Симпозиум по Smart Grids: настоящее и будущее глазами специалистов

Прежде всего, стоит пояснить, что такое Smart Grid(s) (SG, SGS), «интеллектуальная сеть (сети)». Общепризнанного определения для этого термина не существует; различными организациями в зависимости от их собственных задач в будущем выдвигались разные версии. Так, IEEE предлагает сформулировать концепцию SG как интеграцию многих передовых технологий в энергетические системы: «SG относится к управляемой энергосистеме нового поколения, в которой предусматривается расширенное использование систем связи и информационных технологий при генерации, передаче и потреблении электроэнергии» [1]. Близким к этому является определение SG, данное EPRI (Исследовательский институт электроэнергии): «Интеллектуальная инфраструктура передачи электроэнергии, которая интегрирует в себя прогресс в системах связи, обработке данных и электронике с целью удовлетворения потребностей общества в обслуживании электроэнергией в будущем» [2]. Другие определения SG, более или менее близкие к названным, содержатся в [3, 4 и 5].

Участники

В основном участниками симпозиума были управленцы, представители академических и исследовательских институтов, промышленности. В частности, на симпозиум были приглашены специалисты следующих направлений:

• по национальной политике в энергетике;
• в области электротранспорта, энергосистем и их приложений;
• представляющие поставщиков электроэнергии;
• в областях построения систем и обслуживания SG.

Следует отметить активное участие экспертов различных стран в области возобновляемых источников энергии и SG, а также представителей государственных организаций (университетов, колледжей, исследовательских центров и муниципалитетов).

В работе приняли участие представители 17 стран, не только из Евросоюза, но и других стран Европы, а также из Турции, Алжира, Египта, Израиля — тех стран, которые организаторы называют странами расширения и интеграции — Enlargement&Integration Countries. Были приглашены и российские представители.

Основные вопросы симпозиума

SGS являются ключевым компонентом европейской стратегии, связанной с энергетикой будущего: стратегия направлена на снижение доли традиционных энерго­носителей. В этом плане страны, называемые Enlargement&Integration, должны быть готовы в ближайшие годы к существенным вложениям — с тем чтобы обновить и модернизировать их энергосети, приближая их к сетям SGS.

Наибольшие инвестиции и объем возобновляемой электроэнергии приходится на долю ветро- и солнечной энергетики. Однако существующие в настоящее время системы передачи и распределения энергии в основном не соответствуют требованиям надежно выдерживать масштабное появление альтернативных источников, на основе которых строятся электростанции, как централизованные, так и децентрализованные. При этом требуются значительные инвестиции. Многие вложения в энергетику являются долгосрочными и значительными, поэтому решения об инвестициях, принятые сейчас, дадут результат только через многие годы. При планировании энергосистем будущего необходимо учитывать взаимосвязь физических требований, требований к окружающей среде и компьютерным системам, социальные и политические требования.

Между различными участниками проектов требуется честное распределение быстрых вложений при получении выгод через значительное время; данный факт является предварительным условием снижения существующих неопределенностей и даже побудительным мотивом для инвестиций. В этом контексте участники симпозиума обсудили, каким образом новые концепции могут мотивировать страны Enlargement&Integration на строительство SGS. Большое внимание было уделено методологии анализа «затраты–выгоды», который должен выполняться при строительстве энергосистемы. Были рассмотрены возможные воздействия SGS не только в денежном выражении, но также в вопросе влияния на общество, являющегося результатом появления SGS. Представители различных стран рассказывали о предшествующем, часто неудачном опыте при разработках SGS, от чего симпозиум только выиграл.

Уместно отметить, что в 2014 г. по данным Европейского объединенного исследовательского центра (JRC) и института энергии и транспорта (IET) в Европе насчитывается 459 проектов по SG, причем не только от 28 стран Европейского сообщества. Некоторые из этих проектов запущены еще в 2002 г., вложения во все проекты насчитывают €3,15 млрд. В среднем каждый проект требует €7 млн при средней продолжительности работ 33 месяца. Работа над половиной проектов еще продолжается, требуя для своего завершения свыше €2 млрд.

Краткое содержание некоторых докладов

Colak, JRC, Netherlands. Исследования SGS в режиме реального времени

В JRC непрерывно расширяется экспериментальная работа по SGS, в которой определяются характеристики мощных сетей как посредством моделирования (в том числе с использованием реальных устройств), так и с помощью эталонного оборудования для испытаний под реальными воздействиями.

