Модератор круглого стола «Умные сети» на Петербургском экономическом форуме, академик-секретарь Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН Владимир Фортов считает, что энергетика перестает быть просто средством удобной жизни, а становится средством развития всех направлений деятельности человека. И одно из подтверждений тому – создаваемые по всему миру интеллектуальные электрические сети.

Smart grid

«Умные сети», или «Smart Grid», — очень масштабное направление в современной энергетике. Термин этот появился относительно недавно. Смысл «Smart Grid»в том, чтобы сделать «интеллектуальными» генерацию, передачу и распределение электрической энергии, насытить электрические сети современными средствами диагностики, электронными системами управления, алгоритмами, техническими устройствами типа ограничителей токов короткого замыкания сверхпроводящих линий и многим-многим другим, что сегодня появилось в науке и технике. 
Грубо говоря, это соединение возможностей информационных технологий, уже привычных для нас в Интернете, с силовой электротехникой. И это дает кратное — в разы — уменьшение потерь при передаче электрической энергии от генератора к потребителю, кратное увеличение надежности энергоснабжения, дает возможность оптимально перераспределять энергетические потоки и тем самым уменьшить пиковые нагрузки (а все электротехнические системы конструируются именно в расчете на пиковые нагрузки).
Это, наконец, дает возможность потребителю работать на рынке электроэнергии. Ведь если раньше потребитель брал электрическую энергию от одного продавца, то теперь он находится в условиях рынка: может выбирать среди генерирующих компаний. В том-то, кстати, и состоял смысл реформ в энергетике– создать конкурентную среду.

Но чтобы вы как потребитель могли проанализировать – где вам дешевле купить и взять энергию, вы должны точно знать – где и по каким ценам она продается, где сегодня ее избыток, а где недостаток.
Соответственно, если у компании-производителя ее избыток, она должна снижать цены — в этом проявляется экономико-социальный мотив, которого раньше не было.

Еще одна потребность в «Smart Grid» связана с так называемыми возобновляемыми источниками энергии. И у нас, и в Европе много говорят, что нужно уходить от углеродной энергетики, связанной со сжиганием органического топлива, и переходить на альтернативную энергетику – солнечную, ветровую, водородную и т.д. 
В частности, это связано также и с развитием электротранспорта, где необходимо иметь рассредоточенные источники питания, зарядки. Но чтобы подключать возобновляемые источники энергии в большую сеть и делать их такими же объектами рынка, как и другие источники, нужны эти самые «умные сети» — «Smart Grid».

Учет

Есть еще старая проблема, связанная с потребителями электрической энергии. Например, вы подводите электрическую сеть к дому, где, допустим, двести квартир, из которых двадцать квартир не платят за электроэнергию, остальные же платят исправно. Чтобы принудить эти двадцать - а в магазине без денег вы не получите товара, электричество тот же товар - вы должны их отключить, но для этого вы должны знать точно, кто не платит и отключить именно «неплательщиков», при этом соседей не отключать. 
Сегодня, увы, такой возможности нет, если отключают, то весь дом. 
Или – другой вопрос: как сегодня платят за тепловую энергию, за воду?
Вычисляются некие средние данные, скажем, по Москве и вам выдается счет за трату тепловой энергии или воды в соответствии с этим усредненным показателем. 
Разумеется, правильнее было бы поставить счетчик и в реальном масштабе времени смотреть – сколько конкретно вы потребляли тепла или воды и выставлять вам счет на оплату только за это. Но чтобы так сделать, нужно насытить всю систему от генерации и до потребителя, до розетки в квартире или на предприятии - умной электроникой, которая даст точную информацию: сколько вам сегодня электроэнергии могут поставить, по какой цене. 
И вы через управляющую компанию или сами, если способны это сделать, выбираете оптимального производителя, а завтра - не этого, а другого. Таким образом, необходимо совместить средства диагностики, с одной стороны, - с современными средствами управления – с другой стороны, и со средствами принятия решений – с третьей.

Потребности

В масштабах страны нам нужны магистральные или распределительные сети, которые самостоятельно могут контролировать свое состояние и режим работы потребителей, генераторов, электрических линий и подстанций и автоматически реализовать решения, которые позволяют осуществлять электроснабжение бесперебойно и с максимальной экономической эффективностью.
Скажем, «умная сеть» сама должна сформировать управляющее воздействие с достижением оптимального уровня потерь электроэнергии при нарастании перетоков по линиям электропередачи из-за роста потребления у какого-либо крупного потребителя или целого энергообъединения. Должны срабатывать самодиагностика и самовосстановление, при этом автоматически должны выявляться наиболее слабые участки или аварийноопасные элементы сети и также автоматически схема сети должна перестраиваться во избежание аварии.

