CC BY
57
СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ ЭКОНОМИКИ
37 (178) - 2012
УДК 334.784
о необходимости построения
энергоэффективной среды
на основе комплексного подхода к энергоснабжению
с. а. Некрасов,
кандидат технических наук,
член Экспертного совета Комитета по энергетике Государственной думы Российской Федерации E-mail: s_a_n1@bk. ru
Объединенный институт высоких температур РАН
В статье показана необходимость комплексного подхода к пробелам производства и потребления энергетических ресурсов, на основе которого можно достичь взаимоувязки интересов всех участников технологической цепочки «потребление - производство» в сфере энергетики. Отмечена актуальность разработки соответствующих инновационных технологий и оборудования как в области энергетики, так и в областях, связанных с развитием информационных технологий, новых усовершенствованных материалов и компонентов.
Ключевые слова: комплексный подход к энергоснабжению, энергоэффективность, smart-сети.
Проследим изменение приоритетов производства и потребления энергии по мере технологического развития энергетики. Так как на этапе становления механического привода (водяные и ветряные мельницы) технологические возможности производства энергии определяли месторасположение потребителей, которые на тот момент в основном относились к категории промышленных потребителей, потребление энергии осуществлялось в местах ее производства. Впоследствии по мере начала замены механического привода на электрический первые потребители электроэнергии находились рядом с электростанциями. Возможности предложения электроэнергии были локальны и полностью определяли спрос.
С развитием технологий дальней передачи электроэнергии произошло пространственное разделение источников и потребителей, в результате требования распределенного спроса стали определять необходимость производства электроэнергии. Объемы потребления стали лимитироваться не расположением потребителя, а возможностями производства электроэнергии. Ограничения развития энергетики на этом этапе устанавливались технологическими возможностями производства. Подтверждает это утверждение синхронность (с точностью более 30 %) увеличения производства электроэнергии в промыш-ленно развитых странах в 1913-1960 гг. (табл. 1) [9]. В период бурного развития электроэнергетики в развитых странах были основаны такие компании, как General Electric, Westinghouse, Siemens, явившиеся впоследствии лидерами мировой энергетики. Интенсивно растущий спрос на рынке электроэнергетики, государственное регулирование энергетики при бурно растущих частных инвестициях способствовали возникновению в отрасли крупных компаний, многие из которых превратились в межотраслевые концерны. Энергосистемы Запада развивались как совокупность независимых региональных энергоструктур. При этом особенностью развития российской энергосистемы, использовавшей в самом начале становления позитивный зарубежный опыт, явилось развитие как единой централизованной системы под руководством государства [20].
Таблица 1
Индексы производства электроэнергии в 1913-1960 гг.
Год США Англия Франция
1913 1 1 1
1916 1,8 1,9 1,2
1921 2,1 1,9 2,2
1922 2,5 2,1 2,9
1928 4,4 3,5 7,1
1932 4 4,4 7,4
1937 5,9 7,2 10
1940 7,3 8,6 9,3
1950 15,7 14,2 16,5
1953 20,8 16,7 20,7
1955 25,4 19,8 24,8
1956 27,7 21,3 26,9
1957 28,9 22,2 28,7
1958 29,3 23,8 30,8
1959 32,1 25,5 32,3
1960 34 28,8 36,1
В экономике СССР стихийного развития потребителей не предполагалось, суммарные энергопотребности были синтезированы в плановых показателях развития энергетики, что являлось значительным преимуществом и позволило по темпам развития экономики СССР существенно опередить капиталистические страны, особенно в области создания продукции группы «А» и роста обороноспособности государства. Плановая экономика позволяла более эффективно использовать созданные мощности, в результате по числу часов использования мощности (ЧЧИМ) СССР вышел на лидирующие позиции в мире, достигнув 4 966 ч в год в 1986 г. (рис. 1) [4].
5 000
4 500
4 000
3 500
3 000
2 500
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Рис. 1. Ежегодное число часов использования мощности в России в 1920-2010 гг (до 1991 г. - СССР)
Таким образом, российская энергетическая отрасль формировалась в условиях, когда для производителя электроэнергии не было проблемы поиска потребителя. Задачей любой отрасли, любого предприятия станкостроения, металлургии, животноводства, энергетики было выполнение плановых показателей. Поэтому в этих условиях естественным образом произошло снижение внимания к проблемам конкретного потребителя и последующее полное исключение последнего из определения электроэнергетики.
