Версия для печати
Вернуться к списку

ЭНЕРГЕТИКА РОССИИ: МЕЖДУ ПРОШЛЫМ И БУДУЩИМ

Системы тепло- и электроснабжения России на сегодняшний день уже исчерпывают свой ресурс. По словам директора Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН (Иркутск) члена-корреспондента РАН Валерия Алексеевича Стенникова, в ближайшие пять — десять лет нам необходимо сделать выбор: модифицировать старые коммуникации или создавать совершенно новые, работающие по принципам интернета, где потребитель будет свободен от диктатуры монополии и сам сможет стать производителем ресурса?

Имеющимся в России энергетическим системам уже около 70—80 лет. Они формировались в 1950—1970-х годах, когда динамично развивалось производство, осуществлялось массовое многоэтажное жилищное строительство. У таких систем были совершенно определенные принципы построения. Во-первых, всё управлялось централизованно, например на ТЭЦ, и потребитель не мог регулировать количество энергии, которое ему поставляют. Во-вторых, топливо и его транспортировка в то время были дешевыми (поскольку цены на него, как и на тепло, и на электроэнергию, носили чисто учетный характер и не соответствовали реальной стоимости). «Когда в 1990-х годах функционирование отрасли перешло на рыночные условия, возникла потребность сократить расходы на обеспечение тепловой, электрической энергией, чтобы они были по карману каждому потребителю. Возник вопрос, что же делать с этими системами, как их преобразовать, чтобы было меньше финансовых, ресурсных и технических затрат?», — рассказывает Валерий Стенников.

Многие из таких задач уже в настоящее время получают свое решение – в технологиях их создания и функционирования. Например, в Иркутске от Ново-Иркутской ТЭЦ до аэропорта идет единая 15-километровая тепловая труба. Регулирование подачи тепла по ней осуществлялось в зависимости от температуры наружного воздуха два раза в сутки: утром и вечером. Однако если раньше отпущенная с ТЭЦ вода доходила до аэропорта через четыре-пять часов, то благодаря автоматизированным узлам регулирования и различным управляющим системам подача тепла потребителям стала мгновенной. Его количество меняется в зависимости от температуры наружного воздуха, что обеспечивает огромную экономию энергии. Кроме того, сейчас внедряются индивидуальные системы, позволяющие потребителю самому контролировать и регулировать эту подачу тепла (по закону они уже должны быть в каждом доме). Активно появляются коммуникационные технологии для энергетики. «Мы разрабатываем цифровые модели теплоснабжающих систем, которые фактически являются компьютерным аналогом того, что реально есть в городе. Эта платформа позволяет нам связываться по датчикам с теплоснабжающей системой, проигрывать все режимы, какие она может иметь в зависимости от потребностей пользователей, и, отправляя информацию в управляющие структуры, осуществлять регулирование в режиме реального времени», — говорит исследователь. Созданные на основе разработанного в ИСЭМ СО РАН методического аппарата программные комплексы используются уже во многих городах России, а также за рубежом.

Зачастую мы регулируем температуру форточкой и «отапливаем» города, из-за чего воздух в них на пару градусов теплее, чем в лесах. Сегодня есть технологии, позволяющие использовать ресурсы более экономично.

«Поскольку вся современная электроэнергетика и теплоснабжение создавались в 1950—1970-е годы, сегодня наступает период морального и физического износа этих фондов, и мы оказываемся на развилке. То есть мы можем пойти по двум направлениям: по традиционному, по которому шли раньше и продолжаем идти сейчас, модернизируя обычную нашу систему, перекладывая линии электропередач и трубопроводы, заменяя источники тепловой и электрической энергии. Здесь технологии хорошо отработаны, они быстро совершенствуются с точки зрения повышения эффективности управления и расширения функциональных возможностей, — рассказывает Валерий Стенников. — Но есть и второе направление. Фактически до 2000-х годов мы жили в индустриальном обществе с последовательным наращиванием производства, а сейчас переходим к постиндустриальному укладу. Это совершенно другая парадигма, где основой становятся интеллект, знания, информационные технологии. Второй путь подразумевает, что энергосистема строится, ориентируясь на эти тренды, по принципу близкому к архитектуре интернет-технологий. Здесь драйверами являются: активный потребитель, распределенная генерация энергии, включая возобновляемые источники энергии, интернет вещей, субсидиарность в управлении. В совокупности они придают системам новое качество и предполагают максимальную клиентоориентированность, надежность и адаптивность к внешним и внутренним воздействиям. Этот выбор предстоит сделать в ближайшие годы».

Представьте, вы со своего компьютера заходите в «личный кабинет», и тут же, на месте, решаете, какую энергию, сколько и от кого будете потреблять. Кроме того, вы можете и сами производить энергию (например, на своей ветровой или солнечной установке) и поставлять ее излишки в систему. В этом случае вы выступаете уже в качестве просьюмера — как потребитель и производитель одновременно.

