Все больше стран рассматривают «интеллектуальные» технологии электросетей как инвестиции в стратегическую инфраструктуру, которые будут поддерживать развитие экономики и даже помогут снизить влияние на окружающую среду.
Украина этот тренд тоже уловила и уже вписала развитие интеллектуальных систем передачи электроэнергии в стратегические планы. Но если в мире все чаще к «умным» сетям обращаются за решением проблемы балансирования энергосистемы, возникающей на фоне развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ). То в Украине привлекательность «интеллектуальных» электросетей, в первую очередь, состоит в другом – в замене устаревшей инфраструктуры.
В мире
Еще в 2006 году в ЕС приняли стратегический план развития технологий «умной» энергосистемы на следующие 30 лет. Помимо того, что к 2020 году ЕС должен повысить уровень энергоэффективности на 20%, достичь 20% ВИЭ в энергобалансе и снизить на 20% выбросы в атмосферу, страны должны провести «модернизацию и либерализацию устаревающих электросетей». Уже в 2016 году Еврокомиссия предложила повысить уровень энергоэффективности на 30%, долю ВИЭ – до 27%, выбросы сократить на 40% - все к 2030 году. Планы модернизации сети никуда не делись.
Каждая страна должна создать дорожную карту внедрения «умных» сетей, создать рабочую группу по развитию «умных» сетей, или Ассоциацию умных сетей, которая будет включать возможных участников рынка – энергоснабжающие компании, ключевых производителей оборудования, участников рынка электроэнергии, исследовательские объединения и организации по защите окружающей среды.
Пока единого стандарта, как правильно развивать «умную» сеть в странах нет – но есть стандарты, которые призваны помочь каждой отдельной стране разработать собственные стандарты индивидуально. Их предлагают такие организации как Международного энергетическое агентство (МЭА), Международная электротехническая комиссия (IEC), которая представила около 100 вспомогательных документов для развития технологии «умных» сетей (по внедрению современной измерительной инфраструктуры, автоматизации подстанций и систем распределения, по системам и платформам управления энергосетью, системам хранения энергии и балансирования и т.д.)
При этом в ряде стран, и за пределами ЕС тоже, уже действуют рабочие стандарты «умного учета» энергии. Например, в США в 45 штатах уже действуют обязательные требования. К 2020 году в США должно быть установлено 90 млн «умных» счетчиков по всей стране.
В Индии планируют становить 130 млн «умных» счетчиков к 2021 году. Китай еще в 2013 году вложил в развитие интеллектуальных сетей $4,3 млрд (тогда это было больше ¼ всех инвестиций в умные сети в мире). Национальная компания SGCC запланировала развитие «умных» сетей в 3 фазы. Сначала проводились пилотные проекты, на которые потратили $9,2 млрд. После разрабатывались стандарты и развивались «умные сети» в большем масштабе, теперь же (до 2020 года) развивается система интеллектуального управления сетями, расширяется использование «умных» устройств учета энергии, а также развивается зарядная инфраструктура для электрокаров (она тоже считается частью «умных» сетей). Кстати, в Китае есть проблема с изношенностью электросетей, также как и в Украине (часто ВИЭ не могут работать на полную мощность, так как сетям недостает пропускной способности).
«Умные» сети на практике
«Умные» сети по всему миру неразрывно связаны с развитием возобновляемых источников энергии. Нужен эффективный механизм, чтобы их балансировать. И не только для крупных промышленных объектов, которые строят энергогенерирующие компании, но и для распределенной генерации – тех же солнечных станций на крышах.
Система распределенной генерации – мировой тренд, который ко всему прочему стремится к автономности. Все больше людей превращаются из исключительно потребителей электроэнергии в производителей по совместительству. Они самостоятельно (хотя бы частично) покрывают свои энергопотребности, и часто хотят продавать в общую сеть излишки собственной генерации. Автономные системы, которые «завязаны» на одном или нескольких источниках «зеленой» генерации и полностью обеспечивают себя энергией – идеальны для изучения технологий «умных» сетей.
Например, компания S&C Electric Company установила пилотный проект «зеленой» микросети в Чикаго возле кампуса Иллинойсского университета, чтобы «изучить методы мониторинга и контроля внедрения возобновляемых источников энергии в автономную сеть».
Микросеть может сгенерировать до 1415 кВт-ч электроэнергии, чего достаточно, чтобы обеспечить 190 домов. Большая часть потребителей сети – жилые квартиры, но электроэнергия также поставляется в центр прикладных технологий при университете, на точки подзарядки электромобилей, для начальной школы и складского помещения поблизости. Источниками генерации электроэнергии является ветротурбина мощностью 100 кВт, солнечная установка мощностью 125 кВт, газогенераторная установка на 1 МВт и батарея на 250 кВт. Мощности, подключенные к микросети, в среднем составляют 600 – 700 кВт, в пиковые периоды – 1 МВт.
Этот объект – одна из немногих тестовых микросетей в мире, которая работает с напряжением 4 – 34,5 кВ (с которым работают энергоснабжающие компании в США) с многоуровневыми средствами контроля. Система работает одновременно в режиме острова и в режиме синхронизации с национальной энергосетью, постоянно переключаясь между ними, так чтобы пользователи не замечали этих переключений. По данным компании S&C, электрораспределительное оборудование (распределительное устройство среднего напряжения, блок защиты от перегрузок, реклоузер), которое используется в системе, для управления сетью, разрабатывалось изначально для военных целей – то есть отличается надежностью.
