Свет цифрового будущего: Что такое цифровая энергетика и как она изменит Росэнергоатом
В России изменения в энергетике только начинаются, и у компаний еще есть запас времени, чтобы подготовиться и поменяться. В Росэнергоатоме «революцию» возглавит специально созданный Департамент цифровой энергетики и коммерческого диспетчирования. Цифровизация — это новая реальность, в которой нам предстоит жить и которая со временем коснется всех и каждого на АЭС.

Заводы, фабрики, офисы, жилые и частные дома, в общем, потребители электроэнергии по всему миру внедряют новые технологии, чтобы сэкономить на электричестве. Многие новые предприятия, в том числе в России, не подключаются к единой энергосистеме, потому что это дорого и долго. Дешевле обеспечивать себя самим, установив генераторы малой мощности. Люди покупают солнечные батареи для своих частных домов. Благодаря технологиям «умный дом» и «интернет вещей» оптимизируют энергопотребление дома. Сейчас любой желающий может приобрести накопитель энергии, большой аккумулятор, заряжать его ночью, когда электричество дешевле, и тратить энергию днем. В Европе, США, Китае эти процессы идут полным ходом. Цифровая революция в энергетике — вызов для энергокомпаний.
Чтобы потребители снова захотели покупать энергию из единой сети, компаниям, вырабатывающим электричество, надо повышать эффективность. Не просто оптимизировать существующие процессы, а создавать их заново, внедряя цифровые технологии в процессе энергопроизводства.
В России изменения в энергетике только начинаются, и у компаний еще есть запас времени, чтобы подготовиться и поменяться. В Росэнергоатоме «революцию» возглавит специально созданный Департамент цифровой энергетики и коммерческого диспетчирования. Его руководителем назначена Любовь Андреева. Цифровизация — это новая реальность, в которой нам предстоит жить и которая со временем коснется всех и каждого на АЭС.
— Что такое цифровая энергетика и зачем она нам нужна?
— Вариантов ответа на этот вопрос много. Но это точно не автоматизация в электроэнергетике. Предлагаю такое определение: цифровая энергетика — энергетика, в которой сильно изменились отношения между производителями и потребителями электроэнергии, поскольку появились новые, доступные для каждого технологии. Потребитель электроэнергии перестает быть «пассивным элементом» и хочет, чтобы повышалась надежность электроснабжения и качество электричества без роста цен. Генерирующие и сетевые компании вынуждены повышать свою эффективность и формировать отношения с потребителем по новым правилам.
Кроме понятия «цифровая энергетика», есть еще «цифровая трансформация». «Цифровая энергетика» — это некая точка, цель, к которой мы должны прийти. «Цифровая трансформация» — траектория, по которой мы будем двигаться к цели, процесс перехода из сегодняшнего состояния в будущее.
- коммерческое диспетчирование АЭС, в рамках которого продаются электроэнергия и мощность на рынке;
- технологическое присоединение;
- подключение к электрическим сетям новых энергоблоков АЭС;
- цифровая энергетика.
Три «D» цифровой трансформации
Термины «цифровая трансформация электроэнергетики» или «энергетический переход» часто связывают с тремя «D» — процессами изменения отрасли: Decarbonization, Decentralization, Digitalization, то есть снижение выбросов углекислого газа, децентрализация и цифровизация.
В нашей стране пока не сформировался устойчивый спрос на экологичные решения, борьбу с изменением климата, поэтому первая из трех «D» не очень востребована, снижение выбросов диоксида углерода не в приоритете. При этом АЭС здесь как раз в тренде, как и ветряная энергетика Росатома.
Вторая «D» — децентрализация. Такая тенденция уже есть. Потребители электроэнергии уже сегодня получают финансовые стимулы уходить из единой энергосистемы. По данным разных профильных источников, в нашей стране сейчас 8–11% генерации — это распределенная энергетика, небольшая генерация, которая работает на конкретных потребителей вне энергосистемы и рынка. Это газопоршневые и газотурбинные установки по несколько мегаватт. Потребители отказываются от централизованного электроснабжения, так как не хотят много платить — по механизмам перекрестного субсидирования и за транспорт электричества, если подключены практически напрямую к какой-нибудь электростанции.
Для крупных электростанций уход потребителей из единой энергосистемы — плохой сигнал. Поскольку останавливается рост или даже снижается потребление электроэнергии.
Вопреки прогнозам, которые дали аналитики в 2010 году, потребление электроэнергии в России в 2018 году оказалось на 11% ниже. Для АЭС это означает риск ограничений мощности в перспективе. Так, если у нас есть мощность 27 МВт, то востребованным, например, окажутся только 24 МВт. На это работает много факторов: и снижение спроса со стороны производства, и программы энергосбережения.
Плюс к этому стремительно развивается технология накопления энергии. Миф о том, что электроэнергию нельзя хранить, рано или поздно рухнет, и накопители станут играть значительную роль в энергосистемах.
И третья «D», цифровизация, в нашей стране это двигатель многих изменений. Иногда, правда, «за деревьями леса не видно», когда сам процесс цифровизации затмевает цели этой цифровизации. Но чтобы этого не было, надо всегда понимать, какие цели могут быть и будут достигнуты.
— И какие же цели хочет достичь Росэнергоатом?
— Цели прежние — безопасная работа АЭС, выручка от продажи электроэнергии и мощности, увеличение доли выработки АЭС в единой энергосистеме России. Нам необходимо находить или разрабатывать решения и технологии, которые либо обеспечат эффективное достижение целей компании, либо расширят зону нашего бизнеса, открывая новые рынки и бизнесы.

— И как Росэнергоатом планирует действовать для построения цифровой энергетики?
— Ответ и простой, и сложный одновременно: надо меняться. Об этом говорил в апреле генеральный директор Росатома Алексей Лихачев на Стратегической сессии по цифровой трансформации. Меняться как нам самим — людям нашей компании, так и нашим производственным и бизнес-процессам.
Пока нет готовых инструкций, как это делать. Есть опыт в нашем основном деле — в строительстве и эксплуатации АЭС.
Есть опыт зарубежных партнеров, у которых раньше начался «энергетический переход» (energy transition). Например, французская крупнейшая государственная компания — оператор атомных электростанций «Электрисите де Франс» (EDF) в прошлом году опубликовала стратегию под названием CAP‑2030. Цели EDF — перейти к 2030 году в цифровую энергетику со следующими результатами: генерация на возобновляемых источниках энергии — 40 ГВт, трехкратное увеличение суммы зарубежных контрактов по сооружению электростанций, прямое взаимодействие с конечными потребителями энергии (не менее 35 млн потребителей).
