Процессы производства и потребления электроэнергии разделены во времени и пространстве, что неизбежно приводит к усложнению энергосистем. Важными факторами являются надежность энергоснабжения, доступная цена, устойчивость систем и эффективность использования ресурсов. О том, как можно удовлетворит все эти требования, – в материале на сайте компании «Сименс».
На саммите G7, проходившем в 2015 году в городке Эльмау на юге Германии, перед мировым сообществом была поставлена цель: достичь полной декарбонизации к 2100 году. Для этого необходимо отказаться от ископаемого топлива и использовать электричество в качестве универсального энергоносителя. Ясно, что это серьезный вызов для экономик всех стран, требующий, в первую очередь, кардинальных изменений энергетических систем.
Задача усложняется тем, что население Земли продолжает расти, и вместе с ним растет потребность в энергии и электричестве. Согласно отчету инициативы ООН «Устойчивая энергетика для всех», более миллиарда человек во всем мире сегодня живут без доступа к электроэнергии. При этом, по оценкам ООН, к 2040 году население планеты должно увеличиться почти на 2 миллиарда человек.
Спрос на электроэнергию растет во всем мире: к 2040 году эксперты прогнозируют увеличения ее выработки примерно на 80%. И речь идет не только об отложенном спросе в развивающихся странах и странах с переходной экономикой, но и об увеличении спроса на электроэнергию в промышленно развитых странах, в частности, вследствие развития информационных и коммуникационных технологий. Декарбонизация промышленности и транспорта также внесет значительный вклад в увеличение потребности в электроэнергии (переход с газа на водород, электромобили и т.д.) При этом к устойчивым энергосистемам предъявляются серьезные требования: надежность поставок, ценовая доступность, защита климата и эффективность использования ресурсов.
Выводы очевидны: человечеству нужна экологичная электроэнергия, при генерации которой максимально используются возобновляемые источники. Очевидно, что отказ от ископаемого топлива и централизованных систем с небольшим количеством электростанций и переход к децентрализованным системам с большим числом возобновляемых источников энергии, таких как ветровые турбины и солнечные панели, не произойдет в одночасье. Помимо урегулирования политического и экономического аспектов, столь кардинальные изменения требуют решения серьезных технических задач. Процессы производства и потребления электроэнергии разделены во времени и пространстве, что неизбежно приводит к усложнению энергосистем. И чем больше децентрализованных устройств интегрируется в энергосистему, тем больше вызовов возникает.
Например, количество действий, предпринимаемых сетевыми операторами с целью стабилизации энергосистемы Германии, в последние годы значительно возросло. По словам оператора TenneT, в 2003 году для поддержания стабильности энергосистемы инженеры вмешивались в систему управления сетями не более двух раз в год. С наступлением энергетической революции, число таких вмешательств возросло до 1 024 в 2011 году, а в 2015 году составило уже 6 325.
Преобразования энергетической системы определяют три мировых тренда: декарбонизация, децентрализация и цифровизация. Так, если говорить о декарбонизации, общая обеспокоенность загрязнением окружающей среды и глобальными климатическими изменениями, а также принимаемые в этой связи политические решения и предписания заставляют производителей энергии переходить с ископаемых на возобновляемые источники – прежде всего, ветер и солнце.
Декарбонизация, децентрализация, цифровизация
Параллельно с декарбонизацией развивается вторая тенденция – децентрализация. Уходит в прошлое классическая энергосистема, объединяющая несколько крупных электростанций и централизованную систему передающих и распределительных сетей. Переход к новой системе экологичного энергоснабжения с использованием большого количества возобновляемых источников в комбинации с накопителями энергии и крупными электростанциями, все еще необходимыми для обеспечения стабильного электроснабжения, требует совершенно иного подхода. Растущее число производителей энергии заставляет полностью реорганизовать управление энергосистемой.
Эффективное управление сложной энергосистемой возможно только при условии, что электрические сети станут более интеллектуальными и будут широко использовать возможности цифровизации. Кардинальные изменения, происходящие в энергетических системах, требуют от современных электросетей умения гибко управлять двунаправленным потоком энергии и компенсировать колебания мощности. Обеспечение оперативного регулирования энергопотоком и повышения гибкости сетей (быстрый запуск электростанций, интеграция накопителей энергии, переключаемые нагрузки и т. п.) создает дополнительные проблемы. Как энергосистема в целом, так и ее отдельные компоненты должны по-прежнему оставаться абсолютно надежными. С целью оптимизации работы энегосети и создания надежной основы для последующего развития всей инфраструктуры, Smart Grids (или интеллектуальные сети) используют IT-системы, позволяющие комбинировать различных производителей и потребителей энергии. Фрагментация приводит к разрушению ранее четко очерченных границ – как для системы в целом, так и для отдельных процессов внутри нее. Из широкого круга новых участников рынка и поставщиков услуг формируются новые сети производителей и потребителей и, как следствие, возникают совершенно новые бизнес-модели торговли энергией.
От Big Data — к Smart Data
Переход на децентрализованные энергосистемы приводит к увеличению объема данных. Чем больше участников задействовано в системе, тем больше данных генерируется. Одной только оцифровки данных недостаточно для их интеллектуальной оценки и эффективного использования. Необходимо привлекать современные методы анализа. Преобразование Big Data (Большие Данные) в Smart Data (Умные Данные) открывает новые, более широкие перспективы. Цифровые сервисы оптимизируют процесс выработки электроэнергии, способствуя тем самым росту производительности и, в конечном итоге, увеличению прибыльности.
На протяжении более 170 лет концерн Siemens последовательно внедрял технические инновации в энергетике и сумел завоевать уважение и доверие своих партнеров – ведущих энергетических и промышленных компаний во всем мире. При этом Siemens делает упор на инновации и технологии, которые способствуют увеличению рыночной стоимости его клиентов.
Специалисты Siemens анализируют конкретные требования к энергосистемам и разрабатывают индивидуальные решения, отвечающие потребностям клиента по всей цепочке преобразования энергии. Портфолио Siemens включает различные технологии и ноу-хау, позволяющие экономить ресурсы и вносить вклад в защиту климата. Для обеспечения экономически эффективного и надежного энергоснабжения сегодня и завтра, Siemens предлагает широкий спектр современных физических и цифровых продуктов, услуг и решений, позволяющих наладить эффективное и экологически безопасное производство электроэнергии, обеспечить интеллектуальное управление сетями и надежное хранение энергии. Инновационные технологии Siemens позволяют сократить перебои в энергоснабжении и сделать процессы производства, передачи, распределения и потребления энергии более интеллектуальными.
