В.В. Бушуев
Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН), 125412, Ижорская, д.13/2, г. Москва, Россия
E-mail:vital@guies.ru
Аннотация. В статье тезисно представлены основные положения форсайта развития электросетевого комплекса России для обсуждения «Концепции ресурсно-инновационного развития страны на ближайшие 15 лет».
Ключевые слова: энергетика, ресурсно-инновационное развитие, новые вызовы, концептуальные положения.
1. Электросетевой комплекс России
Электросетевой комплекс России (ЭКР) – не только физическое объединение ВЛ, подстанций, генерирующих и нагрузочных центров, но и интеллектуальная инфраструктурная система как основа энергетического жизнеобеспечения и эффективной экономической интеграции регионов РA и сопредельных государств Евразии [1].
ЭКР представляет собой сетевую структуру Единой энергетической системы нового типа (ЕЭС-2.0), состоящей из физических, информационных и рыночных коммуникаций с учетом цифровизации технологических и экономических технологий. С учетом уникальной по протяженности территории России, а так-же различий экономического развития отдельных районов Европейской и Азиатской части страны их инфраструктурная интеграция представляет собой кольцеобразную ячеистую сеть межсистемных связей. На верхнем уровне физической интеграции – это «система сборных шин» из ВЛ СВН 500 – 750 кВ и узловых подстанций, к которым непосредственно присоединяются крупные генерирующие источники и территориально – промышленные комплексы (ТРК), а также обоснованно сбалансированные по мощности региональные энергетические системы. Эта ЕЭС-2.0 соответствует закрепленному в Конституции РФ понятию «Федеральная энергетическая система» и находится как базовая инфраструктура страны в государственной собственности и управляется уполномоченными государством соответствующими органами ( Минэнерго РФ и Минэкономики РФ – в плане инвестиционного развития и формирования налоговой и тарифной политики; ПАО «Россети» — в плане текущего и перспективного функционирования с обеспечением живучести энергетического объединения и эффективного ( надежного и экономически приемлемого) энерго-обеспечения потребителей соответствующего уровня оптового рынка, а также экономических интересов всех хозяйствующих субъектов энергетического бизнеса. Правила формирования оптового рынка, включая утверждение тарифов, а также общий контроль за их исполнением осуществляется государством ( органами типа ФЭК). Этот же орган формирует предложения по инвестиционному обеспечению необходимого развития энергетики, в том числе и для обеспечения с помощью бюджетных финансовых источников, а также средств пайщиков – генерирующих компаний (крупных станций федерального значения) и финансовых владельцев ТПК.
2. Региональные энергетические системы
Региональные энергетические системы (РЭС) формируются по территориальному принципу с обеспечением самодостаточности энергоснабжения потребителей региона собственной генерацией и необходимыми резервами мощности и средствами цифровой автоматизации регулирования режимов и графика нагрузки, в том числе, с применением накопителей энергии различного вида (гидравлическими, электрохимическими, механическими и электромагнитными СПИН и др.). Инфраструктурное обеспечение функционирования и развития РЭС осуществляют МРСК как акционерные компании, капитал которых формируется за счет долевого участия государства, представляющего интересы населения и социальной сферы в части их энергообеспечения, а также предприятий – энергопоставщиков и энергопотребителей. Формирование тарифов на региональном уровне осуществляется на договорной основе МРСК ( и принадлежащими им энергоснабжающими структурами) и Союзом потребителей рынка, а контроль и арбитраж осуществляют региональные органы власти.
Региональные системы включают и системы децентрализованного энергоснабжения, согласуя условия их подключения к общим сетям, распределение резерва мощности между генерирующими источниками и потребителем, а так-же (при необходимости) общие правила управления режимами[2]. В условиях хозяйственной самостоятельности предприятий, а также в связи с «очаговым» характером энергообеспечения потребителей в зонах с малой плотностью нагрузки и энергосамообеспечения отдельных предприятий, а также резервирования энергопитания особо важных объектов и высокотехнологичных производств ( отдельных частей ВПК, аэропортов, метро, больничных комплексов и социальных предприятий, зон рекреации, банковских, информационных и т.п. объектов) особую роль приобретают т.н. автономные энергосистемы , принадлежащие местным органам власти или местным хозяйствующим структурам. Их деятельность ( с точки зрения надежности и необходимости резервирования регламентируется соответствующими нормативно-правовыми актами, а хозяйственно-финансовая самостоятельность обеспечивается самими владельцами). Вопросы ответственности за аварийные ситуации и меры по их ликвидации и предотвращению, а также необходимого режимного взаимодействия решаются на договорных условиях между МРСК и хозяйствующими субъектами.
