Электроэнергетика стремительно меняется, это обусловлено глобальным ростом потребления энергии, замещением традиционной генерации возобновляемыми источниками энергии, переходом на электрический транспорт и растущим трендом на цифровизацию электрических сетей.

Стали актуальными такие перспективные направления, как технологии накопления энергии, микроэнергосистемы, интеллектуальные системы учета, управления и защиты, технологии силовой электроники и электротехники, применение новых материалов и физических принципов (в частности, высокотемпературной сверхпроводимости) для создания инновационных систем распределения электрической энергии.

Лидерство по внедрению инноваций

Все инновации так или иначе направлены на обеспечение надежного энергоснабжения потребителей.

«В 2020 году ПАО «Россети» заключило с Правительством РФ соглашение по развитию в РФ высокотехнологичной области «Технологии передачи электроэнергии и распределенных интеллектуальных энергосистем», — рассказал заместитель главного инженера ПАО «Россети» Григорий Гладковский в ходе форума «Открытые инновации-2021». — В 2021 году создана методология, утверждена дорожная карта по реализации этого соглашения и определены четыре продуктовых направления.

Они включают системы накопления энергии, ВИЭ, распределенную генерацию, технологии микрогридов или малые энергосистемы. Интеллектуальные системы учета электроэнергии, которые плавно переходят в системы интеллектуального управления. Технологии передачи электроэнергии с использованием методов высокотемпературной сверхпроводимости, технологии передачи на постоянном токе среднего напряжения.

Интересной темой, по мнению Григория Гладковского, стала и передача энергии волновым методом по одному проводу с использованием трансформаторов Тесла.

Перечень технологий сформирован исходя из актуальных трендов международного опыта, научно-технических заделов в России. И основной задачей является обеспечение надежного и качественного энергоснабжения, вклад в которое должна внести дорожная карта.

Глобально и локально

«За последние 15–20 лет в мировой электроэнергетике происходит бурная трансформация, в частности, существенно увеличиваются вложения в фундаментальное развитие, прикладные разработки. Это обусловлено глобальными факторами, как то масштабное внедрение ВИЭ, распространение устройств силовой энергетики как в генерации, так и у потребителя, активное внедрение информационно-коммуникационных технологий, технологий активного управления электросетью, внедрение систем накопления энергии и значительная децентрализация энергосистемы», — сказал директор департамента Минэнерго РФ Сергей Романов.

Как известно, ведущими партнерами «Россетей» по развитию высокотехнологичной области являются компании РОСНАНО и «Росатом».

«Мы — участники этой дорожной карты и, несмотря на ограничения, вызванные пандемией, мы продолжаем наращивать свои компетенции, — прокомментировал руководитель проектного офиса АО «Атомэнергопром» Андрей Масько. — Три направления, которые входят в дорожную карту, реализуются сейчас: системы накопления энергии на основе литий-ионных аккумуляторов, силовая электротехника и системы передачи и использования электроэнергии (куда включены технологии высокотемпературной сверхпроводимости) и технологии передачи на постоянном токе.

И совсем инновационное направление — новое поколение высоковольтных проводов с применением композитных материалов. Нам особенно удается направление системы накопления энергии. С 2019 года мы совместно с «Россетями» внедряем пилотные проекты по накопителям энергии, которыми оснащаются районные сети энергоснабжения, — они уже есть в Белгородской и Владимирской областях. Помимо этого, тоже в пилотном варианте наши решения работают в 14 областях и 2 республиках Центрального и Приволжского ФО.

Еще одним успехом стала реализация крупного проекта «Малый коммерческий диспетчер» — интеллектуальный накопитель энергии мощностью 300 кВт. Проект внедрен на нашем предприятии — «ЗиО-Подольск». Основной его целью было применение совокупных решений — накопитель, программное обеспечение, силовое оборудование. Коммерческая диспетчеризация с применением интеллектуальной системы обеспечивает для потребителя оптимизацию суточного графика энергопотребления и снижение платежей за мощность от энергоснабжающей организации. Особенность системы — в постоянном совершенствовании алгоритмов на базе методов машинного обучения».

В планах «Атомэнергопрома» — строительство завода на территории РФ по выпуску литий-ионных ячеек и систем накопления на их базе. Производственная мощность завода — не менее 3 ГВт в год с возможностью расширения до 12 ГВт. Первая линия планируется к запуску в 2022 году.