Стоит вспомнить, что Г. М. Кржижановский дал строгое определение энергетике как структуры (системы), включающей и энергопроизводство, и энергопотребление. Это определение было принято Комитетом по терминологии АН СССР, но впоследствии заменено ведомственно-отраслевым аналогом, согласно которому под энергетикой стали понимать производство любого вида энергии отраслями топливно-энергетического комплекса (ТЭК): топлива, электричества, теплоты. Как видно, сфера энергопотребления здесь уже отсутствует. Поскольку не только на практике, но и в науке, образовании зачастую используют именно это понимание энергетики, то следует ответить на вопрос: почему первая, а не вторая ее трактовка является строго научной? Ответ заключается в том, что все отрасли ТЭК производят промежуточную, а не конечную продукцию, под которой в энергетике понимается определенный результирующий эффект, а именно: обеспечение производства товаров и услуг, отопление, освещение, движение транспорта и др. И эффективный конечный результат может быть получен только при согласованном взаимодействии всех частей единой структуры - энергетики. Поэтому и планирование их развития должно быть только совместным, исключающим искусственное расчленение единого «организма» - энергетики [12].
Отраслевая трактовка энергетики не только создает иллюзию решения энергетической проблемы, но, по существу, отводит второстепенную роль секторам коммунальной и промышленной энергетики, а также, что особенно важно, развитию технологий и устройств конечного потребления энергии. Послед-
ние вместе с ТЭК и коммунально-промышленным сектором делают энергетику замкнутой системой, назначением которой является обеспечение производства валового внутреннего продукта (ВВП) и жизнедеятельности общества в целом. Отсюда следуют разные подходы к развитию, а также критерии эффективности энергетики - не традиционно принятое на сегодняшний день опережающее наращивание мощностей ТЭК, а создание экономически обоснованных мощностей энергетики как сбалансированного элемента общественного хозяйства. Соответственно, необходимы разные подходы к ее построению и, главное, качественно иные подходы к ее оптимизации [13].
Одним из следствий подобного определения энергетики является более полувековое нежелание воспринимать конечное потребление как отдельную сформировавшуюся сферу и признать электрику [21] полноправной частью электроэнергетики.
Вполне закономерным для энергетики, в которой потребитель «выпал» из рассмотрения, стала концентрация внимания на развитии производства, повышении единичных мощностей энергоблоков (до 1 200 МВт), росте напряжения линий электропередач (до 1 150 кВ). По этим параметрам в 1980-е гг. СССР достиг показателей, которые не только не повторены в мире по истечении четверти века, но и не получили в стране-разработчике дальнейшего развития и тиражирования, а порой даже поддержания в эксплуатации (ЛЭП 1 150 кВ). Исчезновение из определения энергетики потребителя как ее субъекта, естественно, привело к тенденции увеличения валового, безотносительно к потребностям народного хозяйства, производства продукции энергетики, которая была определена в плановых показателях (МВт мощности, Гкал/ч тепла) без рассмотрения альтернативных возможностей удовлетворения спроса потребителей, что усугублялось доступностью и дешевизной первичных источников энергии. Соответственно, вторая часть энергетики - совершенствование и оптимизация энергопотребления - осталась вне рамок интересов российской энергетики.
На протяжении десятилетий происходило постепенное вытеснение из топливно-энергетического баланса России использования рабочего скота с 50 млн т у. т. в 1913 г. до 10 в 1940 г. и до 5 млн т у. т. в 1970 г. [7], и было сформировано представление о том, что электрификация и рост потребления электроэнергии неразрывно связаны. Однако оно не потеряло своей актуальности и остается справедливым в
развивающихся странах, на что указывают данные о росте удельного (подушевого) потребления электроэнергии (УПЭ) в этих странах (табл. 2).
В Российской Федерации на протяжении по меньшей мере 30 лет возможности замены всех механизмов, допускающих автоматизацию и перевод на электрический привод, подошли к насыщению. Коэффициент электрификации стационарных рабочих машин приблизился к 100 %, после чего рост электровооруженности и необходимость роста потребления электроэнергии перестали быть доминирующими. Кроме того, происходящая миниатюризация и построение систем управления на новых технических решениях приводят к снижению удельного потребления электроэнергии. Эффективность использования энергетических мощностей в бывшем СССР была стабильно выше, чем в США, а приведенное число часов работы электромоторов значительно ниже [7]. При этом по уровню УПЭ Российская Федерация находится на уровне экономически развитых стран [10]. Данные факты указывают на отставание советской энергетики в области конечного потребления в промышленности по сравнению с высокотехнологичным развитием генерации. То есть плановые задания по росту мощности энергосистемы и объему выработки электроэнергии выполнялись, а вопрос эффективности использования установленных электроприемников находился за пределами компетенции энергетики.
Отставание в эффективности конечного потребления, а не недостаточная степень развития энергетики, которое происходило без взаимоувязки с интересами потребителя, стало ограничивать экономическое развитие страны. В итоге сформировались два показателя: документальная оснащенность передовой техникой и фактическое ее использование. Если по первому показателю СССР занимал ряд лидирующих позиций, то электродвигатели и насосы с завышенными мощностными
Таблица 2
Уровень и рост УПЭ в развивающихся странах в 1996-2006 гг.
Страна Рост УПЭ в 1996-2006 гг., % УПЭ в 2006 г., МВт^ч/чел. год
Китай 155 2,12
Индия 66 0,38
Бразилия 55 2,21
Мексика 43 2,33
Турция 100 2,23
Источник: составлено по данным [22].
