Научная статья на тему 'Электроэнергетика будущего как фактор активного развития цивилизации'

Электроэнергетика будущего как фактор активного развития цивилизации Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
850
59
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭНЕРГЕТИКА БУДУЩЕГО / РЕСУРСНО-ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ / ИННОВАЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА / ЦИВИЛИЗАЦИЯ / ELECTRIC POWER INDUSTRY OF THE FUTURE / RESOURCE-INNOVATIVE DEVELOPMENT / INNOVATIVE ELECTRIC POWER INDUSTRY / CIVILIZATION

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Бушуев В. В.

В статье тезисно представлены основные взгляды автора на развитие энергетики за 50-летним горизонтом (от фантазий к цели и целевому видению).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Бушуев В. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The power industry of the future as a factor in the active development of civilization

This article presents the main views of the author on the development of energy beyond the 50-year horizon (from fantasy to the goal and the target vision).

Текст научной работы на тему «Электроэнергетика будущего как фактор активного развития цивилизации»

УДК 620.9 (470+571)

Электроэнергетика будущего как фактор активного развития цивилизации

В.В. БуШуеВ[0000-0001-9288-4699]

Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН), г. Москва, 125412, Россия

E-mail:vital@guies . ru

Аннотация. В статье тезисно представлены основные взгляды автора на развитие энергетики за 50-летним горизонтом (от фантазий - к цели и целевому видению).

Ключевые слова: энергетика будущего, ресурсно-инновационное развитие, инновационная энергетика, цивилизация.

1 Введение

Человек многому научился у природы, создавая по ее образу и подобию соответствующие технические средства для повышения собственной производительности и расширения возможностей собственной жизнедеятельности. Энергию ветра и воды, мускульной силы животных, а затем энергию пара и электроэнергии он приспособил для облегчения своих физических усилий, а затем и количественной производительности используемых машин и других устройств.

В ХХ-м веке человек стал внедрять в технологические устройства элементы бионики - материалы, конструкции и схемы, заимствованные у живых биологических существ: обтекаемые корпуса, элегазовое оборудование, светодиоды, химические и биохимические реагенты, средства визуализации, включая 3D-мо-дели и многое другое [1,2].

В XXI веке предстоит поставить на службу инновационной энергетики новой цивилизации аналоги мыслительных процессов, позволяющие сделать процесс проектирования и управления энергоинформационными системами творческим актом, уходя из простой деятельности в сторону комплексной, обшей, зачастую вербальной, оценки живучести и эффективности систем жизнеобеспечения и жизнедеятельности, адаптации используемых алгоритмов к текущей и развивающейся ситуации, работая на опережение по сравнению с электромеханическими

и даже электромагнитными процессами в системе и ее звеньях, а так же самообучения и саморазвития (в функциональном и структурном плане) единого комплекса «человек-машина» [2-4].

2 Электроэнергетика будущего и развитие цивилизации

Алгоритм поведения человека в интеллектуальной системе содержит много уровней, соответствующих широкому спектру поведения «умного» и активного функционера.

В первую очередь это касается использования ноосферных знаний природы и ноосферного умопостигаемого опыта человеческой деятельности по проведению энергетического форсайта - формированию сначала умозрительного, а затем и модельного представления об энергетике будущего как социогуманитарной сферы жизнедеятельности цивилизации и всего человечества.

При этом мысль (идея) этой перспективной системы включает в себя не только нынешнее представление о физической силовой энергетической системе, но и представление о новой роли электроэнергетики в жизни общества с учетом экологических, информационных и интеллектуальных требований общества к будущей социотехносфере, где «три У»- мф электроэнергетики ( универсальность, удобство и управляемость) делает ее новым потенциальным и активным фактором жизнедеятельности[5].

Естественно, электроэнергетика развивается не на пустом месте, поэтому творческое начало человека заключается не только в том, чтобы придумать и создать что-то принципиально новое, а и в том, что бы сделать обобщения и выводы на основе анализа функционирования и развития существующих и модернизируемых установок и систем.

При этом особая роль отводится способности человека не просто количественно оценить характеристики и показатели действующей электрической системы, а в обобщенном качественном (вербальном) виде оценить степень соответствия системы ее текущему и перспективному представлению и целевому видению.

Так, те же оценки живучести энергообъединения включают в себя не только величину аварийно отключаемой нагрузки и среднее время восстановления режима, а соответствие возможного каскадного развития аварий и принимаемых мер по их предотвращению социально обусловленным нормативам и требованиям, которые еще предстоит выработать с точки зрения той роли, которая отводится электроэнергетике в жизни общества.