«Этот подход направлен на то, чтобы реализовать принцип самоорганизации устройства энергетики. Мы переходим от вертикально интегрированной системы с центральным управлением к управлению от потребителя, то есть к горизонтальному, сетевому на базе мультиагентных технологий. Сейчас из нескольких провайдеров интернета вы выбираете того, который для вас наиболее выгоден. Та же система должна быть реализована и в энергетике, и монопольное, централизованное управление должно исчезнуть», — говорит ученый.

При таком подходе система будет строиться по принципу субсидиарности, когда функции управления передаются самому потребителю. А централизованное управление приобретает роль координатора – с минимальными, но важными задачами, с которыми обыватель не сможет справиться: например, чрезвычайные ситуации, когда система развалилась и надо что-то предпринимать.

«Я считаю, что самой большой проблемой здесь будет ментальность — укоренившаяся в наших головах мысль, что без этого централизованного управления мы ничего не сможем сделать, она на сегодняшний день поддерживается еще и административно. А потребители пока не в состоянии объединиться, чтобы сломать эту систему. Вторая проблема связана с техническим переоснащением систем. Для того чтобы этот вопрос решить, естественно, нужны средства, — отмечает Валерий Стенников. — Но я не зря говорил о двух направлениях. Мы достигли момента, когда необходимо менять все имеющиеся источники и сети. И то, и другое направление подразумевает затраты. Куда выгоднее вкладываться? Надо обосновать, что путь постиндустриальных интеллектуальных интегрированных систем более эффективен. Если мы по нему не пойдем, то постепенно будем перерасходовать средства, получать недовольство потребителей, нам продолжат диктовать условия поставки энергии, ее качества, постоянно растущих тарифов… Задача внедрения цифровых технологий во всех сферах, которая поставлена президентом РФ перед всеми министерствами, так или иначе располагает к переходу ко второму пути».

Технологии создания таких интеллектуальных интегрированных систем реализуются сегодня в 64 городах в 18 европейских странах. Например, в Гётеборге (Швеция) по одному трубопроводу предполагается передавать различные виды энергоносителей (электричество, газ, теплоносители). А в московском ГУМе работает освещение, которое автоматически — через умную систему — регулируется в зависимости от числа присутствующих в зале, количества поступающего света и времени суток. На базе тепловой энергии, вырабатываемой на ТЭЦ, можно производить холод и поставлять его потребителю в летний период (такой подход уже реализован в здании Управления Восточно-Сибирской железной дороги в Иркутске и применяется в других городах). Исследования по возможности использования нетрадиционных источников энергии развиваются и в других институтах Сибирского отделения: Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Институте катализа им. Г.К. Борескова СО РАН.Задача ИСЭМ — встроить все эти технологии в активно перестраиваемые энергетические системы.

«Разумеется, проблема в цене такого переоснащения. Но стоимость тех же фотоэлементов для солнечных установок в течение последних 40 лет снизилась более чем в 100 раз (в пять раз за последние 10 лет), эти технологии совершенствуются примерно на 14 % в год. Прогресс идет очень быстро, мы не говорим, что всё это произойдет завтра, мы рассматриваем развитие на перспективу. Прежние системы стали слишком большими, неповоротливыми, их надо дробить, децентрализовать, создавать малые распределенные источники энергии на основе возобновляемых ресурсов. Где-то есть дешевый газ, на севере — ветер, на юге — солнце, а где-то нужно сочетать всё вместе. Мы должны с помощью создаваемой ячеистой структуры энергетической системы обеспечить примерно один уровень доступности энергии, чтобы не было таких больших различий, что у кого-то есть всё, а кто-то не имеет элементарных комфортных условий», — говорит исследователь.

Другая глобальная цель — интеграция энергетического пространства Северо-Восточной Азии. Она подразумевает создание единой энергетической системы, объединяющей Россию, Китай, Монголию, Корею, Японию и другие страны региона. «Мы можем включать все наши источники в эту единую сеть также по принципу интернет-энергии, и таким образом передавать электроэнергию по всем странам в тот момент, когда она там необходима. Несовпадение максимумов потребления обеспечивает колоссальный эффект. В тот период, когда энергия нам не требуется, она поступает в другие страны, и наоборот. Это позволит, с одной стороны, сократить количество электрических станций, а с другой — обеспечить резервирование в чрезвычайных ситуациях (например, организовать оперативную помощь в случае землетрясений или цунами). И в конечном итоге это дает возможность экономить наши ресурсы: финансовые, энергетические, материальные и другие, — рассказывает Валерий Стенников. — Международные координационные советы, в том числе и с участием нашего института, занимаются подготовкой предложений по этим вопросам для правительственных органов — например, для реализации подобных принципов построения системы в рамках развивающегося Шелкового пути, создания единого азиатского энергетического пространства (азиатского суперкольца)». Ученые надеются, что реализация такой системы будет способствовать экономическому росту Сибири, Дальнего Востока и их пространственной связанности.