Что включает понятие smart grid
Интеллектуальная энергетическая сеть, Smart grid, умная сеть электроснабжения
По мере увеличения доли возобновляемых источников энергии в электрических сетях возрастают и требования, в частности, к сетям низкого напряжения. Сети низкого напряжения больше не только выполняют задачу приема и распределения электроэнергии из распределительных сетей, но и все чаще выполняют задачу подачи децентрализованно произведенной электроэнергии обратно в распределительные сети.
Вторжение возобновляемых источников энергии в энергетический ландшафт заметно изменило потоки энергии в электросети: теперь пользователи не только потребляют, но и производят электроэнергию через ту же самую сеть. Следовательно, поток энергии теперь двунаправленный.
Интеллектуальная сеть отправляет электроэнергию от поставщиков к потребителям, используя двунаправленную цифровую технологию для управления потребностями потребителей. Это помогает сэкономить электроэнергию, снизить затраты, повысить удобство использования и прозрачность.
Однако эксперты по конфиденциальности и безопасности предупреждают о возможности наблюдения и уязвимости этой технологии, которая также может быть использована ворами. Кроме того, синхронизация клиентов с ценой может привести к дестабилизации сети.
Использование фотоэлектрической солнечной энергии в экологически чистом районе Solarsiedlung, в Вобане (Фрайбург, Германия).
Характеристики умных сетей электроснабжения:
Обычные электрические сети обычно уже используют в той или иной степени информационные и управляющие технологии. В умных сетях электроснабжения (Smart grid) эти технологии получают еще большее развитие.
Интеллектуальный счетчик электроэнергии
Интеллектуальные счетчики обеспечивают двустороннюю связь между счетчиком и центральной системой.
Передача данных между отдельными компонентами сети происходит через телефонный модем, соединения GSM, ADSL или другие способы. Это позволяет разрабатывать более дифференцированные тарифы и, следовательно, более выгодные ценовые стимулы для домашних потребителей (интеллектуальный рынок).
В отличие от домашних систем мониторинга энергии, интеллектуальные счетчики могут собирать данные для удаленной отчетности.
Потребитель может реализовать ценовые преимущества, не жертвуя удобством, только если у него также есть устройства, которые работают автоматически, желательно во время низкого тарифа. Это некритичные по времени процессы, такие как зарядка электромобилей, работа тепловых насосов, замораживание, обогрев (электрические бойлеры) или мытье посуды.
Например, эдля потребителя электроэнергии эта технология гарантирует, что электромобиль будет заряжаться именно тогда, когда есть хороший доступ к дешевой возобновляемой электроэнергии. Таким образом, энергия ветра может быть лучше использована в часы, когда дует сильный ветер.
С ночными накопительными нагревателями и фиксированными ночными тарифами это уже было реализовано несколько десятилетий назад, но современные системы могут работать более гибко и разумно, что особенно важно для включения возобновляемых источников энергии.
Несанкционированное вмешательство в ИТ-инфраструктуру этого киберпреступника может привести к огромным убыткам, как прямо, так и косвенно, из-за отсутствия электроснабжения конкретных получателей.
Сложность сети означает, что есть пробелы, которые еще предстоит выявить. Следовательно, трудно оценить риск, связанный с потенциальной атакой, из-за размера, сложности и динамического характера энергосистемы, а также непредсказуемости потенциальных злоумышленников.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
«Умные сети» Smart Grid — перспективное будущее энергетической отрасли России
Дата публикации: 19.12.2016 2016-12-19
Статья просмотрена: 5488 раз
Библиографическое описание:
Гаврилович, Е. В. «Умные сети» Smart Grid — перспективное будущее энергетической отрасли России / Е. В. Гаврилович, Д. И. Данилов, Д. Ю. Шевченко. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 28.2 (132.2). — С. 55-59. — URL: https://moluch.ru/archive/132/36972/ (дата обращения: 27.12.2021).
