Эффекты внедрения интеллектуальных электроэнергетических сетей

ВВЕДЕНИЕ

Новые технологии особенно актуальны для России, обладающей исторически сло­жившейся масштабной централизованной системой энергоснабжения, а это свыше 2,5 млн км линий электропередачи, около 500 тыс. подстанций, 700 электростанций мощностью более 5 МВт. По объему про­изводства и потребления электроэнергии Россия является одним из крупнейших энергетических рынков в мире, поэтому можно говорить, что потенциал развития отрасли огромен. Электроэнергетический комплекс России стоит на пороге суще­ственных перемен, которые изменят модель функционирования отрасли в будущем. Необходимость изменений вызвана факто­рами, которые, с одной стороны, связаны с повышением требований заинтересован­ных сторон, а с другой - с внутренними проблемами самой отрасли. К последним относятся высокий износ используемого оборудования, дефицит квалифицирован­ных кадров, высокая стоимость капитала и строительства, недостаточная загрузка се­тевых и генерирующих мощностей, низкая производительность труда [Налбандян Г.Г., Жолнерчик С. С., 2018; Линдер Н. В., Ли­совский А.Л., 2017; Трачук А.В., 20116] (табл. I). Ситуацию усугубляет наличие перекрестного субсидирования, промыш­ленным и коммерческим потребителям при­ходится компенсировать субсидирование населения [ЛиндерН.В., Трачук А.В., 2017; Ховалова Т.В., 2017; Золотова И.Ю., 2017], в результате ценового перекоса для про­мышленных и коммерческих потребителей установлена одна из самых высоких в мире цен на электроэнергию [Трачук А.В., Лин­дер Н.В., 2017; Трачук А.В., Линдер Н.В., Зубакин В. А. и др., 2017]. В России ито­говая стоимость электричества включает как плату за генерирующую мощность, так и плату за содержание сетей, которая не за­висит от объема потребления [Трачук А. В., 20106; Долматов И.А., Золотова И.Ю., Маскаев И. В., 2017]. Эти и иные факторы ограничивают конкурентоспособность экономики страны, затрудняют ее промышленное развитие. [Цифровая энерге­тика, [б.г]] (табл. 1).

Изменение технологической и экономической моде­ли электроэнергетики в промышленно развитых странах нельзя игнорировать прежде всего потому, что электро­энергетика может стать дорогой, неконкурентоспособной. Оптимальным вариантом развития отрасли представляется трансформация существующей модели российской электро­энергетики в сеть производителей и потребителей, объеди­ненных общей инфраструктурой.

В данном исследовании поставлена цель выявить и си­стематизировать технологические, экономические и другие эффекты внедрения интеллектуальных сетей. Указанные эффекты могут возникнуть в результате перехода к цифро­вым способам управления в электроэнергетической отрас­ли, изменения моделей поведения компаний-потребителей, бизнес-практик энергоснабжающих и сервисных компаний.

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ SMART GRID НА РЕЗУЛЬТАТИВНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ

Старение основных фондов и динамика спроса на элек­троэнергию определяют начало нового инвестиционного цикла в 2022-2025 годах, причем, по оценке Министерства энергетики РФ, модернизация объектов электроэнергетики и строительство новых мощностей потребуют более 200 млрд долл. инвестиций. Более того, развитие распределен­ной сети потребует примерно 50 млрд долл. [Трачук А. В., 2010а]. Решение возникших проблем видится в коренной перестройке существующих технологической и экономиче­ской моделей электроэнергетического комплекса, прежде всего в его цифровизации. В табл. 2 представлены ключевые отличия новой энергетической парадигмы от действующей на сегодняшний день [Цифровой переход [б.г]].

Цифровизация экономики - одна из приоритетных задач, поставленных в программных документах, определяющих долгосрочную стратегию развития России. Цифровизацию электроэнергетики можно, в частности, понимать как вне­дрение различных элементов автоматизации, создающих комплексную «умную» сеть (Smart Grid).

