CC BY
15УДК 621.311 (470+571) В.В. Бушуев1
РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ: СТРАТЕГИЧЕСКИЙ И ПОСТСТРАТЕГИЧЕСКИЙ ФОРСАЙТ
Реформа российской электроэнергетики показала, что отсутствие стратегического системного подхода привело к результатам, весьма далеким от заявленных: вырос монополизм энергоснабжающих компаний, техническое обеспечение устарело, надежность и качество электроснабжения снизились, потребители попали в зависимое положение, усложнились условия их доступа к сетям, тарифы и дополнительные налоги существенно выросли. Сохранение нынешнего состояния, либо продолжение прежнего курса хаотического реформирования, а по сути, перераспределения энергетических активов среди монополистов чревато угрозой потери энергетической безопасности страны и ее регионов. Стихийно возникающая тенденция на децентрализацию электроэнергетики в условиях сохранения монополизма энергетических компаний ведет к снижению эффективности электроснабжения. Прогнозные расчеты балансов спроса и предложения на энергетическом рынке, уточнение генеральных схем и программ развития (СиПР) не учитывают новых тенденций «цифровизации» и «интеллектуализации» электроэнергетики, ее структурной трансформации с учетом интересов и возможностей «активного» потребителя в рамках формирующегося «нового электрического мира». Необходимо целевое видение будущего облика электроэнергетики и ее роли в социально-экономическом развитии России. В статье рассматриваются проблемы целевого видения и перспективного развития электроэнергетики, частично представленные в проекте Энергетической стратегии России до 2035 года, а также выходящие за эти временные рамки.
Ключевые слова: электроэнергетика, форсайт, новый электрический мир, инновационное развитие, энергоинформационная интеллектуальная система.
Реформирование российской электроэнергетики было проведено в режиме «движения вспять»: от системного энергообъединения (ЕЭЭС), минуя региональные энергосистемы, к выделению отдельных станций, сетевых объектов и потребительских организаций, брошенных в «омут» рынка. Преобладание товарно-денежных отношений без должного учета физических связей между ними привело к тому, что рынок стал виртуальной моделью системы, неадекватно отражающей реалии взаимодействия потребителей и поставщиков энергетических услуг, а также стоящих за ними генерирующих, сетевых, сбытовых, сервисных структур. Произошло смещение понятий: цель и средство. Рынок как инструмент саморегулирования режимных и инвестиционных флуктуаций, неизбежных в условиях неопределенности развития экономики, стал самоцелью. Так же, как и стремление топ-менеджеров энергетических компаний приватизировать энергетические активы, находившиеся в их управлении. Приватизация, заявленная как средство повышения инвестици-
онной привлекательности энергетики, действительно нуждавшейся в модернизации и обновлении, стала лишь средством личного обогащения верхнего уровня топ-менеджеров и связанных с ними банкиров и чиновников.
А разделение РАО «ЕЭС России», проведенное как апофеоз приватизации, окончательно привело к развалу централизованной энергосистемы, доставшейся нам по наследству от советских времен, на ряд территориальных генерирующих компаний. Ситуацию не спасло и то, что «федеральная энергетическая система» в соответствии с Конституцией РФ 1993 г. осталась в государственной собственности. По сути, и ФСК ЕЭС, и ПАО «Россети», хотя и значатся госпредприятиями, стали такими же коммерческими структурами, как и остальные энергетические компании. Стремление к максимизации текущей прибыли энергоснабжающих и электросетевых компаний привело к снижению внимания к поддержанию работоспособности и обновлению основных фондов, режимной оптимизации, надежности и управляемости.
1 Виталий Васильевич Бушуев - генеральный директор Института энергетической стратегии, профессор, д.т.н., e-mail: [email protected]
При этом искусственное отделение «Системного оператора» от электросетевых структур привело лишь к тому, что «у семи нянек дитя без глазу». В результате выросло число аварий не только локального, но и системного характера: в Москве (2005 г.), на Урале (2010 г.), в Сибири и на Дальнем Востоке (2012-2017 гг.).
Региональный монополизм генерирующих компаний привел к небывалому росту тарифов, не считая платы по договорам о присоединении мощности (ДПМ), что неоправданно увеличивало их капитализацию за счет потребителей. В ответ стихийно стало набирать силу стремление последних к созданию собственных генерирующих мощностей. Однако это не избавило их от необходимости иметь резервные мощности и по-прежнему зависеть от внешних связей. Потеря крупными компаниями потребителей, уходящих на децентрализованное энергоснабжение, и дополнительные затраты последних на обеспечение своей надежности привели к дополнительному росту цен и хаосу на энергетическом рынке. Попытки крупных энергос-набжающих компаний «привязать» к себе построенные на собственные средства станции и сети самих потребителей под предлогом их резервирования, по сути, направлены на сохранение собственного монополизма. На самом деле развитие децентрализованных систем энергоснабжения - это объективный процесс разукрупнения энергетики, вызванный структурными изменениями экономики - переходу от крупных энергоемких промышленных гигантов к мелкомоторному промышленному производству малотоннажной продукции перерабатывающих отраслей, систем по энергетическим услугам в ЖКХ, где малая концентрация нагрузки не требует их подключения к крупным удаленным энергетическим комплексам. Но децентрализация - это не альтернатива крупной генерации, а естественное ее дополнение, и соотношение между ними определяется концентрацией нагрузки. И этот вопрос нельзя отдавать стихии рынка - он должен стать одним из главных при формировании долгосрочной программы электрификации России. Но обновленный план ГОЭЛРО на XXI в. - это не возврат к временам ускоренной индустриализации страны, а скорее всего, повторение на новой идеологической
и технологической основе народнохозяйственного плана возрождения России на основе ее сплошной электрификации как базы экономического и социального развития ее регионов. При этом изменятся и функции федеральной энергетической системы - она станет не базовой конструкцией новой ЕЭС, а интегратором всех региональных систем. А главная функция ее межсистемных связей - не передача электроэнергии из одного конца страны в другой, а решение задач взаимопомощи региональным системам в нормальных и аварийных режимах, в том числе за счет оптимизации размещения резервных мощностей и их эффективного использования, обеспечение живучести всего энергетического хозяйства страны.
