CC BY
308
УДК 338
ТРЕНДЫ ВНЕДРЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ
Р. В. Филатова1, С. В. Пирогова 2
В статье рассмотрено влияние цифровых технологий на энергетическую отрасль и ее последующее развитие. Выполнен обзор внедрения интеллектуальных площадок в крупных компаниях России. Рассмотрено влияние базового технологического элемента информационной энергетики — smart grid.
Ключевые слова: электроэнергетика, цифровая среда, электрические сети, smart grid, интернет вещей.
В ближайшее десятилетие цифровые технологии должны объединить мировые энергетические системы сделав их взаимосвязанными, что в свою очередь повысит их эффективность, надежность и устойчивость. Значительные достижения в области сбора и хранения больших данных, проведение их анализа с помощью компьютерных программ позволяют создавать целый ряд новых цифровых продуктов на основе интернета вещей.
Энергетические системы с внедренными цифровыми технологиями уже сегодня могут определить потребность субъектов в энергии в различные периоды времени, доставить электроэнергию в нужное время и нужное место с наименьшими потерями и низкими затратами [1]. Цифровизация способствует повышению безопасности, производительности и доступности энергетических систем, но в тоже время нельзя пренебрегать тем, что внедрение цифровых технологий создает новые риски безопасности и конфиденциальности, влияет на рынок, бизнес и занятость [2].
«Оцифровка» продукта или услуги влечет за собой их доступность для широкого круга потребителей, увеличивает скорость их передачи и доставки. Цифровизация энергетики не является исключением. «Промышленный интернет вещей» (далее — Industrial Internet of Things (IIoT)) оцифровывает большую часть мировых промышленных процессов, включая базовую физическую инфраструктуру, такую как производство, передача и распределение электроэнергии.
Рынок электроэнергии быстро меняется. Технологические достижения, меняющиеся предпочтения потребителей и новая политика приводят к резкому росту использования солнечной энергии, накопителей энергии, микросетей, электромобилей и других новых энергетических технологий. Эти распределенные энергоресурсы заставляют коммунальные службы и регулирующие органы переосмыслить принцип
1 Филатова Регина Владимировна — студент кафедры менеджмента, Казанский государственный энергетический университет, г. Казань
2 Пирогова Светлана Владимировна — старший преподаватель кафедры менеджмента Казанский государственный энергетический университет, г. Казань
работы энергосистемы. Следовательно, для решения этих проблем возникают новые модели управления энергопотреблением потребителей, сетевой инфраструктуры и проектирования рынка электроэнергии.
Цифровизация электроэнергетики в России берет начало с программы «Цифровая экономика РФ» 2018 г., где были предложены пути развития, трансформации и внедрения цифровых технологий [3]. В Программе представлена карта цифровой трансформации электроэнергетики к 2024 г. Например, главной задачей поставленной в Программе является разработка различных цифровых сервисов, которые значительно повысят возможность и доступность услуг для потребителей, т.е. для нас станет доступным выбор тарифа не только в зависимости от дня суток (дневной/ночной режимы), но и от часа потребления электроэнергии (увеличение тарифа в пиковые нагрузки и его снижения — в спады нагрузок), получение статистики потребления, подключение к электросетям без посещения офиса и др.
В качестве ключевых эффектов от цифровизации электроэнергетического комплекса к 2024 г. в Программе были определены:
• снижение продолжительности перерывов электроснабжения и средней частоты технологических нарушений на 5%;
• повышение уровня технического состояния производственных фондов электроэнергетики для объектов на 5% без повышения затрат на поддержание технического состояния;
• снижение на 20% аварийности на объектах электроэнергетики, связанной с техническим состоянием производственных фондов [3].
Цифровизация электроэнергетики предполагает создание целостной автоматизированной энергосистемы. Будущая энергетическая система будет обеспечивать дополнительные роли для сети и включать множество технологий (рис. 1).
Распределенная
Электромобиль
Управление спросом
Центры хранения данных
Система связи
Учет
ванные технологии
Автомлтизиро-
и аналитика
Цифровая
инфраструктура
Рис. 1. Структура энергосистемы. Источник: [4].
ПАО «Россети» разработало концепцию цифровой трансформации к 2030 г., которая определила основные векторы цифровизации. Концепция определяет целевую модель, инструменты управления большими данными (Big Data), цифровое управление компанией, а также предполагаемые эффекты от внедрения цифровых технологий. В качестве направлений научно-исследовательских работ были определены: цифровая подстанция, активно-адаптивные сети, комплексная эффективность бизнес-процессов и автоматизация систем управления, применение новых технологий и материалов в электроэнергетике, перспективные цифровые технологии.