У нас разрабатывается Стратегия цифровой трансформации Росатома. Но пока мы ориентируемся на свою «дорожную карту», утвержденную 8 июня этого года на заседании Совета по цифровизации Росэнергоатома. В ней определены мероприятия и проекты, выполнение которых приблизит нас к целевой модели цифровой энергетики.
— Какие проекты уже реализуются в Росэнергоатоме?
— В «дорожной карте» цифровой энергетики и цифровой экономики Концерна определены несколько проектов. Первый — создание прототипа и пилота цифрового распределительного устройства АЭС. Это аналог технологии «цифровая подстанция», но на электростанции. Наша цель — разработать модель такого проекта для существующих и сооружаемых АЭС и одновременно изучить новые технологии, получить опыт.
Из двух вариантов «ничего не делать и проиграть в будущем» или «встроиться в процесс и стать лидерами» мы, конечно, выбираем второй.
Есть интересный проект по созданию ситуационно-аналитического центра коммерческого диспетчирования АЭС на уровне генерирующей компании. В нем две «фишки» — современные технологии визуализации данных и разработка цифрового советчика, чем-то напоминающего чат-бота, но шире по задачам. Этот центр будет расположен в офисе центрального аппарата и введен в эксплуатацию в начале лета следующего года.
Росэнергоатом один из первых взял курс на развитие технологии векторных измерений электротехнических параметров работы АЭС. Эта технология уже используется в некоторых европейских странах для эффективного управления энергосистемой, для диагностики состояния электрического оборудования и для расчета в реальном времени пропускной способности линий электропередач. Для Росэнергоатома это не только инструмент диагностики состояния оборудования, но и система верификации модели АЭС в энергосистеме.
По программе цифровой трансформации электроэнергетики Минэнерго Росэнергоатом должен создать и ввести в работу прототип системы диагностики и прогнозирования состояния электротехнического оборудования АЭС. Этот важный проект позволит перейти к ремонтам оборудования по состоянию (так называемый рискориентированный подход к эксплуатации) взамен зачастую избыточных ежегодных плановых ремонтов.
Другая инициатива Минэнерго — переход с 2018 года на оценку готовности субъектов электроэнергетики к осенне-зимнему периоду (ОЗП) на основе индексов информационных потоков от АЭС и генерирующей компании.
Еще один важный проект «Цифровой сбыт». Это купля-продажа электроэнергии и теплоэнергии на оптовом и розничных рынках с использованием систем обработки больших данных и поддержки принятия решений, технологий распределенного реестра, с переходом на электронные торговые площадки и договоры на рознице, с внедрением цифрового права в отношении субъектов купли-продажи. Цифровой сбыт эффективнее обычного, поскольку снижается влияние человека на результаты купли-продажи, уменьшаются транзакционные издержки, трудозатраты на оформление договоров, а также благодаря самой актуальной аналитике поведения и платежеспособности энергопотребителей. Отношения между продавцом и покупателем энергии станут прозрачнее, а значит, повысится уровень доверия друг к другу.
Для Росэнергоатома цифровой сбыт электроэнергии на оптовом рынке будет максимально эффективен с созданием цифровых двойников на вновь введенных энергоблоках АЭС. Новые блоки приносят и максимальный вклад в выручку компании, и максимальные финансовые потери при неплановых и аварийных остановах. Эксплуатация атомной станции на основе цифрового двойника АЭС поможет выстраивать более точную работу на рынках благодаря анализу вероятностных значений отказов, прогнозов ограничений мощности станции, оценки финансовых рисков при различных режимах работы генерации и сетей.
— Цифровая экономика — инициатива, которая идет сверху, от правительства, в энергетике это тоже так?
— Действительно, цифровая трансформация во всех отраслях экономики идет в основном с одной стороны — сверху. В отчете «Глобальный энергетический переход» Мирового энергетического совета (World Energy Council) написано, что ключевым двигателем изменений в электроэнергетике является энергополитика государства. Однако в электроэнергетике «революция» также идет и снизу: потребители устали от роста цен на электроэнергию, устали от бесконечно долгого и крайне дорогого подключения к электрическим сетям. Потребители без всякой нормативной базы начинают инвестировать в распределенную энергетику.
И если все участники отрасли начали цифровизироваться и, как следствие, повышать свою эффективность, менять поведение, то оставаться в стороне от этого процесса — значит, проиграть. Из двух вариантов «ничего не делать и проиграть в будущем» или «встроиться в процесс и стать лидерами» мы, конечно, выбираем второй.
Текст и изображения Эдуард КРЫЛОВ
Цифровая трансформация энергетики по-британски
Стратегия цифровизации энергетики, разработанная Правительством Великобритании, отраслевым регулятором Ofgem и агентством Innovate UK в сотрудничестве с энергетическим сектором, устанавливает концепцию и набор политик по цифровизации энергетической системы [1].
Стратегическое видение
Цифровизация энергетического сектора имеет решающее значение для достижения нулевого уровня выбросов к 2050 году и поддержки интеллектуальной и гибкой энергетической системы. Британская стратегия энергетической безопасности, опубликованная в апреле 2022 года, подчеркивает важность гибкости для энергетической безопасности.
Будущая система с нулевым балансом выбросов будет состоять из миллионов активов, включая солнечные батареи, электромобили, тепловые насосы, аккумуляторы и другие умные потребительские устройства. Эти активы уже сегодня находятся в домах и на предприятиях, и потребность в их эффективной и надежной интеграции в энергетическую систему продолжает расти.

Увеличение количества и разнообразия участников, продуктов и услуг в энергетической системе будет означать, что существующая система должна будет измениться с учетом и внедрением практики открытых данных, цифровых стандартов и, потенциально, новых институтов. Кроме того, появление цифровой энергетической системы повлечет за собой новые вызовы, в том числе изменение операционных процессов, вопросы кибербезопасности, расширенные меры по обработке данных и уникальные проблемы с конкуренцией. Потребуются новые рынки и платформы, эффективно развернутые в энергетической сети и с наименьшими затратами. В то же время декарбонизация будет означать дальнейшее переплетение энергетики с транспортом, телекоммуникационной отраслью и другими секторами экономики. Чтобы добиться успеха, необходимо с самого начала обеспечить цифровую связь с этими секторами.