В соответствии с определением, данным в одном из стра­тегических документов РФ, интеллектуальные энергети­ческие системы будущего включают интеллектуальные системы электроснабжения; предполагается интеграция различных видов энершресурсов и средств распределен­ной энергогенерации. Ожидаемые результаты реализации таких проектов: качественное повышение управляемости, надежности и эффективности функционирования основных энергетических систем, в том числе электроэнергетических [Прогноз научно-технологического развития РФ, 2014].

В литературе нет единого определения интеллектуаль­ной сети, но суть разных подходов сводится к тому, что ин­теллектуальная сеть представляет собой комбинацию ин­формационных и коммуникационных приложений, которые объединяют генерацию, передачу, распределение и техно­логии конечных потребителей; это системная интеграция [Smart Grid 101, [s.а.]]. Это сеть, работа которой на осно­ве аналоговых технологий XX века была преобразована, с тем чтобы использовать цифровые технологии для связи, мониторинга, вычислений и контроля; большая часть ситу­ационной информации, необходимой для обеспечения без­опасной, эффективной и надежной работы сети, находится в ее цифровой информационной инфраструктуре [Software Engineering Institute, 2010]. Интеллектуальная электросеть также определяется как «система доставки электроэнергии от генерирующих энергию предприятий до потребителей, интегрированная с коммуникационными и информацион­ными технологиями и обеспечивающая улучшенную про­зрачность функционирования энергосистемы, качественное обслуживание заказчиков и предоставляющая экологиче­ские преимущества» [Smart Grid Information [s.а.]]. Можно также сказать, что Smart Grid является технологией, которая позволяет передавать и распределять энергию на новом тех­нологическом уровне между распределенными источниками генерации и потребителями, которые используют электро­энергию как стационарно (здания, объекты промышленно­сти), так и в процессе передвижения (электромобили, гад­жеты).

Изменения в технологиях и экономике требуют улучше­ния характеристик сетевого комплекса, и это мировая тен­денция. Так, в документах, определяющих направления тех­нологического развития в области электроэнергетики США, отмечается, что изменения в спросе, структуре генерации, интеграция ВИЭ, проблемы с надежностью и безопасно­стью требуют инноваций для улучшения ключевых харак­теристик систем передачи и распределения электроэнергии. Требования к такой системе определяют интеллектуальную сеть: система должна быть гибкой с точки зрения модели спроса и предложения, иметь низкие эксплуатационные по­тери, быть устойчивой, доступной и безопасной [Technology development, 2018]

Современная энергосистема - это вертикально интегри­рованная структура, которая в будущем будет трансформиро­ваться в горизонтальную энергосистему, где спрос и предло­жение регулируются с использованием «умных» счетчиков, способствующих двусторонней передаче информации [Тра­чук А.В., 2011а].

Представляется, что внедрение «умных» сетей будет способствовать существенному повышению эффективности отрасли и надежности ее инфраструктуры, сокращению рас­ходов и для производителей электроэнергии, и для потреби­телей. «Умные» сети откроют новые возможности для раз­вития отрасли. Внедрение интеллектуальных сетей вызвано существенной необходимостью, связанной с изменением роли потребителей, повышением требований к надежности, качеству работы сети. Базис концепции технологии «умных» сетей представлен на рис. I [Кобец И. П., Волкова И. О., Око­роков В. Р., 2010].

Представляется, что ключевыми особенностями ин­теллектуальной сети являются клиентоориентированность и информатизация.

Клиентоориентированность. В формирующейся систе­ме потребителю отведена ключевая роль активного участни­ка: он влияет на систему и оптимизирует ее работу, выступая в роли как потребителя, так и производителя электроэнергии. Потребитель самостоятельно формирует требования к объе­му, времени, источникам и качеству потребляемой энергии. Внедрение инноваций, информационно-коммуникативных и компьютерных технологий способствует большей управ­ляемости как отдельных элементов, так и всей системы в це­лом. К таковым механизмам можно отнести «умный» учет, обеспечивающий двустороннюю передачу информации между потребителем и производителем. Это способствует построению своеобразной виртуальной карты физического мира, формируется система, которая позволяет, например, оперативно определять место аварии и перенаправлять по­токи энергии для минимизации ущерба для потребителей, а также избегать увеличения масштабов аварии.