Попытки сформировать целевое видение развития всего электроэнергетического комплекса страны были предприняты при формировании общей Энергетической стратегии России на период до 2035 года и на более отдаленный период
- до 2050 года [1, 2]. К сожалению, эти проекты так и не были приняты Правительством РФ под предлогом отсутствия общей экономической стратегии развития страны, которая должна сформулировать требования к ТЭК и электроэнергетическому сектору России. Однако, на наш взгляд, эта аргументация несостоятельна, ибо экономика и энергетика настолько тесно связаны между собой и оказывают друг на друга взаимное влияние, что говорить о причинно-следственных связях (что - первично, а что
- вторично) некорректно. Электроэнергетика, как и вся энергетика, является основой жизнеобеспечения и всей жизнедеятельности общества. Она стимулирует экономику через электрификацию всего народного хозяйства и развитие территориально-промышленных комплексов. И стратегические решения в области энергетики всегда принимались отнюдь не по экономическим соображениям, а на основе геополитического видения развития страны и ее регионов. Так, решение о формировании ЗСНГК, ГЭС Ангаро-Енисейского каскада, КАТЭКа, как и более ранние решения о развитии Кузбасса, строительстве Транссиба и БАМа были связаны с необходимостью перспективного развития Сибири и восточных районов страны. Так же как и план ГОЭЛРО не был производным
от плана экономического развития регионов, а составлял единый народно-хозяйственный план возрождения России на основе ее глубокой электрификации. Поэтому и сегодня нужна не отраслевая программа развития электроэнергетики, а целевое видение неоиндустриального социально-экономического развития страны, где электрификация играет роль стимула этого развития.
Стратегическое видение электрификации России как основы ее неоиндустриального развития
Будущее России как евразийской державы определяется восточным вектором ее геополитики. Территория - вообще является важнейшим энергетическим потенциалом любой страны, не только в силу наличия запасов природных ресурсов (углеводородов и воды, леса и минерально-сырьевой базы), но и в силу богатых потенциальных возможностей для перспективного освоения новых районов, социального и промышленного развития. В то же время территория без людей и соответствующей транспортной и энергетической инфраструктуры - это пустое пространство. Пока что территория восточнее Урала - это лишь анклавы социального и промышленного освоения страны, расположенные вдоль Транссиба и в местах, где сооружены энергетические комплексы. А две трети восточных и северо-восточных территорий - это зона «энергетической пустыни». Разумеется, в силу географических и климатических причин, вряд ли следует ожидать в течение ближайших 50-ти лет полной электрификации этой территории. Ее инфраструктурное развитие будет основано на базе территориально-производственных комплексов (ТПК), формирующих очаги и опорные «оазисы» неоиндустриального развития, которые будут объединены различными транспортными, межсистемными и информационными коммуникациями в виде ячеистой сети. Неоиндустриализация страны - это не возврат к преимущественному развитию производства средств производства, но и не доминанта производства средств потребления. Это - производственная основа материальной социально-ориентированной индустрии ресурсно-иннова-
ционной экономики, основанной на сочетании перерабатывающих отраслей с возможностями новой энергоинформационной системы.
Для того чтобы энергетика и потребители в этих ТПК работали на общую цель - комплексного развития территорий, необходимо, чтобы они развивались по единому плану. В условиях, когда и объекты крупной энергетики (генерация и межсистемные связи), и крупные энергопотребители, расположенные на территории опережающего развития (ГОК, лесо- и нефтеперебатыва-ющие комбинаты, портовые сооружения), развиваются в значительной степени за счет субсидий государства, владеющего контрольным пакетом акций всех крупных предприятий, обеспечить согласованные планы их развития возможно и не прибегая к созданию новых госпланов, а формируя в рамках Минэкономразвития согласованные по времени и масштабам объемы необходимого производства и соответствующего энергетического обеспечения. При этом и объем государственных субсидий должен определяться исходя из согласованных планов их общего развития. Возможен и перекрестный обмен акциями всех предприятий ТПК, с тем чтобы их доходы и инвестиционные программы исходили из конечного результата совместной деятельности и находились под совместным управлением.
Объединение в единую корпорацию ПАО «РусГидро» и ОЭС Востока создает возможности и для комплексного использования богатого водного потенциала региона [3]. В настоящее время использование гидроэнергетического потенциала Дальнего Востока составляет менее 5%, не считая того, что кроме энергетического использования, водные ресурсы региона имеют широкую гамму возможного использования как внутри страны, так и на общем азиатском рынке. Спрос на воду как питьевую, так и для технического использования, ирригации и судоходства, формирования микроклимата и сельского хозяйства - это одно из главных стратегических направлений экономики, экологии и энергетики XXI века. Одним из конкретных направлений эффективного использования ресурсного потенциала морей на Дальнем Востоке может стать и постстратегическая задача (выходящая за пределы 2035 г.) создания в Охотском море комплекса приливных ГЭС, в частности - Тугурской
ПЭС мощностью 8 ГВт. В связи с отсутствием в этом районе крупных потребителей дешевая электроэнергия ПЭС может быть использована для получения водорода путем электролиза морской воды и его экспорта в страны АТР.
