Активно-адаптивные сети SmartGrids

На цифровых подстанциях установлены высоковольтные цифровые измерительные оптические трансформаторы тока и напряжения, многофункциональные приборы измерений и учета, система синхронизации, новая система отображения и управления подстанцией. Сегодня ОАО «ФСК ЕЭС» работает над внедрением сетевого накопления энергии на базе подстанций 220 кВ «Псоу» (Сочи) и 330 кВ «Волхов-Северная» (Санкт-Петербург). И все же для того, чтобы электроэнергетическая система начала работать как единая интеллектуальная система, недостаточно внедрения отдельных «умных» сегментов на объектах ЕНЭС. Чтобы все технологии заработали как единое целое, в ФСК готовы создать единое информационно-технологическое пространство на отдельных территориях - так называемые энергокластеры. Энергокластер представляет собой предприятие генерации и транспортировки энергии, а также компании, осуществляющие услуги в области инжиниринга, энергосервиса, энергетического машино- и приборостроения, образовательные учреждения.Они обеспечат энергоснабжение Эльгинского месторождения и порта Ванино. К концу 2012 года ФСК создаст условия для обеспечения комплекса электроэнергией в объеме 83 МВт, а к концу 2014 года - 134 МВт. Будут построены три подстанции 220 кВ, две линии электропередачи 220 кВ протяженностью 268 км каждая. В рамках пилотных проектов будет реализовано внедрение в стандартную автоматизированную систему управления технологическими процессами подстанций систем с использованием оптоволоконных кабелей для передачи оцифрованной информации. Это повысит надежность электроснабжения, сгладит графики нагрузки сетей и позволит контролировать основные параметры транзита электроэнергии в режиме реального времени. В ФСК сформированы предложения по созданию энергокластеров интеллектуальной электрической сети в ОЭС Северо-Запада и ОЭС Волги. Точные параметры будущих проектов пока не разглашаются.

2.4. Новые технологии для интеллектуальной сети

В списке потенциальных заслуг «умных» сетей немало пунктов: до 30% повысится пропускная способность воздушных линий электропередачи и надежность энергоснабжения потребителей, появится возможность на 25-30% сгладить графики нагрузки за счет использования электросетевых накопителей энергии большой мощности, применение новых материалов и технологий для строительства подстанций позволит сократить площади, занимаемые электросетевыми объектами. При этом сами накопители будут основаны на сверхпроводящих, индуктивных технологиях. К слову, во многих странах - Южной Корее, Китае, Австралии, Мексике - программы разработки и внедрения сверхпроводниковых технологий приняты на государственном уровне. Дальше всех в разработке этого проекта продвинулись США, где проект исследования сверхпроводимости имеет мощный фундамент 20-летних разработок, финансируемых Министерством энергетики и частными компаниями. На его основе уже функционируют высокотемпературные сверхпроводниковые (ВТСП) кабели в трех энергетических системах США.

ФСК также ведет разработку и тестирование технологий на высокотемпературной сверхпроводимости. В конце 2009 года компания успешно завершила испытания первой в стране высокотемпературной сверхпроводящей кабельной линии длиной 200 м на напряжение 20 кВ.В условиях, максимально приближенных к реальной эксплуатации, было получено подтверждение соответствия характеристик ВТСП кабельной линии всем требованиям, заложенным при ее разработке. После успешных испытаний с помощью этой технологии предполагается организовать энергоснабжение ряда районов Москвы и Санкт-Петербурга. «Применение сверхпроводящих кабельных линий позволит существенно сократить потери электроэнергии, позволит обеспечить передачу больших потоков мощности при обычных габаритах кабеля, увеличить срок эксплуатации кабельных линий, повысить уровень их пожарной и экологической безопасности, уменьшить площадь земель в мегаполисах, отчуждаемых под строительство энергообъектов».

При помощи интеллектуальной сети решится, наконец, и проблема эффективности функционирования электросетевого комплекса: на 25% снизятся потери электроэнергии при ее передаче, что позволит экономить 34-35 млрд. кВт/ч в год (эта цифра эквивалентна годовой выработке электростанцией мощностью 7,5 ГВт). Заодно будет обеспечен и сопутствующий экологический эффект - снизится количество сжигаемого топлива и выбросов углекислого газа в атмосферу. Наконец, суммарный эффект для экономики России в результате реализации проекта «интеллектуальные сети» составит до 50 млрд. рублей.

Ценность проекта интеллектуальных сетей не только в повышении энергетической и экономической эффективности энергосистемы России. Важно и то, что проект способен привести страну к следующему этапу - преодолеть привычный путь ресурсного развития и сделать шаг к практической модернизации.