Не секрет, что сегодня энергетическая отрасль России для себя наметила довольно перспективные направления развития, которые были продиктованы западным опытом внедрения и развития «умной энергетики» — Smart Grid. Однако, стоит выяснить немаловажный аспект, а именно, ответить на вопрос: пригодна ли Smart Grid концепция для российской энергетики или имеет смысл, определить индивидуальную траекторию развития для отечественной энергетической отрасли?
Обращаясь к сути, нашумевшей в последнее время технологии «умная сеть» SMART GRID, стоит отметить, что данная система активно внедряется в электроэнергетику разных стран. Однако, необходимо изначально определить, что подразумевается под термином SMART GRID?
Не смотря на то, что данное понятие официально введено еще в 2003 году, после публикации статьи в открытых источниках M. T. Burr под названием «Спрос надежности будет управлять инвестициями», до сих пор к единой трактовке научные деятели так и не пришли.
Таким образом, на сегодняшний день, в мировой практике для определения термина «умной сети», как правило, используются ее атрибуты или признаки. Притом, что они имеют разный перечень и формулировку у США, России и Европы. Ниже мы привели сравнительную таблицу таких признаков «Умной сети» у каждой из конкурирующих сторон (рис. 1).
Умная сеть — это автоматизированный программный комплекс, который позволяет, на основе информации, полученной от всех объектов системы и промежуточных элементов сетей, правильно распределяет всю имеющуюся энергию между потребителями, обеспечив при этом стабильность энергосети с точки зрения оценки напряжения и частоты. Помимо основной функции, такая умная сеть умеет устанавливать соединения потребителей с новыми источниками, в числе которых могут быть генерирующие источники с нулевым или пониженным выбросом углекислого газа. Защищенность всей системы достигается за счет уменьшения зависимости от централизованных электростанций, способности сетей и оборудования к самодиагностике и самовосстановлению.
Рис. 1. Основные положения концепции умной энергосистемы с активно-адаптивной сетью
Таким образом, основываясь на табличной информации можно сделать вывод о том, что применяя современные ИКТ, все оборудование умных сетей может активно взаимодействовать друг с другом, образуя интеллектуальный комплекс энергоснабжения. Собранная с оборудования информация анализируется, а результаты анализа помогают:
оптимизировать процесс использования энергетический ресурсов;
увеличить надежность функционирования объектов системы;
увеличить общую эффективность энергосистем.
Рис. 2. Схема иллюстрирующая систему взаимодействия в рамках проекта «Умные сети»
Реализация активно-адаптивной теории функционирования энергетической комплексной системы будет подразумевать развитие на территории России и в частности в области энергетики инновационных технологий, значительное расширение границ действительности для разработки и выпуска высокоинтеллектуальной продукции. Как следствие, высокий показатель энергетической востребованности в транспортной области, развитие и укрепление рыночных отношений с привлечением потенциальными потребителями, в качестве активных игроков рынка.
Благодаря реализации концепции Smart Grid российская энергетика вступит в новую фазу существования, которая будет характеризоваться гармоничным взаимодействием с окружающей средой, улучшением качества жизни и общим экономическим подъемом. И едва ли это противоречит отечественным взглядам на развитие энергетики и страны в целом.
Если исходить из действующих на территории России концептуальных документов, то можно с большой вероятностью спрогнозировать достаточно интенсивное развитие российской умной энергетики.
Так, например, в соответствии с основными положениями «Энергетической стратегии России на период до 2030 года», в качестве приоритетных направлений НТП в области энергетической отрасли страны первоочередными считаются следующие задачи:
разработка и практическая реализация умных энергосетей нового поколения с высокими показателями интеграции в уже действующие системы энергетики, позволяющих организовывать системные и четко распределенные сети в Единой энергетической системе России;
применение в работе по реализации пилотных проектов низкотемпературных индукционных накопителей и обеспечение проекта стабильным снабжением электроэнергией от официально назначенных объектов — потребителей;
динамическое развитие по нескольким направлениям силовой электроники и сетевых управляемых устройств, с сопроводительным применением гибких систем передачи переменного тока — FACTS;
разработка высокотехнологичных и перспективных проектов надежных магистральных каналов связи, которые будут функционировать между разными ступенями диспетчерского управления и цифровых каналов, осуществляющие обмен точной и своевременной информацией между объектами и центрами управления;
создание и широкое внедрение централизованных систем противоаварийного управления, охватывающих все уровни Единой энергетической системы России;
создание автоматизированных информационно-аналитических систем, нацеленных на эффективное управления энергоспросом;
создание водородных систем аккумулирования энергии и покрытия неравномерностей графика нагрузки.