S. Vitiello, JRC, Netherlands. Анализ «затраты-выгоды» работ по SGS и измерений в среде SGS

JRC является одним из ведущих исследовательских центров стран ЕС в области анализа «затраты-выгоды» (Cost Benefit Analysis, CBA) для проектов SGS. Докладчик сначала озвучил общие теоретические положения применительно к SGS, а затем описал несколько конкретных случаев, первый из которых касался применения данного анализа к проекту SGS, реализованному в г. Эвора (Evora), Португалия. Затем в докладе рассматривалась оценка проектов с применением указанного анализа. С помощью ключевых индикаторов характеристик (Key Performance Indicators, KPI) была дана оценка проектных предложений, которые могут быть обозначены как «Проекты общей заинтересованности». В заключение докладчик изложил понимание процесса составления национальных планов в области измерений (Smart Metering) при использовании анализа «затраты-выгоды».

Petre-Marian Nicolae, Romania.Специальные вопросы SGS

Суть доклада заключается в том, что вопросы, связанные с электромагнитной совместимостью в SGS, должны решаться с помощью построения новой архитектуры энергосистемы. Их нужно рассматривать в источниках энергии (возобновляемых или традиционных), передающих сетях, станциях и подстанциях, а также относительно самих потребителей. Связь сети с новыми потребителями (батареи электротранспорта, городские транспортные системы с электроприводами) порождает новые проблемы качества в SGS и проблемы электромагнитной совместимости на низких частотах. Отсутствие необходимых норм для диапазонов 2(3)–9 кГц или 150 кГц побуждает вести новые исследования, направленные на создание стандартов для указанных частотных диапазонов, противодействие отрицательным факторам, сопутствующим работе SGS, создание приемлемой электромагнитной обстановки для людей. Доклад затрагивал также вопросы, связанные с появлением несинусоидальных режимов и меры компенсации реактивной мощности.

Istvan Nagy, BUTE, Hungary. Работа микросетей (microgrids) с возобновляемыми источниками энергии

В первой части доклада названы причины растущего интереса к возобновляемым источникам энергии с использованием ветра, солнца, гидравлики, биомассы, геотермального тепла и др., показаны их теоретические энергоограничения и техническая реализуемость. Одним из основных направлений развития является использование микросетей с первичными возобновляемыми источниками энергии (такие системы называют также «зелеными»). Это своего рода кластеры из маломощных источников, устройств, аккумулирующих энергию, и нагрузок, которые во многих случаях являются управляемыми. В докладе также подняты вопросы управления микросетями, где просматриваются три основные особенности:

• выполнение контролирующих и защитных функций;
• обеспечение индивидуальной и параллельной работы инверторов с использованием принятых в настоящее время приемов воздействия на напряжение и частоту устройств;
• применение мощных конвертеров, обеспечивающих двунаправленную передачу энергии и их индивидуальное управление.

Vladimir Katic, University of Novi Sad, Serbia. Инфраструктура зарядки электромобилей в городе

Применение электродвигателя в пассажирских автомобилях представляется как одно из направлений в области защиты окружающей среды, снижающее парниковый эффект и позволяющее шире применять распределенные источники энергии в будущих SGS. Для ускорения процесса распространения электроавтомобилей (ЭА) необходима сформированная и доступная инфраструктура зарядки. Территория города (на примере г. Нови Сад) рассматривается с точки зрения размещения определенного числа зарядных станций (ЗС) с различными зарядными режимами (от медленного и среднего до быстрого). Представлен метод организации ЗС и их расположения в городе. Рассмотрены две территории — центр города и жилой микрорайон. Рассматривается реальная схема распределения электротранспорта, расположение и мощности трансформаторных станций как часть зарядной инфраструктуры. Батареи ЭА рассматриваются как устройства общественного хранения энергии, акцент сделан на возможное их применение в качестве распределенных генераторов, представляющих часть SGS.

Stanimir Valtchev, the University of Lisbon, FCT, Portugal. Возобновляемая энергия и телекоммуникации в SGS

Настоящее время — это время, когда происходит всеобщее подключение к всемирной сети компьютеров, хранения и обработки данных и информации в «облаке» — общем хранилище данных (cloud computing). Названные технологии требуют, естественно, энергии. Современные телекоммуникации с их невероятной скоростью становятся востребованными для помощи энергосистемам. Современные энергосистемы работают все еще грубо и медленно, их можно сравнить с компьютером UNIVAC, популярным в 50-е годы прошлого столетия. С другой стороны, специалисты в области информации и коммуникаций (INTELEC) знают, как улучшить положение с обеспечением электроэнергией тех же телекоммуникаций.

