Предпочтительное решение. Развитие интеллектуальных микросетей - «Новости

Современная энергетическая отрасль должна решать три основные, часто противоречащие друг другу задачи: обеспечение безопасности, повышение энергоэффективности и борьбу за экологическую чистоту.

Николас Хатциаргириу, лауреат премии «Глобальная энергия», директор Национального технического университета Афин, утверждает, что решения этих проблем могут быть найдены в рамках развития современных интеллектуальных микросетей, которые позволяют оптимально совместить энергию возобновляемых и традиционных источников, а также интересы потребителей и производителей.
— Цифровизация энергетики — основная особенность происходящего в настоящее время энергетического перехода. Этот переход характеризуется быстро меняющейся структурой производства энергии с явной тенденцией к использованию возобновляемых и распределенных энергоресурсов, включая генераторы, гибкие нагрузки, накопители, электромобили и т.д. Сюда же относятся и новые рыночные модели, благоприятствующие активному участию потребителей, и «интеллектуализация» сетей, сопровождающаяся повышением степени децентрализации управления и автоматизации работы.
Чтобы решить задачи безопасной и эффективной работы такой сложной системы, объединяющей в себе различные секторы энергетики — например, электричество, природный газ, отопление и охлаждение, жидкое топливо, транспорт, — необходимы надежные и структурированные данные.
Эти данные могут стать источником новых цифровых услуг и коммерческих возможностей для всех участников рынка энергоресурсов, чья деятельность связана с управлением нагрузками, хранением, интеллектуальной зарядкой электромобилей, энергоэффективностью в промышленном и бытовом секторах, появлением просьюмеров, «умных» городов и энергетических сообществ. Наконец, они могут быть использованы для создания платформ открытых данных, обеспечивающих доступ к информации и прозрачность для всех граждан.

— Николас, действительно ли так необходим этот огромный массив данных? Не приведет ли это к тому, что сама система с ними не будет справляться?
— Наоборот, для системных операторов использование данных может привести к радикальному улучшению обслуживания клиентов, сокращению эксплуатационных расходов, отсрочке инвестиций для обновления сети, самовосстановлению за счет быстрой локализации сбоев и восстановления после них, профилактического обслуживания для эффективного управления активами.
Искусственный интеллект вместе с технологиями обработки больших объемов данных (Big Data) и интернетом вещей (IoT), делающими возможным цифровое взаимодействие между электрическими устройствами даже на бытовом уровне, откроет новые возможности для участия клиентов в местных энергетических рынках и получения информации о потреблении электроэнергии в режиме онлайн, что приведет к «умному» управлению сетью и эффективной интеграции распределенных энергетических ресурсов. Революция в части поступающей энергии сделает возможным автоматическое непрерывное удовлетворение индивидуальных потребностей в энергии в нужное время, в нужном месте и с минимальными затратами.

— Разработка вами микросетевых систем применяется в основном в удаленных регионах. Получится ли со временем добиться более широкого использования таких систем?
— Действительно, по-настоящему полезными микросети оказались в основном на не связанных между собой островах и в отдаленных регионах. Они применяются в основном для электрификации сельских районов в развивающихся странах, где передающая инфраструктура пока что не развита или развита слабо.
Тем не менее микросети также эксплуатируются коммунальными предприятиями в США, в основном для повышения устойчивости к стихийным бедствиям, таким как штормы, наводнения, лесные пожары, землетрясения. Например, в Калифорнии коммунальные предприятия устанавливают микросети, чтобы избежать перебоев в подаче электроэнергии во время обесточивания линий из-за искрообразования.
В Европе микросети приобретают все большее значение как техническая инфраструктура для поддержки местных энергетических сообществ. Китай недавно объявил о создании ста микросетей на возобновляемых источниках энергии для изучения соответствующих технологий и бизнес-моделей, подходящих для развития ВИЭ.
Ожидается, что тенденция перехода на микросети будет усиливаться. Существующие энергосистемы, характеризующиеся большим объемом переменного генерирования ВИЭ, нуждаются в повышенной гибкости, а микросети представляют собой отличный способ повысить гибкость вышестоящей сети за счет агрегирования распределенных энергетических ресурсов.

