Ситуация в мире

В современной энергетике все большее значение приобретают интеллектуальные или «умные» сети. Энергетическая система нового поколения Smart Grid децентрализована и основана на использовании возобновляемых ресурсов – энергии ветра, солнца, воды, биомассы и геотермальных источников. Предполагается, что благодаря внедрению интеллектуальных сетей увеличится эффективность производства и потребления энергии, а также сократятся расходы при ее генерации и передаче. Smart Grid предусматривает интеграцию в единую систему всех источников и хранилищ энергии. По прогнозам, интеллектуальные сети должны ликвидировать перегрузку существующих энергосистем, вызванную бурным развитием промышленности и ростом мегаполисов. Технологии, используемые в Smart Grid, не оказывают негативного влияния на окружающую среду или минимизируют его. А следовательно, распространение интеллектуальных сетей стимулирует переход производителей на экологически безопасные технологии. Так, например, в 2010 году экотехнологические решения одной только компании «Сименс» сократили выбросы углекислого газа на 270 млн тонн – это равно годовым выбросам в атмосферу Гонконга, Лондона, Нью-Йорка, Токио, Дели и Сингапура вместе взятых.

В перспективе использование интеллектуальных сетей позволит решить многие мировые проблемы в энергетике, экономике и экологии. «Умные» сети способны самостоятельно восстанавливаться после сбоев, устойчивы к атакам извне и в целом повышают эффективность энергетики. Конечные потребители смогут активно участвовать в работе сетей: изучать информацию о своем энергопотреблении и выбирать оптимальные тарифы, а также самостоятельно генерировать энергию и передавать ее в сеть. Интеллектуальные сети послужат и подъему науки, создав спрос на высокотехнологичные продукты и простимулировав общее развитие промышленности.

Благодаря внедрению интеллектуальных сетей к 2020 году в странах Евросоюза прогнозируется снижение вредных выбросов в атмосферу на 20%. На столько же планируется сократить объем энергопотребления. Ожидается, что энергоснабжение через интеллектуальные сети составит одну пятую часть от общего энергоснабжения. Для 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.

Один из проектов был завершен в 2011 году в США. Под дном залива Сан-Франциско был проложен силовой кабель постоянного тока HVDC Plus. При передаче электроэнергии на дальние расстояния высоковольтные линии постоянного тока дешевле, чем линии переменного тока, и имеют более низкие потери электроэнергии. В результате увеличилась надежность и безопасность электроснабжения Сан-Франциско и пригородов, были ликвидированы сетевые ограничения на участке. Потери мощности при передаче электроэнергии снизились. За счет включения в сеть крупных ветровых, солнечных и гидроэлектростанций сократились выбросы углекислого газа. Сегодня кабель мощностью в 400 МВт передает энергию от удаленной электростанции в Питсбурге прямо в центр Сан-Франциско. В среднем такая система позволяет передавать мощности до нескольких гигаватт на расстояния более 1000 км. Технология HVDC Plus может стать оптимальным решением для соединения удалённых морских нефтяных или газовых платформ и ветровых электроустановок с наземными энергосистемами, а также для густо населённых районов, подобных Сан-Франциско.

Так как на данном этапе использовать возобновляемые источники энергии можно только в комплексе с традиционными, усовершенствование традиционных энергетических технологий – важный аспект развития интеллектуальных сетей. Поэтому большой процент работ по внедрению «умных» сетей ведется именно в этом направлении. Например, «Сименс» совместно с энергетической компанией E.ON Energie запустила в баварском городе Иршинге самую крупную в мире газовую турбину SGT5-8000H. При ее использовании в комбинированных электростанциях выработка достигает 570 МВт при рекордном КПД более 60%. Выбросы углекислого газа снижаются на 45 тыс. т в год, что равно годовому выбросу 25 тыс. автомобилей. А в 2010 году была запущена в эксплуатацию электростанция «Иршинг 5» производительностью 847 МВт, оснащенная двумя газовыми и паровой турбиной. Выбросы оксида азота при ее работе достигли крайне низкой отметки в 15 тыс. т в год.

Еще одно важное направление развития интеллектуальных сетей, особенно значимое для конечного потребителя, – внедрение интеллектуальных приборов учёта электроэнергии (Smart Metering). Компания Vector Group совместно с «Сименс» реализовала в Австралии и Новой Зеландии проект по внедрению автоматизированных систем для измерения потребления газа и электричества. В итоге 800 тыс. бытовых потребителей были переведены на систему интеллектуального учета электроэнергии. Данная система позволила управлять большими объемами по потреблению электроэнергии и газа, отслеживать нагрузки в населенных пунктах и получать оперативные отчеты об исключительных ситуациях. Системы интеллектуального учета электроэнергии способствуют уменьшению потребления энергии населением и оптимизации энергозатрат в пиковые периоды. Также они уменьшают стоимость обслуживания бытовых систем за счет сокращения штата работников, осуществляющих измерения вручную.

