SMART GRID: развитие, практика, проблемы

журнал "Энергонадзор", № 1/2 (53/54), январь-февраль 2014

журнал "Электроэнергия.Передача и распределение", №4(19) июль-август 2013

В настоящее время технология SMART GRID (интеллектуальные сети) наиболее интенсивно развивается и распространяется в США, Дании, Швеции, Испании, Великобритании, Китае. Однозначного определения, характеризующего данную технологию пока нет, существует только ряд требований, которым сеть должна отвечать, это: способность к самовосстановлению после сбоев в подаче электроэнергии; возможность активного участия в работе сети потребителей, подстраиваться под нужды потребителей электроэнергии; быть доступна для новых пользователей, причём в качестве новых подключений к глобальной сети могут выступать потребительские генерирующие источники, в том числе возобновляемые источники энергии; устойчивость сети к физическому и кибернетическому вмешательству злоумышленников; обеспечение синхронной работы источников генерации и узлов хранения электроэнергии; обеспечение требуемого качества передаваемой электроэнергии, при этом все проекты должны быть максимально экологичные и ориентированы на сохранение природных ресурсов.

Концепция SMART GRID в Европе является средством для реализации, так называемой, стратегии «20-20-20», которая предполагает к 2020 году увеличить на 20% долю возобновляемых источников энергии и уменьшить на 20% выброс парниковых газов.

Государственные структуры в большинстве стран рассматривают SMART GRID как идеологию национальных программ развития электроэнергетики, на создание данной системы привлекаются заемные средства с низкой процентной ставкой, о сроках окупаемости, как правило, в таком случае, речь не идет.

АНО «Агентство по энергосбережению УР» совместно с Европейско-российской бизнес ассоциацией (ERBA)  и Московской торгово-промышленной палатой с 16.04.2013г. по 19.04.2013г. была организована деловая поездка по SMART GRID в Стокгольм (Швеция). В ходе поездки были проведены встречи в ведущих Шведских и общескандинавских компаниях: Vattenfall, ABB, GEAB, DONG Energy, Fortum, энергетическая инспекция, энергетическая администрация, энергетическая компания Готланда. Проведены презентации крупнейших Шведских проектов, таких как: инновационный район Hammarby, Stockholm Royal Seaport, Gotland.

В Швеции проекты SMART GRID затрагивают не только электроэнергетику, но и теплоэнергетику и призваны сформировать особый менталитет и отношение к окружающей среде, наглядно это демонстрирует проект «Экологический район Стокгольма Hammarby Sjöstad» - Хаммарбю Хёстад. Строительство эко-района Хаммарбю Хёстад планируется полностью завершить к 2018 году.

Биогаз, помимо транспорта, используется и для отопления района. Очищенная вода так же используется в отопительно-охладительных циклах для района. Часть энергии, необходимой для района, вырабатывается за счёт мусора, пригодного для сжигания, другая часть энергии - из биотоплива, так же из отходов, пищевых и канализационных. Использование очищенной канализационной воды помогает сократить расходы на производство энергии. Солнечные панели, установленные на некоторых домах используются в основном для подогрева воды в домах.

Другим крупным Шведским проектом является внедрение SMART GRID на острове Готланд, крупнейшем острове. Находящимся в Балтийском море в 90 км от материковой части Швеции. Готланд получил финансовую поддержку от Шведского энергетического агентства для исследовательского проекта в секторе умных сетей (SMART GRID), который, возможно, станет моделью для создания интеллектуальных сетей на глобальном уровне. Такие сети потребуют новых моделей рынка, сложных систем производства и распределения электроэнергии, ресурсов для подключения многих производителей возобновляемой энергии. Над данным проектом работают АББ (ABB), Ваттенфалль (Vattenfall), Готландс Энерджи (Gotlands Energi AB - GEAB), Королевский технологический институт (КТС), шведские национальные сети (Swedish National Grid) и Телвент (Telvent). Умная сеть будет внедрена к востоку от столицы острова Висбю, в районе, где функционирует ветровой парк и доступна распределительная сеть, которую предоставит GEAB (Энергетической компания Готланда). В планах – привлечение к проекту около 30-ти предприятий и фермерских хозяйств, а также 2000 частных домохозяйств. Эти потребители – как крупные, так и мелкие – будут получать предупреждения об изменениях тарифов на электроэнергию, чтобы иметь возможность соответствующим образом регулировать ее потребление. Потребители уже присоединяются к проекту, начиная с 2013 года. В перспективе планируется часть электрической энергии, вырабатываемой ветропарком Готланда транспортировать на материк (в Стокгольм) по кабельным линиям по дну Балтийского моря. Современная сеть не приспособлена к новой модели энергогенерации, умная сеть Готланда станет примером того, как лучше адаптировать существующую сеть к новым условиям.

Cовременные электрические сети, как правило, состоят из радиальных линий, в некоторых случаях электрические сети закольцованы. Согласно концепции SMART GRID будущая сеть уже не будет иметь иерархическую структуру и крупные потребители будут в ней перемешаны с большим количеством маломощных источников энергии, а также единичных мощных станций, регуляторов напряжения, компенсаторов реактивной мощности. Это будет сложная, неструктурированная, разветвленная сеть, оснащенная интеллектуальными счетчиками, в перспективе будет реализовано динамическое управление электросетями, регулирование спроса, повышение безопасности и, как следствие, экономия расходов.

В России данная концепция представлена проектами интеллектуальной активно-адаптивной сети, предполагает объединение на технологическом уровне электрических сетей, потребителей и производителей электроэнергии в единую автоматизированную систему, которая позволяет в реальном времени отслеживать и контролировать все режимы работы. Система с активно-адаптивной сетью будет обладать новыми свойствами - самодиагностикой и самовосстановлением. В автоматическом режиме она способна выявить «узкие» участки сети и изменять ее работу для предотвращения возникновения технологических сбоев и отключений, оперативно менять характеристики электрической сети по средствам оперативных автоматических переключений.

