Preview

Стратегические решения и риск-менеджмент

Расширенный поиск

Эффекты внедрения интеллектуальных электроэнергетических сетей

https://doi.org/10.17747/2078-8886-2018-2-92-101

Полный текст:

Аннотация

Цифровизация экономики – одна из приоритетных задач, поставленных в программных документах, определяющих Долгосрочную стратегию развития России. Одним из ключевых компонентов цифровой экономики являются интеллектуальные электрические сети (Smart Grid).
В данном исследовании поставлена цель выявить и систематизировать технологические, экономические и другие эффекты от внедрения интеллектуальных сетей. Источниками возникновения указанных эффектов могут быть как переход к цифровым способам управления в электроэнергетической отрасли, так и изменение моделей поведения компаний-потребителей, бизнес-практик энергоснабжающих и сервисных компаний.

Для цитирования:


Ховалова Т.В., Жолнерчик С.С. Эффекты внедрения интеллектуальных электроэнергетических сетей. Стратегические решения и риск-менеджмент. 2018;(2):92-101. https://doi.org/10.17747/2078-8886-2018-2-92-101

For citation:


Hovalova T.V., Zholnerchik S.S. The effects of the introduction of smart grids. Strategic decisions and risk management. 2018;(2):92-101. (In Russ.) https://doi.org/10.17747/2078-8886-2018-2-92-101

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).

 

Таблица 1

Проблемы развития энергетической отрасли в России

Фактор

Показатель

Большие расстояния и низ­кая плотность нагрузки (сетевых активов на I кВт)

В 1,5-3,0 раза больше, чем в других странах

Высокая стоимость капитала

В 2-3 раза выше, чем в Европе

Высокая стоимость строительства

На 20—40% выше, чем в Европе

Низкая загрузка сетевых и генерирующих мощностей

Загрузка магистрального сетевого комплекса 26%, распределительного - 32%; ко­эффициент использования уста­новленной мощности - 50%

Низкая производитель­ность труда(количество работников на I МВт уст. мощности)

в 10 раз больше работников, чем в США

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.

 

Таблица 2

Сравнение традиционной и новой энергетических парадигм

Действующая (доминирующая) энергетическая парадигма

Наступающая энергетическая парадигма

Доминирование источников электроэнергии на основе углеводородного топлива

«Чистая энергия» возобновляемых источников энер­гии.

Елубокая децентрализация производства энергии. Рост роли электроэнергии в структуре потребления топливно-энергетических ресурсов

Крупные вертикально интегрированные энергетические компании с мощными энергоблоками, крупными месторождениями, большими перерабатывающими установками

Децентрализованные рынки, частные инвестиции

Централизованные электрические сети

Интеллектуализация базовой инфраструктуры, разви­тие технологий «умных» сетей (Smart Grids)

Однонаправленность потоков электроэнергии - от генератора к потребителю

Переход потребителей к активным моделям поведе­ния (активный потребитель в центре энергосистемы)

Одновременность процессов производства и потребления электроэнергии

Технологии накопления энергии - энергия как «скла­дируемый» товар

Рост эффективности использования энергии

Широкое использование органических топлив в промышленности и транспорте

Углубление электрификации промышленности и транспорта

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].

 

Рис. 1. Стратегическое видение электроэнергетики будущего [Кобец И. И., 2010]

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.

 

Рис. 2. Структура установленных мощностей по типам электростанций, %

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].

 

Таблица 3

Ожидаемые эффекты внедрения технологии «умного» учета [Умный учет 2010]

Область

Эффект

долгосрочный

практический краткосрочный

Еосударство

Снижение энергопотребления на 20%; прозрачность структуры энергопотребления

Еенерация

Потенциальное снижение объема новых мощностей на 20%; сглаживание пиков энергопотребления

Сети

Снижение потерь электроэнергии на 50%; Снижение опера­ционных затрат за счет сокращения численности персонала и объемов технического обслуживания и ремонта до 10%

Снижение потерь электроэнергии на 50% за счет коммерческих потерь; снижение операционных затратна 10%

Сбыт

Улучшение оборачиваемости задолженности на 30%; уменьшение количества обращений потребителей на 30%

Транслируется в сокращение операционных затрат на 5%

Потребитель

Более высокий уровень удовлетворенности качеством энерго снабжения;

возможность информирование управлять объемами и стоимостью своего энергопотребления

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].