Потребители будут находиться в центре этой системы. Им необходимо будет предоставить правильную информацию, чтобы они могли выбрать подходящие тарифы и услуги, которые помогут снизить их счета и одновременно способствовать декарбонизации энергосистемы. У потребителей появится больше возможностей активно участвовать в энергетическом рынке, в том числе продавать энергию, вырабатываемую крышными солнечными панелями, или использовать интеллектуальные средства управления, чтобы перенести свой спрос на периоды дня, когда цены ниже.
Это потребует огромного шага — изменения способности системы понимать свои все более сложные энергетические потоки и реагировать на них. Успех этого поэтапного изменения зависит от оцифрованного обмена данными, который поможет ускорить, автоматизировать, планировать и прогнозировать процессы намного лучше, чем в настоящее время.
Цифровизация позволяет системе работать гибко, оптимизируя работу энергетических активов таким образом, чтобы их можно было интегрировать с наименьшими затратами для потребителей. Будет очень трудно добиться глубокой декарбонизации энергетического сектора без значительно более высокого уровня гибкости энергосистемы. По оценкам авторов документа, гибкая энергетическая система Великобритании может снизить системные затраты на 30–70 млрд фунтов стерлингов до 2050 года.
Выгоды от цифровой трансформации энергетической системы
Цифровая энергетическая система — это та система, в которой:
- Презумпция открытости данных является отраслевым стандартом;
- Данные являются адекватными, стандартизированными и совместимыми по всему сектору;
- Надлежащим образом развернуты необходимая инфраструктура, процессы, технологии и навыки;
- Соответствующие правила и предписания, затраты и выгоды, а также роли и ответственность ясны всем участникам.
Цифровая энергетическая система обеспечит значительные преимущества для декарбонизации, экономики и потребителей.
- Достижение углеродной нейтральности энергетической системы с наименьшими затратами для потребителей. Цифровизация обеспечит лучшую видимость возобновляемых источников энергии для системных операторов и поможет рынкам сигнализировать пользователям, когда использовать систему, например, вознаграждая потребителей, которые сокращают потребление в определенное время суток. Общие данные и цифровая инфраструктура лежат в основе координации всей системы и являются ключом к преодолению ее возрастающей сложности с наименьшими затратами для потребителей. Улучшенное качество данных и обмен ими также позволят гораздо лучше планировать и эксплуатировать энергетическую инфраструктуру.
- Создание справедливой сделки для потребителей. Цифровые данные будут иметь основополагающее значение для оказания помощи и поощрения потребителей к участию в управлении энергосистемой, приведут их к лучшим экономическим результатам после перехода к углеродно-нейтральной энергетике за счет предоставления более специализированных услуг, в том числе для тех, кто имеет низкий доход или уязвим. Аналитические сервисы позволят выявлять проблемы потребителей и консультировать их по соответствующим решениям, таким как тарифы и услуги.
- Стимулирование экономического роста во всех секторах. Цифровые технологии и стандарты, лежащие в их основе, будут стимулировать будущий экономический рост Великобритании. Новая экономическая активность, рабочие места, предприятия, продукты, услуги и преимущества торговли станут возможными благодаря открытию доступа к цифровой энергетической системе и ее данным для остальной экономики. Ожидается, что рынок низкоуглеродных товаров и услуг в Великобритании вырастет с 40–150 миллиардов фунтов стерлингов по состоянию на 2015 год до 0,5–1,4 триллиона фунтов стерлингов в 2050 году.
Пример цифровых энергетических практик
В рассматриваемом докладе вводится важное различие межу оцифровкой и цифровизацией. Под оцифровкой (digitisation) понимается создание или преобразование информации и данных в цифровой формат, который легко интерпретируется машинами и из которого можно извлечь аналитические выводы. А под цифровизацией (digitalisation) понимается трансформация бизнеса или отрасли путем использования цифровых технологий для улучшения ее процессов.
Для закрепления понятия цифровизации приведем пример из доклада, касающийся интеллектуальной зарядки устройств, подключенных к платформе Kaluza.

Интеграция большего количества возобновляемых источников энергии в энергетическую систему необходима Великобритании для достижения “чистого нуля” углеродного баланса. Однако времена, когда светит солнце и дует ветер, не всегда могут соответствовать периодам высокой потребности системы в электроэнергии. Такие платформы, как Kaluza, демонстрируют, как можно контролировать спрос, чтобы гарантировать, что устройства заряжаются более дешевой и экологически чистой энергией при более низком спросе в сети.
Программная платформа Kaluza предназначена для подключения к миллионам интеллектуальных устройств, таких как электромобили, электрические обогреватели и домашние аккумуляторы, принадлежащие частным потребителям, и интеллектуального управления их зарядкой.
Владельцы устройств используют мобильное или веб-приложение, чтобы сообщить Kaluza, например, когда они хотят, чтобы их электромобиль был готов к поездке. Искусственный интеллект и машинное обучение Kaluza используют эту информацию наряду с данными в режиме реального времени от устройств, рынков электроэнергии, розничных торговцев, сайтов с прогнозами погоды и системных операторов для прогнозирования потребностей электроэнергетической системы, а также оценки совокупной мощности подключенных устройств для поддержки сети.
Основываясь на этих поминутных данных, Kaluza динамически управляет устройствами, чтобы они потребляли энергию в периоды низкого системного спроса и в периоды высокой выработки электроэнергии из возобновляемых источников энергии, удовлетворяя потребности клиентов. Кроме того, Kaluza оптимизирует домашние аккумуляторы и автомобильные зарядные устройства для передачи накопленной энергии обратно в сеть, помогая снизить нагрузку на систему в часы пик и зарабатывая деньги своим пользователям.
Барьеры цифровизации
У цифровой трансформации энергетической системы существуют следующие барьеры:

- Масштаб изменений, необходимых для оцифровки энергетической системы, значителен. Это требует интеграции миллионов новых энергетических активов, каждый из которых потенциально имеет другого владельца, сотрудничества нескольких крупных, а иногда и конкурирующих организаций и новой инфраструктуры, способной не только управлять триллионами защищенных потоков данных, но и прогнозировать их. Домашние хозяйства и предприятия больше не являются пассивными потребителями, у них расширяются возможности для участия в энергетической системе. Поэтому цифровизация должна происходить таким образом, чтобы приносить пользу растущему и разнообразному кругу различных интересов. Система также находится на стыке множества других секторов, а это означает, что ее управление требует понимания многих факторов, которые выходят за рамки ее прямой компетенции. Энергетическая система становится значительно более сложной.