Другим крупным ТПК на Д. Востоке могут стать районы горнорудной промышленности, ориентированные на добычу и переработку руд для цветной металлургии, включая золоторудные месторождения Якутии и Магадана, месторождения редкоземельных материалов в Забайкалье. Эти достаточно энергоемкие потребители, наряду с развитием здесь предприятий лесопереработки, нефтегазохимии определяют более высокие темпы спроса на электроэнергию в восточных районах страны, что ставит задачу ускоренного развития новых энергомощностей на востоке страны на базе угольных и газовых ТЭС, а возможно, и АЭС.
ТПК (как и ТОР - территории опережающего развития) формируют узлы будущего инфраструктурного развития Д. Востока и Евразии. Соединяя эти узлы с помощью транспортных и энергетических коммуникаций для передачи потоков энергоресурсов, электроэнергии и материальных потоков «скрытой» энергии в виде цветных металлов, водорода, продуктов нефтегазохимии, мы формируем перспективную единую транспортно-энергетическую инфраструктуру всего восточно-евразийского региона России. Причем эта инфраструктура не должна быть моноотраслевой (электрической или трубопроводной, железнодорожной или водно-транспортной). Она должна формироваться как полипродуктовая система, где для каждого вида товарного потока за счет выбора оптимального энергетического состава транспортируемого продукта выбирается и соответствующий вид коммуникаций. Использование в будущем накопителей различных ресурсов, в том числе и электрической энергии, позволит формировать единую логистику и единое товарное наполнение различных коммуникаций. В будущем возможны и комбинированные га-зо-электропроводы, и водородо-электрические связи, и транспорт накопителей с «замороженной» химической и электромагнитной энергией. Принципиальное значение транспортно-энерге-тической инфраструктуры и ее составляющей
- межсистемных электропередач заключается не в том, что с их помощью будут осуществляться потоки энергии из генерирующих узлов в удаленные центры энергопотребления (это составляло суть энергообъединения в виде ЕЭЭС СССР), а в том, что эти связи будут стимулировать появление новых ТПК вдоль самих линий, ибо наличие свободных мощностей является необходимым (но не достаточным) условием для появления новых потребителей. Разумеется, в условиях рынка и хозяйственной независимости электросетевых структур и крупных потребителей остро стоит вопрос, а кто должен работать «на опережение»: поставщики, обеспечивая необходимые мощности для будущего подключения потребителей, или потребители, инвестируя свои средства для будущего спроса на энергию. И здесь так же без обмена акциями поставщиков и потребителей, либо без стимулирующего государственного планирования и частичного задельного инвестирования в ТПК и системы их внешнего энергообеспечения не обойтись. Но государству вполне по силам объединить интересы и тех и других и обеспечить согласованное развитие энергетики и потребителей с акцентом на возврат средств от конечного результата деятельности ТПК.
Однако не только (и не столько) крупные объекты генерации и энергоемкие потребители будут определять облик новой электрификации России и ее регионов. Не только по мере прорастания межсистемных связей вглубь пустынных территорий, но и встречно - по мере появления на этих территориях пусть мелких, но все же растущих «оазисов» - леспромхозов и золотодобывающих приисков, сельскохозяйственных ферм и военных баз, станций метеонаблюдений и малых портовых сооружений, транспортных перевалочных пунктов и геологических партий, они будут нуждаться в собственном автономном энергообеспечении. И поскольку эти «оазисы» находятся друг от друга на весьма далеких расстояниях, говорить о их присоединении к общей сети не приходится. На сегодняшний день по сути единственным источником энергии для них являются дизельные станции. Но завоз топлива для них - не только дорогое, но и весьма ненадежное дело. В то же время практически повсеместно есть местное топливо - дрова
и древесные отходы, малые месторождения угля и биогаза, реки, не говоря уже о Солнце, ветре, геотермальных водах и многих других видах ВИЭ. Существует огромный спектр не только новых разработок, но уже и действующих пилотных энергоустановок, использующих местные, не только топливные, но и ресурсы гидросферы (наплавные ГЭС, осмотические установки, использование в энергетических целях биоресурсов морей и океанов и др.) [3], атмосферы и литосферы. Нежелание оглянуться вокруг себя, посмотреть себе под ноги и обратить свой взор ввысь порождает энергетическое иждивенчество на местах. Так, только в Архангельской области накоплены многометровые слои опилок - отходов лесопереработки. У нас в стране в годы Великой Отечественной войны, да и сегодня в Финляндии, эти отходы являются широко используемым энергетическим ресурсом. А наши местные власти не только не используют их для нужд энергетики, но и настоятельно требуют, чтобы на их территории пришли внешние газопроводы. А газ - это достаточно дорогой ресурс, который местным энергопотребителям зачастую не по карману.
Спор о том, займут ли ВИЭ количественно значимый вес в общем энергетическом балансе страны по сравнению с традиционными топливными станциям также беспредметен, как попытки сравнивать по суммарной мощности пальчиковые батарейки и агрегаты АЭС. Нужны и те и другие - у них разные задачи, разный потребитель, разная сфера действий. В то же время, исходя из необходимости обеспечить надежное энергоснабжение всех потребителей с большой или малой плотностью нагрузки, можно предложить эмпирическую формулу для соотношения централизованных и децентрализованных систем энергоснабжения, основанную на принципе «золотого сечения». Для районов с низкой плотностью нагрузки потребителей (менее 10 кВт на км2) преимущество следует отдавать распределенной генерации и децентрализованным системам энергоснабжения в пропорции 0,62:0,38 по отношению к централизованным поставкам энергии, тогда как для территорий с плотностью нагрузки свыше 40 кВт на км2 это соотношение должно быть обратным 0,62:0,38 в пользу централизованного энергоснабжения.