параметрами, перерасход энергетических ресурсов в секторе потребления, не входящем в определение энергетики, привели к непропорциональному росту удельной энергоемкости экономики.
В связи с тем, что в СССР всегда первоочередным являлось развитие промышленности, а жилищно-коммунальное хозяйство (ЖКХ) развивалось по остаточному принципу, вопросы потребления и эффективности использования энергии в жилом секторе (непосредственно в домохозяйствах) были еще менее актуальны. В совокупности с открытием дешевых энергоносителей это привело к созданию наиболее энергозатратной отрасли экономики СССР - ЖКХ.
Подобная ситуация не была характерна для рыночных экономик, особенно после энергетического кризиса 1970-х гг. На Западе смещение акцентов произошло не только в области энергосбережения, оптимизации цепочки производство - конечное потребление энергетических ресурсов, технических разработок, позволяющих довести до совершенства какой-либо материальный параметр, но воплотилось в иной мировоззренческий подход, сформировавшийся на системном, средовом уровне.
Проиллюстрируем данное утверждение на примере Стратегии энергоснабжения Лондона [16]. В этом документе, разработанном десятилетие назад и принятом в 2002 г., показано, что оторванное рассмотрение энергоснабжения без учета комплекса систем жизнеобеспечения (водоснабжения и водо-отведения, транспортного обеспечения, подходов к составлению плана развития города) некорректно. Проведено различие между двумя подходами к развитию систем жизнеобеспечения:
1) направлением по пути развития энергетики путем увеличения производства и потребления энергоносителей;
2) системой принятия решений, в основу которой заложено осознание факта, что люди нуждаются не в поставке определенного количества энергии, а в обеспечении с ее помощью определенных бытовых потребностей (достаточном уровне освещения, поддержании комфортного теплового режима помещений, обеспечении горячей водой, обеспечении работы электробытовых приборов), а последняя задача может быть эффективно решена разными путями, причем не только на основе непосредственного потребления энергии.
При втором подходе формируется расширенное понимание системы жизнеобеспечения, в котором энергопотребление должно не увеличиваться, а
снижаться при сохранении качественного обеспечения потребностей потребителя. Например, задачей в жилищном строительстве становится не поставка фиксированного количества кВт^ч энергии для обеспечения температурного режима в помещении, а поддержание совокупностью возможных средств этого режима. В такой постановке вопроса приоритеты смещаются в сторону технологий поддержания микроклимата здания, базирующихся на увеличении теплового сопротивления наружных ограждений, креативном подходе к созданию внешнего микроклимата на основе высадки зеленых насаждений как на поверхности земли, так и на стенах и крышах зданий и прочих подходах концепции пассивного дома. Такой же подход следует применять при выборе между кондиционированием воздуха и проектированием домов с созданием условий для естественной вентиляции.
Следующий пример: к вопросу освещенности рабочего места необходимо подходить не как к производству электроэнергии для источников освещения, а как к необходимости формирования комплексного подхода, основную роль в котором отводится так называемому «пассивному дизайну», максимизирующему использование естественного, а не искусственного освещения. Этому направлению оказывается поддержка вплоть до ограничения на законодательном уровне возможности уменьшения инсоляции существующего строения за счет нового строительства, затеняющего имеющуюся застройку.
Аналогично в области транспортного сообщения при выборе альтернативных вариантов для развития городской инфраструктуры предпочтение отдается решениям, позволяющим удовлетворить потребности городского жителя решить бытовые и производственные проблемы, сделать покупки с минимальными издержками. В этом случае приоритет получают предложения, не стимулирующие строительство дорог и увеличение автопарка, а снижающие потребность в перемещении, особенно на большие расстояния, поощряется практика работодателей проводить не очные совещания, а интернет-конференции. При альтернативе развития индивидуального или общественного транспорта предпочтение отдается созданию условий для перехода от частного к комфортабельному общественному транспорту.
Закономерным результатом развития подобного подхода стало формирование среды с задачей удовлетворения потребностей населения при минимальных
затратах невозобновляемых ресурсов и уменьшении нагрузки на окружающую среду. Изменившаяся система ценностей привела к формированию взаимоотношений, в которых законодательно закреплена обязанность сетевых компаний покупать любой объем энергии, произведенный возобновляемыми источниками (ВИЭ). Как результат, на сегодняшний день преимущественное развитие стали получать ВИЭ, которые по темпам развития превзошли традиционную энергетику. Как следует из рис. 2, доля ВИЭ в новых вводах достигла 60 % в Европе и в США, постоянно увеличиваясь во всем мире.
Происходит более интенсивное проведение научных разработок по ВИЭ, чем по традиционной энергетике (рис. 3).
