Digitalization of the power industry

Of the Russian Federation

 

S.V. Marinova

 

Abstract. The article discusses the d igitalization of the power industry of the Russian Federation – sectoralprogramme the digital economy of Russia, independent production factor affecting its effectiveness, labor productivity, reliability and security of power supply. It should be noted the existing problems in the energy sector, main criteria for achieving results, growth points, experience of developed and advanced countries.

Keywords: power digitization, intelligent systems, smart grid, experiences of developed countries, legislative framework for digitalization

 

Об авторе:

МАРИНОВА Светлана Васильевна – старший преподаватель кафедры электроснабжения и электротехники ФГБОУ ВО «Тверской госу-дарственный технический университет». E-mail: [email protected]

MARINOVA Svetlana Vasilevna – senior lecturer of Department of Department of Electricity and Electrical Engineering of Tver State Technical University. E-mail: [email protected]

 

УДК 621.3.089.4

 

Новый образ учета электроэнергии

 

С.В. Маринова

 

Аннотация. В декабре 2018 г. в Российской Федерации принят закон, направленный на развитие интеллектуальных систем учета электроэнергии. Статья знакомит с опытом развитых стран в использовании интеллектуальных систем учета, рассказывает о структуре, особенностях, возможностях таких систем.

Ключевые слова: интеллектуальные системы учета, Smart metering, структура Smart metering, опыт развитых стран.

 

Интеллектуальный учет электроэнергии входит в число основных направлений национальной технологической инициативы EnergyNet и является одним из ключевых сегментов, способных обеспечить качественный скачок в экономике. Интеллектуальный учет электроэнергии принято обозначать термином Smart metering (перевод – «умные измерения», «интеллектуальные измерения»). Из-за отсутствия четкой нормативной базы и терминологии интеллектуальный учет называют и интеллектуальными системами измерений, и интеллектуальными измерениями. 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» закрепил понятие интеллектуальной системы учета электрической энергии (мощности). Это совокупность функционально объединенных компонентов и устройств, предназначенная для удаленного сбора, обработки, передачи показаний приборов учета электрической энергии, обеспечивающая информационный обмен, хранение показаний приборов учета электрической энергии, удаленное управление ее компонентами, устройствами и приборами учета электрической энергии, не влияющее на результаты измерений, выполняемых приборами учета электрической энергии, а также предоставление информации о результатах измерений, данных о коли-честве и иных параметрах электрической энергии в соответствии с правилами предоставления доступа к минимальному набору функций интеллектуальных систем учета электрической энергии (мощности), утвержденными Правительством Российской Федерации [1].

В качестве основного элемента интеллектуальной системы измерений принят умный (интеллектуальный) счетчик (Smart meter). Умный счетчик представляет собой электронное устройство, которое регистрирует потребление электроэнергии, передает информацию поставщику для мониторинга и выставления счетов (биллинга). Это разновидность усовершенствованных счетчиков, заменяющих старые (аналоговые). Умный счетчик определяет потребление более детально, нежели традиционные средства измерения, снабжен дополнительно коммуникационными средствами для передачи накопленной информации посредством сетевых технологий; цели применения счетчика – мониторинг и расчет [2]. Ряд интеллектуальных приборов учета электроэнергии отличаются от обычных счетчиков отсутствием дисплея и возможности вмешиваться в работу счетчика. В зависимости от набора функций счетчик может уведомить сетевую организацию о сбое питания или разрешить удаленно включить/отключить электричество согласно установленным критериям энергосбережения. Умный счетчик может быть оснащен микроконтроллером с автономным питанием и интерфейсами для различных каналов передачи данных, включая сеть Интернет, Wi-Fi, пи-тающие линии, радиоканалы и т. д. Кроме того, интеллектуальные счетчики позволяют осуществлять интеграцию с возобновляемыми источ-никами энергии, широкое развитие которых также предусматривает национальная технологическая инициатива «Энерджинет».

Сектор бытового потребления (ЖКХ) – основной сегмент распространения и развития интеллектуальных систем учета и умных счетчиков.

Мировой опыт внедрения интеллектуальных систем учета и умных счетчиков позволяет использовать его в построении и развитии интеллектуального учета и в России. Так, в США в 2007 г. был принят закон об энергетической независимости и безопасности, который обес-печил законодательную поддержку деятельности по интеллектуальным сетям и укрепил усилия по модернизации национальных сетей. Создан и функционирует Консультативный комитет по интеллектуальным сетям и Федеральная рабочая группа по интеллектуальным сетям. В соответствии с основными направлениями закона установлено около 71 млн интел-лектуальных счетчиков с развитой инфраструктурой, что покрывает 47 % из 150 млн потребителей электроэнергии в Соединенных Штатах Америки [3]. Уровень проникновения интеллектуальных счетчиков в жилых домах варьируется в зависимости от штата. Различия в показателях проникновения интеллектуальных счетчиков часто обусловлены госу-дарственным законодательством и нормативными актами, поскольку неко-торые штаты требуют, чтобы регулирующие органы утверждали меха-низмы возмещения затрат коммунальных предприятий.