При формировании структуры будущей электроэнергетики важно оценить социальные и геополитические последствия централизации электроэнергетики, в том числе создание межгосударственных объединений и развитие децентрализованных систем с распределенной генерацией, автономными схемами энергоснабжения и активным потребителем.

К сожалению, подобные подходы к оценке эффективности различного вида энергетических систем как на стадии их функционирования, так и на стадии их

проектирования пока не имеют четких критериев и показателей. Поэтому, говоря об инновационной электроэнергетике - 21, необходимо вести речь не только (и даже не столько) о новых технологических устройствах и средствах управления, а об организационных инновациях инфраструктуры будущей энергетики. Опыт централизованных ЕЭС СССР в новых социально-экономических и политически-рыночных условиях мало применим, но и развал всего энергообъединения на отдельные автономные системы мало эффективен. Поэтому востребован именно новый подход к разумному построению энергоинформационных систем типа ЕЭС - 2.0, сочетающим в себе рыночные и централизованные способы формирования энергетики будущего.

Другим аспектом новой роли человека в интеллектуальной социо- и техно-среде становится его взаимодействие со средствами информации и оценки состояния системы и отдельных видов оборудования (с возможным использованием алгоритмов дооценки состояния (при недостатке текущей информации), а так же роль человека как интегратора оценки действий различных устройств контроля и автоматики [6].

Опасения в возможной ускоренной роботизации процессов управления в электроэнергетике основаны на том, что человек пока что воспринимается как пассивное звено энергоинформационных систем. При этом роботы - автоматы с заложенными в них алгоритмами адаптации и самообучения действительно без контроля со стороны человека могут «вырваться на свободу» и при малейших сбоях или непредусмотренных ситуациях развитие процессов может пойти в нежелательном (сверхаварийном) направлении. Оператор в человеко-машинных энерго-информационных системах не должен дублировать автоматику, а видя на основе своего более общего представления о возможном и нежелательном развитии ситуации, должен не просто блокировать действия роботов-автоматов, а взять на себя «ручное, но интеллектуальное» управление системой. Оператор является контролером САУ, оценщиком ситуации и блокиратором недопустимых действий системы.

Излишнее увеличение количества функций, передаваемых автоматике, грозит появлением в системе новой угрозы кибернетической безопасности. Решение этой проблемы связано не с дальнейшим введением все новых автоматических устройств, которые могут порождать собственную проблему неустойчивости оперативно-информационной системы. Обилие автоматики не улучшает надежность функционирования системы. В человеко-машинных системах необходимо по-иному выстраивать отношения интеллектуала-оператора и робота-автомата.

Их взаимоотношения могут и должны строиться на основе когнитивных (умопостигаемых) представлений о процессах в САУ, аналогичных процессам в человеческом мозге по распознаванию образов, и стратегических действиях в случаях развития опасных ситуаций.

По сути дела, человеко-машинная система должна по своей структуре и функциональному поведению соответствовать нейронной сети. Подобно человеческому мозгу такая сеть должна опираться на индивидуальную либо коллективную базу знаний, помогающую правильно оценивать ситуацию и прогнозировать

ее развитие, формировать оценку рисков поведения роботов-автоматов и возможных траекторий предотвращения каскадного развития аварий в самой электрической системе и в ее оперативно-информационной модели.

Нейронные сети являются аналогом средств реализации когнитивной функциональности человеко-машинных систем [7].

Поведение человека в энерго-информационных системах - это и процесс его эволюции, когда на смену дуальному (черно-белому) представлению (да-нет, включено-выключено) поведения нейронной сети творческая деятельность человека расцвечивает палитру возможностей и принимаемых решений.

Реальный мир, так же как и техносреда, которая приобретает черты интеллектуальности только благодаря наличию в ней творческого человека, построен по принципу триалектики. На смену дуальных понятий «да-нет», «хорошо-плохо» приходит третья составляющая, оценивающая выход из противопоставления двух начал.

Эволюция - это не просто единство и борьба противоположностей, это еще и путь преодоления этих противоположностей. Дилемма «централизация-децентрализация», «большая и малая энергетика», как и релейный принцип работы большинства устройств автоматики в реально развивающемся мире везде заменяется на третье начало, где выход - путь по которому должна последовать эволюция. Если ранее и сам человек и создаваемые им системы развивались по пути дифференциации знаний и функций (в левом полушарии), либо образного представления (в правом полушарии), то эволюция самого человека в интеллектуальной техносреде идет по пути нейронных сетей, увязывающих обе половины человеческого мозга в единое целое.

По этому же пути должна пойти и эволюция человеко-машинных систем в общую интеллектуальную техносреду [2]. Но этому надо учить не только машину, но и самого человека.