Эти соотношения могут быть использованы при выборе СиПР электроэнергетики отдельных регионов. Разумеется, между децентрализованными и автономными системами - большая разница. Автономные системы никак не связаны с внешними источниками, и для надежности режимы их работы полностью подчинены графику потребительского спроса и требуется регулирование собственной генерации. Либо придется устанавливать системы накопителей, позволяющих запасать энергию в часы провала графика нагрузки и выдавать ее в часы пиковой нагрузки. По мере развития локальных систем они могут интегрироваться с помощью распределенных сетей в децентрализованные местные системы, а уже затем объединяться в региональные энергетические структуры. Такая схема интеграции снизу была развита на заре электрификации страны, позволяя доминировать в энергетике потребительскому фактору. Даже заводские блок-станции составляли внутренние подразделения предприятия и полностью подчинялись режиму работы нагрузки. Впоследствии (в середине 1930-х годов, когда был взят курс на крупномасштабную индустриализацию и создание крупных электрических станций), эти блок-станции в основном были изъяты из заводских структур и переданы региональным системам. С точки зрения общего народно-хозяйственного эффекта такая централизация была оправдана, тем более что согласование интересов энергетических структур и потребителей осуществлялось централизованно Госпланом и его местными отделениями. Сегодня, в условиях хозяйственной самостоятельности и тех и других, неизбежен частичный возврат к прежней децентрализации энергетики. Но для этого есть и новые условия, связанные с общей децентрализацией экономики и ее структурным реформированием в пользу интересов малого бизнеса и неоиндустриализации - развитию «цифровой экономики» и энергоинформационных структур.
Современные тенденции общемирового развития ясно высветили новый тренд - стремление к индивидуализации производства и быта. Персональные компьютеры, личный автотранспорт взамен общественного, индивидуальные дома, отход от заводских конвейеров в пользу
сборочных производств - это и многое другое составляет новый облик современного мира. При этом взамен иерархически выстроенных структур производственных компаний и общественных организаций все большее место начинают занимать сетевые объекты, в том числе Интернет, социальные сети, бригадный подряд, товарищества и т.п. Это стремление к проявлению личных интересов и самовыражению, ответственности за себя и близких без излишних надежд на государственный патернализм - веление времени. И оно не может пройти мимо организации энергосамообеспечения личности и коллектива, предприятия и местного поселения. При этом локальные энергетические системы интегрируются в более крупные объединения не только с помощью физических связей, но и на основе сетевых энергоинформационных структур типа «Епе^упеЪ). Так называемые «интеллектуальные» сети и системы появились на Западе в связи с попытками увязать разрозненные автономные источники типа ВИЭ в некоторые совместно управляемые децентрализованные системы с помощью информационных сетей. Подобная ячеистая энергоинформационная система очень похожа и на распределенные структуры блокчейна в финансовом мире. Ее отличительная особенность - это структурированная база данных о нагрузках и имеющихся мощностях и правила построения связей между ними (генерирующими поставщиками и потребителями) без нарушения их самостоятельности через некоторые управляющие структуры. Более того, можно провести аналогии между обменом этими физическими данными не только в виде реальных физических поставок и их финансовыми (стоимостными) оценками, но и с использованием криптовалюты (биткойнов), которые являются энергоинформационными эквивалентами совершаемых сделок между всеми участниками общей сетевой системы. Разумеется, эти аналогии пока еще далеки от своего непосредственного воплощения, но уже известны случаи, когда расчеты за поставленную продукцию (энергетические услуги) осуществлялись в биткойнах - так называемых энергоинформационных «рублях». Известны и случаи, когда потребители одного из районов Нью-Йорка сформировали систему коллективной оплаты своего энергообеспечения по схеме блокчейна.
Главное - даже не конкретные схемы расчета, а то, что новая индустриализация (неоиндустриализация) мира - это энергоинформационное взаимодействие всех его субъектов: «активных» потребителей и клиентоориентированных энергопоставщиков. Поэтому и организационные схемы их взаимодействия, и технические схемы их взаимосвязи должны учитывать органическое единство физических, информационных и ментальных (когнитивных) связей в этом «новом электрическом мире».
«Новый электрический мир» -
его особенности и перспективы
Поскольку электроэнергия является универсальным видом энергии и наиболее удобным для потребителя и управления процессами энергообеспечения, то «новый электрический мир» станет структурой, охватывающей все стороны нашей жизни: производство и быт, транспорт и социальную сферу, культуру и эргатические (человеко-машинные) системы. А вместе с потоками информации, принизывающими всю жизнедеятельность человека и общества, новый мир - это энергоинформационная система, включающая обмен не только физическими потоками, но и их финансовыми и информационными эквивалентами. Среди основных составляющих «нового электрического (энергоинформационного) мира» - производственная сфера жизнедеятельности человека и общества, бытовой сектор («умный» дом и «умный» город), социальная область, включая освещение городов и населенных пунктов, оснащение больниц, школ, объектов культурного назначения широкой гаммой новых приборов и устройств, самоуправляемый электротранспорт, сращивание природных и культурных элементов в единое целое для более полного восприятия окружающей среды и гармоничного встраивания человека в эту среду.
Электровооруженность труда в промышленности России за последние 10 лет выросла в среднем по отраслям в 1,5 раза, а производительность - в 2 раза [4]. Это связано с тем, что силовые процессы электрификации не только заменяют физический труд человека, но и делают его более организованным и более насы-
щенным информационным и содержательным смыслом. Электрификацию нельзя воспринимать только как количественный рост спроса на электроэнергию. Очень важны и качественные изменения этого спроса, обусловленные тем, что на стороне потребителя все шире используются не просто силовые процессы для электропривода металлообрабатывающих станков, а установки СВЧ, ультразвуковые, импульсные и лазерные установки, штамповочные и взрывные пресса, требующие не трехфазных двигателей, а преобразователей электрической энергии иного вида и иных параметров. Эти установки и преобразователи расширят спектр энергетических услуг потребителю.
Само понятие «энергетические услуги» со временем будет не только расширяться, но и видоизменяться. «Активные» потребители будут не только подпитываться внешней энергией, но и сами генерировать энергию за счет использования вторичных производственных ресурсов, в том числе и за счет утилизации промышленных и бытовых отходов. И эта энергия может либо накапливаться у потребителя в специальных аккумуляторах, либо передаваться во внешнюю сеть. По сути дела, потребитель и производитель энергии будут составлять единое целое. Наличие же промежуточных накопителей и преобразователей может потребовать не только согласования вида и параметров используемой энергии, но и такой ее генерации, которая бы отвечала требованиям потребительского сектора. Трехфазный ток с частотой 50 Гц, как несомненное достижение прошлого, обеспечивая наиболее благоприятные условия для генерации и передачи энергии от удаленных энергоисточников, может быть со временем заменен непосредственно постоянным током. В частности, поскольку многие промышленные потребители работают на постоянном токе, то и источники питания могут быть не в виде синхронных генераторов, а представлять собой обратимые машины постоянного тока. При этом все они будут оснащаться различными информационными системами диагностики, контроля и управления, что сделает общий потребительский и производящий энергокомплекс «интеллектуальной» энергоинформационной системой.
Несомненно, уже в ближайшие годы (а не десятилетия) следует ожидать энергетиче-
ской революции на транспорте за счет его повсеместного перевода на электрическую тягу. Скорее всего, это начнется на городском общественном транспорте, для которого проблема увеличения длины пробега и создания зарядной сети не стоит так остро, как для легковых автомашин. Главное - это создание энергоемких аккумуляторов с приемлемыми массогабаритны-ми характеристиками. Успехи в использовании промышленных наноматериалов позволяют надеяться на быстрый технологический прогресс в этой сфере. Электромобили - это не только средство для снижения вредных выбросов в городах, но и реализация возможностей создания беспилотного безрельсового транспорта в городах и на междугородних маршрутах. Именно электричество, как наиболее эффективный вид управляемой энергии, позволит успешно решить эту задачу.
Очень важную социальную роль будет играть электрификация жилищно-коммунального сектора, городского хозяйства, медицинского обслуживания, образования и культуры -всего, что связано непосредственно с человеком. Резко выросло число электробытовых приборов в наших домах. Если 20-25 лет назад их число не превышало двух-трех десятков, то сегодня это уже сотни «помощников» на кухне и на дачном участке, они создают уют и комфорт в помещениях, решают многие бытовые проблемы, в том числе расширяют наши культурные возможности и формируют новые потребности. Использование электроэнергии позволит перейти к комплексному управляемому жизнеобеспечению человека. На смену отдельным системам внешнего энергоснабжения (газо-, тепло-и водокоммуникациям) может прийти внешняя единая система электроснабжения, более удобная для саморегулирования и более надежная. Участившиеся аварии в домовых газовых сетях уже поставили вопрос об отказе от них в новых домах. Система централизованного теплоснабжения успешно заменяется в общественных зданиях на систему совместного обеспечения помещений климатическими установками. Это тем более важно не только для снижения тепловых потерь, но и для создания необходимых условий непосредственно в месте нахождения человека, а не прибегать к нагреву всего объема помещений. Замкнутая система водоснабжения и кана-
лизации в наших домах с помощью различных электроустановок позволит резко снизить будущий дефицит такого важного социального ресурса как вода и по-иному подойти к решению утилизации бытовых отходов. Возможное удорожание использования электричества в быту с лихвой окупится теми дополнительными удобствами для населения, которые сулит нам электрификация быта.
Новая, гораздо более эффективная, система электроосвещения домов и улиц наших городов уже приносит свои результаты: жить стало светлее и красивее, уютнее и удобнее, безопаснее и радостнее. Одна иллюминация городских зданий, скверов и улиц с помощью светодиодных ламп, и не только в дни праздников, а на постоянной основе - качественно преобразила облик нашей среды обитания. А то ли еще будет... Все городское хозяйство и коммунально-бытовой сектор составит не только новый «умный» дом и «умный» город, но и энергоэффективную среду нашей человеческой жизнедеятельности.
Важную жизнеобеспечивающую роль призвана сыграть новая электрификация системы образования и здравоохранения. Медицина уже открыла свой социальный заказ на широкое использование различных электрофизических и электрохимических установок: лазеров и УВЧ, электротеплостимуляторов и светолечения, квантовых генераторов и установок ранней диагностики онкологических и других опасных заболеваний. Какое это имеет отношение к новой электрификации? Да самое прямое. Электрические источники - это не просто генерация тока 50 Гц, а новая гамма электрических приборов, которые не просто запитываются от розеток, а формируют новую энергоинформационную систему, которая интегрируется с творческим опытом врачей и ученых, специалистов гуманитарного профиля. Для этого необходимо использование не только новых электродиагностических приборов и установок, но и новые локальные виды их электрического питания -с помощью лазеров, электромагнитных высокочастотных установок, электрических ядерных батареек, новых кремниевых энергетических установок и многих других. Поэтому и новую электрификацию следует рассматривать как создание новой социально-гуманитарной энергетики во имя человека и интегрированную с ним.
