Перспективы развития «умных сетей» (Окончание. Начало в №1, 2010)

(Окончание. Начало в № 1, июль-август)

SMART GRIDS В ЕВРОПЕ

В Европе разработки интеллектуальных сетей осуществляются с 2004 г., когда от производителей электротехнического оборудования и научных центров поступило предложение о создании Technology Platform for the Electricity Networks of the Future (технологическая платформа для электрических сетей будущего). Smart Grids European Technology Platform for Electricity Networks of the Future начала работу в 2005 г. под эгидой некоммерческой организации «Объединение очень больших энергетических сетей» (VLPGO). В 2005—2010 гг. VLPGO провела семинары и выпустила несколько обобщающих документов, которые позволили сформировать Европейскую платформу.

В последующие 30 лет Евросоюз намерен вложить в инфраструктуру смарт-сети около 750 млрд евро, в передачу электроэнергии — 90 млрд, в распределительные сети — 300 млрд и 900 млрд евро в генерацию.

Сегодня в европейских странах наиболее активно развиваются технологии Smart grids, связанные с альтернативными источниками энергии, управлением энергообъединениями с помощью технологии WAMS, «умные измерения» и микросети.

После принятия пакета документов о либерализации Европейского рынка электроэнергии в 2007 г. (Third European Energy Liberalization Package) наибольшее распространение среди технологий Smart grids получили технологии «умных измерений». Согласно документам к 2020 г. у 80% бытовых потребителей должны быть установлены «умные счетчики» электрической энергии. Уровень внедрения технологий Smart grids не одинаков в разных странах Европейского союза. Наибольшее распространение технология «умных измерений» получила в Италии, Норвегии, Швеции, Финляндии и Дании.

В период с 2000 по 2005 г. итальянская компания EnelSPA внедрила технологию «умных измерений» для 27 млн потребителей. Данный проект включает установку у потребителя счетчиков электрической энергии, имеющих двустороннюю связь с энергетической компанией. В качестве среды передачи данных для счетчиков использовалась силовая сеть. Система «умных измерений» имеет большое количество функциональных возможностей: удаленное отключение и включение электроэнергии у потребителя, автоматическое считывание данных со счетчиков, гибкую систему тарифов и т.д.

Большинство стран Европейского союза имеют ограниченные внедрения «умных измерений». Одной из причин является отсутствие единого европейского стандарта на счетчики и технологию передачи данных. Другая проблема заключается в отсутствии четкого представления у потребителя о преимуществах технологии Smart grids. Опросы, проведенные в Великобритании в августе 2009 г. среди 2000 человек, показали, что лишь 32% населения понимают, что такое «умные измерения».

Немаловажной составляющей технологии Smart grids является автоматизация подстанций распределительной сети. Количество автоматизированных подстанций средних и низких классов напряжения, имеющих удаленное управление, не превышает 20—25% в среднем по Европейскому союзу. Исключением являются Италия и Мальта, в автоматизацию всех подстанций распределительной сети которой в рамках плана по внедрению технологии Smart grids было инвестировано 85 млн евро.

SMART GRIDS В США

Разработки новой концепции интеллектуальных сетей спонсируются департаментами обороны и энергетики правительства США и объединением IntelliGrid Consortium. Intelligrids позволят точнее прогнозировать нагрузки, управлять утечками энергии, а также более полно контролировать состояние энергосистемы. Сюда входит также сбор данных о потреблении электроэнергии с измерительных инфраструктур (AMI), обработка и хранение этих данных для использования в бизнес-процессах. В разработке американского проекта участвуют Институт энергетики (EPRI) и филиал концерна АВВ в Калифорнии. Коспонсорами проекта являются крупнейшие энергетические производители США и Европы: Siemens, Elster, ABB Switzerland Ltd, Alliant Energy Corporation, Bonneville Power Administration, California Energy Commission, Consolidated Edison, Electricite de France, Long Island Power Authority, New York Power Authority, Polish Power Grid Company, Public Service Electric & Gas, Salt River Project, TXU Business Services, U.S. Department of Energy, WE Energies.