 

Таблица 4

Оценка рынков и эффектов применения систем хранения электроэнергии (с 2025 года), млрд долл.

Параметр

Интернет энергии

Новая генеральная схема

Экспорт водорода

Ежегодный объем мирового рынка

56,7

18,3

30,0

Ежегодный объем рынка РФ:

 

 

 

консервативный

0,7

0,2

0,5**

оптимистический

1,9

4,0

2 9**

Ежегодный эффект для экономики РФ за вычетом инвестиций:

 

 

 

консервативный

1,1 (0,5*)

0,4(0,18)

1,1 

оптимистический

2,1(1,0)

2,6 (0,37)

6,3***

* В скобках указана доля экспорта. ** Системы производства. *** Экспорт.

 

 

 

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.

 

Таблица 5

Ожидаемый эффект внедрения «умных» сетей в различных отраслях

Показатель

Добыча полезных ископаемых, обрабатывающие производства, производство и распределение электроэнергии, газа и воды

Сельское хозяйство, охота и лесное хозяйство

Строительство

Оптовая и розничная торговля

Транспорт и связь

2020

Прогноз потребления:

 

 

 

 

 

стандартный

650

20

15

40

102

с внедрением «умных» сетей

591

18

13

36

93

Эффект

58

2

1

4

9

2025

Прогноз потребления:

 

 

 

 

 

стандартный

708

21

16

43

111

с внедрением «умных» сетей

644

20

14

39

101

Эффект

64

2

1

4

10

2030

Прогноз потребления:

 

 

 

 

 

стандартный

766

23

17

47

120

с внедрением «умных» сетей

697

21

16

43

109

Эффект

69

2

2

4

11

2035

Прогноз потребления:

 

 

 

 

 

стандартный

825

25

18

50

129

с внедрением «умных» сетей

750

23

17

46

117

Эффект

74

2

2

5

12

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.

Об авторах

Т. В. Ховалова
ФГОБУ ВО «Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации»
Россия

Ассистент Департамента менеджмента ФГОБУ ВО «Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации». Область научных интересов: стратегии и управление развитием компаний электроэнергетической отрасли, внедрение инноваций в электроэнергетике, перекрестное субсидирование.



С. С. Жолнерчик

Россия

Кандидат экон. наук, доцент. Область научных интересов: экономика и управление электроэнергетической отраслью, внедрение инноваций в электроэнергетике, эффективность энергетических компаний



Список литературы

1. Балыбердин В. (2015) Обоснование экономической целесообразности введения ОЭР ЕАЭС// Эффективное Антикризисное Управление. № 4. С. 86–98.

2. Батраков А., Шапошников Д. (2017) Как технологии накопления энергии изменят мир // РБК. № 008 (2505).

3. Баланс энергоресурсов за 2016 г. (2016) // Федеральная служба государственной статистики. URL: http://www.gks.ru / free_doc / new_site / business / prom / en_balans.htm.

4. Дзюба А. П., Соловьева И. А. (2018). Управление спросом на электропотребление в России // Стратегические решения и риск-менеджмент. № 1. С. 72–79.

5. Долматов И., Золотова И. (2015) Сколько стоит избыточная мощность генераторов? // Энергорынок. № 8. С. 32–35.

6. Долматов И. А., Золотова И. Ю., Маскаев И. В. (2017). Новый тарифный режим для естественных монополий в России: каким он должен быть? // Эффективное Антикризисное Управление. № 3–4. С. 30–37.

7. Золотова И. Ю. (2017). Перекрестное субсидирование в электроэнергетике: эмпирический анализ, оценка эффективности собственной генерации // Эффективное Антикризисное Управление. № 3 (101). С. 70–77.

8. Зубакин В. А., Ковшов Н. М. (2015). Методы и модели анализа волатильности выработки ВИЭ с учетом цикличности и стохастичности // Эффективное Антикризисное Управление. № 4. С. 86–98.

9. Как извлечь выгоду из трансформации традиционных цепочек создания стоимости. Технологии и инновации в эпоху трансформации энергетического сектора // PWC. URL: https://www.pwc.ru / ru / power-and-utilities / assets / technology_innovation_rus.pdf.

10. Климовец О. В., Зубакин В. А. (2016). Методы оценки эффективности инвестиций в собственную генерацию в условиях риска // Эффективное Антикризисное Управление. № 2 (95). С. 78–84.