Технологические и организационные
проблемы и перспективы инновационного развития электроэнергетики
Если принципиально новым направлением технологического и организационного развития электроэнергетики в рамках «нового электрического мира» является интеграция производителей и потребителей энергетических услуг в виде единого энергокомплекса, где отсутствует развитая сетевая компонента, то интеграция этих территориально-производственных комплексов и крупных городских агломераций потребует развития сетевых структур. Эти структуры будут представлять собой не просто набор межсистемных (и отдельных транспортных) электропередач, а составят инфраструктурную систему, главной задачей которой является обеспечение резервирования и взаимопомощи объединяемых частей, эффективность и живучесть функционирования и развития всего объединения. Резервирование означает не только распределение свободных активных и реактивных мощностей в различных генерирующих узлах объединения, но и использование возможностей самих потребителей и совокупных центров энергопотребления для совместного регулирования графиков нагрузки, предотвращения неконтролируемой лавины частоты и напряжения и ее проникновения в незащищенные части системы. Эффективность объединения предполагает более полное использование перетоков электроэнергии от генерирующих источников с различными системами топливообеспечения и видами используемых энергоресурсов (угольные и газовые ТЭС, АЭС, ГЭС, в том числе ПЭС, а в будущем, возможно, и центры ВИЭ). Кроме того, традиционно энергообъединение будет решать и задачи использования неравномерности наступления пиковых нагрузок в зонах различных часовых поясов. Однако радикальное решение этой задачи сводится к широкому внедрению системных накопителей энергии, среди которых, в связи с общим направлением развития электрификации, преимущественно будут развиваться электромагнитные устройства, в том числе СПИНы, а также новые конденсаторные батареи. Помимо накопителей межсистемные связи будут активно использовать различные
технические устройства управления потоками мощности: фазоповоротные устройства для перераспределения потоков по параллельным связям, вставки постоянного тока для объединения несинхронно работающих систем или принудительного разделения систем с целью предотвращения каскадного распространения аварий, регулируемые СТАТКОМы и др. [4, 5].
Особого внимания заслуживает проблема освоения гибких управляемых линий электропередач. По-видимому, в связи с отсутствием условий в будущем для масштабного обмена перетоками мощности по межсистемным связям, будет достаточно использования ВЛ СВН 500-750 кВ, не прибегая к освоению ВЛ 1150 кВ переменного тока и 2000 кВ постоянного тока. Кстати говоря, в сложных многоподстанцион-ных системах ППТ с точки зрения их общей управляемости, требующей сбора информации обо всем энергообъединении, и ненадежности такой информационно-управляющей системы, вряд ли станут эффективным средством обеспечения живучести межгосударственного и межконтинентального электроэнергетического комплекса. Энергетическое кольцо, особенно в Евразии, - это не совокупность передач мощности из одной части региона в другую, удаленную на расстояние 1500-2500 км, а система «сборных шин», к которым могут подсоединяться как различные генерирующие источники, так и центры энергопотребления. Нынешняя установка, что подобное кольцо призвано для передачи электроэнергии сибирских ГЭС в АТР, как и обратно - для передачи энергии от китайских ВИЭ в Европу, вряд ли будет реализована. Скорее всего, как мощности ГЭС, так и ВИЭ, а также ПЭС и будущих АЭС будут полно -правными источниками для всего объединения, к шинам которого будут подключаться и центры энергопотребления в виде различных региональных и межгосударственных ТПК. В будущем, по мере развития азиатского и европейского энергетических колец, возможно, возникнет возможность и целесообразность их объединения в общее евразийское кольцо - суперобъединение. Поскольку оно будет предназначено не для передачи мощности из одного конца континента в другой, а для того, чтобы это энергетическое кольцо решало задачу ин-
фраструктурного развития по всей межконтинентальной протяженности, подобная система передач должна формироваться не как сугубо транспортная связь, а как межсистемный радиус большого кольца, то его реализация возможна с помощью настроенных на полуволновую длину (3000 км) линий, постепенно перерастающих в межсистемную транспортно-энергетическую инфраструктуру.
На более близкую перспективу целесообразно уделить большее внимание распределительным сетям более низкого напряжения. Помимо ВЛ с управляемыми источниками реактивной мощности (FACTS) это могут быть и одноцепные компактные линии с резервной фазой, что повышает их ремонтопригодность и надежность передачи при наиболее вероятных однофазных коротких замыканиях [4]. Использование в линейном строительстве более легких, но не менее прочных полимерных изоляционных подвесок и самих опор позволяет существенно расширить арсенал возможных видов линейных и подстан-ционных конструкций, что повышает их удобство для монтажа и ремонта, обеспечения компактности и необходимого дизайна, требований экологии и безопасности.