— По вашему мнению, можно ли будет создавать большие централизованные системы с использованием искусственного интеллекта? Насколько это будет эффективно и экономически целесообразно?
— Искусственный интеллект можно назвать наукой о том, как заставить машины выполнять действия, требующие человеческого интеллекта. Он включает в себя эффективные технологии, такие как искусственные нейронные сети (ИНС), и нечеткую логику, применяемые для обработки данных и извлечения знаний из огромных объемов данных. Область его применения в энергосистемах обширна начиная от прогнозирования нагрузки и производства возобновляемых источников энергии, управления и защиты в реальном времени, технического обслуживания и т.д., что позволит добиться экономии, эксплуатационной безопасности, повышения эффективности.

— Как вам видится развитие микросетей на основе синтеза ВИЭ и традиционных источников энергии, учитывая планы Европы по отказу от углеводородов как источника энергии?
— Микросети — это распределительные структуры, наиболее эффективно интегрирующие распределенные источники энергии любой технологии. Суть микросетей заключается в координации распределенных генераторов и гибкого спроса с целью максимизации их преимуществ для потребителей и сетей. В их составе используются местные источники генерации. В основном это возобновляемые источники, например, фотоэлектрические системы, особенно в странах, где много солнечных дней, небольшие ветряные турбины, установки на биомассе и мини-гидроэлектростанции.
Фактически в Европе микросети рассматриваются как эффективный способ увеличения проникновения возобновляемых источников энергии и расширения прав и возможностей активных граждан путем создания сообществ по возобновляемым источникам энергии.
В то же время в более холодных странах был достигнут значительный прогресс в разработке небольших ТЭЦ, предназначенных для удовлетворения потребностей потребителей микросетей как в электрической, так и в тепловой энергии. Применение генераторов на основе ВИЭ вместе с микро-ТЭЦ увеличивает общую эффективность использования первичных источников энергии и, следовательно, обеспечивает значительную экологическую выгоду по части сокращения выбросов углерода, что является краеугольным камнем энергетической политики ЕС.

— Основная проблема интеллектуальных микросистем – их чрезвычайно высокая затратность. Как сделать такие проекты более рентабельными?
— Микросети основаны в большинстве случаев на возобновляемых источниках энергии и накопителях. Стоимость этих технологий постоянно снижается, достигнув в последнее время уровней, сравнимых по цене с традиционными тепловыми технологиями, и даже бывает дешевле. Например, стоимость киловатт-часа литий-ионных батарей упала почти на 90% с 2010 года.
Аналогичным образом нормированная стоимость энергии, вырабатываемой солнечными электростанциями, упала на 82% с 2010 года, в то время как их цена снизилась на 13% только за последний год. Распределенная генерация, расположенная близко к нагрузкам, не нуждается в инфраструктуре сетей передачи и распределения, обеспечивая при этом два важных фактора: сокращение потерь и потенциальную способность заменить сетевые активы.
Я считаю, что микросети в настоящее время являются предпочтительным решением для менее развитых регионов, поскольку позволяют заменить или дополнить собой ненадежные источники энергии.

— Россия продолжает активное освоение Арктики. Какого рода микросеть может понадобиться в условиях низкой плотности населения, полярного дня и ночи, очень низких температур, наличия труднодоступных районов и полярных условий перевозки топлива?
— Для арктического региона как отдаленного района с исключительными условиями и низкой плотностью населения обеспечение электроэнергией через микросети выглядит гораздо более рентабельным по сравнению с расширением централизованной энергетической системы.
Очевидно, что в данном случае понадобятся специализированные исследования, направленные на выявление наиболее подходящих источников генерации с учетом имеющихся на местах ресурсов, условий окружающей среды с очень низкими температурами, полярного дня и ночи, потребностей в хранении и транспортировке полярного топлива.
Более того, удаленные, труднодоступные районы создают особые проблемы в отношении обслуживания и оперативного устранения незначительных несоответствий, и здесь потребуется обучение местного населения основным инженерным работам.

Интервью опубликовано в журнале Energypolis (112, декабрь 2020)