- Культура и стимулы. Энергетические данные более ценны в сочетании с другими наборами данных. Национальная энергетическая система Великобритании богата возможностями для объединения данных из различных сфер деятельности, включая системные активы, строительный фонд, физическую сеть, погоду, работу системы и данные из других секторов. Однако без надлежащих стимулов предприятия часто по умолчанию хранят данные для собственного использования, отказывая потребителям и другим заинтересованным сторонам в доступе и более широких выгодах, которые могут быть реализованы только при совместном использовании данных.
- Общая инфраструктура. Энергетическая система, построенная вокруг общей цифровой инфраструктуры, от наборов данных до процессов и платформ, может лучше справляться со сложностями, с которыми в настоящее время сталкивается энергетическая система, и является основой, от которой зависит улучшение качества данных, их наглядности и доступа. Общая цифровая инфраструктура будет способствовать лучшему обмену данными и их использованию.
Из более широких соображений к барьерам следует отнести еще несколько вопросов:
- Кибербезопасность и конфиденциальность данных. Энергетическая система будущего будет все больше зависеть от цифровых технологий. Расширение возможностей подключения к цифровым системам производства, передачи и распределения энергии открывает новые возможности для их использования киберпреступниками. Надежная кибербезопасность и практика обеспечения конфиденциальности данных будут иметь решающее значение для стабильности системы и придания потребителям уверенности в использовании подключенных низкоуглеродных технологий.
- Цифровая интеграция и этика данных. Данные и связанные с ними цифровые сервисы уже становятся неотъемлемой частью нашей жизни независимо от того, взаимодействуем мы с ними напрямую или нет. Поскольку цифровизация продолжается, она предоставляет возможность способствовать большей интеграции людей в общество. Управление активами данных и оцифровка продуктов и услуг — это шанс выявить и исправить социальное неравенство, чтобы способствовать большей справедливости в обращении компаний с людьми. Тем не менее, мы также признаем, что повсеместная цифровизация также несет свои риски для цифровой интеграции, и этические практики при использовании данных должны быть поняты пользователям и смягчать эти риски.
План действий
Основные направления работ по цифровой трансформации энергосистемы — следующие:
- Обеспечение лидерства и координации. Правительство Великобритании и Ofgem будут обеспечивать руководство и координацию, внедряя и продвигая совместный и партнерский подход к созданию цифровой энергетической системы, которая работает для всех, разрабатывая общее видение и согласованный подход к достижению этой цели. Осуществлять это планируется за счет того, что отраслевые регуляторы будут подавать пример, совершенствуя практику сбора энергетических данных, организуют процессы координации отраслевых изменений, будут наращивать темпы изменений, финансируя и поддерживая Целевую группу по цифровизации энергетики для определения следующих шагов и приоритетов в направлении цифровизации.
- Регулирование и политика как стимулы цифровизации. Политика Правительства Великобритании и Ofgem будет направлена на обеспечение больших и более качественных инвестиций в данные и цифровизацию, а также на координацию усилий по всему сектору. Будут внедрены стимулы для заинтересованных сторон, подталкивающие к соблюдению согласованных стандартов в отношении данных и использованию общих цифровых инструментов. Для этого предполагается придерживаться гибкой нормативно-правовой базы в отношении данных, цифровизации и дизайна рынка, работать с участниками рынка для вовлечения их в процессы цифровизации, работать с сетевыми компаниями в части упрощения сбора данных в момент регистрации энергетических активов.
- Сотрудничество с сектором для разработки цифровых инструментов и инфраструктуры. Данные должны рассматриваться как активы, а связанные с ними цифровые сервисы должны стать прозрачными и доступными для всех. Планируется изменить способ обмена энергетическими данными и создать экосистему энергетических данных, которая будет работать для всех, стимулировать создание новых сервисов и цифровых решений, в т. ч. работать с промышленностью над финансированием и разработкой инновационных общесистемных цифровых решений и архитектур, работать над поиском долгосрочного решения проблемы регистрации активов для улучшения качества и наглядности данных о маломасштабных энергетических активах.
Некоторые выводы по докладу
- Цифровая трансформация энергетики — не самоцель, а способ решения какой-то фундаментальной для отрасли проблемы. В случае с Великобританией это решение проблемы масштабного развития управления энергетической гибкостью в контексте перехода к углеродно-нейтральной энергетике. В России такой фундаментальной проблемы сейчас нет, и начавшийся было мощный поток проектов цифровизации энергетики разбился на тонкие, часто быстро высыхающие ручейки оцифровки отдельных активов и процессов. Тем не менее, цифровизация может оказаться значима в решении проблем локальных практик, где потребность в новых решениях и той же энергетической гибкости велика, например, в сфере активного потребления энергии или энергоснабжения изолированных территорий.
- Цифровизация — это не про внедрение цифровых новинок, а про трансформацию бизнеса и отрасли на основе цифровых технологий. В России цифровизация в энергетике отдана на откуп крупным энергетическим компаниям, часто — с государственным участием. Эти компании не заинтересованы и часто не имеют возможностей и внутреннего потенциала для формирования и развития новых бизнес-моделей. А малые энергетические компании и технологические компании слишком малочисленны и малозначимы для отрасли, чтобы переломить процесс. При такой конфигурации субъектов энергетического рынка шансов на цифровой прорыв не много.
- В системе управления цифровыми изменениями в энергетике Великобритании одну из ключевых ролей играет независимая некоммерческая организация Energy Systems Catapult, которая по заказу Правительства подготовила с участием экспертного сообщества рекомендации, на которых базировалась дальнейшая работа по формированию национальной стратегии и плана действия. Здесь стратегирование принципиально разнесено между независимой экспертной площадкой и государственным ведомством, что позволяет вырабатывать более перспективные и системные решения. В России выработка политики цифровой трансформации преимущественно ведется на площадке Министерства энергетики или близких государству корпоративных новообразований, таких как Ассоциация “Цифровая энергетика”. Это сужает идейное пространство выработки решений по цифровой трансформации российской энергетики.