Существуют препятствия для реализации умной энергетики в нашей стране, в первую очередь это сложность самой системы. Необходим тонкий подход к требованиям и нуждам потребителя, который принуждает учесть индивидуальные особенности всех элементов сети. При этом внедрение осложняет отсутствие единых стандартов и нормативов, которые еще не сложились. Не облегчает процесс и большое количество регуляторов и процедур, обязательных для получения сертификатов и разрешений. Другая группа препятствий носит чисто технический характер. Пока ещё остаются нерешенными такие чисто технические проблемы, как отсутствие доступных надежных и эффективных накопителей энергии или безопасность и защита частной информации передаваемой внутри сети. По мере повышения автоматизации энергосети и внедрения новых коммуникационных технологий растёт и вероятность кибератак на сеть. Отталкиваясь от опыта в других областях, производители компонентов Smart Grid пока наращивают инвестиции в новые технологии, способные отражать кибератаки на энергосети.
Далее мы рассмотрим несколько примеров таких пилотных проектов, которые уже были запущены и находятся в процессе апробации на практике.
Проекты ОАО «ФСК ЕЭС»
На данный момент разрабатываются довольно перспективные проекты умных сетей, а также готовятся к практической реализации идеи по внедрению отдельных элементов умных сетей на объектах ОАО «ФСК ЕЭС». Данные идеи планируется реализовать следующим образом:
Зарубежный проект «FENIX»
Данный проект построения гибкой электрической сети стал связующим звеном для энерголидеров Европы. Основополагающими его задачами были:
отработка механизмов функционирования общеевропейской энергосистемы;
отработка алгоритмов включения в общую систему распределенных источников генерации (DER) и возобновляемых источников энергоресурсов (RES);
разработка новых программно-аппаратных платформ для реализации концепции VPP;
технические расчеты и финансово-экономическое обоснование рентабельности использования технологии VPP;
демонстрация разработок на полигонах в странах Европы.
Итак, в практическом плане в России и за рубежом ведутся активные работы по созданию концепций и апробации технологий умных сетей; перспективы их развития в России можно сформулировать следующим образом:
Обеспечение бесперебойной работы энергосистемы страны в условиях постоянной энергетической востребованности, а также использования спорадической нагрузки.
Сокращение энергетических потерь с помощью построения систем умного учета с возможностью учета качества вырабатываемой энергии и ограничения нагрузки.
Развитие коммуникационной среды, способной надежно и качественно поддерживать двунаправленный информационный обмен между поставщиками и потребителями энергоресурсов. Одним из способов решения данной задачи является применение беспроводных умных коммуникационных устройств.
Повышение энергетического качества за счет компенсации реактивной мощности, с помощью специальных устройств.
Применение умного оборудования и программных комплексов для управления топологией сети с целью обеспечения надежности функционирования.
Развитие рыночных отношений в энергобизнесе с привлечением энергопотребителей как возможных поставщиков необходимых ресурсов в требуемое время в нужные участки сети.
Еще одним значимым результатом внедрения умных технологий энергетики будет общее снижение топливных затрат электростанций. В качестве наглядного примера можно привести модель внедрения умных сетей на территории ЕЭС России.
Для предварительной оценки возможных системных эффектов в ЕЭС России при создании умной электроэнергетики были использованы данные по результатам пилотных проектов, которые были апробированы в различных странах. Но стоит заметить, что все еще сохраняется некая неопределенность того, каких результатов все же стоит ожидать от внедрения составных элементов умной системы. Ниже на рис.3. приведены примерные результаты, которые очень наглядно комментируют дальнейшее развитие и перспективы в области российской энергетической отрасли.