Например, в Европейском патентном офисе ежегодное увеличение количества патентных заявок по традиционной энергетике (уголь, нефть, газ) на протяжении 19982007 гг. составляло менее 7 % в год, а по ветроэнергетике превышало 27 % в год.
Согласно прогнозу инвестиций до 2030 г. на строительство новых электростанций ведущих экономик мира с разбивкой на ископаемые виды топлив (fossil) и
возобновляемые источники (renewables), выполненному Европейским советом по возобновляемым источникам энергии (European Renewable Energy Council) [17], доля инвестиций ВИЭ в странах ОЭСР Европы и Северной Америки составит не менее 85 %, в Китае и на Ближнем Востоке - около 75 % (рис. 4).
Системные требования к энергетике XXI в. должны учитывать тот факт, что реализация большого количества проектов по ВИЭ меняет структуру распределения и работы генерирующих мощностей, условия работы сети:
• генерация становится все более распределенной, появляются новые источники разной мощности с различными динамическими характеристиками;
• режимы работы ВИЭ определяет не сеть в соответствии с нагрузкой системы, а наоборот, сеть обязана принять то количество выработанной
Рис. 2. Динамика доли ВИЭ в новых вводах энергетических мощностей в 1980-2010 гг., %
Ядерная энергетика Биомасса Уголь, нефть, газ Гидроэнергетика Фотоэлектрические элементы Геотермальные источники Гелиотермапьная Приливная/волна Топливные элементы Ветроэнергетика
Рис. 3. Годовые темпы роста патентных заявок Европейского патентного офиса в области энергетики в 1998-2007 гг., %
1 2 / /
Страны ОЭСР АТР
Страны ОЭСР Северной Америки Страны ОЭСР Европы Средний Восток Латинская Америка Ближний Восток Китай Африка
200
400
600
800
I
1 000 1 200
1 400
1 600
Рис. 4. Прогноз финансовых потоков на строительство электростанций в период 2004-2030 гг. по регионам (накопительным итогом), млн долл.: 1 - на ископаемые виды топлива; 2 - на возобновляемые источники
электроэнергии, которое в данный момент можно получить, исходя из уровня инсоляции, порывов ветра и т. д. (данное положение законодательно закреплено в ряде стран Европы); • потребители электроэнергии переходят в другой режим работы, в котором возможно не только потребление энергии, но и выдача мощности в сеть, причем проблемы баланса выработки и потребления должны быть решены с помощью саморегулируемой сети.
Например, в Стратегии развития энергоснабжения Лондона [16] указывается на необходимость модернизации локальных распределительных сетей для удовлетворения потребностей распределенной генерации. Развитие распределительных сетей будет происходить с учетом потребностей локальных энергоисточников и должно способствовать развитию распределенной энергетики. По состоянию на 2002 г. существовавшая нормативная база Великобритании и физическая конфигурация сетей тормозила развитие локальных источников. Необходимо было найти решение проблемы двухстороннего учета производства и потребления электроэнергии множеством участников рынка, что явилось основанием для развития не только технических решений, изменивших условия работы сети, но и принятия необходимых регулирующих нормативных актов.
В результате с развитием ВИЭ возникла потребность изменить всю парадигму организации работы
энергосистемы. Теперь производство энергии стало управлять спросом и определило направление трансформации потребителей - возможность подстраивается под генерацию возобновляемых источников. Возникла необходимость управления не десятком крупных электростанций, а сотнями и даже десятками тысяч участников новой системы [23]. Масштабность этой задачи и выдвигаемые требования к динамическим параметрам энергосистемы по состоянию на 2008 г. может проиллюстрировать следующий пример [19]. 26.02.2008 в штате Техас произошло снижение мощности производства электроэнергии ветроэлек-тростанций (ВЭС) на 1 200 МВт в течение 10 мин. Избежать блэкаута стало возможным благодаря управлению спросом потребления - краткосрочному сбросу нагрузки потребителей не только в большинстве штатов США, но и в ряде провинций Канады, в частности в провинции Манитоба. В качестве примера неравномерности генерации ветроэнергетики приведена динамика выдачи мощности ВЭС на юге Австралии в июне 2009 г. (рис. 5) [19].
Государственные программы поддержки генерации ВИЭ создали следующие проблемы распределительных электросетей, решение которых должно быть реализовано в реальном режиме времени: • необходимость приема электроэнергии от переменного числа включающихся источников электроэнергии, работающих со случайной (в статистическом плане) нагрузкой;
- 19
24
Часы суток
Рис. 5. Динамика работы ВЭС (Канунда, Австралия, июнь 2009 г.), МВт: а - в июне 2009 г.; б - 8 июня 2009 г.