Проект Intelligrids не только означает цифровую модернизацию распределительных сетей и сетей передачи энергии на дальние расстояния, но и открывает новые перспективы для производства альтернативной энергии. В настоящий момент в США не используется половина установленной мощности и столько же пропускной способности сети. Применение двухсторонней коммуникации, улучшенных датчиков и распределенной компьютерной технологии повысит эффективность, надежность и безопасность поставки и использования энергии. По оценке Департамента США по энергии, внутренняя модернизация сетей США по технологии Intelligrids могла бы сэкономить от 46 до 117 млрд долл. в последующие 20 лет. Вместе со всеми этими преимуществами промышленной модернизации возможности «умных сетей» могут расширить энергетическую эффективность использования энергии у потребителя, работу домашних устройств. «Умные сети» могут также координировать производство энергии от большого числа небольших производителей, таких, как солнечные батареи, ветрогенераторы и т.д.

Поддержка Smart grids стала федеральной политикой. В 2007 г. был принят закон Energy Independence and Security Act (Акт об энергетической независимости и безопасности). Согласно п. 13 этого закона выделяется 100 млн долл. в год на Smart grids в период 2008—2012 гг., устанавливается программа действия чиновникам, коммунальным службам и потребителям для построения Smart grids и создается комиссия Grid Modernization Commission для контроля за действиями в этой области.

Президент США Барак Обама в качестве одной из антикризисных мер в 2009 г. назвал переход к использованию альтернативных источников энергии и попросил конгресс «действовать без промедления» для принятия закона, согласно которому производство энергии от альтернативных источников увеличится вдвое в последующие три года и обеспечит создание новой электрической сети Smart grids.

В январе 2010 г. в США Национальный институт стандартизации и технологии (NIST) принял документ, определяющий основные стандарты и технологии, которые относятся к Smart grids. Документ получил название «Программа внедрения Smart grids в США и основные стандарты Smart grids» (Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards, Release 1.0). В документе определен взгляд на Smart grids с точки зрения достижения стратегических задач США в области энергетики и выделены приоритетные направления:
• наблюдаемость энергосистемы (Wide-area situational awareness) — технологии WAMS и WAPS;
• реакция на нагрузку и энергоэффективность потребителя (Demand response and consumer energy efficiency) — стимулирование потребителя к снижению потребления электроэнергии в часы наибольшей нагрузки за счет гибкого регулирования тарифов;
• хранение электроэнергии (Energy storage) — накопление энергии в гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) и распределенное накопление по всей энергосистеме;
• электрический транспорт (Electric transportation) — электрические автомобили (общественный транспорт);
• кибербезопасность (Cyber security) — вопросы безопасности, связанные с внедрением цифровых технологий в сферу энергетики;
• сетевые коммуникации (Network communications) — механизмы передачи данных, в частности, технологии передачи данных по силовым цепям и их беспроводная передача;
• продвинутая система учета электроэнергии (Advanced metering infrastructure — AMI) — система, созданная для автоматического считывания показаний счетчиков электрической энергии у потребителя и информирования его об изменении тарифов на электроэнергию в режиме реального времени;
• управление распределенной сетью (Distribution grid management) — повышение пропускной способности фидеров, трансформаторов; внедрение распределенной генерации на базе возобновляемых источников.

SMART GRIDS В КИТАЕ

Экономика Китая стремительно развивается, однако потребление энергии на душу населения составляет лишь около 1/12 от потребления в США. По данным Международного энергетического агентства, почти 3/4 электроэнергии Китая базируется на использовании в качестве основного топлива угля, 1/4 часть электроэнергии обеспечивают ГЭС. Китай в настоящее время является крупнейшим потребителем угля по генерируемым мощностям в мире. В результате он обгоняет США по выбросам CO2 на 8—10%. Однако уже сегодня Китай является мировым лидером в некоторых отраслях альтернативной энергетики, таких, как ветроэнергетика, мини-ГЭС. Страна уделяет большое внимание развитию в области возобновляемых источников энергии. Например, в автономной области Внутренняя Монголия достаточно потенциальной энергии ветра для обеспечения всего Китая электроэнергией.