Рис. 3. Графическая интерпретация результатов внедрения «Умных сетей» в российскую энергетику
Как видно по приведенным выше графикам, переход к инновационному варианту развития будет сопровождаться значительным снижением числа вводимых в эксплуатацию электростанций, а также зависимых от них сетевых объектов для выдачи мощности. Таким образом, мы получаем на выходе снижение капиталовложений, что является значимым системным экономическим эффектом. То есть все-таки на выходе от применения подобных инновационных подходов к уже устоявшимся процессам, российская энергетическая отрасль получает огромные и долговременные перспективы.
Таким образом, подводя итог проанализированным и внедренным в российскую реальность энергетики пилотным проектам «умных сетей», можно отметить следующие положительные аспекты данной модернизации развития российской энергетики и экономики. Применение европейского и зарубежного опыта по внедрению данных технологий, позволит избежать масштабных ошибок и огрехов на этапе разработки проектов и их внедрения. Реализация данных инновационных технологий и созданных на их базе разработок, должно быть адаптировано под российские условияфункционирования, в этом случае не станет нарушением государственных политических принципов, являясь образцом эффективного применения мирового опыта на практике.
В конечном счёте, внедрение технологии Smart Grid повысит энергоэффективность отрасли. Но потребует от государства стимулирования в части внедрения новых технологий, поощрения энергетической эффективности генерирующих компаний и решения проблемы энергосбережения.
Концепция SMART GRID – инструмент повышения энергоэффективности
Для решения существующих проблем в российской электроэнергетической отрасли необходим ее переход на новый качественный уровень путем формирования целостной многоуровневой системы управления с увеличением объемов автоматизации и повышением надежности всей системы. Этому способствует интеллектуальная энергетическая система с активно-адаптивной сетью, разработка которой за рубежом называется созданием SMART GRID.
М. П. Осорин, генеральный директор ЗАО «Интелика»
«SMART GRID» – термин, обозначающий интеллектуальную сеть, которая расширяет при помощи цифровых технологий распределительную и транспортную системы для оптимизации текущих операций и открытия новых рынков для альтернативной энергетики.
Реализация концепции «интеллектуальная сеть» (smart grid, в России больше распространен термин «активно-адаптивная сеть») позволит в режиме on-line отслеживать и контролировать работу всех участников процесса выработки, передачи и потребления электроэнергии, в автоматическом режиме оперативно реагировать на изменения различных параметров в энергосистеме и осуществлять электроснабжение с максимальной надежностью и экономической эффективностью.
Существует множество определений понятия «smart grid», среди которых можно выделить следующие, наиболее точно отражающие ее функциональные возможности:
Среди целей создания интеллектуальной сети выделим следующие:
Концепция «smart grid» чрезвычайно популярна во многих странах мира и рассчитана не только на собственно сетевые компании, но и на потребителя, генерацию и сбытовые компании. При этом интеллектуальный учет (smart metering) представляет собой необходимое условие реализации задачи повышения эффективности ЕЭС России и первый шаг на пути к построению интеллектуальной энергосистемы.
Конечно, в России уже сейчас есть лидеры в вопросах энергосбережения, достигшие реальных результатов в экономии топливно-энергетических ресурсов. Как правило, это коммерческие промышленные предприятия, которые, безусловно, заинтересованы в снижении энергоемкости производства, т. к. это повышает их конкурентоспособность и прибыль. Они системно подходят к вопросу и уже давно реализуют комплексные программы, включающие в себя как модернизацию основного производственного оборудования, так и повышение энергоэффективности зданий и сооружений.
Дела обстоят хуже в государственных организациях, поскольку не встав перед необходимостью конкурировать на рынке, они пассивно выполняют задачи вышестоящих инстанций. Принимая во внимание колоссальный имущественный комплекс, принадлежащий государству, имеет смысл сделать акцент на развитии энергосервисных контрактов именно в этом секторе и на привлечении частных компаний для снижения энергозатрат.
Что касается населения, то оно очень пассивно, поскольку люди просто не могут увидеть, как затраты на электроэнергию связаны с их поведением. Необходимо внедрять интеллектуальные технологии учета электроэнергии и других ресурсов, предоставляющие возможность частному потребителю сформировать свой профиль потребления. Имея возможность выбора гибкого тарифа, потребитель сможет экономить, практически только изменяя свои привычки.
Остановимся более подробно на использовании «умных» приборов учета для реализации масштабной задачи построения интеллектуальной сети. Если в России такие проекты только набирают обороты, учитывая определенные Федеральным законом № 261-ФЗ об энергосбережении сроки обязательной установки приборов учета, то в мире процесс уже давно запущен и подобные инициативы исчисляются десятками и сотнями.
К примеру, правительство Канады приняло в 2006 году закон (Energy Conservation Responsibility Act), подразумевающий установку «умных» приборов учета в каждом доме и офисе к 2010 году и успешно движется к этой цели. Государственная сетевая и распределительная компания Hydro One, снабжающая электричеством Онтарио, разработала и реализует масштабную инициативу по внедрению системы «умных» приборов учета. К концу 2010 года этой инициативой будет охвачено около 1,3 млн клиентов на территории обслуживания компании. Этот проект получил награду «Лучшая AMR-инициатива в Северной Америке».
Страны Евросоюза ставят перед собой задачу к 2020 году снизить объем энергопотребления на 20 % и реализуют для этого необходимые проекты. К примеру, еще в 2006 году Enel, крупнейшая итальянская энергетическая компания, завершила проект по оснащению 32 млн собственных потребителей «умными» приборами учета. Энергокомпании Швеции уже снабдили подобными приборами 100 % потребителей электроэнергии.
В России сегодня существует реальная проблема, заключающаяся в том, что жилые и коммерческие здания тратят большой объем электроэнергии впустую, а организации, занимающиеся эксплуатацией таких зданий, не знают, сколько электричества потребляется в каждый момент времени. Это происходит потому, что существующие сети не оснащены системой обратной связи и цифровыми контроллерами, которые смогли бы помочь с распределением энергии и ее экономией.
Данная проблема рождает необходимость оснащения существующих распределительных сетей на границах с потребителями устройствами учета, соединенными в единую информационную сеть и позволяющими оптимально расходовать энергоресурсы.
Возможным решением могло бы стать использование, к примеру, приборов учета с авансовой системой оплаты за энергоресурсы.
У классической схемы расчетов за потребляемые энергоресурсы есть множество отрицательных моментов. На наш взгляд, ключевая проблема – разрастающиеся операционные расходы, которые включаются в тариф, что приводит к увеличению стоимости 1 кВт·ч для конечного потребителя. Повышение стоимости 1 кВт·ч приводит к увеличению среднего счета, что, в свою очередь, сказывается на платежеспособности малообеспеченных слоев населения. Это, безусловно, влечет за собой увеличение дебиторской задолженности, а также удорожание превентивных мер по борьбе с ней (продажа долгов коллекторам, дополнительное информирование потребителей посредством обзвона, печать писем-напоминаний, долговых квитанций и т. д.). Помимо таких неизбежных операционных расходов, как аренда помещений, ФОТ и налоги, есть группа затрат, которая может быть существенна сокращена:
Приборы, входящие в систему Intelica Meter-To-Cash: а) счетчик; б) карт-ридер со смарт-картой
Выходом из ситуации может стать внедрение решений, основанных на принципе авансовых платежей с использованием смарт-карт, таких как, например, Intelica Meter-To-Cash (рис.). Процесс взаимодействия между сбытовой компанией и абонентом предельно упрощается и строится по следующему алгоритму:
Помимо автоматического отключения существует режим ограничения по мощности. При активации данного режима прибор будет производить кратковременные отключения при превышении установленного порогового значения мощности.
Реализация такой системы позволяет потребителю увидеть, как его поведение влияет на стоимость электроэнергии. Подобные интеллектуальные технологии учета электроэнергии предоставляют возможность частному потребителю сформировать свой профиль потребления. Это, в свою очередь, усиливает «энергосознательность» потребителя, который, преследуя собственные цели экономии, постепенно становится активным звеном энергосистемы. Сбытовые компании, в свою очередь, полностью решают проблему неплатежей в бытовом секторе.