Информация. Эго главное средство управления систе­мой, в результате чего система становится не электроэнерге­тической, а энергоинформационной.

ЭЛЕМЕНТЫ И ЭФФЕКТЫ ВНЕДРЕНИЯ «УМНЫХ» СЕТЕЙ

Парадигма современной электроэнергетики не отрицает и не исключает существования централизованной системы энергоснабжения, но появляются элементы интеллектуаль­ной электроэнергетики, не значимые для электроэнергетики XX века:

• потребители, в том числе имеющие собственную, в том числе избыточную, генерацию;
• микросети, распределяющие электроэнергию среди небольшой группы потребителей, не интегрированные в централизованную энергосистему;
• распределенная генерация, в том числе на основе ВИЭ;
• управление спросом;
• интеллектуальный учет;
• современные системы хранения электроэнергии.

Учитывая формирование новых элементов системы, ос­новные положительные эффекты внедрения интеллектуаль­ных электрических сетей, обсуждение которых приведено далее, можно сгруппировать, ориентируясь на заинтересо­ванные стороны:

• для промышленных потребителей:

о получение доходов от продажи электроэнергии с собственных распределенных источников генера­ции;

о управляемая оптимизация затрат на электроэнер­гию;

о снижение ценовых и технологических рисков, свя­занных с централизованным электроснабжением;

о обеспечение независимой или интегрированной ра­боты с существующей сетевой инфраструктурой, повышение доступности электроэнергии;

о возможность использования разных видов генера­ции;

• для бытовых потребителей:

о оптимизация стоимости электроэнергии за счет различных факторов - от расширения конкурент­ной среды поставщиков до дополнительного дохода от снижения инвестиционной составляющей в элек­троэнергетике в целом;

• для науки, IT-сферы и промышленности:

о появление устойчивого внутреннего спроса на вы­сокотехнологичное оборудование (альтернативные варианты генерации и хранения электроэнергии) и программное обеспечение;

о рост конкурентоспособности, возможность экспор­та технических и программных решений на фоне растущего глобального спроса;

• для сетевого комплекса:

о рост числа технологических присоединений в связи с развитием распределенной генерации;

о сокращение потерь за счет внедрения интеллекту­ального учета;

о увеличение объемов перетоков в сети.

Потребители. В традиционной модели электроэнергети­ки потребители всегда играли пассивную роль, но современ­ные потребители строят собственные генерирующие мощно­сти, особенно в энергоемких отраслях. Более того, население как потребитель стремится к развитию собственных генери­рующих мощностей, в том числе на основе возобновляемых источников электроэнергии. Следовательно, формируется потребитель нового типа, который одновременно может яв­ляться и потребителем, и производителем электроэнергии при реализации соответствующей модели рынка. В странах, где доля распределенной генерации высока, возникает про­блема интеграции таких потребителей в рыночную систему, это одна из значимых причин развития интеллектуальной энергетики. Излишки, выработанные на генерации потреби­телей, используются для создания индивидуальных резервов посредством накопителей электроэнергии или продаются другим потребителям, в этом случае мы говорим о децентра­лизации производства электроэнергии, развитии распреде­ленной генерации [Трачук А. В., Линдер Н.В., 2018].

Распределенная генерация. Эффекты внедрения «ум­ных» сетей определяются, в частности, развитием распре­деленной генерации. Распределенная генерация - сово­купность электростанций, расположенных близко к месту потребления энергии и подключенных либо непосредствен­но к потребителю, либо к распределительной электрической сети (в случае, когда потребителей несколько) [Хохлов А., Мельников К)., Веселов Ф. и др., 2018]. Тип используемо­го источника первичной энергии, принадлежность станции с точки зрения собственности не имеют значения.

Эффективность распределенной энергетики может быть сопоставима с реализацией потенциала крупных электро­станций, кроме того, благодаря близкому расположению к потребителю у нее ниже сетевые потери при распреде­лении энергии. Подобная система отвечает требованиям потребителей относительно доступности и качества элек­троэнергии, обеспечивает более высокую надежность потре­бления. Распределенная сеть источников электроснабжения способствует повышению энергетической безопасности, так как позволяет снизить риски полной изоляции и нарушения энергоснабжения объектов, особенно в труднодоступных ре­гионах страны.

