КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ SMART-MICRO GRID НА БАЗЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

В настоящее время развитие электроэнергетики Беларуси осуществляется в соответствии с Комплексным планом развития электроэнергетической сферы до 2025 года с учетом ввода Белорусской атомной станции и разработанной на его основе Отраслевой программой развития электроэнергетики на 2016– 2020 годы, которой также предусмотрены меры по поддержке возобновляемой энергетики [1].

В мировой электроэнергетике в настоящее время происходят преобразования, которые принципиально и достаточно быстро меняют архитектуру и принципы управления энергосистем – их традиционное вертикальное устройство трансформируется в более гибкую, надежную и одновременно более экономичную распределенную систему. Основой для этих изменений стала синергия развития цифровых и энергетических технологий, которая появилась и активно развивается в последние годы. Так, появление и достижение коммерчески привлекательного уровня систем хранения энергии, развитие Smart и Micro Grid, управления спросом и самобалансирования, удешевление и доступность оборудования для распределенной генерации – как углеродной, так и на основе возобновляемых источников, сочетается с бурным развитием межмашинных (M2M) коммуникаций, технологий интернета вещей (IoT), анализа больших данных и управления на основе искусственного интеллекта (AI). Цифровые технологии стали бурно развиваться в связи с ростом производительности и кратным удешевлением вычислительной мощности компьютерной техники [2].

Новые условия функционирования электроэнергетики, повышение требований к технологическому состоянию отрасли, надежности систем в большинстве развитых стран предопределили переход к реструктуризации электрических сетей энергосистем на базе инновационной организационной структуры SMART GRID (интеллектуальных электрических сетей). При этом реструктуризация подразумевает не только обновление основных производственных фондов, текущих и инвестиционных активов электрических сетей (проводников, трансформаторов, средств измерения и передачи информации, коммутационных аппаратов, паспортизации…), но и обеспечение энергетической (и экологической) безопасности и эффективности (энергетической и экономической) за счет нового типа сетей – «интеллектуальной» энергетики.

Термин SMART GRID (умные или интеллектуальные сети) официально используется с 2003 г. Однако единой трактовки этого понятия в мире до сих пор нет. В мировой практике для определения структуры SMART GRID используются ее различные атрибуты и признаки [3].

Smart Grid – концепция «умной/интеллектуальной энергетики», которая рассматривается, прежде всего, как концепция инновационного преобразования электроэнергетики на основе целостной системы видения ее роли и места в современном и будущем обществе. Smart Grid - это интеллектуальные счетчики, динамическое управление электросетями, регулирование спроса, повышение безопасности и экономия расходов.

В соответствии с Европейской технологической платформой Smart Grid – это «электрические сети, удовлетворяющие требованиям энергоэффективного и экономичного функционирования энергосистемы за счет скоординированного управления и при помощи современных двусторонних коммуникаций между элементами электрических сетей, электрическими станциями, аккумулирующими источниками и потребителями».

В нашей стране термин «Smart Grid» применительно к распределительным электрическим сетям определен проектом стандарта ГПО «Белэнерго» СТП 09110.47.104-11. Согласно документу Smart Grid представляет собой систему нового поколения, интегрирующую производителей, потребителей электрической энергии и электрические сети, образуя единое информационное пространство. Система позволяет в реальном времени отслеживать и контролировать режимы работы всех участников процесса выработки, передачи, распределения и потребления электроэнергии [4].

В 2011 году IEEE (профильная по ИТ и коммуникациям международная организация стандартизации) опубликовала два практически важных стандарта по теме Smart Grid:

• IEEE Std 1547.4-2011 (Основы разработки, эксплуатации и интеграции автономных систем на базе распределенных ресурсов с электроэнергетическими системами);
• IEEE 2030-2011 (Руководство IEEE по обеспечению функциональной совместимости энергетического оборудования и информационных технологий с электроэнергетическими системами (EPS), системами конечных потребителей и нагрузкой в интеллектуальных сетях) [5].

Данные стандарты имеют цель:

• снижение затрат – благодаря обеспечению взаимодействия технологий Smart Grid;
• оптимизацию процессов – за счет интеграции оборудования и систем для управления электроэнергетическими процессами в комплексные системные решения, необходимые для поддержки функционирования энергосетей;
• управление рисками – достижение целей кибер-безопасности с помощью цифровой подписи, аутентификации доступа, предотвращения подслушивания и обнаружения несанкционированных вторжений;
• снижение зависимости от одного поставщика – отход от исторически сложившейся проблемы в электроэнергетическом секторе, когда используются специфические технологии и форматы информационного обмена от одного вендора [6].

Разработанные в республике методические рекомендации предусматривают несколько этапов внедрения технологии SMART GRID в распределительных электрических сетях ОЭС Беларуси:

• автоматизацию передачи и распределения энергии;
• установку «умных счетчиков» и обеспечение связи с ними;
• управление энергоснабжением жилых домов и коммерческих предприятий;
• формирование мощных центров обработки информации, поступающей от датчиков SMART GRID.