Планка, заданная новой государственной программой энергосбережения и повышения энергоэффективности, принятой в октябре 2010 года и предполагающей снижение энергоемкости ВВП не менее чем на 13,5 % к 2020 году, весьма высока. Для выполнения такой сложной задачи требуется комплексный подход, охватывающий всех субъектов рынка электроэнергетики: производителей (генераторов), сети, сбытовые компании и, конечно же, потребителей, и использующий такие технологии и процессы, при которых адекватно учитываются их интересы.
* Institute of Electrical and Electronics Engineers – Институт инженеров по электротехнике и электронике, международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники.
Введение в Smart Grid
В. В. Ильин, эксперт по автоматизированным системам управления зданиями, ООО «Лой энд Хутц Рус», wictjob@gmail.com
Цель статьи – дать общее представление о технологии Smart Grid как одном из самых важных и перспективных направлений в области энергоэффективности XXI века. Используя конкретные примеры, автор показывает различия между текущей электроэнергетической системой и Smart Grid. В статье также рассмотрены перспективы развития Smart
Из истории возникновения
Термин Smart Grid до сих пор не имеет четкого терминологического эквивалента на русском языке. К наиболее распространенным русскоязычным эквивалентным терминам относится «интеллектуальная электроэнергетическая система». В настоящей статье мы будем использовать именно англоязычный вариант Smart Grid как наиболее применимый на международном и пока на нашем рынке.
Smart Grid – это название глобальной технологии развития электроэнергетической системы на уровне как планеты, отдельных стран и городов, так и отдельных потребителей электрической энергии. Термин и сама технология родились и на данный момент получили наибольшее распространение в США, однако уже можно уверенно констатировать международное признание этой стратегии на планетарном уровне.
Формально термин Smart Grid был впервые оформлен в 2007 году в законодательном акте об энергетической независимости и безопасности США. Так была названа технология модернизации национальной электроэнергетической системы с целью защиты, контроля и оптимизации энергопотребления всех элементов и участников сети.
Предпосылкой развития Smart Grid является общая планетарная стратегия на снижение энергопотребления, а также обеспечение важнейших потребителей мегаполисов качественным и бесперебойным электроснабжением.
Толчком для развития технологий в США можно назвать глобальные перебои с электроснабжением крупнейших городов США в 90-е годы, так называемые энергетические «блэкауты», когда несколько мегаполисов США остались без электрической энергии. После обследования состояния электроэнергетической системы власти США пришли к выводу, что принципиальная схема управления энергосетями в целом мало изменилась с момента ее создания в начале XX века. Нынешний президент США Обама назвал Smart Grid ключевым фактором повышения энергоэффективности и безопасности американской экономики.
Технологической предпосылкой развития Smart Grid, безусловно, явились прорывные достижения информационных, компьютерных технологий, возможности локальных и глобальных коммуникационных сетей, в том числе Интернета.
По уровню развития Smart Grid в 2012 году находится на этапе перехода от разработки принципиальной концепции, проектирования до создания национальных и международных стандартов, реализации отдельных пилотных, а также ряда промышленных проектов. Пока речь идет о наиболее развитых индустриальных странах.
Появление и развитие концепции Smart Grid является понятным и естественным этапом эволюции электроэнергетической системы, обусловленным с одной стороны явными потребностями и проблемами текущего электрического энергорынка, а с другой стороны технологическим прогрессом, в первую очередь в области компьютерных, информационных технологий.
Современное состояние
Действующую электроэнергетическую систему без Smart Grid можно охарактеризовать как пассивную и централизованную, особенно в части последней цепочки – от распределительных сетей до потребителей. Именно в этой части цепочки поставки электроэнергии технология Smart Grid наиболее существенно изменяет принципы функционирования, предлагая новые принципы активного и децентрализованного взаимодействия.
Для понимания основных принципов текущей системы по отношению к принципам функционирования Smart Grid, о которых пойдет речь ниже, рассмотрим пример отдельного здания как конечного потребителя.