11. Кобец Б. Б. (2010) Smart Grid как концепция инновационного развития электроэнергетики за рубежом // Энергоэксперт. № 2. С. 24–30.

12. Кобец И. И., Волкова И. О., Окороков В. Р. (2010) Концепция интеллектуальных энергосистем и возможности ее реализации в российской электроэнергетике. М. 65 с.

13. Концепция развития рынка систем хранения электроэнергии в Российской Федерации [б.г.] // https://minenergo.gov.ru / sites / default / modules / me_pdf / web / viewer.html?file=%2Fsites%2Fdefault%2Ffiles%2F04%2F20%2F7760%2FKoncepciya_po_nakopitelyam.pdf#page=1&zoom=auto,0, – 59.

14. Линдер Н. В., Лисовский А. Л. (2017) Развитие рынка электроэнергии в России: основные тенденции и перспективы // Стратегии бизнеса. № 2. С. 48–54.

15. Линдер Н. В., Трачук А. В. (2017) Влияние перекрестного субсидирования в электро- и теплоэнергетике на изменение поведения участников оптового и розничного рынков элекро- и теплоэнергии // Эффективное Антикризисное Управление. № 2. С. 78–86.

16. Модернизация ТЭС: Маневр уклонения от рынка? (2017) / VYGON Consulting // Bigpower Electric. URL: http://www.bigpowernews.ru / photos / 0 / 0_XuVTqThlhN1J6Mja1LhgpOsxcF7LQhKS.pdf.

17. Налбандян Г. Г., Жолнерчик С. С. (2018). Ключевые факторы эффективного применения технологий распределенной генерации в промышленности // Стратегические решения и риск-менеджмент. № 1. С. 80–87.

18. Нестеров И. М. (2013) Smart Metering в концепции Smart Grid // Инженерный центр «Энергоаудитконтроль». URL: http://www.csr-nw.ru / files / csr / file_content_1316.pdf.

19. Отчет о функционировании ЕЭС России в 2017 году. Системный оператор Единой энергетической системы ( [s.a.]) // Bigpower electric. URL: http://www.bigpowernews.ru / photos / 0 / 0_N3PYwDsNOMheGpg7muDjSFNILXXqrd5f.pdf.

20. Постановление Правительства РФ от 20.07.2016 № 699 «О внесении изменений в Правила оптового рынка электрической энергии и мощности» // КонсультантПлюс. URL: http://www.consultant.ru / document / cons_doc_LAW_202226 / 92d969e26a4326c5d02fa79b8f9cf4994ee5633b / .

21. Посыпанко Н. (2017) Особенности национального demand response // Энергорынок. № 6. С. 10–13.

22. Прогноз научно-технологического развития Российской Федерации на период до 2030 года // Правительство России. URL: http://government.ru / dep_news / 9801 / .

23. Прогноз развития энергетики мира и России до 2040 года (2014) // Институт энергетических исследований Российской академии наук. URL: https://www.eriras.ru / files / forecast_2040.pdf.

24. Прогноз социально-экономического развития Российской Федерации на 2018 год и на плановый период 2019 и 2020 годов (2017) // Министерство экономического развития Российской Федерации. URL: http://economy.gov.ru / wps / wcm / connect / 2e83e62b-ebc6‑4570‑9d7b-ae0beba79f63 / prognoz2018_2020.pdf?mod=ajperes.

25. Трачук А. В. (2011а). Развитие механизмов регулирования электроэнергетики в условиях ее реформирования // Экономика и управление. № 2. С. 60–63.

26. Трачук А. В. (2011б) Реформирование естественных монополий: цели, результаты и направления развития. М.: Экономика. 319 с.

27. Трачук А. В. (2010а) Реформирование электроэнергетики и развитие конкуренции. М.: Магистр. 280 с.

28. Трачук А. В. (2010б) Риски роста концентрации на рынке электроэнергии / Энергорынок. № 3. С. 28–32.

29. Трачук А. В., Линдер Н. В. (2017). Перекрестное субсидирование в электроэнергетике: подходы к моделированию снижения его объемов // Стратегические решения и риск-менеджмент № 1 (100). С. 24–35.

30. Трачук А. В., Линдер Н. В. (2018). Технологии распределенной генерации: эмпирические оценки факторов применения // Стратегические решения и риск-менеджмент. № 1. С. 32–49.