новая генерация практически не подвержена регулированию, что обусловливает формулирование новых задач и усложнение тех, которые ранее решались системным оператором; в силу человеческого фактора исчезает возможность в постоянно изменяющейся распределенной сети генераторов и потребителей определять режимы работы регулирующих мощностей, перестают быть прозрачными алгоритмы принятия решений и распределения нагрузок между производителями электроэнергии; наличие гарантированной цены покупки электроэнергии от ВИЭ и переход базовых электростанций в режим регулирования нагрузки энергосистемы с учетом слабой предсказуемости ВИЭ ведут к увеличению удельных расходов первичного топлива при работе пиковых источников традиционной энергетики и делают
непрозрачным механизм ценообразования на электроэнергию.
В этих условиях наращивание мощностей ВИЭ стало лимитироваться технологическими возможностями обеспечения стабильной работы энергосистемы. В странах-лидерах рост ВИЭ вышел на насыщение (рис. 6), и более востребованными стали такие направления, как аккумулирование энергии и создание сети с задачей диспетчеризации не только работы источников, но и регулирования текущей величины потребления электроэнергии.
Исследования по этим направлениям стали наиболее интересными для бизнеса. Несмотря на то, что доля венчурного капитала (УС) в общих финансовых поступлениях на новые направления энергетики составляют менее 7 %, именно он определяет ранжирование приоритетов развития и поисковые исследования. Рост количества патент-
Рис. 6. Производство электроэнергии ВИЭ без ГЭС (левая шкала - мир; правая шкала - Дания), млрд кВт^ч/год
ных заявок и объемы венчурного финансирования НИОКР в энергетике имеют максимальное значение в направлении новых решений по способам аккумулирования и регулирования энергопотребления. Преимущественными направлениями венчурного
Солнечная энергия Биотопливо Эффективность Энергия ветра Биомасса и потери Геотермальная энергия Мощности хранения Услуги и поддержка Углеродные рынки Топливные элементы
3 4
¿-L
Щ 3,66 млрд долл. (116/142)
1,258 млрд долл. (31/37) 0,656 млрд долл. (15/19) ^ 0,452 млрд долл. (28/31) 0,43 млрд долл. (8/15) 0,36 млрд долл. (8/10)
И 0,284 млрд долл. (29/32)
Морская энергия 0,169 млрд долл. (11/13) Мини-ГЭС 0,153 млрд долл. (4/4) Снижение уровня водорода и изоляция ' 0,124 млрд долл. (3/4)
ВОДОРОД 0,013 млрд долл. (3/3)
Рис. 7. Структура финансирования венчурного капитала и прямых инвестиций новых направлений энергетики (2007 г), млрд долл. (в скобках - предложение/общее число сделок): 1 - VC - венчурный капитал и частный акционерный капитал; 2 - PE Expansion Capital - расширение капитала; 3 - PE Buy-out - выкуп; 4 - PIPE/OTC - частные инвестиции в общественные акции / внебиржевые предложения
инвестирования по состоянию на 2007 г. после солнечной энергетики стали работы по повышению эффективности использования энергии и разработки по созданию систем аккумулирования энергии (рис. 7) [15].
Меньшие издержки компенсации непостоянства генерации ВИЭ в результате изменения величины потребления электроэнергии по сравнению с регулированием пиковыми мощностями создали условия для нового направления развития и управления потреблением электроэнергии. Создание механизма плавающей стоимости электроэнергии совместно с установкой систем учета, позволяющего включать часть
нагрузки при снижении цены электроэнергии, сделало возможным, автоматически регулируя цену электроэнергии в реальном режиме времени, определять не только выработку электричества станциями, несущими базовую нагрузку, но и режимы потребления. В этих условиях настала необходимость создания сети по распределению электроэнергии и информации, определяющей поведение потребителей и базовых производителей энергии.
Функцию такой системы стала выполнять технология SMART (Self Monitoring Analysis
2,069 млрд долл. (61/73) 1,832 млрд долл. (92/102) 1,784 млрд долл. (46/52)
■■А (1) ~ РЕ Expansion Capital (2) "РЕ ßuy-ciut (3) П PIPE/OTC (4)
i
2
and Reporting Technology). В начале ее становления это была технология самодиагностики, анализа и отчета с задачей повышения надежности работы оборудования, возможности контролировать его на расстоянии. По мере развития smart-сети, позволив решить технологическую проблему распределения и выдачи мощности источниками, плохо поддающимися регулированию, стали формировать информационные потоки, которые определяют действия участников рынка электроэнергии в реальном режиме времени и минимизируют издержки энергообеспечения. В связи с оптимизацией системы энергоснабжения smart-сети позволили снизить потери в сетях.
Характерной особенностью динамики развития smart-сети стало развитие данного направления от региональных распределительных сетей, обеспечивающих энергоснабжение множества мелких потребителей (часть из которых периодически становилась производителями энергии), к межрегиональным энергетическим холдингам. Начальной точкой разработки концепции smart-сети в большинстве индустриально развитых стран стало формирование четкого стратегического видения целей и задач развития электроэнергетики, отвечающей будущим требованиям общества и всех заинтересованных сторон: государства, науки, экономики, бизнеса, потребителей и других институтов [5]. Разработка стратегического видения исходила из следующего базового положения: «осуществить прорыв в энергетике (энергетической системе) посредством интеграции технологий XXI в., чтобы достичь плавного перехода на новые технологии в генерации, передаче и потреблении электрической энергии, которые обеспечат выгоды для государства и общества в целом» [18].