В развиваемой DOE концепции Smart Grid разнообразие требований сведено к группе так называемых ключевых ценностей новой электроэнергетики, сформулированных как:

• доступность — обеспечение потребителей электроэнергией без ограничений в зависимости от того, когда и где она им необходима, и в зависимости от ее качества, оплачиваемого потребителем;
• надежность — возможность противостояния физическим и информационным негативным воздействиям без тотальных отключений или высоких затрат на восстановительные работы, максимально быстрое восстановление (самовосстановление) работоспособности;
• экономичность — оптимизация тарифов на электрическую энергию для потребителей и снижение общесистемных затрат;
• эффективность — максимизация эффективности использования всех видов ресурсов, технологий и оборудования при производстве, передаче, распределении и потреблении электроэнергии;
• органичность взаимодействия с окружающей средой — максимально возможное снижение негативных экологических воздействий; безопасность — недопущение ситуаций в электроэнергетике, опасных для людей и окружающей среды [7].

Создание инфраструктуры технологического управления режимами и эксплуатацией оборудования SMART GRID должно предусматривать разработку интегрированной информационно-управляющей системы нового поколения, работающей в рамках единой информационной модели на основе стандартизованных протоколов и интерфейсов взаимодействия и осуществляющей глобальный мониторинг и контроль функционирования всех секторов электроэнергетической системы, обеспечивая требуемое качество и надежность на всех уровнях.

Управление распределенными генераторами может быть собрано в единое целое, образуя Micro Grid, интегрированные как в сеть, так и в рынок электроэнергии и мощности, что будет способствовать повышению роли потребителя в управлении электрическими системами. Micro Grid может являться частью национальной энергетической системы: он связан с региональными сетями и через них – с национальной электрической сетью. Электроэнергия от Micro Grid будет направляться к потребителям и обратно в региональную сеть в зависимости от условий спроса и предложения. Мониторинг и регулирование в режиме реального времени обеспечат информационный обмен и позволят мгновенно отрабатывать все поставки на национальном уровне. Потребители в этом случае будут иметь возможность корректировки поставок электричества в соответствии со своими потребностями [3].

Список литературы:

1. Закревский, В.А. Возобновляемая энергетика – «за» и «против» [Электронный ресурс] / В.А. Закревский // Энергетическая Стратегия. – 2017. - №1 (55). – Режим доступа: https://minenergo.gov.by/wp-content/uploads/Zakrevskij.pdf. – Дата доступа: 07.02.2022
2. Цифровизация энергетики: от «интеллектуальных» турбин до «умных» сетей [Электронный ресурс] / Энергетика и промышленность России. – Режим доступа: https://www.eprussia.ru/epr/343-344/8819562.htm. – Дата доступа: 07.02.2022.
3. Фурсанов, М.И. Схемно-конструктивные решения и информационное обеспечение городских электрических сетей в условиях SMART GRID [Электронный ресурс]/ М.И.Фурсанов // Энергетика. Изв. высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. – 2017. - №5. – С.393-406. – Режим доступа: https://energy.bntu.by/jour/article/viewFile/1083/1055.pdf. – Дата доступа: 31.01.2022.
4. Фурсанов, М.И. Повышение эффективности анализа и управления режимами распределительных электросетей в условиях Smart Grid [Электронный ресурс] / М.И. Фурсанов // Энергетическая Стратегия. – 2020. - №2(74). – С.13-19. - Режим доступа: http://energystrategy.by/journal/view?currentYear=2020&currentPeriod=03&mode=viewFullDocument. – Дата доступа: 01.02.2022.
5. Конев, А.В. Энергетика, Smart Grid, интеллектуальные транспортные сети. Практические возможности в России [Электронный ресурс] / А.В. Конев // Рациональное Управлением Предприятием. – 2014. - №2. – С. 28-33. – Режим доступа: http://www.remmag.ru/upload_data/files/2-2014/Esri.pdf. – Дата доступа:07.02.2022.
6. Конев, А.В. Энергетика, SMART GRID, интеллектуальные транспортные сети. Практические возможности в России / А. В. Конев [и др.] // Рациональное Управление Предприятием. - 2014. - № 1. - С. 30–33. – Режим доступа: http://www.remmag.ru/upload_data/files/Esri2.pdf. – Дата доступа: 01.02.2022.
7. Кобец Б.Б., Волкова И.О. Инновационное развитие электроэнергетики на базе концепции Smart Grid / Б.Б. Кобец, И.О. Волкова. – М.:ИАЦ Энергия,210. – Режим доступа: https://publications.hse.ru/mirror/pubs/share/folder/skziecw02u/direct/71906761. – Дата доступа: 15.01.2022.