CC BY
55УДК 005.591.6:621.31
Е.В. Севостьянова, Е.С. Лихтенвальд
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС),
Омск, 644010 e-mail: elena_01012010@mail.ru
РОЛЬ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РАЗВИТИИ РЫНКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
В статье рассмотрены альтернативные источники развития рынка электроэнергетики с использованием инновационных технологий. Показаны проблемы повышения энергоэффективности российской экономики и направления развития энергетики, которые способствуют изменению структуры выработки и потребления энергии. Рассмотрены государственные программы, направленные на развитие энергетической отрасли и энергосбережения в национальном хозяйстве.
Ключевые слова: энергетика, распределенная генерация, энергосбережение, энергоэффективность, электроснабжение, инновационные технологии.
E.V. Sevostyanova, E.S. Likhtenvald
Omsk State University of Railway Engineering, Omsk, 644010 e-mail: elena_01012010@mail.ru
ROLE OF INNOVATIVE TECHNOLOGIES IN ELECTRICITY MARKET DEVELOPMENT
The alternative sources for the electricity market development using innovative technologies are presented. The problems of improving the energy efficiency of the Russian economy and the direction of energy development, contributing to changes in the structure of energy production and consumption are shown. The state programs that are aimed at the development of energy sector and energy saving in the national economy are reviewed.
Key words: energy, distributed generation, energy saving, energy efficiency, power supply, innovative technologies.
Россия занимает одно из ведущих мест в списке крупнейших энергетических держав мира, имея возможность обеспечивать внутренние энергетические потребности за счет собственных ресурсов. Доля производства в стране практически вполовину больше потребления, тем не менее эффективность использования первичных источников и преобразованных видов энергии в стране является крайне низкой, что сдерживает экономическое развитие государства, т. к. затраты рынка энергетики во многом определяют себестоимость производимых товаров и услуг и напрямую влияют на их конкурентоспособность. В основу «Стратегии развития информационного общества в Российской Федерации до 2030 г.» заложена реализация программы «Цифровая экономика Российской Федерации», утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации № 1632-р от 28 июля 2017 г., которая ориентирована на создание экосистемы цифровой экономики государства, развитие высокотехнологических бизнесов во всех отраслях и сферах деятельности, поэтому проблема энергосбережения является одной из стратегических задач развития государства, что обусловливает актуальность темы исследования.
Рост цен на энергоносители способствует активизации государственной политики, направленной на энергосбережение, внедрению инноваций и развитию высокотехнологичных отраслей. В развитых странах энергоемкость экономики снизилась за 2006-2016 гг. на 15-20%. Переход к цифровой энергетике в европейских странах, США, Китае заставляет использовать новые технологии «умного дома», «Интернет вещей», которые позволяют оптимизировать энергопотреб-
ление и являются вызовом для энергокомпаний. В России реализация государственной программы «Энергоэффективность и развитие энергетики» столкнулась с рядом барьеров, вызванных обострением внешнеполитической напряженности и серьезными экономическими вызовами, к которым относятся снижение мировых цен на нефть, ограничения доступа к международным финансовым рынкам, рост курса национальной валюты, что позволило снизить энергоемкость ВВП России за период 2012-2017 гг. на 5% в постоянных ценах и на 34% в текущих ценах. По данным Всемирного банка, в 2016 г. из 111 стран в рейтинге по реализации мер государственного управления в области устойчивой энергетики Российская Федерация занимала 27-е место [1]. Решение задач повышения эффективности использования энергетических ресурсов связано с модернизацией основных средств предприятий, изменением структуры экономики, процессами «цифровой трансформации электроэнергетики», которые связывают со снижением выбросов углекислого газа, децентрализацией в результате перехода от единой энергосистемы к распределительной энергетике и цифровизацией.
Основное место в технологическом развитии энергетики занимает электроэнергетика как один из самых затратных мировых потребителей органического топлива. В России на ее долю приходится около 40% используемого в стране природного газа и 50% угля, что обусловливает зависимость электроэнергетики от топливной отрасли. В качестве определяющего потребителя нефтяных моторных топлив выступает транспортный сектор, который уже в обозримой перспективе может претерпеть коренные изменения.
В России около 2/3 территории страны не располагает централизованным электроснабжением, а 3/4 - централизованным трубопроводным газоснабжением. Создание на этой территории больших сетей электроснабжения оказывается нерациональным и приводит к значительным энергопотерям, поэтому распределенная генерация является одним из эффективных механизмов решения актуальных проблем. Постепенный отказ от централизованного электроснабжения способствует разработке финансовых стимулов развития распределенной энергетики, на которую приходится 8-11% генерации в нашей стране [2].
