Об авторе: Иван Владимирович Данилин – кандидат политических наук, заведующий сектором инновационной политики ИМЭМО РАН
Нулевые годы стали временем бурного развития новых энергетических технологий. С середины нулевых начался бурный рост альтернативных источников энергии (АИЭ). Продолжалось уверенное развитие технологий энергоэффективности. Мир пережил первую волну «ядерного ренессанса», скорректированную аварией на АЭС «Фукусима-1» и т. д.
Не обошли эти процессы и электросетевой комплекс. Сети, которые недаром иногда сравнивают со «становым хребтом» электроэнергетики, стали площадкой реализации иных прорывных инноваций – «умных», или интеллектуальных (в российской трактовке – активно-адаптивных), сетей – SmartGrids.
Что такое «умные сети»?
Существуют десятки определений того, чем являются «умные сети». Вендоры электротехнического и информационно-коммуникационного оборудования нередко определяют этот термин от портфеля имеющихся у них технологий; электроэнергетические компании считают, что это все те же сети, просто с повышенным уровнем автоматизации и т. п. Не претендуя на универсальность, предположим, что «умные сети» представляют собой полностью высокоинформатизированную систему с полностью автоматическим управлением на всех уровнях (вплоть до единицы оборудования) с использованием элементов искусственного интеллекта и принципов распределенного принятия решений. При этом на инструментальном уровне «умные сети» предполагают массовое использование электротехнического оборудования на основе силовой электроники, цифровых контрольно-измерительных и коммуникационных систем и т. д. Все это позволяет создать гибкую, самонастраиваемую и автоматически реконфигурируемую систему с сильными обратными связями и с генераторами, и с потребителями – своего рода энергетический интернет (как частенько называют SmartGrid в тех же США). Такие сети будут способны автоматически интегрировать разные объекты нагрузки и генерации (в том числе АИЭ), системы хранения энергии и иные активные элементы сети, обеспечивать самодиагностику и самовосстановление, удаленное управление спросом или стимулирование потребителей (DemandResponse) и т. д.
Это сложное определение – повторимся, одно из многих возможных – по сути, подчеркивает только тот факт, что «умные» сети являются своего рода метафорой «идеальной» – высокоэффективной, экологичной, надежной и т. п. энергетики.
Рост тарифов может привести к «бегству» потребителя
в собственную генерацию.
Драйверы интеллектуальной энергетики
Откуда же пошла интеллектуальная энергетика и каковы драйверы ее развития? Первый ответ вполне очевиден: развитие информационных и полупроводниковых технологий, которые сделали возможными многие функции, ранее недоступные энергетикам. Однако подоплека потребности в подобных функциях много глубже.
Начнем с того, что в настоящее время сформировался своего рода разрыв в возможностях электроэнергетической системы и потребностях экономики в ее услугах. Не секрет, что принципы и основные «структуры» организации энергосистемы уходят своими корнями в первую треть – середину ХХ века. Фактически текущая энергосистема рассчитана на крупный промышленный спрос и обеспечение определенного набора базовых потребностей потребителя. И предполагает соответственно наличие «большой» централизованной генерации как ядра энергосистемы и «пассивного» клиента, который получает нужную энергию и платит по счетам, не пытаясь участвовать в управлении энергосистемой, определении правил и требований к системе и к рынку.
Образ постиндустриальной экономики
Нетрудно понять, что и облик экономики, и потребители, и сама энергетика в настоящее время сильно отличаются от этого образа минувшего светлого будущего. Постиндустриальная экономика предполагает высокую экономическую и географическую мобильность бизнесов – как сектора услуг (около половины ВВП развитых стран), так и передовых промышленных предприятий. Причем даже в случае с промпроизводствами в основном это не суперэнергоемкие колоссы, а энергоэффективные малые и средние заводы. Даже в Китае, средоточии «большого» «грязного» производства, начинаются характерные подвижки: ведь и старые отрасли видоизменяются под влиянием технологического прогресса.