2.5. Перспективы развития интеллектуальных сетей

Интеллектуальные электросети имеют огромный потенциал, и эксперты прогнозируют хорошие результаты их внедрения. Согласно отчету Европейской комиссии «Smart Grid projects in Europe: lessons learned and current developments», опубликованному в июне 2011 года, объемы инвестиций в проекты интеллектуальных сетей составят: в Европе - 56,5 млрд евро до 2020 года; в США - от 238 до 334,5 млрд евро до 2030 года; в Китае - 71 млрд евро до 2020 года. Число проектов по «умным» сетям и электромобилям в Европе, США и Азии растет с каждым годом. Постепенно сети начинают использоваться в России и СНГ.

Евросоюза прогнозируется снижение вредных выбросов в атмосферу на 20%. Благодаря внедрению интеллектуальных сетей к 2020 году в странах На столько же планируется сократить объем энергопотребления. Ожидается, что энергоснабжение через стимуляции инновационных проектов Евросоюз возмещает половину их бюджета компаниям-пионерам. США намеревается увеличить инвестиции в интеллектуальные сети и уже через три года пользоваться ими в два раза активнее. По расчетам американских специалистов, за 20 лет использования интеллектуальных электросетей экономия может составить порядка 48 млрд долларов (уже за вычетом инвестиций в «умные» сети). Европейские страны рассчитывают на ежегодное сбережение около 7,5 млрд евро.

Использование интеллектуальных сетей особенно актуально в современной России. По мнению экспертов, энергетическая система страны изношена до 70%. Потенциально «умные» сети могут эффективно решить назревшие проблемы благодаря стабильности, удобству использования на больших территориях и снижению потерь с помощью систем энергоконтроля. Сегодня на стадии разработки находится несколько перспективных проектов по внедрению интеллектуальных энергосетей в России. В частности, идет формирование новой технологической платформы для интеллектуальной энергетической системы по заказу Министерства энергетики. Особый интерес представляет создание инфраструктуры «Сколково» с участием интеллектуальных сетей и использование технологии в будущих проектах фонда. В результате всего комплекса мер потребление энергии в России может снизиться на 40%.

Что такое интеллектуальные сети Smart Grid ? На сегодняшний день нет единого определения этой технологии. В разных странах существует свое определение.

Например, Минэнерго США определяет интеллектуальную сеть как полностью автоматизированную систему, обеспечивающую двусторонний поток электроэнергии и информации между энергообъектами повсеместно.

Евросоюз дает следующее определение. Smart Grid - это электрические сети, удовлетворяющие требованиям энергоэффективного и экономичного функционирования энергосистемы за счет скоординированного управления и при помощи двусторонних коммуникаций между элементами электросети, электростанциями, аккумулирующими источниками и потребителями.

Основными принципами, на которых базируется технология «Smart Grid» являются наблюдаемость, автоматизация, контролируемость, интеграция.

По общему правилу, концепция Смарт Грид включает в себя следующие элементы:

- обеспечение  автоматизированного учета энегоресурсов;

- интеллектуальная  защита;

- включение  в сеть распределенной генерации  энергии альтернативных источников;

- использование  электромобилей.

 

2.6. Ожидаемые результаты от внедрения Smart Grid

1) наиболее  эффективное использование энергоресурсов;

2) вывод  сетевого хозяйства из кризисной  ситуации за счет замены устаревшего  оборудования;

3) уменьшение  потерь электроэнергии, значительная  ее экономия;

4) снижение  времени аварийного отключения; повышение эффективности загрузки  электросетевого оборудования;

5) повышение  объема транзита электроэнергии  на 15-20% без строительства новых  сетевых объектов;

6) снижение  затрат на производство энергии;

7) снижение  стоимости коммунальных услуг;

8) использование  альтернативных источников энергии;

9) уменьшение  влияния объектов энергетики  на экологию (сокращение выбросов CO2 в атмосферу;

10) обеспечение модели двухсторонней  связи с потребителем;

11) выявление хищений электроэнергии, повреждений оборудования и своевременное  их устранение.

На сегодняшний день наиболее активно технология Smart Grid развивается и распространяется в Дании. Это связано с тем, что в этой стране значительное количество энергии поступает из альтернативных источников (20% от общего объема энергии составляет ветряная).

В некоторых штатах США проводились исследования по вводу "интеллектуальных" сетей. В результате снизились пиковые нагрузки на электросеть. В среднем на 10% уменьшились счета за электричество, при этом его стоимость увеличилась на 15%.

С 2007 года создание системы Smart Grid - один из национальный приоритетов Соединенных Штатов. По некоторым оценкам использование системы Smart Grid к 2020 году позволит США сэкономить около 1.8 трлн. долл. за счет снижения потребления энергии и повышения надежности.

