показать
Проблемы и перспективы создания интеллектуальных энергосистем 19.01.2015

Проблемы и перспективы создания интеллектуальных энергосистем


Европа потребляет почти в четыре раза больше энергии на душу населения, чем страны Азии или Южной Америки, и электросетевое хозяйство стран Европы испытывает серьезные нагрузки. Надо отметить, что европейская электроэнергетическая отрасль, в отличие от России, постепенно переходит от регулируемой структуры с вертикально интегрированными энергокомпаниями к дерегулированию, либерализации и организации региональных рынков. Как считают чиновники Евросоюза, именно объединение локальных региональных сетей является ключевым фактором эффективного функционирования рынка электроэнергетики. Однако при такой схеме возрастают риски получить многочисленные перегрузки и локальные блэкауты из‑за недостаточного уровня межсетевого объединения. Проблема заключается в том, что параметры распределительных систем в разных странах Европы могут в значительной степени отличаться друг от друга.

Чтобы решить эту проблему, в Евросоюзе было принято решение максимально автоматизировать процессы управления и синхронизации всех европейских электросетей. На развитие электросетей Европы также оказывает влияние все возрастающее число небольших электростанций, которые производят электроэнергию для своих собственных нужд и имеют возможности для ее хранения, а в случае нужды могут передавать ее в распределительные сети. Это также требует изменений параметров управления, которые должны стать более «активными» в системах контроля.

Дело в том, что создание сети распределенных энергетических ресурсов, к которому идет Европа, требует новых подходов. Установки распределенного генерирования можно соединить, они будут функционировать, но при этом пока отсутствует точный и продолжительный контроль над их влиянием на работу всей сети. Даже если небольшое число установок распределенного генерирования можно уже внедрить в действующую на сегодняшний день распределительную сеть, широкое использование данной технологии требует новых подходов к управлению подобной системой. Если установки распределенной генерации достигнут широкого применения и будут удовлетворять большую потребность в электроэнергии, они должны быть интегрированы в общую систему управления. То есть они должны быть включены в общую систему контроля и управления сети, именно на этом направлении сосредоточены усилия европейских энергетиков.

Разумеется, на это нужны средства, и средства большие. Как говорят в Евросоюзе, инвестиции являются ключевым фактором построения гибких, согласованных и эффективных электрических сетей на основе новых архитектурных схем и инновационных технических решений. Согласно сценарию Международного энергетического агентства, потребуется инвестировать более 1,5 триллиона евро за период с 2007 по 2030 год для переоборудования электрических систем. По оценкам экспертов, инвестиции в автоматизацию управления европейскими электросетями составят 500 миллиардов евро к 2030 году, 75 процентов из них пойдет на системы распределения и 25 процентов – на системы передачи. Не меньших средств потребует интеграция в энергосистему Европы возобновляемых источников энергии и обеспечение высокого уровня надежности электросетей.

Однако сейчас, как отмечают специалисты, процесс инвестирования в значительной мере искажается высоким уровнем дезинтеграции. Как отмечают эксперты Еврокомиссии, действующая система регулирования недостаточно стимулирует инвестиции в развитие электросетей, особенно когда речь идет о строительстве транснациональных сетей и их максимальной автоматизации. Операторы сетей не очень заинтересованы в развитии всего рынка, и инвестиционные решения вертикально интегрированных компаний больше ориентированы на удовлетворение потребностей поставщиков. Более того, могут возникнуть проблемы с получением долгосрочного финансирования, так как в настоящее время действующая система регулирования отрасли не способствует стимулированию инвестиций в автоматизацию процессов управления сетей.

Интеллектуальные сети

Стоит отметить, что, по мнению экспертов, модернизация систем управления электросетями не будет требовать каких‑либо технологических прорывов, однако потребует эффективного внедрения и использования тех технологических процессов, большая часть которых уже разработана или находится на последней стадии разработки. Например, более совершенное программное обеспечение, информационные и коммуникационные технологии будут способствовать увеличению эффективности и эксплуатационной надежности электросетей, снижая тем самым потребность в строительстве новой инфраструктуры, а также повышая возможности ее управления и регулирования. Улучшение контроля и управления сетями путем внедрения мониторинговых, телекоммуникационных технологий и систем удаленного автоматического управления уже способствует обеспечению безопасной и бесперебойной работы европейских электросетей. Интенсивный обмен данными, когда специально разработанные информационно-коммуникационные платформы управляют информационными потоками между участниками электросистемы, помогает избежать неполадок, контролировать производство энергии и регулировать нагрузки сети. В частности, установки «умного» учета вместе с автоматическими системами управления спросом на энергию помогают оптимизировать потребление энергии и сделать ее выработку и загрузку более гибкой и рациональной. Как известно, концепция интеллектуальной сети заключается в том, что в ней в единую автоматизированную систему объединяются все элементы процесса выработки, передачи и потребления электроэнергии: электрические сети, потребители и производители. Подобная система способна отслеживать и своевременно реагировать на изменения различных параметров в энергосистеме, она позволяет осуществлять бесперебойное электроснабжение с максимальной экономической эффективностью, сводя к нулю роль человеческого фактора. В техническом плане интеллектуальная сеть является совокупностью линий электропередачи всех классов напряжения, активных устройств электромагнитного преобразования электроэнергии, коммутационных аппаратов, устройств защиты и автоматики, информационно-технологических и адаптивных управляющих систем. При ее создании должны использоваться современные средства управления, новые системы диагностики и высокоскоростные системы передачи информации.

Несколько пилотных проектов для тестирования таких инновационных, интегрированных подходов к электросетям уже выполняются или готовы к запуску. Например, в шведском Гетеборге в рамках проекта по созданию эффективной измерительной инфраструктуры предусматривается установка 90  000 «умных» измерительных устройств для мониторинга и обмена данными в режиме реального времени. В Португалии целью проекта InvoGrid является достижение 20‑процентного сокращения потребления электроэнергии за счет внедрения домашних энергетических установок, обеспечивающих эффективное управление потреблением и микрогенерацией, и т. д.

Нельзя не отметить наличие побочных эффектов, связанных с переходом на автоматизированные интеллектуальные энергосети, особенно с учетом децентрализации европейских сетей. Понятно, что без хорошо скоординированных системных интерфейсов и гибких управляющих устройств возможны перебои как на уровне распределения, так и на уровне передачи электроэнергии. И операторы передающих и распределительных сетей должны разработать стратегии, направленные на эффективное решение проблем интерфейса, возникающих в результате перехода к концепциям «умных» электросистем. В Европе давно пришли к пониманию, что для слаженной и безопасной работы передающей и распределительной сетей требуются более согласованные действия на стадии их разработки и эксплуатации и прежде всего большая автоматизация управленческих процессов. Как говорят эксперты, передающая, как и распределительная сети должны развиваться не только в сторону увеличения пропускной способности, но и за счет инфраструктуры с использованием прогрессивных информационных и коммуникационных технологий, а также автоматизированных платформ управления. Одним из наиболее интересных проектов в этом направлении является проект Cell (Cell project). Передовая концепция была внедрена в распределительную сеть Дании с целью наблюдения и управления ее составляющими (подстанциями, местными теплоэлектроцентралями и ветряными турбинами). Пульт управления системы (контроллер ячейки cell controller) активирует устройства распределенного генерирования в определенной области и объединяет их в так называемые виртуальные генераторы. Виртуальные генераторы смогут размещать предложения на рынке электроэнергии и оказывать дополнительные услуги, такие, как управление реактивной мощностью, а также частотой и напряжением.

Существуют и препятствия на пути к созданию интеллектуальных автоматизированных энергосистем. Основным препятствием, затрудняющим развитие уже действующих и разработку будущих электросистем, является несовершенство нормативно-правовой базы. С одной стороны, существует потребность в создании стандартных правил и руководств, а с другой – в устранении административных препон для развития системы от многочисленных, разрозненных национальных сетей в направлении единой Европейской электрической системы. Действующие нормативы и стандарты автоматизации управления сетями либо не согласованы, либо не включены в национальные законодательства. Исследования в странах Евросоюза носят разрозненный характер и ориентированы на получение краткосрочной прибыли. Отсутствуют согласованные и упрощенные процедуры и инструменты сотрудничества между различными участниками рынка, например производителями возобновляемых источников энергии, операторами передающей и распределительной сетей и исследовательскими институтами. А разработка стандартов, особенно в области коммуникации и управления, «умных» измерительных систем, сетевой интеграции и межсетевых соединений с целью усиления взаимосвязи между сетями и ускорения интеграции распределенных энергетических ресурсов с наименьшими затратами необходима.

Кроме того, эксперты среди проблем упоминают низкий уровень координации в области технологии и исследований. Подчас различные операторы сетей не делятся и не согласовывают друг с другом процедуры и общие инструменты, например, в области повышения надежности и оценки вероятностных критериев безопасности, а также автоматического управления сетями.

По мнению специалистов, следует задействовать рыночные механизмы для поддержки внедрения инновационных технологий, например «умных» измерительных систем, гибких передающих систем переменного тока (FACTS). Должны быть разработаны меры, направленные на улучшение общественного мнения по отношению к электрической инфраструктуре.

В итоге в прошлом году Евросоюз принял специальный документ, регламентирующий создание единой системы стандартов, направленных на урегулирование всех аспектов построения новых энергосистем в Европе.

Формулировка, выполнение и координация всех работ в рамках данного документа поручаются пан-европейским организациям: CEN (Европейский комитет стандартов), CENELEC (Европейский комитет по стандартизации в электротехнике) и ETSI (Европейский институт стандартов электросвязи). Они должны разработать нормативную базу, направленную на постоянное совершенствование стандартов в области автоматизации интеллектуальных электросетей, уделяя внимание вопросам их согласованности. Результатом работы, как предполагается, станет формирование нормативной базы, которая будет охватывать все имеющиеся на сегодняшний день в Европе стандарты, а также предусматривать разработку впоследствии новых. При этом должна быть обеспечена не только совместимость со всеми требованиями соответствующего законодательства, то есть с правами потребителей на защиту личных данных и частной жизни, с метрологией и ежедневными деловыми операциями, но и защита прав всех потребителей, включая уязвимые категории.

Как заявляют чиновники Евросоюза, цель работ – разработка согласованных стандартов в рамках общеевропейской нормативной базы, которая бы объединяла множество цифровых вычислительных и коммуникационных технологий и электрических архитектур, а также связанных с ними процессов и услуг. По мнению Еврокомиссии, благодаря этим стандартам появится возможность внедрить в Европе функциональные возможности автоматизированных интеллектуальных электросетей высшего уровня, достаточно гибких для их интегрирования в будущие разработки.

Кроме того, необходимо продолжать исследования, направленные на решение технических вопросов. И вот с этим может быть проблема. Несмотря на лидерство Евросоюза в сфере создания новых продуктов, оборудования и систем в том числе и в этой отрасли, многие независимые эксперты заявляют о нехватке квалифицированных кадров, которые могли бы заниматься проблемой автоматизации процессов управления. В связи с этим и темпы автоматизации энергосистем Европы недостаточно высоки. Впрочем, по мнению чиновников Еврокомиссии, несмотря на то что эта проблема существует, отрасль обладает сильным потенциалом роста и обеспечения занятости в результате привлечения инвестиций и внедрения инноваций на ключевых потребительских рынках Евросоюза. По их мнению, этот потенциал может быть направлен на выполнение исследовательских программ, составление технологических дорожных карт, разработку инновационных стратегий с целью ускорения разработки и внедрения новых технологий в сетевую сферу.

Как видим, несмотря на то что европейские сети современнее российских и Евросоюз достаточно далеко продвинулся на пути создания интеллектуальной энергосистемы, перед членами Евросоюза все еще стоят важные задачи развития и содержания надежных и гибких электросетей. Выполнение условий по увеличению доли возобновляемой генерации, а также обеспечению нужного уровня автоматизации процессов управления для обеспечения эффективности и надежности энергосистемы, ее соответствию задачам развития рынка потребуют больших изменений в электрических сетях. В ближайшие годы энергосистеме Европы потребуются большие инвестиции для стимулирования создания гибких, согласованных и надежных электрических сетей, разработанных в соответствии с новыми архитектурными решениями и с использованием инновационных технологий.

Большая работа также должна быть проведена на европейском и национальном уровнях, направленная на стимулирование развития действующей энергосистемы и разработку будущих электрических сетей. Кроме того, Европе все еще необходимо создать единые кодексы для передающих сетей и общее техническое руководство для распределительных сетей, также необходимо стимулирование внедрения инновационных технологий. Вместе с тем нельзя не признать успехи европейцев на пути автоматизации своей энергосистемы, и России, пожалуй, будет полезно воспользоваться уже наработанным опытом европейских коллег.


Антон КАНАРЕЙКИН 


Источник: Газета «Энергетика и промышленность России» № 10 (222) май 2013 года

www.eprussia.ru

Возврат к списку

Обязательным условием использования любых текстовых материалов является размещение гиперссылки на интернет-сайт kru10.ru