Изменился и бытовой потребитель. Интеллектуальные счетчики и интеллектуальные системы управления потреблением, нередко собственная малая генерация (в том числе солнечные панели), а также желание сэкономить или получить «прибавку» за сокращение спроса или выдачу энергии в сеть, превратили его в «активного» субъекта.
При всем том многие потребители теперь не удовлетворены просто поставкой определенного объема электроэнергии как ключевого продукта. Рост качества жизни сопровождается и ростом потребности в электроэнергии (прямая зависимость), а также требований к качеству самой энергии – особенно с учетом массового распространения цифровых приборов, трагически переносящих скачки напряжения и т. п. «шалости» энергосистемы. К этому тренду добавляется развитие высокотехнологичных производств и инновационных кластеров, обычно также характеризующихся повышенными требованиями к качеству и надежности электроэнергетических услуг. Сейчас основным потребителем энергии в мире являются не металлурги или цементные заводы, а Google. Так, уже в середине нулевых годов центры обработки данных только в США потребляли больше энергии, чем все американские производства всех видов транспортных средств, вместе взятые.
Иными словами, экономика требует превращения электроэнергетики в сектор с диверсифицированными, в том числе высокомаржинальными услугами, в то время как она пока еще ориентирована на «комплексный обед» – техприсоединение на первое, поставки энергии умеренного качества на второе. Кое-где – с десертом в виде рынка мощности.
Стоимость же этого «комплексного обеда» становится непомерно высока. Оставляя в стороне инвестиционную часть задачи, отметим, что в силу роста технологичности цена прямых и косвенных потерь экономики от аварий, отключений и иных проблем с надежностью и качеством растет в арифметической (пока) прогрессии. Так, по оценкам Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (США) и Института исследований проблем электроэнергетики (EPRI) в Соединенных Штатах, этот «ценник» уже составляет от 80 до 150 млрд долл. ежегодно!
Изменилась и генерация – в развитых странах до 15–30% выработки энергии ныне обеспечивают вариативные ВИЭ, в том числе та самая малая распределенная генерация на стороне потребителя. Их необходимо технически оптимально и экономически оправданно интегрировать в сеть, обеспечить балансирование, решить иные задачи. Пока это делается с использованием мощных источников энергии (ГЭС, угольные ЭС и др.) или маневренные ГТУ (в перспективе – системы накопления энергии, СНЭ). Что дорого и неоптимально, в том числе с экологической точки зрения.
И все это – даже не упоминая постепенного распространения подзаряжаемых от сети «гибридов» и электромобилей, крупных (на стороне сети, энергокомпаний или специальных бизнесов) систем накопления энергии и иных отраслевых трендов.
Обеспечить функциональность, стабильность и надежность работы энергосистемы в этой ситуации – задача не из легких. И чем это кончится при сохранении «традиционалистского» подхода к развитию сети, неочевидно.
С формальной точки зрения технологии «умных сетей» решают все вышеперечисленные проблемы. При этом соотношение затрат и эффектов (в денежном выражении) может составить 1 к 5.
Победное шествие «умных сетей»
Неудивительно, что все развитые и большая часть передовых развивающихся стран уже инициировали проекты по развитию «умных сетей». Так, в США с начала нулевых годов идет финансирование различных проектов НИОКР, а с 2009 года реализовывалась профильная программа поддержки и разработок и внедрения технологий «умных сетей» на принципах софинансирования с частным сектором (всего около 11 млрд долл. за три года). В странах ЕС только в 2012 году на соответствующие цели было направлено около 1,8 млрд евро (около 2,3 млрд долл.). Общие же расходы – с учетом финансирования вендоров и т. д. – составляют в США до 10 млрд долл. в год, в ЕС – сопоставимые значения. Масштабные программы SmartGrid реализуют Япония, Южная Корея; в чемпионы и по объемам финансирования, и по пилотным проектам выходит Китай. В мире реализуются десятки комплексных пилотных проектов. Глобальные вендоры и малые инновационные компании постоянно представляют все новые разработки.