Источники:
- Digitalising our Energy System for Net Zero: Strategy and Action Plan 2021. URL: https://www.gov.uk/government/publications/digitalising-our-energy-system-for-net-zero-strategy-and-action-plan
Автор: Дмитрий Холкин
Цифровая энергетика: словарь терминов
Цифровая энергетика — новое стратегическое направление работы для Росэнергоатома. Появляются новые проекты, связанные с цифровизацией, в обиход входят новые термины. В статье компания предлагает словарь с основными понятиями, которые станут будущим АЭС.

ЦИФРОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Новый этап развития энергетической отрасли, при котором радикально меняются отношения между потребителями и производителями электричества благодаря новым доступным технологиям: коммуникационным, информационно-вычислительным, электронным, измерительным. Повсеместно на производстве внедряются киберфизические устройства, технологии Интернета вещей, искусственный интеллект, дополненная и виртуальная реальности, проводится роботизация.
ЦИФРОВОЙ ШАБЛОН ЭКСПЛУАТАЦИИ
Совокупность информационно-аналитических систем, которые собирают данные о работе станции. В цифровой шаблон входят: АСУ ТП, автоматизированная система управления техобслуживанием и ремонтами оборудования АЭС, система поддержки и учета опыта эксплуатации, измерительные и диагностические системы АЭС. Цифровой двойник АЭС — часть цифрового шаблона.
ЦИФРОВОЙ ДВОЙНИК
Виртуальная копия АЭС, которая полностью воспроизводит работу оборудования и систем станции. Благодаря анализу данных, которые поступают с датчиков на реальной АЭС, цифровой двойник способен прогнозировать будущее состояние оборудования, включая возможные неплановые остановы.
ЭНЕРГОАУДИТ, ИЛИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ
Оценка на предприятии всех аспектов деятельности с точки зрения затрат на топливо, энергию различных видов, потребление воды и т.д.
ЭНЕРГОМЕНЕДЖМЕНТ
Управление энергопотреблением на предприятии или организации, позволяющее снизить объемы энергозатрат или повысить эффективность их использования без ухудшения качества основного бизнеса, производства продукции, оказания услуг.
ЦИФРОВАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ
Переход от настоящего технологического и экономического состояния Единой энергетической системы России к состоянию, в котором кардинально возросли надежность и эффективность функционирования всей системы, доступность подключения к сети и выбора поставщика электроэнергии, прозрачность ценообразования, без роста цены кВт.ч для конечного потребителя выше роста инфляции. Предполагается, что цифровая трансформация в энергетике России, или цифровой переход в электроэнергетике, завершится к 2030 году.
ТЕХНОЛОГИИ РАСПРЕДЕЛЕННОГО РЕЕСТРА, ИЛИ BLOCKCHAIN
База данных, которая одновременно хранится на множестве компьютеров, соединенных друг с другом. Эта технология позволяет проводить транзакции между участниками единой сети. При этом участники осуществляют транзакции напрямую между собой без привлечения сторонних посредников.
УМНЫЕ КОНТРАКТЫ (SMART-КОНТРАКТЫ)
Компьютерная программа, которая контролирует исполнение обязательств по договорам. Обычно, чтобы заключить любую сделку, нужно обратиться к нотариусу или адвокату, оплатить документы и ждать их оформления. Smart-контракты позволяют безопасно обмениваться деньгами, акциями, собственностью и другими активами напрямую, быстро и без участия посредников. Smart-контракты либо непосредственно исполняют условия договора (включая списание средств по договору со счета заказчика), либо отслеживают исполнение существенных условий договора. Иногда их называют «самоисполняющиеся договоры». Smart-контракты стали известны с появлением технологии blockchain и криптовалюты, но могут быть реализованы без этой технологии и на основе расчетов в рублях.
«УМНЫЙ ДОМ»
Система, которая связывает все электроприборы, например бытовую технику в доме, и управляет ими без участия человека. Так, наладив совместную работу техники, можно повысить эффективность использования электричества или снизить его потребление. Внедрением технологии «Умный дом» занимается дочерняя компания Росэнергоатома Атомэнергосбыт.
Цифровая электроэнергетика

Источник
«Кстати, благородные доны, чей это вертолёт позади избы?».
(Братья Стругацкие. «Трудно быть богом»)
Мы привыкли говорить о цифровизации применительно к системам связи, но с развитием информационных технологий этот процесс охватил и многие другие отрасли. Первая индустриальная революция произошла, когда в конце XVIII века ручной труд начали широко заменять машинами. Вторая революция произошла в начале XX века, когда Генри Форд придумал конвейер. В настоящее время мир переживает третью революцию, связанную с цифровизацией, и любое производство будет со временем управляться компьютерными программами, которые могут размещаться где-нибудь в «облаках». Хотя и с опозданием, этот процесс добрался и до электроэнергетики. Когда-то это должно было случиться… Об этом сегодня и предлагаю поговорить.
Текущие проблемы электроэнергетики хорошо известны и в чём-то близки проблемам, с которыми в своё время пришлось столкнуться и в ИКТ-отрасли. К ним относится моральное и физическое старение всего парка работающего оборудования (более 50 % активов сетей единой национальной энергетической сети имеют сверхнормативный срок эксплуатации — более 25 лет, а износ российских электроэнергетических систем по разным данным составляет от 50 до 70 %), преобладание импортных поставок систем управления и автоматизации предыдущего поколения (80 % инвестиций идёт в развитие зарубежных технологий и поставку устаревших решений) и сокращение национальной инвестиционной программы.
Энергетической отрасли жизненно необходима модернизация на базе интеллектуальных систем с целью повышения эффективности и снижения капитальных и операционных затрат. К тому же на трансформаторах, линиях электропередачи и сооружениях много не сэкономишь — согласно законам физики передаваемые мощности требуют соответствующего «железа». Поскольку эксперименты Н. Тесла столетней давности по беспроводной передаче электроэнергии с помощью башни Wondercliff так и не были завершены (хотя интерес к ним в последнее время вновь появился), столь эффектная в области связи «беспроводка» у электроэнергетиков пока не получается.