В Евросоюзе (ЕС) государства-члены обязаны обеспечить внедрение интеллектуальных измерений в соответствии с законодательством ЕС о рынке энергоносителей. По данным Объединенного исследовательского центра при Европейской комиссии (Joint Research Center) [4], на сегодняшний день государства-члены взяли на себя обязательство внедрить к 2020 г. около 200 млн интеллектуальных счетчиков для электроэнергии и 45 млн для газа при общей потенциальной сумме инвестиций в 45 млрд евро. Ожидается, что к 2020 г. почти 72 % европейских потребителей будут иметь интеллектуальный счетчик для электроэнергии, а 40 % – для газа.

Несмотря на то, что смета расходов варьируется, стоимость системы интеллектуального учета составляет в среднем от 200 до 250 евро на одного клиента. При этом выгода для каждой точки измерения составляет 309 евро за электроэнергию, а экономия энергии в среднем – 3 %. Подсчитано, что в Великобритании за 1 мин. требуется устанавливать 30 интеллектуальных счетчиков, чтобы заменить существующий парк из 46 млн устаревших средств измерений до 2020 г. На оснащение интеллектуальными приборами учета (Smart metering) в западной концепции отводится до 40 % общей суммы инвестиций.

Общее успешное внедрение интеллектуальных счетчиков в ЕС зависит от критериев, в значительной степени определяемых государст-вами-членами. Эти требования включают в себя нормативные меры и степень, в которой развертываемые системы будут технически и ком-мерчески совместимы, а также гарантируют конфиденциальность и безопасность данных. В ЕС еще нет консенсуса относительно минималь-ного диапазона операций, требуемого для интеллектуальных счетчиков.

По данным американской консалтинговой исследовательской компании Navigant Research, анализирующей новые технологии, состояние интеллектуальных электросчетчиков коммунальных предприятий, произ-водителей счетчиков, поставщиков связи, системных интеграторов и поставщиков управления данными счетчиков, Китай опередил Северную Америку и Западную Европу по внедрению интеллектуальных счетчиков [6]. Согласно отчету, в конце третьего квартала 2017 г. объем продаж составил 469 млн шт.; на долю Китая приходится 68,7 % всех учетов.

Внедрение технология Smart metering началось в России в 2006 г. В настоящее время, по данным компании «Россети», только 1 % приборов учета в России являются «умными».

Внедрение Smart metering в сферу бытового потребления         продиктовано прежде всего количеством потерь в этом секторе распределительных сетей. Десятилетняя (1994–2003 гг.) динамика потерь электроэнергии в электрических сетях России демонстрирует постоянный рост и достигает 13 %, в то время как общий объем поставок электроэнергии увеличился на 5 %, общие потери выросли на 37 %. Общий объем коммерческих потерь в российских электросетях напряжением уровня                       0,4–10 кВ составляет 33,5 %. Поэтому естественно ожидать, что с ростом потребления также увеличатся потери электроэнергии в распредели-          тельных сетях [7]. Такая тенденция заставляет активизировать усилия по борьбе с коммерческими потерями, то есть с кражами. Интеллектуальные системы учета автоматизируют распределение электроэнергии и формирование счетов, помогают снизить кражи электроэнергии и прочие коммерческие потери как у потребителей, так и в структурах учета и контроля. Интеллектуальная система учета должна обеспечить прозрачность и ясность подачи электроэнергии благодаря удаленному учету, мониторингу, а также регулированию, оповещению в режиме реального времени. Алгоритм работы такой системы должен предусматривать наличие определенных типов потребителей, создание моделей различных графиков потребления, процедуру выявления возможного хищения, стыковку с другими частями инфраструктуры для формирования счетов за потребление.

Рассмотрим структуру интеллектуальной системы учета (Smart metering) (рисунок).

Сервер сбора данных

Сервер БД

Пользователи

Маршрутизатор

Дисковый массив

Энергосбыт

Сотовый оператор

Счетчики предприятия

Счетчики бытового потребителя

Сеть 0,4 кВ

 

 

Структура интеллектуальной системы учета

 

Нижний уровень включает интеллектуальные приборы учета (Smart meter), установленные у потребителей.

Средний уровень – коммуникационная среда для безопасного и защищенного обмена данными между верхним и нижним уровнями системы.