Российская концепция интеллектуальной активно-адаптивной сети призвана снизить себестоимость электрической и тепловой энергии, увеличить объемы выработки электрической энергии за счет внедрения мини-ТЭЦ; повысить надежность электроснабжения жизненно-важных объектов, повысить качество электроэнергии, поставляемой потребителям, снизить потери электроэнергии в сетях при ее транспортировке за счет приближения источников питания к потребителям электроэнергии, обновить основные фонды электрических и тепловых систем.

Так как электрические сети большинства крупных предприятий были спроектированы в 60-70 годы прошлого столетия и большинство оборудования находится в работе и в настоящее время из-за физического и морального старения оборудования в электрических сетях предприятий давно назрела проблема оптимизации и модернизации электрической сети. Доля распределительных сетей, выработавших свой нормативный срок, составила 50%, 7% сетей выработало два нормативных срока. Общий износ распределительных сетей достиг 70%. Перспективы применения когенерационной технологии выработки тепловой и электрической энергии позволяют решить ряд проблем: уменьшить энергетическую зависимость энергосистем субъектов Российской Федерации от изменений на оптовом рынке; заменить и модернизировать котельные с низким КПД; установка источников энергии в непосредственной близости от предприятий обеспечивает снижение потерь энергии; решить проблему несоответствия пропускной способности части распределительных сетей; сократить потери электрической энергии.

В соответствии с проектом стратегии  развития электросетевого комплекса Российской Федерации к 2017 году все российские сетевые компании должны обеспечивать сбор данных по надежности системы и качеству электроснабжения.

Одна из основных функциональных возможностей интеллектуальной сети – автоматический постоянный информационный обмен между приборами учета и информационной системой компании. Постоянное изменение объема потребления электроэнергии и нагрузки на сеть, пиковые нагрузки, превышающие предельно допустимые, могут приводить к аварийным отключениям и поэтому колебания потребления требуют от сетевых компаний резервировать дополнительные ресурсы, тем самым существенно увеличивая затраты. Для минимизации пиковых нагрузок используется тарификация потребляемой электроэнергии в соответствии со спросом на нее, что требует установки счетчиков нового поколения, фиксирующих не только общий объем, но и время. Современные приборы учета умеют измерять большое количество параметров электроэнергии, профили нагрузки, передавать результаты измерения в информационную систему в режиме реального времени. Высокотехнологичное электросетевое оборудование использует интернет для обмена данными, получения управляющих команд, синхронизации времени, обновления программного обеспечения и т.д., при этом используются все доступные технологии передачи данных, как проводные (Ethernet, PLC), так и беспроводные (GPRS, 3G, Wi-Fi).

Основным шагом к развитию системы SMART GRID в России должно стать предложение на законодательном уровне обязать потребителей устанавливать интеллектуальные счетчики.

Как правило, разработкой автоматизированных информационно-измерительная систем коммерческого учёта электроэнергии (АИИС КУЭ) занимаются производители счетчиков, потому на рынке России существует большое количество АИИС КУЭ. Это приводит к тому, что электросетевые компании зачастую используется несколько АИИС КУЭ, отличающиеся платформами, набором функций. В качестве информационной системы управления предприятием выбирается обычно одна платформа. Основная проблема на данный момент заключается в том, что каждый производитель разрабатывает свой протокол взаимодействия с оборудованием, собственное серверное программное обеспечение, такая АИИС КУЭ может работать только с определенным типом приборов, этого же производителя. Потребитель, желающий установить современный прибор учета с автоматической передачей данных, ограничен в выборе счетчиков только того производителя, который выбрала сетевая компания для организации АСКУЭ. Дальнейшее развитие интеллектуального учета электроэнергии неизбежно должно привести к стандартизации протоколов взаимодействия электросетевого оборудования. Уже существуют приборы учета зарубежных производителей, поддерживающие технологии беспроводной передачи данных GPRS, технический протокол TCP/IP и логический протокол передачи данных, описанный в стандарте IEC 61850. Это позволяет интегрировать подобные счетчики в любую систему, без использования промежуточного звена, но на данный момент цена вопроса очень высока и многие электросетевые организации в России, не имея государственной поддержки по финансированию в большинстве случаев не могут осуществить реализацию всех поставленных задач и проектов, соответствующих европейской концепции SMART GRID.

АНО «Агентство по энергосбережению УР» принимает участие в разработке проектов по модернизации сетей с учетом требований концепции SMART GRID.

В качестве альтернативы новому строительству, реконструкции существующей электрической сети 0,4-110 кВ, новому строительству и реконструкции существующих котельных рассматривается внедрение средств и систем малой энергетики (когенерация), в частности целесообразность строительства мини-ТЭЦ применительно к конкретным местным условиям. В рамках концепции развития интеллектуальных активно-адаптивных сетей специалистами АНО «Агенство по энергосбережению УР» разработаны предварительные технико-экономические обоснования строительства мини-ТЭЦ на 14-и крупных объектах Удмуртской республики, также принималось участие в разработке рабочего проекта по г. Можга и проекта «Умные сети» с. Каракулино, обладающие свойствами  самодиагностики и самовосстановления, ведется проектирование биогазовой станции с мини-ТЭЦ на сооружениях МУП «Ижводоканал» г. Ижевска. При финансовой поддержке АНО «Агенство по энергосбережению УР» разработана проектно-сметная документация двух биогазовых станций с мини-ТЭЦ на предприятих животноводства Удмуртской Республики.

Автор Толшаков А.В.