Что же такое smart-сети? Министерство энергетики США выделяет следующие атрибуты, присущие интеллектуальным сетям:
• способность к самовосстановлению после сбоев в подаче электроэнергии;
• возможность активного участия в работе сети потребителей;
• устойчивость сети к физическому и кибернетическому вмешательству злоумышленников;
• обеспечение требуемого качества передаваемой электроэнергии;
• обеспечение синхронной работы источников генерации и узлов хранения электроэнергии;
• появление новых высокотехнологичных продуктов и рынков;
• повышение эффективности работы энергосистемы в целом [20].
Для достижения всех рассмотренных эффектов в США поставлена стратегическая задача развития интегрированной национальной технологической электрокоммуникационно-информационной инфраструктуры, способной динамически оптимизировать системные (сетевые) операции, ресурсы и обеспечивать внедрение управления спросом (demand side management) и реагирования спроса (demand response), а также активное участие потребителя [5].
В Стратегическом плане преобразования интеллектуальных сетей (Евросоюз, 2008 г.) термин «smart grids» определяется следующим образом: «Интеллектуальная сеть - электрическая сеть, которая разумно координирует действия всех присоединенных пользователей - производителей электроэнергии, потребителей, аккумулирующих устройств, чтобы гарантировать эффективность бесперебойного, экологичного, экономичного и надежного электроснабжения» [2].
В работе Б. Б. Кобеца, И. О. Волковой, В. Р. Око-рокова [6] указывается, что за рубежом smart-сети -это прежде всего концепция инновационного преобразования электроэнергетики в целом, а не отдельных ее функциональных или технологических сегментов, поскольку именно пересмотр ряда существующих базовых принципов, целей и задач развития электроэнергетики и вытекающие из этого масштабы и характер задач, а также прогнозируемые социальные, экономические, научно-технические, экологические и другие эффекты от их реализации обусловливают то значительное внимание, которое уделяется в мире этому направлению. Smart-сеть является концепцией инновационного преобразования электроэнергетики на основе целостной системы видения ее роли и места в современном и будущем обществе, определяющем требования к ней, подходов к обеспечению этих требований, принципов и способов осуществления и необходимого технологического базиса для реализации, в которой новым технологиям и устройствам отводится роль одного из основных способов и инструментов его осуществления. Именно цели и задачи рассматриваемых преобразований определяют назначение и конкретные функции, а также характеристики развиваемых технологий.
Концепция smart-сети базируется на достаточно глубоком анализе тенденций развития общества,
оценке современных и прогнозируемых вызовов и угроз, формирующихся и ожидаемых запросов, мотивации и характера поведения как потребителей, так и других заинтересованных сторон, обусловленных в том числе направлениями общего социально-экономического, технического и технологического развития, оказывающими влияние на формируемые ими требования к энергетике. В основу концепции положена разработанная целостная и всесторонне согласованная в обществе система взглядов на роль и место электроэнергетики в современном и будущем, целей и требований к ее развитию, подходов к их осуществлению, принципов и способов реализации и создания необходимого технологического базиса.
Результаты исследований за рубежом показали, что необходимы пересмотр традиционных подходов к принципам и механизмам функционирования энергетики и выработка новых подходов, способных обеспечить общественное развитие, прорывное повышение потребительских свойств и эффективности использования энергии. Это решение потребовало разработки новой концепции инновационного развития электроэнергетики, которая, с одной стороны, соответствовала бы современным взглядам, целям и ценностям социального и общественного развития, формирующимся и ожидаемым потребностям людей и общества в целом, а с другой -максимально учитывала бы основные тенденции и направления научно-технического прогресса во всех отраслях, сферах жизни и деятельности общества. Этот факт обусловливает масштабность и сложность проблемы, позиционирование ее как системной задачи, включая необходимость разработки и применения новых методов планирования, организации и менеджмента такого рода работ. Данный подход направлен на обеспечение устойчивого развития энергетики, при котором преобразования в ней в первую очередь должны рассматриваться с позиций создания выгод для заинтересованных сторон, что позволяет обеспечить их поддержку и большую вовлеченность в реализацию преобразований, позволяя достигать компромисса между их разнонаправленными интересами.
Ключевая роль среди заинтересованных сторон в этом случае принадлежит потребителю, обеспечивающему оплачиваемый им спрос на продукцию и услуги энергетики. Требования других заинтересованных сторон преимущественно достигаются за счет создания ценности для потребителя, которую
формирует не собственно продукт или услуга, а полезный эффект, получаемый от их применения. Таким образом, начальной точкой разработки концепции smart-сети в большинстве индустриально развитых стран стало формирование четкого стратегического видения целей и задач развития электроэнергетики, отвечающей будущим требованиям общества и всех заинтересованных сторон: государства, науки, экономики, бизнеса, потребителей и других институтов [6].