На рынке электроэнергетики России уже происходят изменения. На рисунке 2 представлены цифровые технологии, внедренные компаниями ТЭК России.
Рис. 2. Цифровые технологии компаний ТЭК России. Источник: [5].
Нынешняя электрическая сеть была построена в 1890-х годах и совершенствовалась по мере развития технологий в течение каждого десятилетия. Сегодня сеть состоит из более чем 9200 электрогенерирующих установок с более чем 1 млн. мегаватт генерирующей мощности, подключенных к более чем 300 тыс. миль линий электропередачи. Инновации часто происходят на границе традиционно стабильных и хорошо понимаемых отраслей промышленности. Greentech Media называет такое явление или систему в электроэнергетике — «grid edge» (дословно «край сети»). Цифровая технология, которая позволяет осуществлять двустороннюю связь между коммунальным предприятием и его клиентами, а также зондирование вдоль линий передачи — это то,
что делает сеть умной. Такое понятие называется «smart grid» — умная энергосеть. Базовый технологический элемент, фундамент «умной» или цифровой сети — интеллектуальная система учета электроэнергии, предназначенная для оперативного формирования достоверного объема услуг, многотарифного учета, мониторинга качества электроэнергии и других функций. Источниками первичной информации в такой сети служат интеллектуальные счетчики и датчики, объединенные в сеть интернет вещей (IIoT). Как и интернет, интеллектуальная сеть будет состоять из элементов управления, компьютеров, автоматизации и новых технологий, и оборудования, работающих вместе, но в этом случае эти технологии будут работать с электрической сетью, чтобы реагировать в цифровом виде на наш быстро меняющийся спрос на электроэнергию [6].
Сегодня нарушение электроснабжения в работе таких организаций, как больница, налоговые органы, пенсионный фонд, банки может привести к сбою в работе или даже потери данных. Повсеместное внедрение умной сети в регионах повысит отказоустойчивость электроэнергетической системе и сделает ее «подготовленной» к чрезвычайным ситуациям. При отключении электроэнергии, технологии Smart Grid обнаруживают и изолируют отключения, сдерживая их, прежде чем они станут масштабными. Новые технологии также помогут обеспечить быстрое и стратегическое возобновление восстановления электроэнергии после аварийной ситуации. Кроме того, интеллектуальная сеть является способом решения проблемы старения энергетической инфраструктуры, которая нуждается в модернизации и замене.
Преимущества, связанные с интеллектуальной сеткой, включают в себя:
• более эффективную передачу электроэнергии;
• более быстрое восстановление электричества после нарушений электроснабжения;
• снижение эксплуатационных и управленческих затрат на коммунальные услуги и, в конечном счете, снижение затрат на электроэнергию для потребителей;
• снижение пикового спроса, что также поможет снизить тарифы на электроэнергию;
• расширение интеграции крупномасштабных систем возобновляемой энергетики;
• улучшение интеграции систем производства электроэнергии между потребителями и владельцами, включая системы возобновляемых источников энергии;
• укрепление безопасности.
Кроме того, Grid-система включает в себя технологии, решения и бизнес-модели, способствующие переходу к децентрализованной, распределенной и трансакционной электрической сети. В основе децентрализации отрасли энергетики лежит развитие малой и альтернативной энергетики, которые являются лучшим вариантом внедрения инновационных технологий, таких как виртуальные электростанции или хранилища энергии. Как это работает показано на рисунке 3.
Централизованная продажа электричества
Рис. 3. Централизация и децентрализация электроэнергии. Источник: [6].
К децентрализации относится развитие технологий с различными последствиями для сети:
- распределенная генерация из возобновляемых источников (в первую очередь фотоэлектрических солнечных). Это то, что позволяет управлять потоком электроэнергии в режиме реального времени. Такая технология разработана и внедрена уже во множестве стран. Для клиентов это является привлекательным и экономичным вариантом (особенно в солнечных районах). Для системы в целом и для коммунальных услуг, распределенная генерация помогает поставлять электричество напрямую к потребителям;
- распределенное хранение, которое собирает и сохраняет электрическую энергию по месту использования. Поскольку все больше возобновляемых источников энергии имеют выход в интернет, потребность в хранении будет становиться все острее;
- энергоэффективность, позволяет сократить потребление энергии при предоставлении услуги, снижая общий спрос. Сюда можно отнести разработку инновационных продуктов и программ связанных с энергоэффективностью. Например, фокус направлен на возобновляемые источники энергии или электротранспорт. На автоматизированных производствах устанавливаются многочисленные сенсоры — от «умных» распределительных сетей до устройств и услуг для конечных пользователей [6; 7].