Распределенная сеть может максимально быстро адапти­роваться к внештатным ситуациям, связанным с природными катаклизмами, авариями. По таким признакам, как развитая энергетическая инфраструктура, системы распределенного хранения и обработки данных, распределенная генерация похожа на интернет, в связи с чем новую энергетическую си­стему можно назвать интернетом энергии [Шульга С., 2015; Хохлов А., Веселов Ф., 2017]. Интернетом энергии можно также назвать альтернативную энергосистему, работающую на иных принципах и с иными субъектами относительно су­ществующей.

В современной электроэнергетике распределенная гене­рация обычно понимается как генерация с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Сегодня доля ВИЭ в общей структуре российского производства невелика [Отчет, [s.а.]], чуть более 2% установленной мощности) (рис. 2), но она растет [Зубакин В. А., Ковшов Н.М., 2015; Балы- бердин В., 2015]. Уменьшение стоимости электроэнергии на ВИЭ - аргумент в пользу роста ее производства.

Так, с 1980 по 2013 год стоимость ветроустановок сни­зилась в 10 раз, стоимость солнечных энергоустановок снизилась на 70% в период с 2009 по 2014 год [Цифровой переход, 2017]. Причем экспертные оценки нормированной стоимости электричества (с учетом расходов жизненного цикла) для альтернативной энергетики показывают устойчи­вый тренд: по себестоимости производство электроэнергии из возобновляемых источников энергии приближается к тра­диционным технологиям.

В Северной Америке и Западной Европе «умные» сети позволяют организовать движение электроэнергии в двух направлениях, активно вовлекая домохозяйства в работу рынка, где те могут продавать излишки электричества, выработан­ного с помощью ВИЭ [Климовец О. В., ЗубакинВ. А., 2016].

Управление спросом (demand response) - регулиро­вание объемов потребления электроэнергии в зависимо­сти от времени суток и в ответ на рыночные сигналы. Это один из ключевых компонентов распределенной генерации [Как извлечь, 2016]. При условии добровольного снижения потребления электроэнергии в пиковые часы потребитель получает денежное поощрение. Новые технологии позво­ляют повышать наблюдаемость, управляемость и экономи­ческую эффективность энергосистемы. Так, за последние годы Системный оператор Единой энергетической системы (CO ЕЭС) смог радикально (в 24 раза) сократить время вы­дачи планов-заданий электростанциям в рамках баланси­рующего рынка - с I раза в день до I раза в час. Теперь электростанция может загрузить свои мощности и менять график нагрузки ежечасно, раньше вне зависимости от по­явления возможности она должна была ждать целые сутки. CO ЕЭС ввел элемент управления спросом, для того что­бы экономически оправданными способами повысить гиб­кость управления режимом системы, найти альтернативу строительству новых мощностей. Чем больше возможно­стей управлять режимом работы энергосистемы, тем эф­фективнее можно использовать сетевую инфраструктуру и генерацию.

Пока в российском оптовом рынке ценозависимое сни­жение потребления недостаточно распространено [Дзю­ба А.П., Соловьева И.А., 2018]. Причинами медленного распространения являются сложные условия для малых и средних потребителей, сложно прогнозируемые эффекты для энергосбытовых компаний [Модернизация, 2017]. На се­годняшний день для удовлетворения спроса в часы пиковой нагрузки CO ЕЭС вынужден использовать наиболее дорогие электростанции, что приводит к тому, что в цену включается не только стоимость выработки энергии, но и затраты на за­пуски резервных генераторов. Управление спросом позволит отказаться от использования дорогостоящей неэффективной генерации, приводящего к повышению цены на электро­энергию. Оценка ежегодной экономии в случае управления спросом составит 1,6 млн руб. в год. [Модернизация, 2017].