В результате происходило изменение парадигмы энергопользования: если раньше спрос определял производство, то теперь производство начинает определять спрос. Для этого и нужна инфраструктура smart-сетей, которая способствует инновациям и интеграции новых технологий [23].
Различия в развитии зарубежных и российской энергосистем могут породить сомнения в целесообразности применения западных концепций развития энергетики в российских условиях [20]. В Российской Федерации сложилась ситуация, отличающаяся от мировых лидеров в развитии ВИЭ по следующим параметрам:
• наличие небольшого количества производителей электроэнергии, а не десятков тысяч свободных производителей;
• отсутствие разветвленной распределительной сети, дающей возможность большинству потребителей принимать альтернативные решения по выбору поставщика электроэнергии;
• отсутствие плавающей стоимости электроэнергии и недостаточно эффективные механизмы мотивации потребителей к регулированию кривой спроса на электроэнергию. Результаты анализа зарубежного опыта показывают, что развиваемые за рубежом подходы, принципы и механизмы реализации концепции smart-сетей не могут быть непосредственно перенесены в российскую электроэнергетику и реализованы, поскольку осуществление и развитие концепции в значительной степени определяются спецификой и характером национальных организационно-экономических, технологических и ресурсных (в широком смысле) условий, в том числе российских, а также наличием в стране необходимых для внедрения smart-сетей предпосылок [3, 5].
В силу перечисленных причин в России отсутствуют предпосылки для создания smart-сети в понимании, которое сформировалось под влиянием развития энергосистем развитых стран. Поэтому
из всего множества возможностей smart-сетей в Российской Федерации стали востребованы возможности снизить потери и увеличить пропускную способность линий электропередач. Так как наиболее ощутимый эффект от решения этих задач проявляется в сетях с передачей больших объемов электроэнергии, то в первую очередь технические решения smart-сетей стали реализовываться в системообразующих сетях высокого напряжения.
В результате Открытое акционерное общество «Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы» (ОАО «ФСК ЕЭС») было определено как ведущая организация по развитию smart-сетей в России. Согласно определению, данному председателем правления ОАО «ФСК ЕЭС» О. М. Бударгиным на заседании «круглого стола» на тему: «Умные сети - Умная энергетика - Умная экономика», прошедшего 17.06.2010 в рамках Петербургского международного экономического форума, российские умные сети - это комплексная модернизация и инновационное развитие всех субъектов электроэнергетики на основе передовых технологий и сбалансированных проектных решений глобально на всей территории страны [1]. Спустя год после презентации Федеральная сетевая компания развернула масштабную программу развития Единой национальной энергетической системы России, в основе которой - создание электрической сети нового поколения, интеллектуальной электрической сети.
Покажем, что по данному определению умная сеть в России должна решать задачи, не совпадающие с задачами smart-сети на Западе. Согласно ст. 3 Федерального закона от 26.03.2003 № 35-Ф3 «Об электроэнергетике» субъектами электроэнергетики являются лица, осуществляющие деятельность в сфере электроэнергетики, в том числе производство электрической, тепловой энергии и мощности, приобретение и продажу электрической энергии и мощности, энергоснабжение потребителей, оказание услуг по передаче электрической энергии, оперативно-диспетчерскому управлению в электроэнергетике, сбыт электрической энергии (мощности), организацию купли-продажи электрической энергии и мощности. Отдельно от субъектов электроэнергетики определяются: • потребители электрической энергии - лица, приобретающие электрическую энергию для собственных бытовых и (или) производственных нужд;
• потребители мощности - лица, приобретающие мощность, в том числе для собственных бытовых и (или) производственных нужд и (или) для последующей продажи, лица, реализующие электрическую энергию на розничных рынках, лица, реализующие электрическую энергию на территориях, на которых располагаются электроэнергетические системы иностранных государств [11]. До проведения реформы электроэнергетики под субъектом электроэнергетики понималось предприятие, осуществляющее одновременно монопольные (передача электроэнергии, диспетчерское управление) и потенциально конкурентные (производство, реализация электроэнергии) виды деятельности в сфере электроэнергетики. К таким предприятиям, в частности, относились энергоснабжающие организации и потребители электроэнергии, имеющие субабонентов [8].
Таким образом, концепция развития российских умных сетей не включает, не может и не должна по определению учитывать главных субъектов, ради которых направление smart-сети развивается во всем мире - потребителей, а тем более потребителей из числа переходящих из режима потребления в режим генерации электроэнергии, в частности на основе ВИЭ. В работе Н. И. Суслова [14] указывается, что в определении умных сетей [1] отсутствует умное саморегулирование сетей, не отражена их роль в регулировании спроса и тарифов, нет места малой и нетрадиционной энергетике. Не говорится здесь и о распределенной энергетике, играющей важную роль в западной концепции умных сетей, состоящей, по замыслу, из микросетей местного значения, призванных интегрировать малые и нетрадиционные энергетические установки. В России технологической основы для умных сетей нет, ее надо создавать с одновременным перевооружением не только сетевого хозяйства, но и генерирующего [14].