Кстати, уже сегодня Федеральная сетевая компания (ФСК) при активной поддержке ее председателя Олега Бударгина реализует ряд проектов, которые позволят наделить магистральную сеть подобными качествами. 
Скажем, внедрение в 2011 году вставки постоянного тока на подстанции 220 кВ «Могоча», Забайкальский край позволит объединить на параллельную работу энергообъединения Сибири и Дальнего Востока, что существенно повысит надежность электроснабжения Транссибирской магистрали. 
Это пилотный инновационный проект.

Аналогичные работы в провинции Квебек в Канаде и в штате Калифорния в США позволили полностью исключить системные аварии — тут электроснабжение потребителей выполнено с применением протяженных электропередач сверхвысокого напряжения, включающих хорошо регулируемые системы постоянного тока. 
Кстати, в мире сегодня действует уже около 60 и проектируется еще 40 вставок передач постоянного тока.

Важным элементом «умной сети» является «цифровая» подстанция: работы над подобными проектами ведутся в Европе, США, Японии, Индии, Китае, в том числе и в нашей Федеральной сетевой компании. В такой подстанции вся информация систем контроля, защиты и управления рождается, перерабатывается и управляется в цифровом формате с помощью специальных оптических цифровых измерительных трансформаторов и комплексов цифровой аппаратуры нового поколения.

Требования

Если суммировать, то в обозримом будущем электрические сети должны быть 
а) гибкими, чтобы прогнозировать возможные изменения, проблемы и реагировать на них;
б) доступными, чтобы к ним могли подключиться все пользователи сети (генераторы и потребители) с приоритетом возобновляемых источников энергии, а также таких, которые наиболее эффективно используют углеводородные ресурсы; 
в) надежными, т.е. обеспечивающими безопасность и качество электроснабжения; 
г) экономичными - за счет новых технологий и эффективного управления сетями; 
д) и, наконец, централизованное и местное управление в нормальных и в аварийных режимах должно быть охвачено адаптивной системой, при этом оценка состояния и управления в режиме on-line и off-line должна производиться с применением быстродействующих программ.

Мы и Запад

Надо сказать, существуют различия между российским и западным взглядами на развитие интеллектуальных сетей. Специалисты на Западе стремятся к упорядоченной взаимосвязанности функционирования и взаимодействия компактно расположенных генерирующих объектов, электросетей и потребителей за счет интеллектуальных возможностей, отказоустойчивости и двустороннего обмена данными на территориально-организационном уровне муниципальных о бразований.
Их в первую очередь интересует возможность подключения небольших генерирующих источников электроэнергии, адаптация к динамике потребления и обеспечение экономии энергии со снижением выброса парниковых газов. 
У них на рынке диктует спрос на локальные «умные сети»; управленческие же задачи на межрегиональном, национальном и международном уровне функционирования энергетических систем их заботят пока что меньше.

А в России энергообеспечение потребителей происходит в сложных условиях экономического, технического, природно-климатического характера, мы ориентируемся на крупные генерирующие объекты, у нас иной уровень интегрированности больших систем со значительно более высоким уровнем сложности системных взаимосвязей.
Соответственно, нам потребуется перестройка всей глобальной электроэнергетической сети на принципах многофункциональной автоматизации. В том числе — с учетом перспективной задачи поэтапного восстановления координационного управления функционированием энергетических систем стран СНГ на двухсторонних и многосторонних началах. 
В России отличается и подход к задаче присоединения к имеющимся сетям объектов малой и альтернативной энергетики и связанных с ними локальных энергосетей.

Кстати, именно вследствие этой, чисто российской, специфики по многим достижениям мы всегда были впереди: Красноярская ГЭС была самая мощная, Саяно-Шушенская — самая высотная, первый ветряной двигатель построен здесь, самую длинную энергетическую систему — 2,5 миллиона километров — первыми сделали в СССР, самый экономичный парогазовый цикл — с КПД 62 %— придумал российский ученый — академик Сергей Алексеевич Христианович, первая атомная станция — наша и т.д. и т.п. 
В электронауке и в энергетике у России такого большого отставания, как, например, сейчас в информатике, в медицине, — никогда не было. 
Программа «умных сетей» была начата в США всего четыре года назад — для России это небольшая фора.

Академик РАН Владимир Фортов