Smart grid и micro grid — модные, часто звучащие сегодня термины, которыми специалисты описывают энергосети завтрашнего дня, уже существующие где-то там, за рубежом. О том, чем важны «умные» энергосети, и где в России может быть востребована такая концепция, «Популярной механике» рассказывает директор по исследованиям Института системного мониторинга Сергей Сынтульский.
Сергей Сынтульский о будущем электросетей
Сергей Сынтульский, директор по исследованиям Института системного мониторинга

Что такое «умные» энергосети?

Интеллектуальные сети (smart grid) — это маркетинговый термин, означающий новые принципы работы электрической сети, управление которой полностью автоматизировано. Ключевые технические особенности такой сети — открытый протокол для обмена информацией между потребителями, производителями электроэнергии и оператором сети и полная автоматизация диспетчерского управления.

Под открытым протоколом мы понимаем язык сообщений, описание которого публично и используется производителями оборудования и программного обеспечения для распределенного управления энергетической системой: бойлер в жилом доме может принимать и обрабатывать информацию о нагрузке в сети, о ценах на электроэнергию, внешние сигналы включения и выключения; электромобиль, подключенный в сеть на ночь, может сообщить о том, что его аккумулятор готов к приему электроэнергии на хранение.

В экономическом плане интеллектуальная сеть может представлять собой рынок электроэнергии, аналогичный работающим и сейчас (но для больших производителей и потребителей, а не для всех) торговым площадкам.

Интеллектуальная сеть позволяет снять ограничения по подключению большого количества малых генераторов, работающих в различных режимах и продающих электроэнергию на локальном рынке. Это важно в условиях европейской энергосистемы, переходящей на возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнце, под действием высоких цен на природный газ и ужесточения экологического регулирования. Начало процесса развития возобновляемых источников энергии (кроме гидрогенерации, которая развивалась и ранее) было положено Маастрихским соглашением 1997 года, однако основной прирост возобновляемых генерирующих мощностей происходил начиная с 2003 года, за последние 10 лет доля возобновляемых источников в энергобалансе стран Европейского Союза практически удвоилась (за вычетом гидрогенерации).

Многие виды возобновляемых источников энергии представлены, в основном, генерирующими объектами сравнительно малой мощности. Например, мощность промышленного ветрогенератора Enercon-126 составляет 7,5 МВт, мощность солнечной батареи, устанавливаемой на крыше дома, может составлять 10 КВт. Для сравнения, мощность тепловых и атомных электростанций может составлять несколько сотен мегаватт или несколько гигаватт. К тому же нагрузка данного вида генераторов определяется внешними факторами (интенсивностью солнечного излучения и скоростью ветра) и не поддается управлению, что усложняет задачу ручного управления режимами энергосистемы.

Отрицательная цена за киловатт-час

Безусловно, нельзя говорить о революционности понятия интеллектуальной сети как технологического решения. Постепенная автоматизация работы электрической сети — это непрерывный процесс, развивающийся уже не одно десятилетие. Революционность, если она и есть, лежит в плоскости экономических отношений, активного участия в работе энергосистемы миллионов агентов (в перспективе) — потребителей, управляющих своей нагрузкой, имеющих малую генерацию (например, солнечную батарею на крыше дома или аккумулятор электромобиля), возможности для домохозяйств, вместо оплаты счетов, зарабатывать на электроэнергии.

Хотя интеллектуальные сети еще не получили повсеместного распространения даже в развитых западных странах, технологическая возможность массового подключения возобновляемых источников генерации уже привела к интересным рыночным последствиям. Например, на немецкой бирже электроэнергии в некоторые часы складывается отрицательная цена за киловатт-час — предположительно, из-за ветряных генераторов, которые получают доплату за выработку энергии и потому готовы доплачивать, а также из-за угольных электростанций, которые слишком дорого останавливать на короткое время; а в Италии, из-за увеличения количества солнечных батарей, энергия ночью стоит дороже, чем днем.

Нужно ли это России

В России есть запасы углеводородов и не очень высокое качество институтов технологического развития, поэтому интеллектуальные сети пока не представлены. Однако, согласно «Энергетической стратегии России на период до 2030 года» в стране предполагается «создание высокоинтегрированных интеллектуальных системообразующих и распределительных электрических сетей нового поколения в Единой энергетической системе России».

В соответствии с международной практикой первые проекты в сфере интеллектуальных сетей финансируются и управляются централизованно, наиболее вероятный претендент на решение этой задачи — ОАО «Россети», в компании уже создан центр, отвечающий за развитие данной тематики — Архитектурный комитет по развитию ИЭС ААЭ «НТЦ ФСК ЕЭС». Рассматриваемые Архитектурным комитетом инициативы положительно оцениваются экспертным сообществом, в частности — зарубежным, однако пока не перешли в стадию практической реализации.

Для того, чтобы создать умную сеть на базе существующей, необходимо обеспечить подключение к телекоммуникационным сетям приборов учета, оборудования, управляющего режимами, потребителей; реализовать программное обеспечение для обмена информацией и автоматического управления; в некоторых случаях — устранить узкие места в существующей сети и повысить ее связность (построить новые ЛЭП и транформаторы).

Существует мнение, что для России вопрос интеллектуальных сетей актуален, в первую очередь, в контексте энергоснабжения изолированных энергетических систем Дальнего Востока и Сибири. Сейчас в некоторых из таких систем стоимость киловатт-часа электроэнергии, производимой на привозном мазуте, достигает 30 рублей — в несколько раз больше, чем в среднем по стране. В качестве примера можно привести удаленные северные районы Архангельской области. Сейчас из областного бюджета на покупку мазута регулярно выделяются сотни миллионов рублей в качестве субсидий на покупку и доставку топлива. При этом существует возможность развертывания в прибрежных районах области и соседних субъектов РФ систем ветряной генерации. Для реализации этого плана потребуется не только строительство ветряных генераторов, но существенное расширение сетевой мощности. Тем не менее, инвестиционный анализ показывает, что проект выгоден.

Таким образом, полностью или частично изолированные энергосистемы в районах с низкой плотностью населения представляют один из естественных объектов для пилотирования технологии интеллектуальных сетей в Российской Федерации. Локальная энергетическая система, включающая объекты малой генерации, преимущественно автономная, в англоязычной литературе называется micro grid. В принципе, данная модель энергосистемы не обязательно предполагает интеллектуальную сеть, однако именно технология интеллектуальных сетей может снизить издержки по развертыванию сетей малой генерации. Именно модернизация micro grids на основе технологии интеллектуальных сетей может быть тем классом проектов, на которых проведение технологических экспериментов в данной сфере может быть экономически целесообразно в российских условиях. В то же время, проблемы инвестиционного климата на таких территориях стоят наиболее остро.

Важный вопрос, возникающий в контексте внедрения в России интеллектуальных сетей, это вопрос энергетического протекционизма. Ведь в случае замены даже неэффективного дизельного котла ветрогенератором закупки российского мазута снижаются в пользу закупок импортного оборудования. В этом одна из причин попыток форсированного развития данной технологии — сохранить возможность производства оборудования и программного обеспечения в России в том случае, если когда-либо это окажется выгодно.

Подводя итог, можно сказать, что технология интеллектуальных сетей так или иначе будет развиваться и в России, поскольку в условиях перехода на цифровую технику у компании энергетического сектора просто нет другого выбора. А вот польза, которую общество получит от такого перехода, может существенно различаться. И зависит это, в первую очередь, не от технических, а от экономических и организационных факторов — насколько удастся привести институты в соответствие с новыми технологическими реалиями.