Анализ совокупности рассмотренных положений и принципов концепции smart-сети показывает, что уровень поставленных вопросов и решаемых задач затрагивает различные отрасли не только электроэнергетики, но и целого ряда других отраслей и требует организации проведения серьезных научных исследований как в части вопросов концептуального, научного и методического плана, так и в части разработки соответствующих инновационных технологий и оборудования, причем не только в области энергетики, но и в областях, связанных с
развитием информационных технологий, новых усовершенствованных материалов и компонентов и др. [6].
Развить мысль авторов из НИУ «Высшая школа экономики» и Ивановского энергетического института можно следующим образом: изложенный в стратегии развития Лондона первый подход к альтернативным вариантам построения системы жизнеобеспечения (наращивание производства энергоресурсов) в экономических категориях плановой экономики и показателях, аналогичных удвоению ВВП, закономерен для Российской Федерации. Для возможности постановки задачи во втором варианте (максимальное использование технологий без воздействия на окружающую среду) требуется создать совершенно новую систему взаимоотношений между производителями и потребителями энергетических ресурсов. Необходим комплексный подход, позволяющий гармонизировать интересы и технологические возможности потребителей с оптимизацией потребления и снижением издержек производства энергии. Без создания условий для формирования новой системы взаимоотношений, направленной на гармонию производства и потребления энергии на системном уровне, ожидать роста эффективности энергетики, по-видимому, невозможно.
Список литературы
1. Бударгин О. М. Умная сеть - платформа развития инновационной экономики. Доклад на заседании «круглого стола» на тему: «Умные сети - Умная энергетика - Умная экономика». URL: http:// www. fsk-ees. ru/media/File/evolution/innovations.
2. Бухгольц Б. М. Инновационная техника для интеллектуальных электрических сетей Smart Grids // Электрика. 2010. № 11. С. 9-15.
3. Воропай Н. И. Smart Grid: Мифы, реальность, перспективы // Энергетическая политика. 2010. № 2.
4. Грачев И. Д., Некрасов С. А. Альтернативное направление развития энергетики Российской Федерации // Промышленная энергетика. 2012. № 6. С. 2-6.
5. Кобец Б. Б., Волкова И. О. Инновационное развитие электроэнергетики на базе развития концепции Smart Grid. М.: ИАЦ «Энергия», 2010.
6. Кобец Б. Б., Волкова И. О., Окороков В. Р. Smart gird как концепция инновационного развития
электроэнергетики за рубежом // Энергоэксперт. 2010. № 2. C. 52-58.
7. Мелентьев Л. А. Очерки истории отечественной энергетики. М.: Наука, 1987.
8. Методические рекомендации по разделению видов деятельности субъектами электроэнергетики / Федеральная антимонопольная служба. М., 2005.
9. Народное хозяйство СССР в 1963 г.: стат. ежегодник. М.: Статистика, 1965.
10. Некрасов С. А., Шевченко И. С. Альтернативный подход к определению необходимого производства электроэнергии в Российской Федерации // Энергетика Татарстана. 2011. № 1. С. 50-56.
11. Об электроэнергетике: Федеральный закон от 26.03.2003 № 35-Ф3.
12. Проценко В. П. Общие вопросы энергетики и энергосбережения // Энергосбережение и водо-подготовка. 2008. № 1. С. 2-5.
13. Проценко В. П. Концепция перевода энергетики России на ресурсосберегающий путь развития // Энергосбережение и водоподготовка. 2003. № 1. С. 13-17.
14. Суслов Н. И. И все же вопросы остаются. Не столько «Что делать?», сколько «Как делать?» // ЭКО. 2011. № 4. С. 94-100.
15. Analysis of trends and Issues in the Financing of Renewable Energy and Energy Efficiency. UNEP Global Trends in Sustainable Energy Investment 2008.
16. Green Light to Clean Power. Энергетическая Стратегия Лондона 2002.
17. Global Financial Energy Investment. European Renewable Energy Council 2007.
18. The National Energy Technology Laboratory: «A vision for the Modern Grid», March 2007.
19. Tony Vassallo. Bottling Electricity: The Need for Energy Storage. Delta Electricity Chair in Sustainable Energy Development School of Chemical & Biomolecular Engineering University of Sydney. AIE Sydney Branch. April 4 2011. URL: http://aie. org. au/Content/NavigationMenu/Events/PastEvents/.
20. URL: www. epo. org.
21. URL: http://www. kudrinbi. ru.
22. URL: http://tonto. eia. doe. gov.
23. URL: http://www. thg. ru/technews/20100920_ 111700.html.
(Окончание следует)