Сейчас сообщество специалистов INTELEC имеет возможность и обязано применить свои знания в системах энергетики. Источники электроэнергии становятся все более и более распределенными, а их работа становится все более раздельной (индивидуальной) вследствие все более широкого использования энергии от возобновляемых источников. Гибридные источники питания, применяемые в телекоммуникациях, могут послужить прообразами будущих SGS, о которых сейчас говорит почти каждый. В докладе сделана попытка сосредоточить внимание коллег на вопросах, обсуждавшихся на последних конференциях INTELEC, и не только на них.

Amos Lasker, Israeli Smart Energy Association, Israel. SG в Израиле — анализ «затраты-выгоды»

Израильская ассоциация Smart Energy (ISEA) взяла на себя ответственность подготовить документ, всесторонне анализирующий измерения в SGS: технические решения, технологию, соответствие законодательству, легальность, маркетинг, экономику, а также роль в этом местной промышленности. В докладе представлена согласованная оценка стоимости и выгод применительно к внедрению современных Smart-измерений в национальном масштабе. Использование термина «современный» относится ко всей системе и, в особенности к:

• счетчикам;
• компонентам систем связи, определяющим фактическое время и связи потребителя с инфраструктурой;
• программным системам поддержки, отвечающим за решение задач по обработке данных коммерческого учета;
• новым и улучшенным тарифным системам, что увеличивает потенциал системных изменений в потребительской сфере.

Доклад показывает методику оценок и затрагивает анализ чувствительности системы.

Halil Ibrahim Bulbul, Ramazan Bayindir, Gazi University, Turkey. Группа GURER по изучению SGS

В докладе представлена деятельность группы университета Gazi по исследованию источников возобновляемой энергии (GURER) применительно к SGS. Основные научные интересы группы — возобновляемая энергия, ее приложения, включающие SGS, а также исследования в области конструкций, управления и поиска новых решений применительно к электрическим машинам. В докладе показаны исследования и проекты, публикации и деятельность группы в организации различных международных мероприятий.

Олег Зотин, НИИТМ, С.-Петербург, Валерий Мелешин, ЗАО «Электро СИ», Москва. SGS на постоянном и переменном токе в России. Технические решения в области наружного освещения и другие приложения

В докладе представлены существующие варианты и перспективные технологии экономии электроэнергии в системах управления наружным освещением (LSG). Рассматриваются актуальные вопросы построения LSG и экономическая оценка различных вариантов. Тщательно описаны перспективные технологии для реализации пилотных проектов. SGS можно рассматривать применительно к самым разным приложениям. В некоторых странах используется напряжение 3 кВ постоянного тока для контактных сетей железной дороги. Показано несколько вспомогательных преобразователей, работающих от контактной сети 3 кВ и эксплуатирующихся в современных российских локомотивах. Освещаются вопросы построения систем энергообеспечения телекоммуникационного оборудования, в которых приходится решать сложные задачи, вытекающие из высоких требований к КПД и удельной мощности источников электропитания. Кратко обсуждаются несколько новых направлений в данной области.

Максим Дыбко, Сергей Брованов, НГТУ, Новосибирск. Параллельная работа многоуровневых преобразователей для активной фильтрации и создания энергетических накопителей в SGS

Системы преобразования энергии, включающие активные фильтры и накопители энергии, являются неотъемлемой частью SGS. Накопители становятся резервным источником энергии, когда происходит авария в местной энергосети, а активные фильтры используются для минимизации влияния нелинейных и/или несбалансированных нагрузок с целью поддержания более высокого качества мощности электроэнергии. Оба упомянутых устройства могут иметь похожие структуру и топологию установленного в них преобразователя. Предлагается использовать многоуровневые инверторы с клампированной нейтральной точкой (NPC), применяя их параллельное соединение, разделение токов и общую шину постоянного тока. Показано, что такая модульная топология позволяет улучшить качество напряжения постоянного тока, снизить общую массу дросселей, повысить КПД и нечувствительность системы к неисправностям по сравнению с решением, основанным на одном многоуровневом преобразователе при той же номинальной выходной мощности.