В настоящий момент здание с точки зрения взаимодействия с распределительной сетью (110/10/0,4 кВ) является практически полностью пассивным элементом (влияние на качество параметров электросети оставим в стороне, т.к. они существенно не влияют на основной параметр – потребляемую мощность). Это в первую очередь касается влияния здания как потребителя в реальном масштабе времени (т.е. в масштабе текущего месяца, дня, часа, секунды и т.д.) на генерируемую и распределяемую сетью электроэнергию. Здание никак не может влиять ни на объемы электрической мощности, ни на выделенные ресурсы инфраструктуры сети (например, элементы распределительных, трансформаторных подстанций). Более того, сами распределительные сети в большинстве случаев не обладают полной информацией об электропотреблении здания в реальном масштабе времени. Реализация АСКУЭ в этом контексте до сих пор является скорее исключением и используется исключительно в целях коммерческого учета электроэнергии постфактум в рамках ежемесячного интервала.
Коммерческая составляющая взаимодействия, в свою очередь, целиком зависящая от вышеуказанной технологической части, также выглядит пассивной и однонаправленной. Сети в виде энергосбытовых организаций узнают о зданиях и их потребностях только в моменты ежемесячных коммерческих взаиморасчетов, исключая договорные сведения, обновляемые не чаще раза в год. Здания (вернее, потребители в зданиях) платят по фиксированным, централизованным тарифам, распространяющимся на целые районы, города. Тарифы для конечных потребителей изменяются централизованно организационными процедурами с участием государства на длительных интервалах времени. Никакой обратной связи с точки зрения информации о состоянии энергопотребления в здании, возможности взаимодействия, тем более в режиме реального времени, у здания с сетями и тем более централизованными производителями энергии на данный момент нет.
Теперь представьте себе общую картину, в которой крупные производители электроэнергии генерируют и поставляют электроэнергию в объеме, в режимах и по стоимости (!), практически не зависящих от реального состояния электропотребителя в масштабе реального времени. Таким образом, между спросом и предложением отсутствует оперативная связь. С точки зрения надежности функционирования такой сети в условиях дефицита мощности и высоких требований со стороны потребителя такая схема является крайне уязвимой, поскольку не может оперативно выявлять проблемы и реагировать на них на уровне потребителей.
Давайте теперь подумаем о конечных потребителях не только как об отдельных зданиях, но и как о крупных предприятий, районах, городах! Особенно это критически важно для крупнейших мегаполисов с централизованной схемой электроснабжения, когда единые параметры энергоснабжения касаются большого количества разнообразных потребителей и учитывают их индивидуальные характеристики.
Важно отметить, что текущая схема с точки зрения энергоснабжения является полностью однонаправленной, т.е. потребитель только получает электрическую энергию. В последнее время развиваются схемы с аккумуляторами и распределителями энергии, позволяющими накапливать, трансформировать и распределять электрическую энергию между сетями и потребителями. В отличие от текущей схемы, Smart Grid знает о таких элементах и умеет управлять ими. Таким образом, Smart Grid является комплексной технологией, затрагивающей принципы не только взаимодействия участников и устройств, но и распределения самой электрической энергии.
Описанная пассивно-централизованная схема вполне устраивала всех до определенного момента в условиях дешевой электроэнергии, неисчерпаемых возможностей как генераторов энергии, так и распределительных сетей. Однако времена изменились. Рост мегаполисов, увеличение стоимости электроэнергии, требований к качеству электроэнергии, затрат на развитие генерирующей и распределительной инфраструктуры, увеличение риска внешних угроз (терроризм, катаклизмы) явным образом приводит к изменению стратегии развития энергорынка.
Технология Smart Grid характеризуется несколькими инновационными свойствами, отвечающими новым потребностям рынка, среди которых можно выделить следующие:
Основные преимущества Smart Grid
Надежность и качество электроснабжения
Smart Grid предотвращает массовые отключения, обеспечивает поставку чистой электроэнергии.
Безопасность
Smart Grid постоянно контролирует все элементы сети с точки зрения безопасности их функционирования.
Здесь можно вспомнить как о недавних проблемах с энергоснабжением в Московской области в зимнее время, в связи с погодными условиями и обледенением линий электропередач, так и о проблемах в Москве жарким летом в связи с пожарами на высоковольтных подстанциях.