Верхний уровень – сегмент системы для обеспечения комплексного управления инфраструктурой, включая дистанционный сбор, хранение, обработку данных результатов измерений, управление нагрузкой потребителя, мониторинг состояния элементов системы и многое другое на основе MDM (Meter Data Management).

Такая структура Smart metering является гибкой, поскольку в зависимости от конкретных задач может иметь упрощенную структуру, а также может быть дополнена. Кроме того, обладает масштабируемостью в зависимости от роста потребностей заказчика, приобретает дополнительный функционал.

Технологии Smart metering (с двунаправленной связью, с регулярным опросом, обработкой данных с возможностью автоматического удаленного управления) обеспечивают:

достоверное измерение энергоресурсов;

автоматизированную оперативную обработку, передачу и представление информации о потреблении энергоресурсов;

осуществление контроля режима потребления;

сведение баланса по группам счетчиков с целью выявления безучетного потребления и фактов воздействия на счетчики;

определение фактических потерь в сетях;

ограничение и отключение энергопотребления;

оценку эффективности энергосберегающих мероприятий и технологий;

управление потоками мощности.

На сегодняшний день существуют международные стандарты и нормативы в сфере построения и эксплуатации интеллектуальных систем учета (Smart metering), «умных сетей» (Smart Grid), которые необходимо учитывать и в российской практике. Сюда относятся правила эталонной технической архитектуры, набор согласованных стандартов для поддержки обмена информацией и интеграции всех операторов в рамках системы, механизмы стандартизации и инструменты для совместной деятельности. Среди разработчиков этих документов – Европейский комитет по стандартизации (European Committeefor Standardization; CEN), Европейский комитет по электротехнической стандартизации (European Committeefor Electrotechnical Standardization; CENELEC), Европейский институт телекоммуникационных стандартов (European Telecommuni-cations Standards Institute; ETSI). В первую очередь следует иметь в виду стандарты, реализуемые на нижнем уровне системы, например мультип-лексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM), час-тотную манипуляцию с расширением спектра (SFSK) для передачи данных посредством PLC.

В декабре 2018 г. Государственная дума Российской Федерации приняла закон, направленный на развитие интеллектуальных систем учета электроэнергии в России. В документе предлагается на законодательном уровне разделить различные виды учета. Речь идет об индивидуально установленных приборах учета, не включенных в систему учета, а также о системе учета, которая подразумевает включение приборов учета в систему сбора данных, об интеллектуальных системах учета, которые подразумевают введение единых требований функционалов таких систем для всех сетевых организаций на всех розничных рынках электроэнергии.

Стоимость умного счетчика по разным оценкам достигает 30 тыс. руб. Потребителям из-за отсутствия инфраструктуры интел-лектуальных измерений, способных своевременно собрать, обработать и передать информацию потребителям в необходимом формате, применять дорогостоящие приборы учета не имеет смысла. Развитие законо-дательной базы должно гармонично соответствовать уже имеющимся функциям и возможностям интеллектуальных систем, например автоматическому отключению потребителя. Реализация инновационного сценария интеллектуальных систем учета выявит как новые перспективы, так и новые проблемы.

 

Библиографический список

1. 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: 27.12.2018).

2. Smart metering. URL: https://en.wikipedia.org (дата обращения: 28.12.2018).

3. Информационный портал U.S. Energy Information Administration (EIA). URL: https://www.eia.gov/ (дата обращения: 28.12.2018).

4. Информационный портал Объединенного исследовательского центра Европейской комиссии. URL: https://ses.jrc.ec.europa.eu (дата обращения: 28.12.2018).

5. Информационный портал Smart Energy International. URL: https://www.smart-energy.com (дата обращения: 28.12.2018).

6. Информационный портал Navigant Research. URL: https://www.navigantresearch.com (дата обращения: 28.12.2018).

7. Фурманн, А.Б. Комплексное решение компании «Сименс» / А.Б. Фурманн, Ф. Яманиши // Умные измерения. 2014. № 9. С. 14–18.

 

New image of smart metering

S.V. Marinova

 

Abstract. In December 2018 allow aimed at the development of smart systems was passed in the Russian Federation. The article introduces into experiences of several developed countries to used smart metering, talk about the structure, features, possibilities of such systems.

Keywords: intelligent systems, Smart metering, Smart metering structure, experiences of developed countries

 

Об авторе:

МАРИНОВА Светлана Васильевна – старший преподаватель кафедры электроснабжения и электротехники ФГБОУ ВО «Тверской госу-дарственный технический университет». E-mail: [email protected]

MARINOVA Svetlana Vasilevna – senior lecturer of Department of Electricity and Electrical Engineering of Tver State Technical University.                   E-mail: [email protected]

 

УДК 621.316.13

Усовершенствованная