В США есть пример и помасштабнее – умная сеть в Техасе, которая обслуживает 400 тыс. абонентов. Департамент энергетики США выделил на ее создание $200 млн еще в 2009 году (общая стоимость проекта оценивалась в $750 млн). Основу «умной» сети составляют интеллектуальные счетчики, которые способны обнаруживать перебои в подаче электроэнергии, и реклоузеры, которые могут переподключать обесточенные участки, и подавать о них сигналы оператору – компании CenterPoint Energy.
Реклоузеры – устройства, в основе которых лежат вакуумные выключатели. Они очень оперативно, в десятые доли секунды, реагируют на аварийные ситуации, локализуют аварийные участки, после чего автономно, без участия человека, подключают их к сети. Если подключение не удается, они оповещают об аварии оператора. Реклоузеры обеспечивают надежность электроснабжения, и на сегодня их можно назвать базовыми элементами «умной сети».
Вся сеть реклоузеров и переключателей объединена и регулируется, контролируется и мониторится специально разработанным программным обеспечением от ABB. Система способна «обнаружить, изолировать и исправить» неисправность в течение 108 милисекунд. По данным оператора, с 2011 по 2015 годы она смогла предотвратить более 102 млн минут отключений электроэнергии для конечных потребителей. В той же S&C Electric Company, сообщают, что решения компании по повышению стабильности энергосистемы, в частности реклоузеры помогли избежать 2,4 млрд минут отключения электроэнергии для потребителей по всему миру.
В целом, этот базовый элемент «умных сетей» весьма распространенное и активно используемое оборудование. Так, в соседней Польше активно развиваются энергетические кластеры. Местная компания ZPUE производит собственные реклоузеры и поставляет их для установки на линии электропередач (компании PGE, например), обещая «самовосстановление» подачи электроэнергии.
На фото показана обновленная система электропередачи в поселке Черниково, реализованная в рамках проекта по созданию "умной электросети" в регионе города Торунь. Проектом предусматривается полная модернизация и автоматизация сетей, внедрение интеллектуального LED-освещения и использование "зеленой" генерации - в рамках проекта еще в 2016 году была построена солнечная станция на 3,8 МВт.
В Украине
В Украине реальность развития «умных» сетей несколько отличается от реальности более развитых стран. Но греет то, что базовая задача везде одна – обеспечить надежность энергоснабжения. Даже если в развитых странах надежность «подрывает» неконтролируемая генерация ВИЭ, а в Украине ненадежна в первую очередь сама инфраструктура.
Широко известно, что изношенность электросетей в Украине оценивается приблизительно в 70%. Потери в энергосистемах составляют порядка 15%. На модернизацию сетей, по данным Минэнергоугля, требуется 14 млрд грн. Ситуацию планируют исправить, запустив RAB-регулирование. По мнению чиновников и участников рынка, это должно помочь привлечь инвестиции в поддержание работы сетей.
«RAB-тариф позволяет увеличить денежный поток, а потому и финансовую привлекательность сетевой компании. Увеличение денежного потока позволит снизить стоимость кредита на модернизацию оборудования для повышения качества работы сети, снижения перебоев с электроэнергией и повышения технической эффективности компаний… Справедливая ставка RAB-тарифа позволит восстановить материальную базу энергосистем Украины за 10 лет путём привлечения капитальных инвестиций в страну», - говорят в Ассоциации операторов распределительных сетей.
Несмотря на всевозможные сложности реализации планов модернизации сетей на практике, есть понимание того, что существующая плачевная ситуация должна за ближайшие 10 лет превратиться в возможность заменить устаревшую инфраструктуру сразу на «умную».
НЭК «Укрэнерго», компания-оператор магистральных сетей и диспетчер украинской энергосистемы, называет переход на умные сети – развитие системы Smart Grid – одним из приоритетных направлений работы. Судя по данным на сайте НЭК, «умные» сети планируют развивать в рамках Проекта передачи электроэнергии-2 (ППЭ-2), который профинансируют за счет кредита Всемирного банка при участии Фонда Чистых технологий. Размер кредита – $45,8 млн.
В свете стремления Украины присоединиться к системе ENTSO-E и начать торговать электроэнергией с Европой реконструкция энергосетей является необходимостью. Без нее также не обойтись, если речь заходит о планах создать и развивать рынок электроэнергии.
В ноябре прошлого года в Минэнергоугля объявили о том, что привлекли экспертов к созданию проектов Концепции внедрения Smart Grid в Украине до 2035 года, а также среднесрочного плана мероприятий по внедрению Smart Grid в Украине
Во внедрении Smart Grid технологий в Украине уже выразили желание участвовать представители корейской компании KEPCO. В частности, в пилотных проектах энергоснабжающих компаний Украины и в феврале 2018 речь конкретно шла о «Хмельницкоблэнерго».
Кроме того, развитие «умных» сетей (хотя бы на базовом уровне) достаточно органично вписывается в планы по переходу с трехступенчатой системы передачи и распределения электроэнергии 110-35-(6)10 кВ на двуступенчатую 110-20 кВ. О них говорят уже несколько лет, и есть ряд облэнерго (Винницаоблэнерго, Херсоноблэнерго), которые уже реализуют пилотные проекты. Создание новых распределительных сетей напряжением 20 кВ и реконструкция уже существующих объектов на 6/10 кВт, станет очередным поводом обновить устаревшую инфраструктуру и значительно повысить уровень ее автоматизации.
Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber
