На вопросы РВК отвечает Александр Волошин, директор ЦК НТИ по направлению «Технологии транспортировки электроэнергии и распределенных интеллектуальных энергосистем» на базе МЭИ. Работа Центра направлена на развитие сквозных технологий в области распределенной энергетики: от создания принципиально новых энергетических систем до подготовки кадров в этой области.
Зачем нужно разрабатывать и внедрять электросети нового типа? Какие проблемы они решат?
Внедрение электросетей нового типа не самоцель. Правильнее рассматривать новые технологии как средство решения накопившихся проблем. К ним относятся высокая цена на электроэнергию (особенно в удаленных и изолированных территориях), низкое качество электроэнергии у некоторых потребителей, большой износ и старение оборудования электрических сетей, снижение удельной выручки электросетевых компаний в расчете на одного абонента при увеличении операционных затрат на поддержание инфраструктуры, дефицит кадров для проектирования, наладки и эксплуатации электрических сетей.
В решении этих проблем могут помочь новые технологии: распределенная генерация, накопители электроэнергии, управление нагрузкой, интеллектуальные самонастраивающиеся и самовосстанавливающиеся системы защиты и управления, системы автоматической оценки состояния оборудования и прогнозирования отказов. Но сами эти технологии требуют изменения подходов к разработке и эксплуатации электрических сетей. Так и появляются электросети нового типа.
Что такое «умная» энергетическая система на уровне целого государства, как она будет работать?
На уровне государства «умная» энергетическая система будет представлена не только технологическим оборудованием электростанций и сетей, но и новым измерением — уровнем автоматического взаимодействия субъектов электроэнергетики. То есть в каждой отдельной энергетической компании будет создана автоматизированная информационная система. В части управления технологическим оборудованием она обеспечит автономное (без участия человека) оптимальное управление режимами работы силового оборудования (в том числе адаптивную настройку систем защиты и автоматического регулирования), определение прогнозов изменения технического состояния оборудования и оптимизацию затрат на техническое обслуживание и ремонты, расчет оптимальных вариантов развития энергосистем (определение необходимости и мест строительства электростанций, подстанций, ЛЭП, установку накопителей и др.).
А с другой стороны, такая система обеспечит автоматическое взаимодействие с иными субъектами электроэнергетики в процессе их функционирования и развития. Например, в автоматическом режиме можно будет обмениваться информацией между генерацией, сетями и потребителями для адаптивной автоматической настройки технологических систем, ограничивать потребление электроэнергии, поддерживать требуемый уровень напряжения или перетока мощности по ЛЭП, осуществлять розничную торговлю электроэнергией между конечными потребителями. Полный состав таких сервисов еще не сформирован, впереди еще много работы в этом направлении.
Как работает испытательный полигон для таких технологий? Как его запускали, что там происходит сейчас?
Чтобы ввести в работу подобные технологические и бизнес-сервисы, в Центре компетенций НТИ на базе МЭИ создан специализированный испытательный полигон. Он позволяет проводить разработки и испытания как реальных физических устройств на базе применения ВИЭ (возобновляемых источников энергии), накопителей и силовой электроники, так и интеллектуальных цифровых технологических систем и бизнес-сервисов. На нашем полигоне все эти составляющие могут работать в рамках единого технологического процесса в реальном времени. Для моделирования сложных масштабных энергосистем применяется моделирующий комплекс RTDS. К нему подключены специализированные четырехквадрантные усилители, которые обеспечивают параллельную работу виртуальной цифровой модели и реальной физической, то есть формируется так называемая киберфизическая модель энергосистемы.
Подробнее о четырехквадрантных усилителях читайте в нашем Блоге - Центр НТИ МЭИ первым в России получил четырехквадрантные усилители
Этот испытательный комплекс уже ввели в эксплуатацию. Сейчас там идут работы по подключению вновь разработанных цифровых систем управления к этой киберфизической модели для проведения испытаний. В конце 2020 года мы планируем представить результаты испытаний новых цифровых систем управления и защиты, разработанных Центром компетенций НТИ на базе МЭИ и членами консорциума.
Как изменится энергопотребление в будущем?
Энергопотребление в будущем станет более управляемым, то есть мы получим возможность более экономно и рационально расходовать электроэнергию. Это должно привести к повышению эффективности электроэнергетических систем — снижению затрат на реновацию оборудования и эксплуатацию — и в конечном счете обеспечению справедливой цены электроэнергии. Особенно следует отметить повышенные ожидания от электротранспорта. Появление большого количества электромобилей может существенным образом повлиять на электропотребление и режимы функционирования электрических сетей, особенно если будет реализована возможность выдачи в сеть электроэнергии от электротранспорта. Это влияние может иметь как положительные, так и отрицательные эффекты. Об этом нужно задумываться уже сейчас. Что мы и делаем.
Могут ли технологии навсегда избавить города и дома от блэкаутов?
В жизни всегда что-то происходит: случаются грозы, ураганы, стареет оборудование, возникают отказы. Полностью исключить вероятность возникновения аварии невозможно, но можно снизить ущерб при возникновении таких ситуаций — уменьшить объем отключаемой нагрузки, сократить время восстановления электроснабжения. Именно это и позволяют сделать такие новые технологии, как распределенная генерация, накопители электроэнергии (включая встроенные в электромобили), интеллектуальные системы управления, обеспечивающие самовосстановление электроснабжения.
Станет ли энергия таким же товаром, как, допустим, гигабайты интернета у сотовых операторов? Покупаешь столько, сколько нужно, а не нужно — продаешь.
Скорее всего, одновременно будут существовать разные бизнес-модели, связанные с реализацией электроэнергии. В местах, где уже имеется развитая электросетевая инфраструктура, электроэнергия вообще может стать некоторым сопутствующим ресурсом. Например, в настоящее время некоторые домохозяйства тратят на услуги связи и цифровой контент, приобретаемый в интернете (подписки на музыкальные сервисы, онлайн-кинотеатры, игровые сервисы и т.п.), больше, чем на электроэнергию. Может возникнуть такая ситуация, когда продаваться будет не электроэнергия, а сервисы по контролю и управлению электроприборами, например. Электроэнергия будет при этом «бесплатным» бонусом.
В то же время на удаленных и изолированных территориях будет наблюдаться совершенно другая ситуация. Из-за ограниченности ресурсов и их высокой стоимости действительно будут продаваться и покупаться определенные объемы электроэнергии, что станет возможным благодаря применению накопителей электроэнергии.
Как устроена образовательная деятельность Центра?
Сейчас мы проводим обучение по новой программе подготовки магистров «Интеллектуальные системы защиты, автоматики и управления энергосистем». В программу включены все необходимые дисциплины, которые позволяют получить практические навыки разработки интеллектуальных цифровых систем как для управления технологическими процессами, так и для создания бизнес-сервисов. Особое внимание уделяется применению методов ИИ в управлении технологическими процессами и методам обеспечения информационной безопасности. Мы ввели в программу обучения много практических заданий, даже экзамены мы проводим в форме своеобразного хакатона. Студенты приходят на экзамен со своими ноутбуками, получают задание программно реализовать какую-либо подсистему, например одноранговые торги электроэнергией на розничном рынке, а в конце экзамена демонстрируют работающие прототипы подсистем. Многие студенты во время обучения участвуют в НИОКР, которые проводят Центры компетенций НТИ по заказу предприятий отрасли, в том числе участвуют в защитах полученных результатов на научно-технических советах.
Также мы организуем стажировки для студентов и преподавателей из других вузов. Сейчас работаем с вузами-партнерами над созданием новых программ подготовки бакалавров и магистров с применением сетевой формы обучения.