Немного об электроэнергетике
Электроэнергетические сети в чём-то похожи на сети связи — они имеют магистральные и распределительные участки с различными рабочими напряжениями и структурой «звезда» или «кольцо». В качестве сетевых узлов выступают подстанции, в которых происходит преобразование напряжения передаваемой электроэнергии. Важнейшая особенность любой электроэнергетической системы заключается в том, что производство электроэнергии, её распределение и преобразование в другие виды энергии осуществляются практически в один и тот же момент времени. Другими словами, сегодня электроэнергия практически нигде не аккумулируется (проекты создания сетевые накопителей электроэнергии находятся в разработке), и вся система работает в режиме on-line. Все элементы системы взаимно связаны и взаимодействуют, а энергия, произведённая в системе, всегда равна энергии, в ней же потреблённой. Здесь можно заметить, что в отличие от ИКТ-отрасли, которая прошла огромный путь, чтобы в отличие от почтовой связи иметь возможность иметь всю передаваемую информацию в режиме on-line, электроэнергетика изначально работала в данном режиме, и мечты её специалистов направлены на то, чтобы научить свои сети работать в режиме off-line.
Ещё одна особенность тесно связана с гигантской совокупностью разнообразнейших потребителей в единой сети, что резко повышает актуальность обеспечения надёжности работы энергосистемы и требует создания в энергетических системах достаточного резерва мощности во всех её элементах.
Относительная быстрота протекания переходных процессов, связанных с короткими замыканиями, включениями и отключениями, качаниями, нарушениями устойчивости, требует обязательного применения специальных автоматических устройств. Подобные устройства, часто весьма быстродействующие, должны обеспечить надлежащую корректировку переходных процессов в системе. Правильный выбор и настройка всех этих автоматических устройств, к которым относятся аппараты защиты от перенапряжений, установки релейной защиты, автоматические регуляторы, автоматические выключатели ит. п., немыслимы без учёта работы всей системы как единого целого. Всё это способствует широчайшему внедрению автоматики в энергетических системах и полной автоматизации отдельных электростанций и подстанций. И от этой автоматики (помимо систем связи, разумеется) зависит сегодня благосостояние каждого развитого государства.
Управление
Указанные выше задачи решаются созданием автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП). В её рамках собирается первичная информация по всем параметрам технологических процессов, решаются задачи метрологического обеспечения, выполняются процедуры прямого регулирования и дистанционного управления оборудованием. Данная система является источником информации для верхних уровней управленческой структуры (диспетчерский пункт, центр управления) и во многом определяет эффективность управления всей энергетической системой.
В целом АСУ ТП подстанции интегрирует в себе подсистему релейнозащитной автоматики (РЗА), противо-аварийной автоматики (ПА), автоматизированную информационно-измерительную систему коммерческого учёта электроэнергии (АСКУЭ), регистраторы аварийных событий (РАС), систему мониторинга и диагностики силового оборудования, систему определения места повреждения (ОМП) кабеля, системы сбора и передачи оперативной и неоперативной технологической информации, системы контроля качества электроэнергии, инженерных и вспомогательных систем и др.
Интересно, что технологии, до сих пор массово применявшиеся для мониторинга и управления в электроэнергетике, находились на уровне развития телефонной связи 30-х годов прошлого века: аналоговые каналы с медными проводами от каждого из множества датчиков до целой армии реле и индикаторов. Кроме того, всё это материало- и энергоёмко, что снижает надёжность, затратно и негибко при проектировании, неэффективно при масштабировании и модернизации и, кроме того, требует много персонала при эксплуатации. Остаётся добавить, что электроэнергетика, основанная на устаревших принципах мониторинга и управления, сама по себе может представлять угрозу для государства.
Цифровые идеи
В целом в отличие от ИКТ в электроэнергетике процесс цифровизации находится в начальной стадии. Несмотря на то, что тенденция перехода на цифровые технологии в системах сбора и обработки информации, управления и автоматизации подстанций наметилась ещё более 15 лет назад, первая в мире цифровая подстанция была запущена лишь в 2006 г. Тем не менее, сегодня практически все ведущие компании-производители электроэнергетической отрасли активно работают в данном направлении, учитывая положительный опыт ИКТ-отрасли. Тем более, что телекоммуникации являются основой систем мониторинга и управления в любой другой отрасли экономики. К тому же цифровизация, окончательно победившая в начале XXI веке в ИКТ, подняла на новую высоту не только отрасль связи, но все отрасли, которые сумели этим воспользоваться.
Инновационное развитие электроэнергетики сегодня характеризуется объединением электросетевой и информационной инфраструктур в узлах сети — цифровых подстанциях. Цифровая подстанция (ЦПС) — элемент активно-адаптивной (интеллектуальной) электросети с системой контроля, защиты и управления, основанной на передаче информации в цифровом формате. Технология ЦПС позволяет удешевить строительство подстанций, уменьшить их габариты, повысить надёжность и, в конечном счёте, повысить качество энергоснабжения потребителя, не увеличивая стоимость. Это в свою очередь, даёт повышение помехоустойчивости, сокращение количества оборудования, цепей вторичной коммутации и экономию площадей. ЦПС можно быстрее строить и проще выработать типовые проекты для тиражирования. В настоящее время на планете сотни ЦПС, установленных в Китае, США, Канаде и других странах.
С появлением первых микропроцессорных релейных устройств защиты информация от них стала также интегрироваться и в системы АСУ ТП. Постепенно количество устройств с цифровыми интерфейсами увеличивалось (противоаварийная автоматика, системы мониторинга силового оборудования, системы мониторинга щита постоянного тока и собственных нужд и т. д.). Вся эта информация от устройств нижнего уровня интегрировалась в АСУ ТП по цифровым интерфейсам. Однако, несмотря на повсеместное использование цифровых технологий для построения систем автоматизации, подобные подстанции не являются в полной мере цифровыми, так как вся исходная информация, включая состояния блок-контактов, напряжения и токи, передаётся в виде аналоговых сигналов от распределительного устройства в оперативный пункт управления, где оцифровывается отдельно каждым устройством нижнего уровня (всё это даже увеличивает стоимость подстанции, так как требует установки большого числа АЦП). Например, одно и то же напряжение параллельно подаётся на все устройства нижнего уровня, которые преобразовывают его в цифровой вид и передают в АСУ ТП. На традиционных подстанциях различные подсистемы используют различные коммуникационные стандарты (протоколы) и информационные модели. Для функций защиты, измерения, учёта, контроля качества выполняются индивидуальные системы измерений и информационного взаимодействия, что значительно увеличивает как сложность реализации системы автоматизации на подстанции, так и её стоимость. Ну а если учесть, что исторически информация от всей автоматики шла по отдельным медным кабелям, и таких подстанций было построено многие тысячи, то можно представить себе объём, извините за выражение, «аналогового железа».