Распределенная генерация - это совокупность электростанций, расположенных близко к месту потребления энергии и подключенных либо к потребителю, либо к распределительной электрической сети в том случае, когда потребителей несколько. Тип используемого станцией источника первичной энергии, например, органическое топливо или возобновляемая энергия, как и принадлежность станции к потребителю, генерирующей или сетевой компании, или третьему лицу, не имеют значения. Носители энергии могут использоваться в виде компактных сетевых станций, отвечающих собственным нуждам. Отсюда исходит альтернативное название данного вида электроэнергетики - малая энергетика. В среднем объеме подобные источники энергии выдают до 25 МВт и менее, а также обладают следующими свойствами: автономное, децентрализованное энергоснабжение; имеют способность работать в «островном» режиме -автономно, но с подключением к электроэнергетической системе в целях резервирования мощности, покрытия за счет сети пиковых нагрузок либо возвращения в нее излишков мощностей; в составе микрогридов (горизонтальное управление режимами). Микрогрид - объединенная энергосистема, состоящая из распределенных энергоресурсов и нескольких электрических нагрузок-потребителей, работающая как единый управляемый объект в параллель с существующей электрической сетью или в островном режиме [3].
К распределенной генерации также относятся электроаккумуляторы, как сетевые, так и потребительские, как источники бесперебойного питания, распределенные системы хранения электроэнергии и электромобили, которые относятся к мобильной энергетике. Изготовление накопителей энергии на сжиженном водороде является в настоящее время промышленной технологией, что позволяет сглаживать периоды и режимы потребления энергии.
По данным Департамента цифровой энергетики и коммерческого диспетчирования АО «Концерн Росэнергоатом», потребление к 2035 г. вырастет на 40-50%, до 2025 г. ожидаемый среднегодовой рост рынка умных сетей и микросетей составит 30%, систем хранения энергии - 17%, рост рынка солнечной и ветровой энергетики - 9-10%. Данные целевые ориентиры легли в основу создания «дорожной карты» перехода к цифровизации Концерна и определения проектов «Цифровой сбыт», создания прототипа и пилота цифрового распределительного устройства АЭС, ситуационно-аналитического центра коммерческого диспетчирования АЭС на уровне генерирующей компании. Разрабатываются программы, связанные с технологиями визуализации данных,
измерениями электротехнических параметров работы АЭС для диагностики состояния оборудования и определения пропускной способности линий электропередач. Современная технология цифрового советчика, разрабатываемая Росэнергоатомом, позволит превзойти чат-бота по своим задачам и функционалу. Планируется создание цифровых двойников на вновь введенных энергоблоках АЭС для анализа вероятностных значений отказов оборудования, оценки рисков при различных режимах работы генераций и сетей, неплановых и аварийных остановок, прогнозов ограничений мощности станций [4].
Отличие цифровизации от автоматизации процессов заключается в том, что при автоматизации с использованием 1Т-технологий сами производственные, вспомогательные, обслуживающие, поддерживающие процессы принципиально не меняются, повышается их эффективность, они оптимизируются и ускоряются. В случае цифровой трансформации радикально меняются традиционные процессы, часть из них трансформируется, а часть исчезает. Важной особенностью в процессе цифровизации является использование в производственных процессах искусственного интеллекта, который имеет свойства и возможность самообучения. С появлением аддитивных технологий и возможностью 3Б-печати изделий из различных конструкционных материалов разработкой специализированной оснастки занимаются несколько инженеров-программистов [5].
Виртуальная реальность изменит процесс подготовки и тренинга специалистов на основе электронных курсов и электронных тренажеров, подключенных к дубликату реальных данных, полученных с реальных АЭС, системам виртуализации и «дополненной реальности» для анализа конкретных операций, ситуации, проблемы и получения производственных навыков посредством спутниковой связи между цехом и центром компетенций, находящихся в разных концах страны или даже разных странах. Использование искусственного интеллекта позволить анализировать ответы и экзаменовать обучаемого.
Новые технологии позволят в режиме реального времени моделировать ситуацию, математическими методами находить неочевидные корреляции между параметрами и прогнозировать процессы, события, т. е. использовать методы предиктивной аналитики к планированию ремонтов, диспетчеризации, переключению режимов оборудования, управлению надежностью. Встроенные в очки работника видеокамеры смогут передавать параметры в систему «дополненной реальности», а автоматический голосовой помощник поможет работнику в выполнении конкретных операций, проконтролирует выполнение правил техники безопасности и при их несоблюдении блокирует систему. Данные технологии значительно повысят безопасность производства, производительность труда, операционную эффективность, минимизируют ошибки, травматизм, радикально изменят производственный процесс и деятельность эксплуатационного персонала.