Расчет эффектов участия в механизме ценозависимого снижения потребления для типового потребителя:

• оплата механизма ценозависимого снижения потребления (+2,7 млн руб./год);
• снижение объема покупки мощности (+0,4 млн руб./год);
• снижение цены покупки электроэнергии (+0,05 млн руб./год);
• оплата отклонений при завышении плана ( - 1,5 млн руб./год);
• обеспечение исполнения обязательства ( - 0,1 млн руб./год).

Пока в механизме управления спросом участвуют только 69 МВт присоединенной мощности алюминиевых заводов компании «РУСАЛ», одного из крупнейших потребителей электроэнергии во второй ценовой зоне. С января по май 2017 года оплачиваемое снижение нагрузки не превысило 64 МВт, или 1% от планового потребления заводов. В результа­те без каких-либо финансовых вложений со стороны компа­нии достигнут экономический эффект - 25 млн руб.

Экономический эффект от ценозависимого снижения потребления мощности получает не CO ЕЭС как админи­стратор энергосистемы и не «РУСАЛ» как ее участник, а по­требители в целом. При отсутствии явного спонсора и выго­доприобретателя система не получит развития без активного участия государства. Сам запуск механизма demand response стал возможен только с лета 2016 года [Постановление 2016].

Управление спросом требует системного подхода. Так, в США, например, в 2010 году федеральным регулятором был принят «Национальный план действий по управлению спросом» [National action plan, 2010].

«Умный» (интеллектуальный) учет (Smart Metering) - усовершенствованный учет электроэнергии, использую­щий современные комплексы программных и аппаратных средств, в том числе установку интеллектуальных приборов учета на стороне потребителя. Таким образом, обеспечива­ются регулярный опрос, сбор, обработка данных, предостав­ление информации о потреблении энергоресурсов, а также возможность автоматического и удаленного управления.

Преимущества использования современного учета:

• обеспечение достоверного измерения потребляемых энергоресурсов;
• автоматизированная и оперативная обработка, переда­ча и представление об объеме потребления;
• контроль режима потребления;
• возможность сведения баланса по группам счетчиков и сопоставления данных с целью выявить факты не­санкционированного потребления;
• получение информации о фактических потерях в элек­тросетях;
• возможность удаленно ограничивать или отключать энергопотребление;
• оценка эффективности мероприятий, направленных на энергосбережение;
• управление потоками мощности [Нестеров И.М., 2013].

Современная система учета предназначена для передачи информации о фактическом объеме потребления электро­энергии в режиме онлайн. На сегодняшний день розничный энергетический рынок РФ оснащен автоматизированным учетом лишь на 9%. Однако «умный» учет - это первый этап внедрения интеллектуальных сетей, который позволяет, в частности, оперативно находить участки, где формируются потери. Так, ПАО «Россети» уже запустило пилотные проек­ты внедрения и использования «умных» счетчиков; совмест­но с Российским фондом прямых инвестиций компания реа­лизует пилотные проекты в Калининграде, Ярославле и Туле.

Развитие интеллектуальных сетей может сопровождать­ся и государственным финансированием, например в США сумма составила 4,5 млрд долл. [RecoveryAct, [s.а.]].

Предполагается развитие «умного» учета за счет соче­тания тарифных и внетарифных источников. В пилотных регионах счетчики ставят за счет инвестора, окупаются они за счет экономии от снижения потерь. Ho неурегулирован­ность вопроса идентификации и гарантированного сохра­нения экономии от снижения потерь не позволяет тиражи­ровать имеющиеся положительные практики. Внедрение технологии Smart Metering может позволить приблизиться к лучшим мировым практикам, когда потери не превышают 5-6%, что в абсолютном выражении позволит сэкономить до 40 млрд рублей в год.

В качестве мер, способствующих внедрению систем «умного» учета, Министерство энергетики с 2018 года пла­нирует запретить территориальным сетевым организациям модернизировать старые приборы учета, не отвечающие требованиям внедряемой «умной» сети.

Внедрение элементов «умного» учета позволит умень­шить число аварий в сети за счет своевременного получения информации о ненормативном режиме работы оборудования и проведения своевременного превентивного ремонта.