Переход к качественно новым системам автоматизации и управления оказался возможен при появлении новых стандартов и технологий ЦПС, к которым, прежде всего, относится специально разработанный стандарт МЭК 61850. В отличие от других, он регламентирует не только вопросы передачи информации между отдельными устройствами, но и вопросы формализации описания схем — подстанций, защиты, автоматики и измерений, конфигурации устройств. В указанном стандарте предусматриваются возможности использования новых цифровых измерительных устройств (в том числе с цифровым оптическим выходом) вместо традиционных аналоговых измерителей (трансформаторов тока и напряжения). К примеру, цифровые измерительные трансформаторы передают мгновенные значения напряжения и токов по протоколу МЭК 61850-9-2 устройствам уровня присоединения. В итоге ИТ позволяют перейти к автоматизированному проектированию ЦПС, управляемых цифровыми интегрированными системами, и здесь будут аналогии с системами управления из ИКТ-отрасли.
Все информационные связи на ЦПС являются цифровыми и образуют единую шину процесса. Это открывает возможности быстрого и прямого обмена информацией между устройствами, что в конечном итоге позволяет отказаться от массы медных кабельных связей, отдельных устройств, а также добиться более компактного их расположения. Итак, главная особенность ЦПС состоит в том, что все её вторичные цепи — это цифровые каналы передачи данных, образующие единую информационную сеть (сеть передачи данных).
Таким образом, основой ЦПС является единая телекоммуникационная инфраструктура, выполненная на базе современных технологий. Основная идея, заложенная в идеологию ЦПС, — осуществлять мониторинг всех процессов как можно ближе к источникам информации, передавать полученные данные во все подсистемы посредством волоконно-оптических линий связи и виртуализировать большинство функций, выполняемых на подстанции. Таким образом, все измерительные устройства становятся источниками информации, а все встроенные интеллектуальные электронные устройства — её потребителями.
В свою очередь, устройства автоматизации превращаются просто в компьютеры со специализированным ПО, а система защиты и управления ЦПС — в набор логических программных модулей с различным функционалом и новым уровнем защищённости. В результате виртуализированная ЦПС размещается на сервере и собирается из программных модулей РЗА, ПА, РАС, АСКУЭ и пр. как большой бутерброд или как матрёшка. Процесс проектирования также переходит и в область компьютерных программ. Общим итогом всей этой деятельности является замена разнофункциональных аналоговых систем единым сервером со специализированным ПО, включающем в себя профильные программные модули. С целью повышения надёжности сервер изготавливается в защищённом исполнении и дублируется для «горячего резерва». Таким образом, считается, что ЦПС позволяет повысить уровень безопасности электроэнергетических объектов, получить существенное снижение металлоёмкости, уменьшить число элементов в системах управления и мониторинга с одновременным повышением эффективности их работы, повысить уровень надёжности и наблюдаемости, а также минимизировать затраты на инжиниринг и наладку.
Что дальше? Дальше будет логичным переход от рынка аппаратных платформ к рынку ПО и к «облачным» решениям. Правда, они должны обладать соответствующей защитой и от «дурака» и от «отнюдь не дурака», поскольку возможные последствия отсутствия такой защиты для единой энергетической системы страны нетрудно себе представить. То есть внедрение ЦПС может представлять своего рода угрозу для государства, но каков век, таковы и угрозы. Можно, к примеру, подключить всю систему управления энергосетями страны к Интернету, а потом героически бороться с угрозами. Вот, к примеру, военные во всём мире уже давно поняли, что подключать всё подряд к Интернету совсем не обязательно. Зато в 2014 году на конференции по информационной безопасности, проходившей в Международном союзе электросвязи (МСЭ) в Женеве довелось слышать, как представитель одной африканской страны хвалился системой управления национальной энергетикой, поставленной одним американским поставщиком, которая может управляться из любой точки мира. Мысленно многие участники конференции пожелали ему успеха.
В настоящее время во всём мире выполнено уже много проектов, связанных с применением стандарта МЭК 61850, показавших преимущества данной технологии. Вместе с тем ряд вопросов ещё требует дополнительных разработок. Это относится к надёжности цифровых систем, к вопросам конфигурирования устройств на уровне подстанции и энергообъединения, к созданию общедоступных инструментальных средств проектирования, ориентированных на разных производителей.
Преимущества
Для сравнения «прошлых» и новых технологий можно привести примерные расчёты для оборудования «традиционной» подстанции и аналогичной по задачам ЦПС. В первом случае потребуется 150 км медного кабеля, 100 шкафов автоматического управления, 900 м2 площади, а общие затраты на оборудование и монтаж — около 400 млн. руб. Второй вариант требует 15 км волоконно-оптического кабеля, три шкафа защиты и управления (двойное резервирование того самого сервера), 150 м2 площади и общие затраты — около 160 млн. руб. Ну а если учесть, что с дистанционным мониторингом и всем прочим в ЦПС может управиться один оператор с планшетным ПК, нетрудно представить и общую выгоду по капитальным и операционных инвестициям. На одном цветном металлоломе можно неплохо заработать.
Снижение эксплуатационных расходов получится и за счёт перевода объектов в разряд «необслуживаемых», а также их унификации и стандартизации. Кроме того, появится способность систем оперативно адаптироваться к изменяющимся условиям, повысить надёжность и безопасность за счёт обеспечения прозрачности используемых алгоритмов. Не менее легко представить и «облако», из которого управляется целая группа ЦПС, а то и вся система энергетики. То есть налицо воистину огромный простор для разработчиков и поставщиков, что, заметим, в целом не является какой-либо новостью для специалистов ИКТ-отрасли.
Немного о проблемах
Разумеется, есть и проблемы. Прежде всего, ещё не утверждены стандарты, по которым должна проектироваться и которым должна соответствовать ЦПС, нет соответствующего метрологического обеспечения, в которое до сих пор заложены «традиционные» аналоговые измерения, нет и соответствующим образом обученного персонала. Нет даже устоявшегося определения ЦПС.