3 Энергетика - за 50-летним горизонтом (от фантазий - к цели и целевому видению)

Энергетика в современном виде существует немногим более 100 лет. И план ГОЭЛРО, принятый в 1920 г., в свое время казался фантазией, а его вдохновителя Г. Уэллс назвал «кремлевским мечтателем». Но жизнь показала, что, объединив мечту и государственную энергетическую политику, мы получили новую энергопромышленную цивилизацию, позволившую стране перейти от ручного крестьянского плуга к уникальным фабрикам электричества и мощным энерго-ме-таллургическим и энерго-промышленным комплексам.

И на новой энергетической основе страна не только выиграла «войну моторов» во время ВОВ, но и проложила дорогу в Космос, оставаясь ядерной военной и гражданской державой.

Сегодня развитие электроэнергетики требует нового организационно-технологического подхода, ибо будущее страны - это социогуманитарная (по цели) и энерго-информационная (по средствам) цивилизация. Каков будет конкретный

облик будущей энергетики - сегодня предсказать трудно и даже невозможно, ибо темпы технологического развития, тем более в сочетании с информационным обновлением на основе интеллектуальных человеко-машинных систем все более и более ускоряются.

И все же заглядывать за полувековой горизонт - не только нужно, но и можно. Нужно - потому, что в силу инерционности масштабного развития электроэнергетики то, что будет составлять основу новой энергетической цивилизации, через полвека должно пройти путь промышленного освоения, а перед этим - стадию пилотных проектов, а главное - организационно-технологический форсайт. Можно - потому что общие принципы развития любых социотехнических систем, в том числе и электроэнергетики, определяются общими законами энерго-логии, справедливыми как для энергетики самого человека, так и для инновационных энергоинформационных систем новой цивилизации.

Поэтому, говоря об инновационной энергетике - 21, в данной работе отражены как ожидаемые в ближайшие 15-20 лет (до 2035 г., в соответствии с новой Энергетической стратегией России) информационно-технологические решения, так и «прорывные» организационно-технологические инновации, которые в этот период еще только будут рассматриваться в виде ожидаемых форсайтных предположений [8].

К числу таких «прорывных» решений, радикально изменяющих облик будущей энергетики, следует, в первую очередь, отнести как космическую энергетику, энергетику экстремальных состояний и новую энерго-информационную структуру «умной энергетики» (Smart Energy).

Эта инфраструктура будет развиваться на основе, как минимум, трех принципиально новых подходов:

- Она будет не радиально-кольцевой, с явно выраженными крупными центрами генерации и потребления, а ячеистой (распределенной), обладающей большей надежностью и живучестью и отражающей необходимость сочетания электрических связей большой и малой мощностей, централизованных и децентрализованных систем, традиционной топливной (в первую очередь газовой) и нетрадиционной возобновляемой энергетики. Эта сеть, по аналогии с информационными интернет-сетями, будет формироваться структурно как «энерго-нет»

- Не следует ожидать даже на столь отдаленный период появления каких-либо принципиально новых энерго-источников, альте вно заменяющих существующую генерацию.

Даже если будут осуществлены научно-технологические «прорывы» в области термоядерной или космической энергии большой мощности, они не смогут решить проблему комплексной электрификации страны, где будут зоны с высокой и низкой концентрацией нагрузки.

Более перспективным представляется развитие исследований и пилотных проектов по малой атомной энергетике, включая микроисточники на радиоактивных изотопах (карманные атомные батарейки).

Качественно новыми источниками энергии могут стать топливные (электрохимические), а так же биоэнергетические элементы, обеспечивающие широкий

спектр новых энергетических услуг, в том числе для тригенерации - одновременного производства электроэнергии, тепла и пресной воды.

- Новая инфраструктура не будет однородно сетевой, а обязательно будет включать в себя различные накопители, преобразователи частоты и напряжения, быстродействующие контакторы с ограничителями восстанавливающегося напряжения, импульсные установки, позволяющие использовать у потребителя не только постоянный и переменный (50, 60 или 400 Гц) ток, но и энергопотоки с большей упорядоченностью (лазерные, направленно-взрывные, на основе изменения фазо-частотных характеристик системы).

Это тем более важно, что будущая инфраструктура будет интегрировать не только региональные, но и межгосударственные объединения, не только физические, силовые, но и информационные потоки энергии, а так же рыночные связи, посредством которых могут формироваться энергообъединения нового типа ЕЭС-2.0.

В составе энергетической инфраструктуры найдут применение смешанные коммуникации (трубопроводного, железнодорожного и электросетевого типа). В составе нового объединения перспективными станут и коммуникации с трансформируемыми видами передаваемой энергии (водно-энергетические связи, водородные кабели, энергоемкие металло-керамические провода и конденсаторы).