Одним из решений экологических задач является развитие ветряной энергетики, по поводу перспектив и эффективности которой возникает много споров. Часть специалистов утверждают, что ветровые генераторы позволяют разместить их ближе к потребителю, меняя структуру, топологию сетей и режимы работы основных генераторов энергии. Однако участники оптового рынка электроэнергии ставят под сомнение эффективность и перспективы отечественных возобновляемых источников (ВИЭ) энергетики и настаивают на нецелесообразности продления субсидирования после выборки выделенных квот на создание 5,4 ГВт мощности до 2024 г., объясняя возможную невостребованность российских разработок ВИЭ на конкурентном рынке их высокой ценой, превышающей в 3-4 раза зарубежные мировые аналоги [6].
Инновации, направленные на повышение энергоэффективности, применяются также в области строительства. Процесс проектирования и постройки здания приобретает иной уровень осуществления, а именно, повышается автоматизация, оптимизируется система энергосбережения, ведется обновленная подготовка специалистов. Наряду с зарубежными прорывами в области инноваций ресурсосбережения отечественные разработчики не отстают в создании инновационных технологий. Особенностью российских разработок является то, что они отвечают климатическим условиям страны. Рассмотрим некоторые из них: разрабатываются светодиодные кристаллы, спектр излучения которых соответствует спектру излучения естественного солнечного света, что решает проблему снижения зрения; созданы схемы использования тепловых насосов, позволяющие последним эффективно работать при температуре наружного воздуха значительно ниже -15°С при вдвое большем КПД, чем у зарубежных аналогов; изобретены новые
малые молекулярные деструкторы для переработки всех видов бытовых отходов и биомассы в тепловую и электрическую энергию с КПД около 90%, которые могут быть принципиальным решением для значительного числа проблем ЖКХ уже сегодня [7]. Технологии позволят в разы сократить расходы, касающиеся коммунальных нужд в быту, улучшат условия работы труда при низкой температуре.
Все вышеперечисленные разработки в случае оптимальной интеграции вместе с зарубежными могут способствовать рациональному распределению энергии и ресурсов, разрешению экологических и экономических проблем в рамках энергетической системы. Однако для дальнейшей реализации нововведений необходимы определенные условия и инвестиции. Так, к примеру, для перехода отечественного автопрома на электромобили в большом масштабе потребуется модернизация нынешних заправочных станций, массовое подключение большого парка электромобилей к элетроэнегретической сети будет нуждаться в изменении общей системы электрогенерации. Внедрение светодиодного освещения и распределенной генерации в широком пользовании также потребует значительных затрат. Вместе с тем разрешение проблем внедрения инноваций и анализ источников дальнейшего развития позволит России занять лидирующую позицию на мировом рынке энергетики, что даст возможность повысить экономические и экологические показатели страны.
Таким образом, задача повышения энергоэффективности российской экономики имеет спектр альтернативных вариантов решения, хотя сопряжена с рядом проблем, возникающих как внутри национальной экономики, так и воздействующих со стороны мировой системы, что требует тщательной проработки государственной экономической политики, в том числе в сфере поддержки проектов энергосбережения, инновационных технологий и развития высокотехнологичных отраслей.
Литература
1. Государственный доклад о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации в 2017 году // Министерство экономического развития Российской Федерации [Электронный ресурс]. - URL: http://economy.gov.ru/wps/wcm/connect/ c3ed5d11-7522-4313-9bb6-b6468557438a/energyefficiency2017.pdf?MOD=AJPERES&CACHEID= c3ed5d11-7522-4313-9bb6-b6468557438a (дата обращения: 12.03.2019).
2. Филиппов С. Новая технологическая революция и требования к энергетике // ФОРСАЙТ. -2018. - № 4. - С. 20-33.
3. Распределенная энергетика в России: потенциал развития / А. Хохлов, Ю. Мельников, Ф. Веселов, Д. Холкин, К. Дакцо / Энергетический центр Московской школы управления Сколково. - 2018. - С. 87.
4. Крылов Э. Свет цифрового будущего: что такое цифровая энергетика и как она изменит Росэнергоатом // Управление производством. 24 июля 2018 [Электронный ресурс]. - URL: http://www.up-pro.ru/library/strategy/tendencii/cyfrovaya-energetika.html. (дата обращения: 25.02.2019).
5. Мигалин С. Цифровая трансформация Росэнергоатома: дополненная реальность, ветряки, накопители, киберсистемы // Управление производством. 15 февраля 2019 [Электронный ресурс]. - URL: http://www.up-pro.ru/library/strategy/tendencii/rosenergoatom-mill.html (дата обращения: 26.02.2019).
6. Тукалин Г. Никто не гарантирует конкурентоспособность отечественных ВИЭ // Независимая газета. - 14.02.2019 [Электронный ресурс]. - URL: http://www.ng.ru/economics/2019-02-14/4_7508_ 14022019.html (дата обращения: 12.03.2019).
7. Егорьев П.О., Спиридонов А.В. Инновационные технологии для промышленных зданий. Современный подход к проектированию // Энергосбережение. - 2017. - № 6 [Электронный ресурс]. - URL: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=6720 (дата обращения: 12.02.2019).