А вот как отнесутся, к примеру, специалисты в области РЗА, инструкции которых воистину «написаны кровью», к тому, что на подстанцию будут иметь доступ «какие-то айтишники»? – Пусть, мол, они разберутся хотя бы с информационной безопасностью в других местах планеты. Очевидно, что «новые айтишники» должны быть соответствующим образом подготовлены или даже переучены из «релейщиков». Проблема в том, удастся ли их переучить, — ведь многим из них уже немало лет. Да что там «релейщики», весь остальной персонал, вплоть до высшего менеджмента, тоже должен «сменить голову» и мыслить новыми цифровыми реалиями. То есть кадровый вопрос при цифровой модернизации электроэнергетики отнюдь не последний.
Сегодня в России активно ведётся работа по развитию технологии ЦПС, запущен ряд пилотных проектов, ведущие российские компании приступили к разработке соответствующих отечественных продуктов и решений. Остаётся пожелать, чтобы руководство отрасли с пониманием отнеслось к этим работам и опиралось на отечественных производителей (в том числе и в области ПО) и подтолкнуло процесс цифровой стандартизации. Но, однако, не одной только ЦПС ограничивается сегодня модернизация электроэнергетики.
Интеллектуальная сеть
Интеллектуальные сети встречаются не только в ИКТ-отрасли. Если создать электросеть, которая собирает информацию от всех потребителей и производителей энергии и на её основе перераспределяет потоки мощности, то можно направить их туда, где дефицит, и накапливать там, где есть избыток. В таком случае каждый потребитель энергии в любой момент может стать её поставщиком. Подобная технология уже разрабатывается и называется SmartGrid, а сети на её основе называются активно-адаптивными сетями (из-за того, что у сети появляются элементы, активно меняющие свои параметры в зависимости от изменяющегося режима потребления). Как мы уже знаем, важнейшим элементом таких сетей являются ЦПС.
SmartGrid предполагает создание саморегулирующейся электроэнергетической системы, которая, обладая всей текущей информацией о состоянии сети и потреблении, будет распределять текущие энергетические ресурсы, полученные как от промышленных производителей, так и от частных пользователей. При этом излишек энергоресурсов будет накапливаться в специальных хранилищах и использоваться в периоды пиковых нагрузок. Иначе говоря, энергетическую систему будущего можно рассматривать как одноранговую сеть, весьма похожую на Интернет, в которой потребители наравне с поставщиками электроэнергии станут активными участниками процесса распределения и потребления электроэнергии. Как и в Интернете, повышение эффективности работы всей системы осуществляется за счёт децентрализации функций генерации и управления потоками электроэнергии и информации в энергетической системе, а также благодаря снижению затрат на организацию системы передачи электроэнергии, оперативного устранения неисправностей и возможности передачи электроэнергии и информации в двух направлениях.
Сегодня концепция SmartGrid рассматривается во многих странах в качестве начала масштабного перехода к возобновляемым источникам энергии (ВИЗ) в лице солнца, ветра и воды, хотя сам подход к этой концепции может несколько отличаться. Повсеместное аккумулирование излишков энергии может стать драйвером роста водородной энергетики и электротранспорта. К примеру, Калифорния намерена к 2020г. генерировать 12000 МВт с помощью ВИЗ на местных электростанциях. По данным Pike Research, к этому времени региональным драйвером SmartGrid станет Китай, а общемировой объём соответствующего рынка составит свыше 70 млрд долларов США. Но, правда, надо ещё уметь создавать такие аккумуляторы и перенаправлять потоки электроэнергии.
Сегодня, как мы все знаем, у нас нет выбора в поставщике электроэнергии несмотря на утверждения отдельных «великих реформаторов» о наличии так называемого рынка электроэнергии. А вот в SmartGrid потребитель имеет возможность оптимизировать график загрузки своих мощностей для минимизации затрат, а также получения дохода от своей персональной электростанции. Так что когда-нибудь в дополнение к планируемым Правительством РФ социальным нормам электропотребления у нас, возможно, появятся и многотарифные счётчики электроэнергии от разных поставщиков.
Однако не всё так просто. Концепция SmartGrid, конечно, красивая, но чтобы реализовать всё вышесказанное, электроэнергетикам потребуется разработка новых технологий по самым разным направлениям, к которым специалисты относят создание интеллектуальных измерительных приборов (SmartMetering), развитие компонентов электрической сети и устройств управления потоками мощности, развитие систем накопления энергии (аккумуляторы, водородное топливо, суперконденсаторы, ГАЭС и т. п.), развитие распределённой энергетики и создание интеллектуальных сетей регулирования спроса.
Кое-что уже появляется буквально на наших глазах. Не так давно учёные Дальневосточного федерального университета и института Автоматики и Процессов управления ДВО РАН создали уникальный метод диагностики высоковольтного оборудования в режиме on-line на основе анализа спектров его собственного электромагнитного излучения. Изобретение обладает рядом несомненных преимуществ перед традиционными методами диагностики. Отсутствует необходимость отключать оборудование, информация о появлении и развитии дефекта немедленно появляется в электромагнитном излучении, нет необходимости разрабатывать специальные приборы для регистрации и обработки информации. И самое важное — дефект фиксируется на самой ранней стадии его появления и развития. Изобретение защищено десятью патентами и не имеет мировых аналогов. Остаётся добавить, что оно так и «просится» в состав ЦПС.
Предстоящая дорога
На сегодняшний день широкому внедрению инноваций в электроэнергетике по обыкновению препятствуют несовершенство законодательства, недостаточное финансирование и настороженное отношение ко всему новому. Вот, к примеру, в Китае законодательно закреплено, что все новые подстанции должны строиться только в виде ЦПС, в США и Европе значительное число подобных объектов уже находится в опытно-промышленной эксплуатации для наработки опыта и перехода к данной технологии. В России такой практики пока нет, но, вроде бы, уже есть «концептуальные мысли». Есть и пилотные проекты ЦПС, которые, кстати, по производимому драматическому эффекту весьма походят на севший посреди деревенских изб вертолёт. Кто-то удивится и пойдёт дальше запрягать телегу, кто-то заинтересуется и подойдёт поближе, а кто-то, перекрестившись, уйдёт обратно в избу и полезет на печь. Ну а надежда, как всегда, на инноваторов.
Автор публикации:
Александр ГОЛЫШКО, системный аналитик ГК «Техносерв»
- цифровизация
- электроэнергетика
- техносерв
- SmartGrid
- цифровая подстанция