Особое внимание уделяется конкретным задачам реформирования сети:
• реструктуризации цены на электроэнергию с целью учета рыночных реалий;
• расширению использования возобновляемых источников энергии, в том числе гидроэнергетики, энергии ветра и биотоплива;
• реконструкции и новому строительству энергетических объектов;
• обеспечению эффективной передачи электроэнергии между регионами.

Частью пятилетнего плана Китая является создание Wide Area Monitoring system (WAMS). К 2012 г. планируется установить регистраторы PMU на все генераторы мощностью 600 МВт и выше и все подстанции 330—750 кВ и выше. Все коммуникации используют оптоволоконную сеть, и данные от отдельных устройств поступают в центры контроля без существенных временных задержек. В данный момент в Китае функционирует более 75 регистрирующих устройств. Поскольку в стране до недавнего времени не существовала полноценная система сбора и передачи информации, было принято решение о создании подобной системы на базе информации от регистраторов PMU.

При внедрении технологий Smart grids в Китае большое внимание было уделено концепции цифровой подстанции. В 2006 г. была введена в эксплуатацию первая цифровая подстанция 110 кВ Qujing, Yunnan. К 2009 г. Китай занял лидирующее место в мире по цифровым подстанциям, введя в эксплуатацию 70 объектов. Ожидается, что рынок цифровых подстанций в Китае за ближайшие 10 лет вырастет до 4—4,5 млрд юаней в год.

Важным направлением развития технологий Smart grids в Китае является внедрение статических тиристорных компенсаторов. Производитель Rongxin Power Electronic — лидер в технологии гибких электропередач занимает 53% всего рынка статических компенсаторов в Китае.

В августе 2009 г. в Китае была запущена первая станция по зарядке электрического транспорта (Caoxi Electric Vehicle Charging Station). В 2010 г. в Китае планируется запустить 100 станций по зарядке электрического транспорта по всей стране.

Характерной особенностью внедрения Smart grids в Китае является применение продукции китайских производителей.

SMART GRIDS В РОССИИ

Россия, как и другие интенсивно развивающиеся страны мира, участвует в разработках по тематике Smart grids. Представители России принимают активное участие в работе VLPGO и других международных форумов по проблемам «умной сети».

В части технологии у России одна из ведущих позиций по многим аспектам Smart grids. Имеется большой опыт в работах по противоаварийной автоматике, управлению режимами работы энергообъединений, релейной защиты, WAMS.

Однако есть ощутимое отставание в части информационных технологий, силовой электроники, альтернативных источников энергии и т.д.

Что касается экономических, социальных, организационных аспектов, то скорее всего, европейская или американская концепция будет не в полной мере применима для России, Китая, Индии и Бразилии. Поэтому в данном направлении для России открывается широкое поле деятельности.

Несомненный интерес представляет ряд направлений, связанных с перспективными технологиями Smart grids — гармонизацией стандартов, рядом новых IT-технологий, оптическими трансформаторами, FACTS. Вероятно, России необходимо также детально проработать свою концепцию Smart grids с учетом национальных особенностей и стратегических целей.

Для создания интеллектуальных электрических сетей в России необходимо реализовать технические, коммерческие, организационные и социальные решения:
• разработать концепцию развития технологий Smart grids в ЕЭС России;
• интегрировать инновационные технологии;
• определить соотношение централизованной и распределенной генерации;
• провести гармонизацию стандартов оборудования, обеспечить методологию, средства и рекомендации для гармонизации стандартов и технологий при реализации таких систем, как современные измерения, автоматизация управления потокораспределением, спросом, мониторингом переходных режимов;
• предоставить форум ведущим организациям для обмена опытом и планами в области Smart grids;
• разработать предложения по решению организационных вопросов, связанных с привлечением потребителей к участию в управлении потреблением и генерацией;
• организовать проведение работ по практическому внедрению технологий проектирования, наладки и эксплуатации интегрированных систем управления, базирующихся на использовании стандарта МЭК 61850; разработать отечественные инструментальные средства для решения этой задачи;
• обеспечить независимое, объективное тестирование технологий и оборудования производителей; создать сертификационные центры для испытаний оборудования и устройств, разработать пилотные проекты цифровых подстанций для отработки технических решений по новым информационным технологиям.