Новые профили

Мировая энергетика сталкивается с изменениями профилей для использования электроэнергии. Причина этого — масштабное внедрение ВИЭ в рамках энергоперехода. Непостоянство ВИЭ по выработке электроэнергии, из-за чего накопители стали играть важную роль, и развитие электротранспорта, который тоже создает нагрузку на энергосистему в пиковых потреблениях. Об этом рассказал старший управляющий директор УК «РОСНАНО» Алексей Тихонов.

«Проекты в области повышения эффективности генерации, передачи и потребления энергии находятся в фокусе внимания всего инвестиционного сообщества. Мы тоже инвестируем в такие направления, — сказал Алексей Тихонов. — Одним из таких направлений являются системы накопления энергии, у группы компаний РОСНАНО есть все возможности для того, чтобы производить разные накопители — на основе литий-ионных аккумуляторов, решений на основе проточных батарей, гибридных решений, сочетающих в себе разные технологии. Мы сотрудничаем с ведущими технологическими центрами — МФТИ, МИСИС, Институтом РАН.

Мы поставили в сектор генерации накопители для ВИЭ, сделав это практически первыми в стране. Две системы накопления энергии от компании «Лиотех» установлены на Бурзянских солнечных электростанциях компании «Хэвел» в Башкортостане (проект 2018 года, когда была поставка 14 контейнеров с литий-ионными аккумуляторами общей емкостью порядка 8 МВт•ч). В 2021 году были поставлены накопители для «РусГидро» — на гибридную СНЭ, с использованием литий-ионных и проточных накопителей для генерации Дальнего Востока. В 2021 году у нас началось тесное взаимодействие с «Россетями» — мы сдали в эксплуатацию 17 накопителей, они предназначены для социально-значимых объектов. Эти пилотные проекты позволяют сделать выводы об эффективности использования накопителей, разработать методологию для их внедрения и снять ряд проблем с поставкой качественной энергии. На основе этих пилотов мы создаем портфель перспективных разработок.

В 2022 году мы внедрим еще несколько проектов: сейчас идет активная фаза еще шести крупных накопителей для решения принципиально новых задач, в частности, на крупных электросетевых объектах — напряжением 6/10 кВ, будем экспериментировать по оптимизации тарифа на потребление электроэнергии — так называемый кейс для потребителей, и будем заниматься энергоснабжением удаленных потребителей. К слову — мы видим большой потенциал накопителей в области энергообеспечения электротранспорта».

Как известно, 522-е Постановление Правительства дало огромный толчок развитию интеллектуальных систем учета энергии. Построение этих систем и установка приборов учета с функцией передачи данных, не только показаний, но и других характеристик, несет в себе множество плюсов. Один из них — выполнение требования закона: снять финансовые нагрузки с населения и переложить ответственность за установку приборов учета на их владельцев. Как рассказал главный эксперт ИНТЕР РАО Дмитрий Зарецкий, на этом плюсы не заканчиваются.

«Уже сейчас большая часть систем ИСУ построена — порядка 4 млн приборов учета объединены в интеллектуальные системы, а под действие закона попадет более 80 млн приборов. Первое преимущество с точки зрения сетевых компаний — это информация о состоянии оборудования, потому что приборы дают информацию о качестве оборудования, включая события, которые поступают непосредственно при возникновении тех или иных аварийных ситуаций. Эта информация может использоваться в рамках систем предиктивной диагностики о принятии решений о тех или иных вопросах восстановительного или ремонтного параметра. Горизонтальная интеграция этих систем позволяет анализировать абонентов, их структуру потребления, сравнительный анализ, а это дает возможность предлагать и рекомендовать абонентам использовать другие тарифы, иные варианты использования и распределения своей собственной нагрузки, что существенно снизит нагрузку на сеть и сокращает денежные средства, которые тратит потребитель».

По словам Алексея Тихонова, объединение данных в единой системе позволит энергетикам подключать технологии big date для анализа потребления и определенных предположений о планируемых объемах потребления в разных регионах РФ.

О крупнейших проектах, а также о том, какие «подводные камни» сопровождают инновации в электросетевом комплексе, читайте в следующем номере «ЭПР».