Интеллектуальные сети подразумевают активное использование в энергетике источников возобновляемой энергии. Особенно интенсивно их используют Китай, США, Дания и Германия, получая из возобновляемых источников до 30-40% энергии. Один из крупнейших на сегодня проектов по добыче регенеративной энергии готовится в Северной Африке. Консорциум Dii GmbH, объединяющий лидеров энергетической промышленности в Европе, совместно с некоммерческой организацией Desertec Foundation планирует построить гигантскую солнечную электростанцию мощностью 100 ГВт. Электроэнергия будет передаваться по кабелю, проложенному через Средиземное море. Объема передаваемой энергии будет достаточно для обеспечения 15% потребностей Европы. К 2050 году будет сгенерировано количество энергии стоимостью 2 трлн евро, а инвестиции в проект составят 400 млрд евро.

США. В США разработана дорожная карта проектирования и внедрения интеллектуальных технологий до 2030 года, отражающая все элементы энергетической системы будущего: документы разработаны на основе системного подхода и охватывают развитие всего комплекса энергетической отрасли: от научно-исследовательских организаций до конечного потребителя. В настоящее время национальный исследовательский институт электроэнергетики США - EPRI ведет разработки в соответствии с комплексной программой исследований по следующим ключевым направлениям:

• технологии и инфраструктура Smart Grid;

• информационное обеспечения функционирования и управления Smart Grid;

• планирование работы сети на основе Smart Grid;

• приложения и технологии распределительной части Smart Grid;

• хранение электрической энергии;

• интеграция различных источников энергии и контролируемой нагрузки;

• возможность объединения распределенных возобновляемых источников энергии.

Исследования и результаты практических решений и разработок различных зарубежных электросетевых компаний показывают, что одним из важнейших условий успешности является обеспечение совместимости создаваемых новшеств: так технологии, разрабатываемые для управления распределительным комплексом должны стыковаться с технологиями, применяемыми, с одной стороны, в магистральном комплексе, а с другой – у потребителя. Кроме того, многие из технологий сами по себе очень ценны, но, работая в системе, приносят гораздо больший синергетический эффект.

Выгода от почасового ценообразования может быть существенной, например, как это было посчитано для Калифорнии. Если бы почасовое ценообразование применялось для 20% розничной нагрузки с полной ценовой эластичностью-0.25, то экономия за электричество в Калифорнии составила бы 220 миллионов долларов в 1999.

Экономия могла бы быть еще больше в 2000 году, когда цены в Калифорнии были не только почти в 4 раза выше, но и намного более изменчивыми чем в 1999. Динамическое почасовое ценообразование позволило бы потребителям сэкономить приблизительно 2,5 миллиарда долларов в 2000, или 12 % от платы за электроэнергию в целом по штату (см. Херста, 2002).

В обычные годы экономия могла бы быть не столь существенной, в то время как в годы, когда можно наблюдать высокие цены на топливо, дефицит мощности, и быстрый рост нагрузок, динамические программы ценообразования не только окупают себя, но и работают как страхование. Внедрение программ требует от руководителей понимания и принятия страховых аспектов динамического ценообразования.

Европа. Электроэнергетическая система Европы является одной из самых больших технических систем в мире, она обслуживает 430 миллионов человек, с протяженностью транспортных сетей 230, 000 км на высоких уровнях напряжения от 220 кВ и 400 кВ и 5000000 км распределительных сетей на среднем и низком уровнях напряжения. Со всеми станциями, системами поддержки и т.д. инвестиции в Европейские электрические сети к настоящему времени превышают 600 миллиардов евро (примерно 1500 евро на каждого жителя).

Значительная часть Европейских электроэнергетических сетей были построены более 40 лет назад. Обновление необходимо, и оно уже происходит - по данным Международного энергетического агентства, приблизительно 500 миллиардов евро будет вложено к 2030 году. Без внедрения новых "умных" технологий и решений это обновление станет всего лишь программой замены, основанной на старых решениях и существующих технологиях, с небольшим использованием потенциала для повышения эффективности и, в конечном счете, оно может привести к обесцениванию активов, к потере возможностей и неспособности достичь амбициозных целей в энергетике для Европы.

Электрические сети в будущем будут снабжать крупномасштабную распределенную генерацию, обеспечивать широкое применение возобновляемых источников энергии и способствовать связи крупномасштабной централизованной генерации в подходящих местах (например, недалеко от берега, чтобы получить доступ к охлаждению воды). Кроме того, массовая электрификация транспортных средств (как общественных, так и частных), клиенто- и сервисно-ориентированное электроснабжение должно поддерживаться и активно запускаться в работу.