В отношении субъектов естественной монополии в элек­троэнергетике устанавливается обязательность использо­вания автоматизированного дистанционного сбора данных об объеме потребленных ресурсов [Прогноз социально-эко­номического развития, 2017].

В России всего около 80 млн точек учета электроэнергии, при этом порядка 9% (7 млн шт.) уже оснащены «умными» счетчиками. По некоторым данным, в России более 40 млн по­требителей, проживающих в многоквартирных домах, 15 млн частных домовладений и более 12 тыс. АЗС, более 2,5 млн ма­лых и средних предприятий. Большая часть нового оборудова­ния (трансформаторы, выключатели) уже имеет системы дис­танционной диагностики [Долматов П., Золотова П., 2015].

К 2020 году в Европе будут установлены более 237 млн интеллектуальных счетчиков электроэнергии, почти 90% установленных счетчиков электроэнергии будут «умными». До сих пор экономический кризис в Европе не был тормозом для программ интеллектуальных счетчиков, наоборот, он ока­зывает дополнительное давление на коммунальные службы и правительства, чтобы обеспечить реализацию преимуществ интеллектуальных счетчиков [Woods E., StrotherN., 2012].

На уровне управления системой, балансами и режима­ми в электроэнергетике шаг в направлении объединения различных устройств, датчиков в единую систему позволит оптимально планировать загрузку генерирующих мощно­стей и, главное, их объем. Так как российская энергосистема построена на резервировании, создание интеллектуальной модели распределения позволит вывести часть неэффектив­ной генерации из эксплуатации и частично решить вопрос перепроизводства генерирующих мощностей (рост с 215 EBt в 2008 году до 235 ЕВт в 2016 году при отсутствии кор­релирующего роста потребления).

С учетом протяженности линейных объектов в электро­сетевом хозяйстве более широкое внедрение интеллекту­альных технологий могло бы привести к повышению на­дежности и снижению операционных расходов. Стала бы реальностью практика управления сетью «по состоянию». К примеру, на сегодняшний день генерирующее оборудова­ние ремонтируется строго по графику, внедрение «умных» сетей позволит наблюдать за состоянием оборудования и проводить ремонт «по требованию», по мере необходимо­сти. В целях нормативного закрепления такой возможности в начале 2017 года Минэнерго России предложило закрепить постановлением правительства изменение соответствующих ремонтных нормативов для ПАО «Россети».

Необходимость интеллектуального учета требует совер­шенствования нормативной правовой базы. С точки зрения оценки государственной стратегии и юридической базы для внедрения систем интеллектуального учета европей­ские страны, например, находятся на разных уровнях раз­вития. Так, по состоянию на 2012 год максимально четкая нормативная правовая база и ясная стратегия были разра­ботаны в Финляндии, Франции и Нидерландах, а в Литве, Словакии, Латвии и Люксембурге стратегия и нормативная правовая база отсутствовали. Прочие страны ЕС находи­лись на разных промежуточных стадиях по этим критериям [Hierzinger R., Albu Н. van Elburg М. et al., 2012].

Эффекты от развертывания интеллектуального учета представляется возможным разделить на четыре основные группы:

• выгоды, получаемые напрямую от развертывания ин­теллектуального учета (например, снижение потерь электроэнергии, снижение денежных плат домохо­зяйств при использовании различных тарифов);
• снижение затрат на развитие интеллектуальной сети благодаря использованию уже имеющейся инфра­структуры интеллектуального учета (например, при­соединение и интеграция распределенной бытовой генерации); функциональные характеристики развер­тываемых современных систем интеллектуального учета не только решают задачи учета, но и поддержи­вают ряд функций/технологий интеллектуальной сети (например, управление спросом в реальном времени, автоматизация распределения электроэнергии и др.);
• выгоды от развертывания интеллектуального учета (на­пример, сокращение времени отключений потребите­ля и др.), для достижения которых нужно реализовать отдельные элементы интеллектуальной электрической сети (например, автоматизация распределительных се­тей, управление спросом в режиме реального времени);
• прочие эффекты от развертывания интеллектуального учета для общества и государства, которые сложно из­мерить количественно, например социальные эффек­ты (вовлечение потребителей, повышение обществен­ного доверия к энергокомпаниям, создание рабочих мест и др.), вклад в достижение стратегических целей развития отрасли (повышение надежности, развитие розничных рынков электроэнергии и др.).