Всё больше уделяется внимание созданию виртуальных электростанций на основе платформ, использующих интеллектуальное программное обеспечение, которое предоставляет системным операторам доступ к управлению ресурсами в режиме реального времени. Эта тенденция будет продолжаться, соответствуя изменениям на рынке уровня системных операторов и сетевых компаний.
По оценки ПАО «Россети» — главная проблема российской электроэнергетики: отсутствие надлежащего розничного рынка электроэнергии, а также сложности с реализацией проектов автоматизации энергетических процессов, относительно низкая себестоимость производства электроэнергии, затрудненное развитие источников генерации и децентрализации [8].
Решение цифровизации процессов управления в энергетическом секторе позволит более эффективно интегрировать возобновляемые источники энергии, управлять растущим спросом и предложением, предупреждать кражи электроэнергии. Искусственный интеллект и большие данные являются помощниками в прогнозировании работы и обслуживания сетей и помогут достичь сокращения простоев. Цифровизация уже сейчас определяет новые квалификационные требования на рынке труда. Скорость внедрения цифровых технологий в промышленность будут зависеть от широкого диапазон факторов, которые подпадают под четыре основных измерения: регулирование, инфраструктура, бизнес-модели и клиент-ориентированность [9]. Государственный и частные секторы должны будут способствовать успешному ускорению внедрения smart grid-технологий. Директивным органам придется пересмотреть нормативную базу, адаптацию модели сетевых доходов и тарифов, планирование системы электроснабжения (с учетом коммунальных масштабов и распределенных энергетических ресурсов), а также ценовую политику.
Таким образом, из сказанного выше, мы можем сделать следующие выводы: сегодня существуют три главных тренда при внедрении цифровых технологий в электроэнергетику: увеличение динамики рынка, внедрение новых технологий, государственное регулирование. Эти три тренда предопределяют дальнейшее изменение элетроэнергетической отрасли в РФ и решение глобальных задач в каждой из них не может происходить без взаимоувязки друг с другом. Массовое внедрение «киберфизических» устройств в производство и нашу жизнь не только создаст совершенно новые отрасли, но и существенно изменит традиционные.
Литература
1. Нестулаева Д.Р., Тамилин П.О. Единая энергетическая система России: прошлое и настоящее // Вестник экономики, права и социологии. 2018. № 1. С. 267-270.
2. Шлычков В.В. Об отдельных аспектах процесса цифровизации и определении понятия «цифровая экономика» // Вестник экономики, права и социологии. 2018. № 4. С. 95-99.
3. Рекомендации Комитета Государственной Думы по энергетике на тему «Законодательное обеспечение развитие цифровой энергетики в России». URL: http://komitet2-13.km.duma.gov.ru/Rabota/Rekomendacii-po-itogam-meropriyatij/item/16637855/
4. Будущее энергетики Мировой Экономический Форум. URL: http://www3.weforum.org/docs/WEF_Future_of_Electricity_2017.pdf
5. Цифровизация энергетики. URL: https://in.minenergo.gov.ru/energynet/docs/Цифровая%20энергетика.pdf
6. Статья «Передавать с умом» журнал «Атомный эксперт». URL: http://atomicexpert.com/power_industry_digitalization_072018
7. Цифровизация и энергия. URL: https://www.iea.org/reports/digitalisation-and-
energy
8. Цифровая трансформация «Россетей». Разбор основных положений программы. URL: http://www.tadviser.ru/index.php/ Статья: Россети:_Цифровая_трансформация_2030_Основные_положения_и_параметры
9. Орлов С. Л., Нестулаева Д. Р., Давыдова А. С. Современная экономика и национальные приоритеты для России // Вестник экономики, права и социологии. 2017. № 4. С. 94-104.
DIGITAL TECHNOLOGY INTRODUCTION TRENDS IN THE ENERGY INDUSTRY
R.V. Filatova
Student, Kazan State Power Engineering University, Kazan
S.V. Pirogova
Senior Lecturer, Kazan State Power Engineering University, Kazan
The article discusses the impact of digital technology on the energy industry and its subsequent development. A review of the implementation of intelligent platforms in large companies in Russia. The influence of the basic technological element of information energy — smart grid is considered.
Keywords: electric power industry, digital environment, electric networks, smart grid, Internet of things.