31. Трачук А. В., Линдер Н. В., Зубакин В. А. и др. (2017) Перекрестное субсидирование в электроэнергетике: проблемы и пути решения. СПб.: Реальная экономика. 121 c. URL: https://elibrary. ru / item.asp?id=29835475.

32. Указ Президента РФ от 09.05.2017 № 203 «О Стратегии развития информационного общества в Российской Федерации на 2017–2030 годы» // КонсультантПлюс. URL: http://www.consultant.ru / document / cons_doc_LAW_216363 / .

33. Умный учет – первый шаг на пути к умным сетям (2010). СПб. URL: http://www.fsk-ees.ru / media / File / evolution / innovations / Presentation / Doklad_Slobodin.pdf.

34. Ховалова Т. В. (2017). Моделирование эффективности перехода на собственную генерацию // Эффективное Антикризисное Управление. № 3. С. 44–57.

35. Хохлов А., Веселов Ф. (2017) Internet of Energy: как распределенная энергетика повлияет на безопасность, цены на электричество и экологию // Forbes. URL: http://www.forbes.ru / biznes / 351485‑internet-energy-kak-raspredelennaya-energetika-povliyaet-na-bezopasnost-ceny-na.

36. Цифровая энергетика будущего [б.г.] // Центр стратегических разработок. URL: http://2035.media / 2017 / 10 / 12 / energydigest2 / .

37. Цифровой переход в электроэнергетике [б.г.] // Центр стратегических разработок. URL: https://www.csr.ru / issledovaniya / tsifrovoj-perehod-v-elektroenergetike-rossii / .

38. Хохлов А., Мельников Ю., Веселов Ф. и др. Распределенная энергетика в России: потенциал развития // Энергетический центр «Сколково». URL: https://energy.skolkovo.ru / downloads / documents / SEneC / Research / SKOLKOVO_EneC_DER-3.0_2018.02.01.pdf.

39. Шульга С. Что такое Интернет энергии [2015] URL: http://www.technocrats.com.ua / chto-takoe-internet-energy.html.

40. Hierzinger R., Albu H., van Elburg M. et al. (2012). European Smart Metering Landscape Report 2012 // URL: https://www.energyagency.at / fileadmin / dam / pdf / projekte / klimapolitik / SmartRegionsLandscapeReport2012.pdf.

41. National action plan on demand response (2010) // Energy.gov. URL: https://www.energy.gov / sites / prod / files / oeprod / DocumentsandMedia / FERC_NAPDR_-_final.pdf.

42. Hierzinger R., Recovery Act Smart Grid Programs ( [s.a.]) // Smartgrid.gov. URL: https://www.smartgrid.gov / recovery_act / .

43. Smart Grid 101 ( [s.a.]) // Berkeley Lab. Electricity Markets and Policy Group. URL: https://emp.lbl.gov / sites / default / files / chapter1–3.pdf.

44. Smart Grid Information [s.a.] // Office the general counsel. URL: https://www.energy.gov / gc / services / smartgrid-information.

45. Smart Grid Maturity Model. Model Definition. A framework for smart grid transformation. Technical report (2010) / Software Engineering Institute // Smartgrid.gov. URL: https://www.smartgrid.gov / files / AEP_EPRI_Smart_Grid_Demo_Virtual_Power_Plant_Simulation_Proj_201012.pdf.

46. Technology development (2018) // Office of electricity. US Department of Energy. URL: https://www.energy.gov / oe / activities / technology-development.

47. Woods E., Strother N. (2012) Smart Meters in Europe. Research report // URL: http://www.navigantresearch.com / wp-content / uploads / 2012 / 09 / AMIEU-12‑Executive-Summary.pdf.


Для цитирования:


Ховалова Т.В., Жолнерчик С.С. Эффекты внедрения интеллектуальных электроэнергетических сетей. Стратегические решения и риск-менеджмент. 2018;(2):92-101. https://doi.org/10.17747/2078-8886-2018-2-92-101

For citation:


Hovalova T.V., Zholnerchik S.S. The effects of the introduction of smart grids. Strategic decisions and risk management. 2018;(2):92-101. (In Russ.) https://doi.org/10.17747/2078-8886-2018-2-92-101

Просмотров: 312


ISSN 2618-947X (Print)
ISSN 2618-9984 (Online)