Как показали осуществляемые проекты, «умный» учет дает преимущества как для потребителя, так и для энергети­ческих компаний. Компании получают более достоверную, оперативную информацию и оптимизируют свои издерж­ки. В табл. 3 представлены ключевые эффекты, ожидаемые по результатам внедрения «умного» учета, с точки зрения сетевых компаний.

ЭФФЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ХРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Необходимость механизмов накопления электроэнер­гии связана с особенностью электроэнергии как товара. В любой момент времени должно быть произведено ровно столько электроэнергии, сколько необходимо потребителю. Соответственно, необходимо строить и содержать резерв­ные мощности, которые позволяют стабильно обеспечивать потребителей электроэнергией. Проблема усложняется тем, что в зависимости от времени суток потребление электро­энергии варьирует, поэтому в течение продолжительного времени мощности могут работать в неоптимальном ре­жиме. Более того, частичный переход на возобновляемые источники энергии, которые можно использовать ограничен­ное количество времени, в зависимости от погодных усло­вий, также требует технологий, позволяющих аккумулиро­вать энергию.

Электроэнергетическая система призвана обеспечить многократную обратимую аккумуляцию электрической энергии и быть способной выступать как потребителем (в режиме заряда), так и источником (в режиме разряда) электрической энергии. Объем российского рынка систем хранения электроэнергии с 2025 года может составить 8 млрд долл. в год, что даст экономике страны эффект (за вы­четом инвестиций) на уровне 10 млрд долл. в год (Концепция [б.г]) (табл. 4).

Интернет энергии найдет применение в электроснабже­нии изолированных и удаленных районов, в системах элек­троснабжения жилых районов, в системе электроснабжения промышленных и коммерческих потребителей, на электри­ческом транспорте и в зарядной инфраструктуре, в других случаях (передвижные аварийные источники питания, кол­лективные ИБП, сервисы повышения качества электро­энергии). Новая генеральная схема предполагает управле­ние суточным графиком потребления, управление качеством электроэнергии, резервной мощностью энергосистемы и другие системные услуги. Сценарии использования нако­пителей энергии для гаджетов, приборов, роботов и бытовой техники не включены в проект концепции. В табл. 4 значе­ния приведены с учетом курса доллара ЦБ на 04.03.2017: I долл. = 58,9 руб.

Возможны и другие эффекты применения систем на­копления электроэнергии для заинтересованных сторон:

• Для генерации. Использование накопителей позволит оптимизировать процесс производства электроэнер­гии за счет выравнивания графика нагрузки на наи­более дорогое генерирующее оборудование, снизит уровень перекрестного субсидирования между тепло­вой и электроэнергией, существующий на данный мо­мент. Это неизбежно приведет к сокращению расходов углеводородного топлива, повышению коэффициента использования установленной мощности электростан­ций, увеличит надежность энергоснабжения и снизит потребности в строительстве новых мощностей. На­копители позволяют создать энергетический резерв без избыточной работы генерирующих мощностей, оптимизировать режим работы электростанций, обе­спечить спокойное прохождение ночного минимума и дневного максимума нагрузок.
• Для потребителей. Электроэнергия становится де­шевле, повышается надежность энергоснабжения, можно обеспечить работу критического оборудования при перебоях с питанием и создать резерв на случай аварий.
• Для электросетевого колтлекса. Накопите­ли снижают пиковую нагрузку на электри­ческие подстанции и затраты на модерни­зацию сетевой инфраструктуры, повышают качество и надежность энергоснабжения по­требителей [Батраков А., Шапошников Д., 2017].