Использование новых устройств для управления режимами межсистемных электропередач позволяет успешно решать и задачи межгосударственного объединения систем с сохранением собственного управления внутри каждой из частей и обеспечения их согласованного взаимодействия в общем объединении. Новые схемно-режимные решения в области ВЛ СВН и межсистемных электропередач, а также их оснащение цифровыми устройствами, позволяющими придать системам свойства «интеллектуальности», позволят формировать энергообъединение по типу управляемых энергоинформационных систем ЕЭС-2.0, где связи систем осуществляются не только посредством физических коммуникаций (гибких ВЛ, цифровых подстанций, накопителей), но и информационных потоков энергетического, экономического и нейросетевого вида. А поскольку и финансовые, и инвестиционные, и информационные потоки есть разновидности слаботочных электрических сигналов, то всю совокупность связей между системами можно считать набором электрических коммуника-
ций. Такая энергетическая интеграция потоков между отдельными объектами системы предполагает, что и субъекты энергетического рынка также должны составлять некое интегрированное пространство. Наиболее перспективно в этом направлении ожидать реструктуризацию этих субъектов, вписывающихся в общую энергоинформационную инфраструктуру. Если на уровне ТПК, как уже было сказано, эти субъекты формируют общий кластер предприятий с ориентацией на конечный производственный результат и их капитал составляет единую базу (объединение и взаимообмен акциями), то сетевые инфраструктурные объекты должны развиваться организационно как распределенные, но взаимопроникающие сети ячеистого типа. Для них наиболее подходящим является организационный вариант интеграции МРСК, охватывающих деятельность межрегиональных сетевых структур, и ФСК, управляющих федеральными системами, включающими в себя межсистемные электропередачи ВН и СВН, в единый холдинг типа ПАО «Россети», находящийся в руках государства. Однако функции и холдинга, и входящих в него структур, подвергнутся существенной трансформации. Все сетевые структуры перестанут быть ответственными энергоснабжающими организациями. Эти функции отойдут либо энергетическим подразделениям ТПК, либо региональным структурам, охватывающим как централизованные, так и децентрализованные системы энергоснабжения. Являясь не просто физическими посредниками между потребителями и всеми видами генерирующих компаний и сетевых поставщиков энергии, но и финансовыми регуляторами этих поставок, они несут ответственность за бесперебойное и надежное обеспечение регионального энергоснабжения всех потребителей. Именно их деятельность станет предметом регулирования тарифов со стороны региональных энергетических компаний (РЭК). Региональные энергосистемы (РЭС) будут включать в себя как региональные энергоснабжающие организации, так и подразделения МРСК, непосредственно ориентированные на внешние поставки энергии в эти регионы, величина которых должна определяться текущими и среднесрочными балансами электроэнергии и мощности, определяемыми
РЭК. МРСК (в будущем) не должны отказывать потребителям РЭС в подключении необходимых мощностей, объемы которых будут согласовываться с РЭК. Возможно, именно баланс мощностей (а не объемов поставок электроэнергии) станет основным предметом долгосрочного регулирования в энергетике, а реализация этого баланса станет долевым участием самих РЭС и децентрализованных систем, а также внешних поставок через МРСК и ФСК, работающими с самостоятельными генерирующими компаниями. Не исключено, что сетевые структуры, не удовлетворенные условиями поставок от генерирующих компаний, на конкурентной основе будут вместе с РЭС развивать собственную генерацию - как маневренную, так и базовую для выполнения заказов со стороны развивающихся потребителей. Такая ответственность РЭС за надежное энергообеспечение всех заявок потребителей, согласованных с РЭК, будет стимулировать их участие в работах по энергосбережению в потребительском секторе, как это установлено уже сейчас законодательно и реализуется на практике в энергосистемах США. Регулирование же переменного графика нагрузки, в том числе за счет применения системных накопителей, приведет к увеличению КИУМ действующих станций и снизит неоправданные вложения в создание дополнительного резерва мощностей. Именно плата за мощность, а не тариф за поставки электроэнергии, станет основным финансовым и инвестиционным предметом регулирования отношений между потребителями и поставщиками энергетических услуг в электроэнергетике.
Функции же нынешнего ПАО «Россети» должны трансформироваться от решения задач текущего хозяйственного управления деятельностью энергоснабжающих организаций к общему контролю за рисками их деятельности в сфере надежности и обеспечения живучести всего энергообъединения ЕЭС-2.0. Прежде всего, это касается проблем формирования структуры энергообъединения, где физические межсистемные электропередачи составят единую систему с техническими средствами управления потоками по этим линиям - накопителями и регулирующими устройствами, информационными связями, рыночными потоками и функциональными
коммуникациями эргатических (человеко-машинных) систем. Использование комплекса всех этих физических и метафизических связей позволит по-новому строить надежную систему из недостаточно надежных отдельных элементов. За счет этой структурной организации может быть обеспечена живучесть объединения, не прибегая к неоправданно высоким резервам мощностей, что приведет снижению инвестиционных затрат и повышению маневренности и гибкости работы всего объединения.
При этом сети станут не просто мостиком между хозяйственными субъектами в энергетике, а будут выполнять функции долгосрочного развития энергетики через развивающиеся РЭС. Это развитие, направленное на решение стратегической задачи - глубокой электрификации страны и ее регионов, будет сопровождаться одновременным инновационным (организационным и технологическим) становлением энергетики как локомотива социально-экономического развития страны.
«Цифровизация» и «интеллектуализация» электроэнергетики
Решение задач развития электроэнергетики России и ее интеграции в мировую энергетическую систему невозможно без научно обоснованного форсайта ее технического, структурного и социогуманитарного вида. Попытки решения этих задач только за счет одной «цифровизации» - замены существующих технических устройств их аналогами, обильно оснащенными элементами вычислительной техники и средствами программной автоматики, сами по себе не дадут желаемого результата. Более того, изобилие программных комплексов автоматических устройств контроля и управления порождает не только новую не менее опасную проблему кибернетической безопасности, но и является причиной роста числа неуправляемых каскадных аварий в электроэнергетике. Подробное рассмотрение этих участившихся аварий в энергосистемах России является предметом самостоятельного анализа. Но известно, что число таких каскадных (системных) аварий в последние 10 лет по причине неправильного (ложного или проектно непредусмотренного)
срабатывания (или несрабатывания) автоматики в отдельных узлах энергосистемы в разы превышает число системных аварий, вызванных повреждениями оборудования и линий электропередач. Уже в текущей ситуации возникает необходимость решения системной задачи - обеспечить структурную надежность и живучесть работы всего энергообъединения, несмотря на определенную ненадежность ее локальных систем автоматики. Конечно, из этого не вытекает ограничение на развитие автоматики, но возникает необходимость согласованного развития систем ПАА, особенно при их реализации в цифровом виде, с общей сетевой структурой объединения. Но поскольку задача такого структурного развития является прерогативой ПАО «Россети», то необходимо более тесное согласование его деятельности с ныне действующим Системным оператором, который, скорее всего, должен стать подразделением «Россетей», подобно тому как ЦДУ входило в состав ЕЭЭС СССР, а позднее в «РАО «ЕЭС России».