Энерго-информационная инфраструктура, объединяющая с помощью новых связей «большую» и «малую» энергетику, комплексную генерацию и активного потребителя, станет не просто увязывать все элементы в одно целое, но и позволит формировать саморазвивающуюся и самообучаемую электроэнергетику, обеспечивающую потребителя не только достаточными (в количественном и качественном выражении) поставками энергии и широким спектром новых энергетических услуг.

Инфраструктура будет не только адаптивно встраивать новые технологические решения и установки. Она по принципу направленной генной инженерии будет формировать требования к новым звеньям энергоинформационной системы, обеспечивая при этом повышение общей эффективности всей системы.

Определяющим при этом станет новая роль человека в такой эргатической системе, который придает ей черты «умной» (а не просто роботизированной) интеллектуальной системы, направленной на обеспечение жизнедеятельности нового социо-гуманитарного общества.

Поэтому одной из важных задач формирования инновационной электроэнергетики - 21 становится задача формирования самого человека нового типа - не просто квалифицированного специалиста, инженера широкого профиля, но и человека-творца, умеющего мечтать о будущем и последовательно стремиться к его осуществлению.

Благодарность. Исследование выполнено в рамках Госзадания ОИВТ РАН АААА-А16-116051810068-1.

Литература

1. Бушуев В.В., Первухин В.В., Соловьев Д.А. Энергетические истоки Евразийской цивилизации. - Сер. Энергетика в глобальной системе природа-общество-человек. Москва: ИЦ «Энергия», 2018. 198 p.

2. Prostejovsky A.M. et al. The future role of human operators in highly automated electric power systems // Electr. Power Syst. Res. Elsevier, 2019. Vol. 175. P. 105883.

3. Бушуев В.В., Первухин В.В. Энергетический потенциал новой цивилизации и геополитика // Академия энергетики. № 4(66). P. 4-10.

4. Бушуев В.В. и др. Перспективы и тенденции ТЭК // Экологический вестник России. 2017. № 12. P. 12-22.

5. Батенин В.М., Бушуев В.В., Воропай Н.И. Инновационная электроэнергетика - 21. Москва: ИЦ «Энергия», 2017. 584 p.

6. Директор Л.Б., Зайченко В.М., Майков И.Л. Интеллектуальные системы управления автономными энергетическими комплексами в составе локальных распределительных сетей малой энергетики // Известия РАН. 2012. P. 38-48.

7. Каменев А.С., Королёв С.Ю. Нейромоделирование как идеология и инструмент интеллектуализации энергоинформационных сетей. Москва: ИЦ «Энергия», 2012. 146 p.

8. Бушуев В.В. Основные положения Форсайта развития электросетевого комплекса России на ближайшие 15 лет // Окружающая среда и энерговедение. 2019. № 1. P. 1117.

Reference

1. Bushuev V.V., Pervukhin V.V., Soloviev D.A. Energy sources of the Eurasian civilization. - Ser. Energy in the global system nature-society-man. Moscow: IC Energia, 2018.198 p.

2. Prostejovsky A.M. et al. The future role of human operators in highly automated electric power systems // Electr. Power Syst. Res. Elsevier, 2019. Vol. 175. P. 105883.

3. Bushuev V.V., Pervukhin V.V. The energy potential of a new civilization and geopolitics // Academy of Energy. No. 4 (66). P. 4-10.

4. Bushuev V.V. and others. Prospects and trends of the fuel and energy complex // Ecological Bulletin of Russia. 2017. No 12. P. 12-22.

5. Batenin V.M., Bushuev V.V., Voropay N.I. Innovative electric power industry - 21. Moscow: IC Energia, 2017. 584 p.

6. Director LB, Zaichenko V.M., Maykov I.L. Intelligent control systems for autonomous energy complexes as part of local distribution networks of small energy // News of the Russian Academy of Sciences. 2012. P. 38-48.

7. Kamenev A.S., Korolev S.Yu. Neuromodeling as an ideology and tool for the intellectual-ization of energy-information networks. Moscow: IC Energia, 2012. 146 p.

8. Bushuev V.V. The main provisions of the Foresight of the development of the electric grid complex of Russia for the next 15 years // Environment and Energy. 2019. No. 1. P. 11-17.

The power industry of the future as a factor in the active development of civilization

V.V. Bushuev

Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences (JIHT RAS), 125412, Izhorskaya, 13/2, Moscow, Russia

E-mail:[email protected]

Abstract. This article presents the main views of the author on the development of energy beyond the 50-year horizon (from fantasy - to the goal and the target vision).

Keywords: electric power industry of the future, resource-innovative development, innovative electric power industry, civilization.

Acknowledgement. The study was performed in the framework of the State Mission of the Institute of High Temperatures RAS AAAA-A16-116051810068-1.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.