Однако радужная картина тотальной интеллектуализации как панацеи от всего и вся не столь однозначна. По некоторым экспертным оценкам, внедряемые в настоящее время решения имеют часто паллиативный характер, обеспечивая максимальную оптимизацию существующей инфраструктуры с появлением некоторого числа новых функций. Иными словами, SmartGrid выполняют функцию «замыкающих» технологий для текущего технологического «уклада» в отрасли. Передовая автоматика для объектов электросетевого хозяйства, массовое внедрение «умных» счетчиков как систем контроля, управления нагрузкой и повышения наблюдаемости процессов в сети, а также различные сенсоры и датчики далеко не всегда ведут к смене принципов управления, появлению качественно новых бизнес-моделей и т. д. А сетям нужна именно революция – сопоставимая (если брать отечественный пример) с планом ГОЭЛРО.
Проблема имеет двоякий характер. Во-первых, как уже говорилось, то, что делается, в большинстве случаев есть глубокая модернизация – через информатизацию – сетевого хозяйства. Но продление жизни системе, которая не совпадает с потребностями, ритмом, даже идеологией современной экономики, – несколько спорный вопрос. Во-вторых, решение подобной задачи стоит громадных денег при не всегда сопоставимом результате. По оценкам Международного энергетического агентства, до 2035 года мировому сетевому хозяйству потребуется до 8,5 трлн долл. инвестиций (почти половина всех инвестиционных потребностей электроэнергетики). И это касается только «эволюционного» сценария – причем есть ощущение, что в реальности потребность в финансовом ресурсе будет еще выше.
Однако откуда взять эти деньги? Владельцы сетей не входят в списки Forbes. При всей неэластичности спроса рост тарифов чреват «бегством» потребителя в собственную генерацию (вплоть до развала «больших» энергосистем) и социальной напряженностью – что, кстати, хорошо иллюстрируется примером России. Внешние же инвесторы не удовлетворены отраслевой нормой прибыли – опять же из-за объективного экономического и регуляторного потолка роста тарифов. А государства почти везде в мире сейчас не имеют нужного объема свободных ресурсов, чтобы быстро модернизировать сети. Большим исключением является Китай – но Китай это всегда исключение. Вопрос лишь в том, когда ситуация и там приблизится к «норме».
При всем том эволюционном варианте отдача от этих инвестиций может быть в масштабе экономики меньше, чем ожидается. Воспроизводство идеологии системы ведет к воспроизводству ее проблем, значит, компенсация ограничений «прокачанной» сети образца ХХ века ляжет на потребителей, генераторов и госбюджет.
Это, как говорится, плохие новости. Хорошие новости в том, что даже текущие проекты создают ту основу, которую можно задействовать для революционного пути развития. Речь идет о радикальной трансформации энергосистемы – ее превращении в распределенную, или «фрактальную», систему, построенную по принципам «глобальной паутины». Технико-технологические основы для этого или уже существуют, или находятся в процессе создания. «Умные сети», по сути, являются частным случаем так называемого интернета вещей (IoT), и им почти неизбежно предстоит пройти путь от иерархизированной системы «медных проводов» к «энергетическому интернету».
Не стоит полагать, что речь идет о полной и тотальной перестройке – большая часть существующей физической инфраструктуры на долгое время останется на месте. Изменится подход к управлению сетью и ее отдельными элементами, а также «новая стройка». При всем понимании огромного числа вопросов, который может возникнуть у людей с техническим образованием к этой картине сетевого будущего, и объективные предпосылки, и экспертные оценки, и подход целого ряда корпораций и иных крупных игроков свидетельствуют, что именно это – магистраль развития электросетевого хозяйства и электроэнергетики в целом.
Самообеспечение энергией характерно
для систем «умных сетей».
Российский путь
С формальной точки зрения большая часть факторов, которые привели к развитию «умных сетей» за рубежом, у нас или не существуют, или слабо выражены. При всем том остается проблемой достаточно печальное состояние российских сетей из-за десятилетия недофинансирования. Неудивительно, что и в сфере «умных сетей» Россия выполняет роль догоняющего. По ряду направлений (кибербезопасность, силовая электроника и т. д. ) – сильно отставшего догоняющего.
Но возможно, как раз в этом и есть наш плюс. Проблемы последних полутора десятилетий создают предметное давление на сети – от стареющей инфраструктуры и нехватки капитальных инвестиций и до развития распредгенерации. Речь идет не о пресловутом «своем пути», но о спокойной, трезвой оценке и разделении нужного от второстепенного или наносного (например, отказ от попыток вендоров продать свои товары через навязывание «продуктозависимой» идеологии интеллектуализации).
Другим важным фактором является наличие достаточно сильного национального IT-бизнеса. В условиях снижения темпов роста на российском и мировом рынках он может быть заинтересован в реализации потенциала в сфере «умных» инфраструктур.
Наконец, важен и «государственнический» потенциал технологий. «Умные сети» в их революционной версии (в эволюционной все роли уже распределены) вполне могут стать тем мегапроектом, который обеспечит одно из условий «перезапуска» российского промышленного и технологического комплекса – в том числе в части повышения конкурентоспособности страны и улучшения инвестиционного климата.
Уже есть и определенные заделы. В ОАО «Россети» реализуются программы интеллектуального учета, зарядок для электромобилей и т. п. В сфере науки и техники – в ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС», МГТУ им. Баумана, ИПУ РАН и ряде иных организаций разрабатываются передовые системы мультиагентного управления для «умных сетей» и иные технологии. Постепенно развиваются технологии так называемых цифровых подстанций и оборудования для них (ЗАО «Профотек», ЛИСИС, Ивановский госуниверситет, тот же ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» и др.). Различные крупные и средние IT-компании разрабатывают системы, связанные с кибербезопасностью и пр.
Чего же не хватает? Как ни банально это звучит – с одной стороны, государственной поддержки, а с другой – известной свободы от нее. Отрасли требуются средства на большие пилотные проекты; умеренное, но постепенно нарастающее и стабильное финансирование отраслевых НИОКР и внедренческих проектов – предпочтительно через отраслевые же фонды; «умные» длинные деньги для производителей. Требуется обеспечение условий – координация между субъектами и интересантами процесса с использованием «гарантирующей» и дружественно направляющей поддержки государства. И иные не «громкие», часто очень «скучные» практики и процессы в духе государственно-частного партнерства. И совершенно лишне формализованное принуждение к инновациям, навязывание каких-то определенных форм и механизмов, штурмовщина в решении важных вопросов и иные типичные проблемы диалога с органами власти по инновационной тематике. Ни в коей мере не покушаясь на вполне логичное желание государства подстегнуть «ленивых» инноваторов из числа крупных госкомпаний, хочется отметить, что задача, как показывает мировой опыт и простая логика, требует несколько иного подхода.
На пути развития «умных сетей» в России и в мире остается масса вопросов – главным образом связанных с идеологией, бизнес-моделями, экономикой феномена и т. п. аспектами. Например, должна ли энергия быть дорогой, а мощность – дешевой (по аналогии с иными современными рынками)? Должен ли рынок быть полностью свободным или же избрать модель «социальной» базы (полубесплатной «массовой» энергии) с дорогими сервисами и сверхнормативным потреблением? Должны ли появляться игроки, вертикально интегрирующие отрасль, чтобы обеспечить единство идеологии и технологического развития SmartGrid (цифровые мини-РАО ЕЭС)? Какова бизнес-модель энергокомпаний будущего – «держатель» всех процессов, энергетический Ebay или Google? Ответ на них – залог конструирования правильной (по системной инженерии) системы, системного квалифицированного заказа на технологии следующего поколения, монетизации возможностей и привлечения ресурсов в отрасль и т. д.