Первейшей задачей «цифровизации» энергетических объектов должна стать система контроля и диагностики, начиная с «работы на опережение» - анализа остаточного ресурса их работы (например, диагностики частичных разрядов в трансформаторах, состояния линейной изоляции, заземлений опор ВЛ и подстанций), включая «дооценку» состояния режима - при недостатке текущей информации или для перепроверки данных, а также постановку новой задачи - самоконтроля средств автоматики и регулирования. Другие задачи «цифровизации» объектов электроэнергетики достаточно подробно изложены в работах ИСЭМ [4] и НТЦ ФСК [5]. Необходимо отметить только одно, что «цифровизация» - это не самоцель, а средство реализации «интеллектуальных» сетей и систем. При этом «интеллектуализация» достигается не за счет массового применения новых технических средств, а за счет реализации новых функций, новой структуры и новых отношений человека и машины в эргатических системах. Человек, передавая часть своих текущих операторских и диспетчерских функций информационным системам, оставляет за собой функции творца - принятия решений в неформализуемых условиях, когда решения
принимаются не по сугубо экономическим или нормативно-технологическим критериям, а с учетом геополитических, социально-экономических и когнитивно-психологических факторов. Раньше это называлось - интуитивными решениями в диспетчерской практике или при управлении развитием. В новых условиях необходимо, по возможности, понять суть этих «облачных» решений в многообразии возможного выбора траекторий, оперативно оценить возможные последствия и сформировать не бумажную «дорожную карту» реализации принятых решений, а когнитивный алгоритм возможных действий при переходе от одного выбранного сценария к другим траекториям по мере отслеживания изменяющихся внутренних и внешних условий. Человек, как «тренер футбольной команды», должен формировать замысел будущей игры и корректировать состав и направления действий игроков, тогда как «игроки» сами принимают текущие решения и реализуют их в силу своих возможностей, опыта и личного понимания ситуации. Этот абстрактный пример наглядно иллюстрирует суть мультиагентного управления и в энергетике, когда каждый субъект принимает самостоятельное решение, руководствуясь общим замыслом «верхов», рассматривающих энергетику не как отраслевую сферу действий, а как систему жизнеобеспечения всего общества. При этом современный бизнес должен руководствоваться правилом трех П (раЬНо8, рпгоёа,
profit), руководствуясь интересами общества -потребителей, экологическими требованиями и уж затем - собственной прибылью [3].
И последнее, что необходимо отметить, говоря о задачах форсайта в электроэнергетике. Стратегический и постстратегический форсайт
- это не единовременно сложившийся взгляд на будущее развитие. Это - перманентный процесс непрерывного развития представлений об энергетике будущего. И реализация этого процесса требует приоритетного не только инвестиционного и структурно-технологического инновационного развития, а в первую очередь
- формирования научных представлений об этом будущем на основе фундаментальных знаний о развитии цивилизации, роли энергетики в мировой динамике и новых структур в ее организации, отвечающих интересам и возможностям человека и общества. Поэтому энергетический форсайт должен в качестве одного из своих практических результатов формировать план организационно-технологических решений в энергетической сфере, а следовательно, и план НИР, и предпроектных работ на период от 10 до 25 лет и далее. При этом подобные планы должны сопровождаться и планами подготовки новых кадров, которые должны быть не только узкими специалистами в какой-либо сфере энергетики, а профессионалами широкого профиля, потому что сегодня кадры, в силу своего умения понимать будущее, могут приблизить это будущее, которое уже не за горами...
ЛИТЕРАТУРА
1. Проект Энергетической стратегии России на период до 2035 года. URL: www. energystrategy. ru
2. Энергетика России: постстратегический взгляд на 50 лет вперед /Бушуев В.В., Громов А.И., Белогорьев А.М., Мастепанов А.М. М.: Энергия, 2016. 96 с.
3. Кризис 2010-х годов и новая энергетическая цивилизация /под ред. Бушуева В.В., Муха-нова М.Н. М.: Энергия, 2013. 272 с.
4. Инновационная электроэнергетика - 21 /под ред. Батенина В.М., Бушуева В.В., Воро-пая Н.И. М.: Энергия, 2017. 584 с.
5. Инновационные технические решения в программе НИОКР ПАО «ФСК ЕЭС». Сбор. ст. /под общ. ред. А.Е. Мурова. М.: Из-во НТЦ ФСК ЕЭС, 2016. 320 с.
Поступила в редакцию 23.11.2017 г.
V.V. Bushuev2
POWER INDUSTRY DEVELOPMENT: STRATEGIC AND POST-STRATEGIC FORESIGHT
The Russian power industry reform has shown that the absence of a strategic systematic approach led to the results far from declared ones: stronger monopoly of energy companies, obsolete equipment, lower power supply safety and quality, consumers' dependence on energy companies, complicated conditions of access to power supply networks, considerably increased prices and additional taxes. If the current situation persists or the old politics of chaotic reforming continues that means further redistribution of power assets between monopolists, this may threaten the energy security of the country and its regions. A trend towards power industry decentralization spontaneously appeared with the continued monopoly of energy companies is the cause of a decline in the energy supply efficiency. Supply/demand balance forecasts for the energy market and adjusted general development schemes and programs take into account neither new trends of power industry «digitalization» and «intellectualization», nor its structural transformation with regard to the interests and opportunities of an «active» consumer under the conditions of a «new electric world» formation. The future state of the power industry and its role in the social-economic development of Russia needs prospective vision. The article discusses such issues as the prospective vision and future development of the power industry partially represented in the project Energy Strategy of Russia for the period up to 2030 as well as concerning later periods.
Keywords: power industry, foresight, new electric world, innovative development, intelligent energy information system.
2 Vitaly V. Bushuev - Director General of the Institute for Energy Strategy, professor, Doctor of Engineering, e-mail: [email protected]
