состоянии. Другими словами, интегратор не просто предлагает свои услуги, а постоянно изменяется и развивается, следуя последним тенденциям и при этом чутко реагируя на все веяния рынка. Такой ритм жизни ставит интегратора в противовес инертности крупных энергетических компаний, для которых главное — обеспечение надёжности и качества электроснабжения конечного потребителя, а не инновации в сфере ИТ вкупе с применением новых международных стандартов.

Интегратор смотрит на проблему иначе: от общего видения задач взаимодействия всех составляющих “умной сети” к частным решениям каждой задачи в отдельности. При этом интегратор не ограничен выбором программных и аппаратных средств за счёт налаженной сети контактов с производителями различных решений. Интегратор имеет в штате специалистов, в которых энергетические компании, как правило, не нуждаются на постоянной основе. Но именно эти специалисты способны построить карту всех бизнес-процессов, как технологического, так и экономического блока компании и, определив их взаимосвязи и приоритеты, выстроить и сопровождать комплексную программу развития энергетической компании в русле концепции “умной сети”.

Физика говорит нам, что выигрышных однобоких положений не бывает. Это доказывает и золотое правило механики, и принцип неопределённости Гейзенберга, и сама жизнь. Что примечательно, эти идеи действуют не только в вещественном мире. Так, широта взглядов интегратора, с одной стороны, и глубокое понимание предметной области энергетической компании — с другой, порождают уникальный по своему КПД симбиоз взаимодействий, позволяя создавать все необходимые условия для успешного развития Smart Grid.

Все зависит от нас

Подводя небольшой итог, хочется отметить, что польза от Smart Grid действительно существует и здесь цель как никогда оправдывает затраченные на ее достижение средства. В нашей стране имеются необходимые предпосылки и достаточные возможности для реализации концепции Smart Grid. Ведь довольно значительная часть идей и компетенций, реализуемых в рамках этой концепции, созвучна идеологии построения единой энергетической системы России (и СССР). Тем самым наша энергетика обладает уникальным опытом по части централизации управления, который другим странам еще только предстоит приобретать.

Тем не менее успешность реализации новой модели энергосистемы на базе концепции Smart Grid в первую очередь будет определяться уровнем осознания научным, бизнес-сообществом и государством масштаба формирующихся при ее реализации возможностей и новизны требующих решения задач. Достижение необходимых результатов в новых условиях неизбежно потребует пересмотра и развития существующей научной, методологической базы и инструментария.

Таблица 1. Эффект от внедрения энергосистемы на базе концепции Smart Grid
Показатели 2000 г. 2025 г.
Параметры Базис Энергетическая система без Smart Grid (сценарий 1) Энергетическая система без Smart Grid (сценарий 2) Отношение показателей сценария 2 к сценарию 1,%
Потребление электроэнергии, млрд. кВт•ч 3,800 5,800 4,900-5,200 10—15, снижение
Энергоемкость ВВП, кВт•ч /долл. ВВП 0,41 0,28 0,20 29, снижение
Снижение спроса в пиковую нагрузку,% 6 15 25 66, рост
Выброс CO2, млн. т. 590 900 720 20, снижение
Уровень роста производительности,%/г. 2,9 2,5 3,2 28, рост
Реальный ВВП, млрд. долл 9,200 20,700 24,300 17, рост
Размер экономического ущерба бизнеса, млрд. долл. 100 200 3090, снижение

Автор статьи — ведущий консультант, департамент ИТ консалтинга ГК “Компьюлинк”.

Версия для печати