ФАКТОРЫ, ПРЕПЯТСТВУЮЩИЕ РАЗВИТИЮ «УМНЫХ» СЕТЕЙ

Рис. 3. Эффект снижения потребления электроэнергии в пиковые часы в каждый рабочий день для типового потребителя (потребитель в первой ценовой зоне, мощность менее 50 МВт) [Посыпанко H., 2017]

Появление новых участников в управлении спросом ограничивает требование к минимальному объему потре­бления. В ценозависимом потреблении могут участвовать только игроки оптового рынка электроэнергии, имеющие мощность более 5 МВт. Снижение мощности может со­ставлять от 2 МВт/ч. На практике подобное ограничение нагрузки без остановки производства может обеспечить потребитель, потребляемая мощность которого выше 40 МВт. В результате подобных ограничений сужается круг потенциальных участников ценозависимого потребления. Так, в США значительную долю мощности, зарезервиро­ванной для снижения, предоставляет малый бизнес и на­селение, то есть участники розничного рынка, которые участвуют в этом механизме наравне с промышленными компаниями.

Снижение мощности может быть оплачено только в том случае, если после команды оператора фактический объем потребления ниже плановой заявки. У потребителя мощно­стью до 50 МВт средняя точность планирования составляет 5% для каждого часа суток, однако при этом возможна ошиб­ка, превышающая 25%. В результате, для того чтобы опера­тор мог зафиксировать снижение нагрузки на 2 МВт, план потребления всегда должен быть завышен с учетом погреш­ности. Тогда потребитель должен оплачивать отклонения, что снижает эффект, который он может получить от участия в ценозависимом потреблении. Соответственно, для получе­ния наиболее существенного эффекта от участия в ценозави­симом потреблении необходимо максимально точно плани­ровать свою нагрузку.

Стоит отметить, что на сегодняшний день компании уже смещают потребление в непиковые для своего региона часы, в результате экономия на электроэнергии составляет 1-2% (рис. 3). При сокращении нагрузки в единой энерго­системе на 0,3% цена в отдельные часы может упасть более чем на 4% [Отчет, [s.а.]].

ЭФФЕКТЫ ВНЕДРЕНИЯ «УМНЫХ» СЕТЕЙ В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ

К эффектам интеллектуальных сетей относится разви­тие информационных технологий как в технологической части, так и в части программного обеспечения. Прежде все­го, можно говорить о том, что интеллектуальна сеть - это интернет вещей. Так называется концепция вычислитель­ной сети, соединяющей вещи (физические предметы), ос­нащенные встроенными информационными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой без участия человека [Указ, 2017]. Однако на сегодняшний день реализация этой концепции в российской энергетике находится на начальном этапе. С целью его развития в гене­рации, например, Минэнерго РФ совместно с АО «РОСНА­НО» и ПАО «Ростелеком» формирует национальный проект по индустриальному интернету на основе пилотного проек­та развития системы удаленного мониторинга и диагностики парогазовых установок. Некоторые частные энергетические компании активно оснащают свои объекты системами уда­ленного контроля и диагностики с целью повысить надеж­ность и снизить расходы на эксплуатацию.

К 2030 году доля возобновляемых источников в России составит 4,5%, внедрение «умных» сетей позволит снизить потребность в установленной мощности более чем на 10% (прогнозная величина - 34 ГВт), снизит элекгропотребле- ние почти на 9%. Относительный уровень потерь в сетях может уменьшиться с 30 до 8% [Прогноз развития, 2014]. Мы составили приближенный прогноз снижения энергопо­требления в различных отраслях хозяйства России (табл. 5), где наибольший объем потребления электроэнергии [Баланс, 2016]. В качестве примера нами были рассмотрены 5 отрас­лей. Стоит отметить, что прогнозный эффект 9% можно до­стичь при наиболее благоприятных условиях.

ВЫВОДЫ

Государство рассматривает цифровизацию как задачу, решение которой позволит стране выйти на новый конкурен­тоспособный уровень. Однако достичь значимого результата удастся только в том случае, если будет обеспечен комплекс­ный подход к реализации современной парадигмы развития электроэнергетики. Существующие нормативные правовые документы носят в основном стратегический характер, по­этому необходимо формирование нормативной правовой базы, стимулирующей развитие интеллектуальной электро­энергетики, положительные эффекты которой для заинтере­сованных сторон чрезвычайно разнообразны.