Однако, в сравнении с другими державами, США находится на втором месте по капиталовложениям в Smart Grid (7 092 млн.дол). На первом месте - Китай (7 323 млн.дол.США), на третьем - Япония (849 млн.дол США).

В Европе предусмотрено финансирование программ по распространению "умных" сетей в размере 750 млрд. долл. в течение 30 лет.

В России наблюдается повышенный интерес к рассматриваемой технологии. Для обозначения данной технологии используется термин «активно-адаптивная сеть», которую в России определяют, как технологию самодиагностики, анализа и отчета, созданную для повышения надежности работы оборудования, возможности контролировать его на расстоянии.

По мнению экспертов, на первом этапе в России возможна реализация только принципов наблюдаемости, автоматизации. Это означает, что, в первую очередь, будут внедрены информационные технологии (автоматический учет, телемеханика, системы защиты и т.п.). Далее - цифровые подстанции, оборудования FACTS (гибкие системы передачи переменного тока).

За внедрение активно-адаптивной сети в России отвечает ОАО «Федеральная сетевая компания Единой Энергетической Системы» (ОАО «ФСК ЕЭС»).

На сегодняшний день в различных регионах РФ идет реализация ряда пилотных проектов по внедрению элементов интеллектуальной сети. Например, это замена ламп накаливания на энергоэффективные световые устройства; установка интеллектуальных приборов учета электроэнергии и т.п.

Интересный вариант нетрадиционного освещения придумали в Тайване. Национальный университет Чэнь Кун и Академия наук Тайваня разработали следующую технологию освещения улиц под названием природная флуоресценция. Ученые имплантировали биосветодиоды в листья растений. Хлорофилл, фотосинтетический пигмент, который придает листьям их характерный зелёный цвет, известен своей способностью поглощать определённые длины волн света. Но при неких обстоятельствах хлорофилл и сам может светиться: при воздействии света с длиной волны около 400 нм он становится красным. Проблема в том, что фиолетовый свет взять неоткуда, особенно ночью. Решением стали наночастицы золота. При коротких длинах волн, невидимых человеческому глазу, они возбуждаются и начинают светиться фиолетовым. Этот свет попадает на близлежащие молекулы хлорофилла и возбуждает их, в результате чего хлорофилл начинает производить красное сияние. Работоспособность идеи была доказана только на водном растении Bacopa caroliniana.

Студентам Кембриджского университета (Великобритания) удалось получить генетически модифицированных светлячков и морскую бактерию Vibrio fischeri, в организме которых производство светящихся ферментов идёт стахановскими темпами. Студенты научились получать самые разные цвета. В результате бактериальная колония размером с винную бутылку даёт достаточно света для чтения. Было подсчитано, что организмам потребуется всего 0,02% энергии, полученной в ходе фотосинтеза, для создания конкуренции нынешнему уличному освещению.

На рынке существует множество компаний, занимающихся разработкой технических решений для интеллектуальной электроэнергетики. Преимущественно, это зарубежные компании, которые наряду с продажей технических решений для интеллектуальных сетей в России ведут так называемую «просветительскую» работу по внедрению данной технологии.

Однако, проводимые мероприятия больше направлены на техническое перевооружение объектов электроэнергетики, модернизацию основных фондов. Но нужно понимать, что Smart Grid - это концепция инновационного преобразования электроэнергетики в целом, а не отдельных ее функциональных или технологических сегментов

С точки зрения Министерства энергетики США, интеллектуальным сетям (Smart Grid) присущи следующие атрибуты [2]:

способность к самовосстановлению после сбоев в подаче электроэнергии;

возможность активного участия в работе сети потребителей;

устойчивость сети к физическому и кибернетическому вмешательству злоумышленников;

обеспечение требуемого качества передаваемой электроэнергии;

обеспечение синхронной работы источников генерации и узлов хранения электроэнергии;

появление новых высокотехнологичных продуктов и рынков;

повышение эффективности работы энергосистемы в целом.

По мнению Европейской Комиссии, занимающейся вопросами развития технологической платформы в области энергетики, Smart Grid можно описать следующими аспектами функционирования:

Гибкость. Сеть должна подстраиваться под нужды потребителей электроэнергии.

Доступность. Сеть должна быть доступна для новых пользователей, причём в качестве новых подключений к глобальной сети могут выступать пользовательские генерирующие источники, в том числе ВЭИ с нулевым или пониженным выбросом CO2.

Надёжность. Сеть должна гарантировать защищённость и качество поставки электроэнергии в соответствии с требованиями цифрового века.

Экономичность. Наибольшую ценность должны представлять инновационные технологии в построении Smart Grid совместно с эффективным управлением и регулированием функционирования сети.

В России идея Smart Grid в настоящее время выступает в качестве концепции интеллектуальной активно-адаптивной сети, которую можно описать следующими признаками: