Prediction of the increase of the electric load

In the city of Tver

E.V. Dolgopolaya, K.B. Korneev

Abstract. The article presents an analysis of the dynamics of electric load growth in different parts of the city of Tver. The increase in household electrical load is considered for two stages of infrastructure development. The plan of development in the district Yuzhny and information about free for technological connection of power consumers is given.

Keywords: networks, distribution networks, electricity, power reserve.

Об авторах:

Долгополая Екатерина Валерьевна – магистрант, инженер-электрик-проектировщик ООО «Энергосистема-Тверь». E-mail: [email protected]

Корнеев Константин Борисович – кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения и электротехники ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет». E-mail:                               [email protected]

DOLGOPOLAYA Ekaterina Valer'evna – master's degree student, electrical engineer-designer of LTD Energosistema-Tver. E-mail: [email protected]

KORNEEV Konstantin Borisovich – сandidate of Technical Sciences, assistant professor of Department of Electricity and Electrical Engineering of Tver State Technical University. E-mail: [email protected]

 

УДК 621.3.089.4

 

Цифровизация энергетики Российской ФедерАции

 

С.В. Маринова

 

Аннотация. В статье рассмотрена цифровая трансформация электроэнергетики России – отраслевая реализация программы «Цифро-вая экономика Российской Федерации», самостоятельный фактор производства, позволяющий влиять на его эффективность, произво-дительность труда, надежность и безопасность энергоснабжения. Для реализации указанной программы важно отметить существующие проблемы в энергетике, основные критерии достижения результата, точки роста, учесть опыт развитых и передовых развивающихся стран.

Ключевые слова: цифровизация энергетики, «умные сети», Smart Grid, законодательная база цифровизации.

 

Цифровая трансформация в электроэнергетике на сегодняшний день является одним из самых перспективных направлений развития топливно-энергетического комплекса нашей страны, задающим к тому же высокий уровень ожиданий. Глобальная тенденция цифровизации пришла и в Россию. В 2017 г. цифровая экономика была включена в число основных направлений стратегического развития страны до 2025 г. [1]. Цифро-визация стала неотъемлемой частью настоящего.

Существующая организация энергетики в России, где присутствует большая доля промышленной нагрузки, – социально ориентированная тарифная политика. При этом протяженная и в основном устаревшая инфраструктура, а также несовершенные рынок и отраслевое регулирование приводят к регулярному росту тарифов на энергоносители. С одной стороны, это является ограничением для экономики, с другой – ключевым вызовом для развития. В этой связи активно реализуется национальная программа «Цифровая экономика Российской Федерации» [1] (Программа) в соответствии с целями, задачами, направлениями, объемами и сроками реализации основных мер государственной политики Российской Федерации (РФ) по созданию необходимых условий для развития цифровой экономики РФ, в которой данные в цифровой форме являются ключевым фактором производства во всех сферах социально-экономической деятельности. Это повышает конкурентоспособность страны, качество жизни граждан, обеспечивает экономический рост и национальный суверенитет [1]. Дальнейшее развитие отечественной энергетики в основном будет зависеть от внедрения цифровых технологий, которые в свою очередь дадут снижение себестоимости, повышение эффективности, ускорение процессов, а также создание новых интеллектуальных экосистем, ориентированных на близость к их потребителю.

В Программе цифровая экономика представлена тремя уровнями:

рынки отрасли и экономики (сферы деятельности), где осуществ-ляется взаимодействие конкретных субъектов (поставщиков и потреби-телей товаров, работ, услуг);

платформы и технологии, где формируются компетенции для развития рынков и отраслей экономики (сфер деятельности);

среда, которая создает условия для развития платформ и технологий и эффективного взаимодействия субъектов рынков и отраслей экономики (сфер деятельности) и охватывает нормативное регулирование, информа-ционную инфраструктуру, кадры, информационную безопасность.

Реализация отдельных направлений Программы по отраслям экономики, в том числе по электроэнергетике, будет осуществляться на основе дополнения Программы соответствующими разделами, а также разработкой соответствующих планов мероприятий, называемых дорожными картами.

Одним из направлений реализации национальной Программы является дорожная карта национальной технологической инициативы, касающаяся цифровой трансформации электроэнергетики России «Энерджинет» (EnergyNet) [2]. В плане мероприятий «Энерджинет» систематизированы мероприятия и проекты, которые смогли бы обеспечить выход российских компаний на мировые рынки энергетики. Другой дорожной картой для обеспечения продвижения новых сервисов, структур, продуктов внутри страны на отечественном рынке является национальный проект «Интеллектуальная энергетическая система России».

Задача дорожной карты – стимулирование и развитие инноваций топливно-энергетического комплекса страны. Одним из первых шагов в этом направлении было утверждение плана мероприятий по совершенст-вованию законодательства в этой сфере. По данным официального сайта Правительства РФ, осуществление программы будет проходить поэтапно (с 2018 по 2035 гг.).

Основной целью программы по цифровой трансформации электроэнергетики является повышение надежности и эффективности функционирования Единой энергосистемы России путем внедрения риск-ориентированного управления на базе цифровых технологий, основной которых является промышленный интернет.

В ходе цифровизации энергетики предусмотрены принципиальные изменения, такие как переход на предоставление электронного получения услуг по технологическому присоединению к энергосетям, повышение надежности и эффективности функционирования за счет создания системы мониторинга оборудования и объектов инфраструктуры, внедрения новых платформ и цифровых технологий, а также улучшение качества оказания услуг потребителям, в том числе путем развития цифровых сервисов, ориентированных на конечных потребителей. Широкие перспективы связаны с производством энергии от внедрения цифровых газотурбин до возобновляемых источников энергии и интеллектуальных когенера-ционных (совместное производство тепла и электроэнергии) мощностей.

Качественные изменения должен претерпеть характер и состав оборудования, которое будет отвечать новым задачам и требовать иных способов управления с использованием больших данных (Big Data), «облачных» решений, «умных сетей» (Smart Grid) в режиме онлайн.

Должна измениться также и структура энергорынка. Распрост-ранение микрогенерации на возобновляемых источниках, когенерации и даже тригенерации (электроэнергия, тепло, холод) влечет за собой превращение традиционных потребителей (коньсюмеров – от англ. consumer) в производителей (просьюмеров – от англ. prosumer), отдающих излишки выработанной энергии в сеть. 

Трендом национальной программы цифровизации энергетики, кроме концепции интеллектуальных сетей (Smart Grid), является интеллек-туальный учет (Smart metering). Это другая модель учета, требующая стандартизированного подхода к протоколам обмена, развитой среды для передачи потоков разнородной информации в двухстороннем направлении (от поставщика до потребителя) и качественно другими функциональными возможностями, что снизит тарифную нагрузку на конечного потребителя. Законодательные шаги в этой области закрепляют новые понятия системы учета электроэнергии, наделяют Правительство Российской Федерации  полномочиями по утверждению состава и правил минимального функционала (услуг) интеллектуальных систем учета территориальными сетевыми организациями субъектам электроэнергетики и потребителям [3]. Эти факторы должны обеспечить энерговооруженность – весомый показатель качества жизни и экономического роста. Признанием значимости роли цифровой экономики является ежегодное увеличение ее доли ВВП. По данным исследования «Экономика рунета. Экосистема цифровой экономики России» Российской ассоциации электронных коммуникаций, в российском ВВП цифровая экономика составляла 5,1 % в 2018 г.

По предложению Всемирного экономического форума для оценки готовности стран к цифровой экономике используется последняя версия международного индекса сетевой готовности, представленная в докладе «Глобальные информационные технологии» за 2016 г. Усовершенст-вованный индекс показывает, насколько хорошо экономики стран используют цифровые технологии для повышения конкурентоспособности и благосостояния, а также позволяет оценивать факторы, влияющие на развитие цифровой экономики.

Россия, согласно указанному исследованию, занимает 41-е место по готовности к цифровой экономике со значительным отрывом от десятка лидирующих стран, 38-е место в плане экономических и инновационных результатов использования цифровых технологий. Такой разрыв в развитии цифровой технологии объясняется недостатками нормативной базы для цифровой экономики, неблагоприятной средой для ведения бизнеса и развития инноваций.

Для реализации планов по цифровизации отечественной энергетики в первую очередь требуется определиться с основными терминами и определениями. Так, в секторе реализации энергоресурсов в этом вопросе сложилась ситуация, что термины и понятия, применяемые в компьюте-ризации, автоматизации и IT-технологиях, заимствуются из западной науки.

Исторически понятие «сеть» относится к электрической сети, сети линий электропередачи, подстанций, трансформаторов и многому другому, что доставляет электроэнергию от электростанции к дому или предприятию (потребителю). Наша нынешняя электрическая сеть была построена в 1920-х гг. и совершенствовалась по мере развития технологий в течение каждого десятилетия.

Термин «умная сеть» (Smart Grid) стал известен с 2003 г., когда он появился в статье «Спрос надежности будет управлять инвестициями» М. Берра [4].

Цифровая технология, которая обеспечивает двустороннюю связь между поставщиком и потребителями, а также линия электропередачи делает сеть умной. Как и интернет, «умная сеть» (Smart Grid) будет состоять из элементов управления, компьютеров, автоматизации и новых технологий и оборудования, работающих вместе. Но в этом случае эти технологии будут работать с электрической сетью, чтобы в цифровой форме реагировать на быстро меняющиеся потребности в электроэнергии.

Smart Grid – другое поколение сетей. Smart Grid («умная сеть») представляет собой беспрецедентную возможность перевести энергети-ческую отрасль в новую эру надежности, доступности и эффективности, которая будет способствовать экономическому и экологическому здоровью. В течение переходного периода будет крайне важно проводить тестирование, совершенствовать технологии, просвещать потребителей, разрабатывать стандарты и правила, а также обмениваться информацией между проектами, чтобы гарантировать, что преимущества, которые дает Smart Grid, станут реальностью.

Преимущества применения Smart Grid:

более эффективная передача электроэнергии;

более быстрое восстановление электричества после энергетических помех;

снижение эксплуатационных и управленческих расходов на коммунальные услуги и в конечном итоге снижение затрат на электроэнергию для потребителей;

уменьшение пикового спроса, что также поможет снизить тарифы на электроэнергию;

усиление интеграции крупномасштабных систем возобновляемой энергии;

интеграция систем производства электроэнергии собственником, включая системы возобновляемой энергии;

улучшенная безопасность.

Сегодня перебои с электричеством, такие как отключение электричества, могут иметь эффект домино – ряд сбоев, которые могут повлиять на банковские операции, связь, трафик и безопасность. Это представляет особую угрозу зимой, когда домовладельцы могут остаться без тепла. Интеллектуальная сеть повысит устойчивость электроэнергетической системы и сделает ее более подготовленной к реагированию на чрезвычайные ситуации. Благодаря своим качественно большим возможностям Smart Grid позволяет автоматически перенаправлять маршрут при сбое или отключении оборудования. Это минимизирует простои и сводит к минимуму последствия, когда они случаются. Когда происходит отключение питания, технологии Smart Grid могут обнаруживать и изолировать отключения, содержащие их, прежде чем они станут крупномасштабными. Новые технологии также помогут обеспечить быстрое и стратегическое восстановление электроснабжения после чрезвычайной ситуации, например, сначала перенаправив электричество от аварийных источников. Кроме того, Smart Grid будет использовать преимущества собственных генераторов электроэнергии для производства электроэнергии, когда ее нет от сетевой компании. Комбинируя эти ресурсы «распределенного поколения», можно поддерживать постоянную, без сбоев, работу всей инфраструктуры даже в чрезвычайных ситуациях. Кроме того, Smart Grid – это способ решения проблемы устаревшей энергетической инфраструктуры, которую необходимо модернизировать или заменить; проблемы энергоэффек-тивности, повышения осведомленности потребителей о связи между использованием электроэнергии и окружающей средой.

Smart Grid – это не только утилиты и технологии. Речь идет о предоставлении информации и инструментов, которые необходимы, чтобы сделать выбор в отношении использования энергии конкретным потребителем. Технология Smart Grid дает возможность контроля потребления электроэнергии по аналогии с банкингом (управлением денежными средствами из мобильного приложения). Интеллектуальная сеть обеспечит беспрецедентный уровень участия потребителя. Например, больше не придется ждать ежемесячной выписки, чтобы узнать, сколько электроэнергии использовано. С более «умной сетью» можно получить своевременно более четкую картину. «Умные счетчики» и другие механизмы позволят увидеть, сколько и когда электричества используется, а также его стоимость. В сочетании с ценообразованием в режиме реального времени это позволит экономить, используя меньше электроэнергии, когда электричество является наиболее дорогим. В то время как потенциальные преимущества Smart Grid обычно обсуждаются с точки зрения экономики, национальной безопасности и целей использования возобновляемых источников энергии, интеллектуальные сети могут помочь сэкономить деньги, управляя потреблением электроэнергии и выбором лучшего режима потребления.

Интеллектуальный учет (Smart metering) должен занять лидирующие позиции в измерении количества энергоносителя. Первичный, хорошо сегодня знакомый источник данных по электропотреблению – микро-процессорный счетчик. Он пришел в Россию в 1990-х гг. с переходом к рыночным отношениям в энергетике в России; по сравнению с традиционным представляет собой усовершенствованную разновидность средства измерения, снабженную микропроцессорной базой, платой памяти для хранения графика нагрузки и журнала событий, коммуникационными средствами для передачи зафиксированной информации. Такое устройство использовалось для учета с применением дифференцированного по зонам суток учета электроэнергии, а позже, с развитием систем тарифов, ценовых категорий и законодательной базы – для включения в автоматизированную систему (Automatic meter reading, AMR). Рост спроса электроэнергии, наличие микропроцессорных устройств в оборудовании потребителей, а также ряд других факторов, в том числе износ сетей и оборудования, привели к снижению качества электроэнергии, включая аварии, отключение электроэнергии и колебания напряжения. Это обстоятельство вызвало необходимость измерения показателей качества (quality) электроэнергии, в том числе по наличию функций в средствах измерения не только по учету электроэнергии, но и в контроле параметров питающей сети. Кроме этого, устройство «реле нагрузки» микропроцессорного счетчика давало возможность сигнали-зировать о превышении заданного предела мощности, а то и отключать ряд потребителей в зависимости от их важности (приоритета) в условиях дефицита мощности.

Качественным шагом в учете энергоносителя стала технология «умной сети» (Smart Grid) благодаря использованию двухсторонней связи, системам управления и компьютерной обработке [5]. Эти передовые технологии включают усовершенствованные датчики, известные как Phasor measurement units (PMU). Эти датчики позволяют операторам оценивать стабильность сети, усовершенствованные цифровые счетчики, которые предоставляют потребителям более качественную информацию и автоматически сообщают о сбоях, а также реле, которые автоматически осуществляют переход на резервный источник при обнаружении неисправности на подстанции, автоматические переключатели, аккумуляторы, которые накапливают избыточную энергию и делают ее доступной позднее для энергосистемы, чтобы удовлетворить потребности клиентов. Для «умных сетей» разработаны модели спроса на электроэнергию.

В XXI в. такие развивающиеся страны, как Китай, Индия и Бразилия, оказались пионерами внедрения «умных сетей» электроснабжения.

Электрическая сеть США – это более 9200 электростанций, свыше 1 млн МВт генерирующей мощности, подключенной к 600000 миль линий электропередачи. С декабря 2007 г. в США действует закон об энергетической независимости и безопасности, который обеспечил законодательную поддержку деятельности по интеллектуальным сетям и укрепил усилия по модернизации национальных сетей. Создан Консультативный комитет по интеллектуальным сетям и Федеральная рабочая группа по интеллектуальным сетям. К концу 2017 г. в США «умными счетчиками» были оснащены 47 % потребителей.

В реализации программы цифровизации России намечается ряд вопросов, без не решения которых не построить планируемую систему. Рассмотрим самые очевидные.

Главная из проблем – отсутствие единой терминологии. Одни и те же понятия называют разными словами, что порождает «информационный бульон».

Среди проблем в реализации цифровизации следует назвать:

отсутствие доверия между участниками рынка, общих стандартов и правил в применяемых технологиях;

зависимость от импортных технологий, медленные темпы импортозамещения;

необходимость развития технологии «большие данные» (Big Data), учитывающей характеристики «объем», «скорость», «многообразие»;

стимулирование, в том числе финансовое, участников рынка к цифровизации;

отсутствие законодательного обеспечения развития цифровой энергетики;

обеспечение кибербезопасности внедряемых решений.

Вместе с тем важно учитывать, что энергетика – базовая отрасль экономики, основа функционирования других секторов. Экономика России вступила в серьезные испытания, приближается четвертая революция в промышленности, которую уже называют «Индустрия 4.0».

По масштабу и значимости цифровизацию энергетики сравнивают с планом ГОЭЛРО. Действительно, план ГОЭЛРО и план цифровизации энергетики современной России – это в первую очередь программы развития государства и именно всей государственной экономики. Поэтому очень важны своевременные взвешенные шаги в области цифровизации, включающие в себя технологические и рыночные тренды, все современные тенденции, в числе которых – дигитализация энергетики, создание инфраструктуры цифровизации, своевременная корректировка нормативно-правовой базы, использование smart-технологий.

Среди «точек роста» в процессе цифровизации энергетики России следует назвать технологические и рыночные тренды:

использование возобновляемых источников энергии;

увеличение применения распределенной энергетики (по сравнению с подключением к сети общего пользования);

появление новых структур на рынке энергетики, в которых сами потребители выступают в качестве поставщиков электроэнергии;

пристальное внимание в дальнейшую практику к вопросам энергосбережения;

формирование новой энергетической бизнес-модели, использующей современные финансовые инструменты (например, блокчейн) [6].

Не все показатели попали в перечень поставленных задач и обязательных шагов в программе цифровизации. Пожалуй, это главный недостаток существующих на сегодняшний день документов, определяющих главные преобразования в стране. Тем не менее программа имеет обтекаемую формулировку, не ограничивающую возможные в будущем горизонты: «Предложенное описание программы позволяет сделать вывод о том, что целью проекта является не опережающее развитие Российской Федерации, но стремление к 2025 году поднять уровень цифровизации экономики страны на текущий уровень ряда развитых стран. Такая позиция приведет к тому, что к 2025 году Россия будет нуждаться в разработке новой программы развития цифровой экономики, так как одной из фундаментальных характеристик сферы ИКТ является скорое внедрение новых технологий, появление которых сегодня невозможно предусмотреть» [1].

 

Библиографический список

1. Программа «Цифровая экономика Российской Федерации», утвержденная Распоряжением Правительства Российской Федерации № 1632-р от 28.07.2017.

2. План мероприятий («дорожная карта») по совершенствованию и устранению административных барьеров в целях обеспечения национальной инициативы по направлению «Энерджинет», утвержденный Распоряжением Правительства Российской Федерации № 830-р от 28.04.2018. URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/71835578/ (дата обращения: 25.12.2018).

3. Федеральный закон № 522-ФЗ от 27.12.2018 «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в связи с развитием систем учета электрической энергии (мощности) в Российской Федерации». URL: http://www.consultant.ru/document /cons_doc_LAW_314661/ (дата обращения: 25.12.2018).

4. Burr, М.Т. Reliability demands drive automation investments / М.Т. Burr // Public Utilities Fortnightly. 2003. № 1.

5. Информационный портал Министерства энергетики США. URL: https://www.smartgrid.gov (дата обращения: 28.12.2018).

6. Информационный портал Департамента энергетики США. URL: https:www.energy.gov/ (дата обращения: 28.12.2018).

7. Цифровой переход в электроэнергетике. Доклад аналитического центра стратегических разработок. URL: https://www.csr.ru /issledovaniya/tsifrovoj-perehod-v-elektroenergetike-rossii/ (дата обращения: 28.12.2018).