Энергоэффективность
Снижение потребления электрической энергии. Оптимальное потребление приводит к снижению потребностей в генерирующих мощностях.
Экология и охрана окружающей среды
Самый главный эффект достигается за счет снижения количества и мощностей генерирующих элементов сети. Это ведет, например, к снижению выброса СО в атмосферу.
Финансовые преимущества
Снижение операционных затрат. Потребители имеют точную информацию о стоимости и могут оптимизировать свои затраты на электрическую энергию. Бизнес, в свою очередь, может оптимально планировать и формировать затраты на эксплуатацию и развитие генерации и распределительных сетей.
Указанные преимущества касаются всех участников, от конечных потребителей и энергопоставщиков до всего общества в целом.
Перспективы применения
Продолжим наш пример со зданием, теперь уже с учетом перспективы применения Smart Grid.
Современное здание, оснащенное устройством связи с коммуникационной сетью Smart Grid, может автоматически выбрать режим работы наиболее энергозатратного оборудования (освещение, кондиционирование и приводная вентиляция) в течение недели, с точностью до часа, с учетом оптимального коммерческого тарифа (и потребностей арендаторов), информация о котором была доставлена из местной энергосбытовой компании также по цифровой сети. Соответственно, энергосбытовая компания, имея текущие данные о планируемом энергопотреблении отдельных зданий, может оптимально сконфигурировать свои мощности, в т.ч., например, используя аккумуляторы элеткроэнергии и активные распределительные устройства, закупить необходимую электроэнергию у сетевого поставщика по оптимальным тарифам и т.д. Вся цепочка постоянно обменивается информацией, которая активно используется управляющими элементами для обеспечения сбалансированного графика потребления/генерации и безопасной трансформации и передачи электроэнергии.
Начальный, генерирующей элемент цепи (например, городская ТЭЦ) вместо постоянной генерации максимального количества электрической энергии выдает оптимальную мощность в соответствии с реальным балансом мощности/потребления электроэнергетической системы в текущий момент времени.
Для конкретизации приведем еще пример из жизни современного мегаполиса. Современные коммерческие здания, сложные инфраструктурные объекты вынужденно оснащаются большим количеством систем гарантированного и бесперебойного электроснабжения (ДГУ, ИБП), поскольку рабочие системы централизованного городского электроснабжения не могут более гарантировать качественное снабжение сложной инженерной и компьютерной инфраструктуры таких объектов. Затраты на производство, реализацию и эксплуатацию таких специальных систем электроснабжения являются весьма существенными. Применение Smart Grid позволило бы не только сократить такие затраты, но и в отдельных случаях избежать их полностью.
Конечно, задача перехода к технологиям Smart Grid должна являться долговременной стратегией, инициируемой и поддерживаемой на уровне государства. Переход к столь инновационной технологии предъявляет самые серьезные требования как к технической модернизации основных элементов инфраструктуры, так и к изменению правил работы всего рынка. Основным драйвером такого перехода должна быть государственная стратегия повышения энергоэффективности и безопасности электроэнергетической системы страны в целом.
В России пока можно отметить начальный этап ознакомления и формирования первых организационных инициатив по Smart Grid, а также опробования отдельных технических решений. Пока не будет выработана реальная государственная стратегия по отношению к энергоэффективности, о развитии технологий Smart Grid говорить еще рано. Необходимо также учитывать гигантскую протяженность электрораспределительных сетей в нашей стране и недостаточно развитую инфраструктуру. Однако первые инициативы в этой области у нас уже появляются.
Ссылки на технологии Smart Grid были включены, например, в проекты создания технологической инфраструктуры инновационного центра Сколково.
Государственная компания ОАО «Системный оператор Единой энергетической системы», ответственная за контроль и управление электрораспределительными сетями, активно рассматривает Smart Grid и отдельные элементы этой технологии на предмет применения в РФ и уже реализует отдельные пилотные технические проекты.
Как видится, нам необходимо внимательно знакомиться с опытом ведущих стран мира, уже активно пробующих Smart Grid, и делать правильные выводы с учетом нашей вечной российской специфики.