3. Технологии блокчейна
Для обеспечения информационного и финансового взаимодействия поставщиков и потребителей энергии должны быть активно использованы технологии блокчейна, позволяющие реализовать открытый и недискриминацинный доступ всех участников этих взаимоотношений к общей базе и общему рынку, предусматривающий автоматическую верификацию распределенных данных и информационную безопасность. С помощью открытого доступа всех участников рынка к общей информационной базе расчетов за энергетические услуги повысится ответственность сторон к обоснованности заявок на мощность и затрат на развитие и эксплуатацию энергетических систем. Важной формой удаленного взаимодействия контрагентов станет технология смарт – контрактов, а одной из возможных форм финансовых расчетов за потребленную электроэнергию может стать использование криптовалют как особой формы «энергетического рубля», обеспеченного реальным объемом предоставленных энергетических услуг и товаров. Целесообразно в будущем отказаться от платы за присоединенную мощность, включив соответствующие инвестиционные затраты в тариф на электроэнергию и поделив часть капитала, образованного за счет этих средств, между энергетическими компаниями и потребителями, профинансировавших эти расходы. Тем самым будет повышена заинтересованность потребителя в развитии их внешнего энергоснабжения или создании собственных генерирующих источников и систем бесперебойного питания.
«Розеточная» психология потребителей будет уступать место их самоответственности за собственное энергообеспечение и развитию их права на создание интегральных систем « потребитель – генератор».
4. «Цифровизация» энергетики
Решению многих из этих энергоинформационных и энергоэкономических задач в рамках единой системы (федерального, регионального и автономного уровня) будет способствовать «цифровизация» энергетики как инфраструктурной системы с различными потоками сигналов (силовых и информационных). Вместе с тем необходимо не ограничиваться насыщением различных объектов и структур цифровой техникой, а существенное изменение структуры как самой энергетики, так и объектов управления ее элементами в рамках общей системы [3].
В техническом плане все объекты электроэнергетики с помощью соответствующего «цифрового» обеспечения должны приобрести новые функции – активной диагностики состояния оборудования, адаптации и самонастройки режимов работы и их систем управления. В системном плане важно внедрение расчетной дооценки режима и его прогнозирование в темпе процесса и даже с упреждением для своевременного выявления узких мест при ожидаемых неблагоприятных ситуациях с точки зрения возможного каскадного развития аварий и их предотвращения. При этом важен не сценарный подход к будущим ситуаиям, а выявление общей динамики электромеханических и электромагнитных процессов в системе с помощью ее обобщенных энергетических функций, выявления бифуркационных точек и принятия необходимых мер по обеспечения структурной устойчивости и живучести энергообъединения. И эта задача должна решаться не только за счет технических самонастраивающихся систем управления режимами ( типа адаптивного Статкома, гибких управляемых линий, САОН и регуляторов частоты и напряжения). Она должна на уровне ФЭС и РЭС решаться с использованием мер деления и автоматической реконфигурации (переключения) частей системы, использованием системных накопителей и вставок постоянного тока , агрегированных ресурсов потребителей для обеспечения нормальной работы системы в асинхронных режимах. Особо значение эти меры структурного управления играют для интегрированных межгосударственных систем, где нет места общему централизованному диспетчерскому управлению, а требуется безопасное и скоординированное децентрализованное (распределенное) управление.
5. Инфраструктурный синтез единой энергоинформационной системы
Массовое насыщение энергосистем новыми устройствами противоаварийной автоматики без их должной системной координации может дать и отрицательный эффект, в т.ч. и за счет нарушения условий кибербезопасности. Поэтому одной из важнейших задач устойчивости сложных систем является правильное распределение функций между их физическими и информационными элементами, и в первую очередь инфраструктурный синтез единой энергоинформационной системы[4]. На первый план выдвигается при этом главная задача структурного синтеза – как из элементов с ограниченными характеристиками надежности сформировать сверхнадежную систему. Решение этой задачи невозможно только в традиционных рамках программного управления в электроэнергетике – необходимо привлечение (и разработка новых методов и устройств) всего арсенала средств анализа предаврийных ситуаций и синтеза динамических информационных систем контроля и управления. В техническом плане речь идет о широком использовании программно-замкнутых систем управления (с использованием обратных связей, обеспечивающих самонастройку систем автоматики). В организационном плане речь идет не только о создании коммуникаций нового типа «энерго-интернета/IoE», а о формировании новой структуры — не иерархической системы диспетчерского управления, а о мультиагенном развитии новых форм совместного структурно-технологического управления эксплуатацией и развитием системы в виде диалоговых комплексов оценки и принятия решений. Эти новые формы должны быть сродни самым устойчивым среди эволюционизирующих систем – гомеостатическим «живым» системам, с учетом специфики человеческого фактора в диспетчерском и ситуационном управлении электроэнергетическими объекта-ми. По аналогии с внедрением бионических систем (когда в технические устройства закладывались принципы, по которым функционируют живые си-стемы), сегодня в единых энергоинформационных системах должны быть активно использованы принципы когнитивного мышления и когнитивной (разум-ной) деятельности человека. Речь идет не о копировании отдельных функций по типу создания роботов), а осмысление творческой деятельности операторов, которые даже в нерасчетных и непредвиденных условиях умели находить не-тривиальные решения и «спасать» систему от развала или скорейшим образом ее восстанавливать, запуская работу энергообъектов с нуля. Это тем более важ-но сейчас для реализации новой кадровой политики в энергетике, когда личностный опыт специалистов – системщиков уступает место формальному за-программированному действию киберспециалистов, зачастую не понимающих сути происходящих событий в энергетических установках и системах и уже только поэтому неспособных к принятию творческих решений.
Поэтому одной из актуальных задач является подготовка таких кадров, которые бы понимали суть энергоинформационных процессов в кибернетических энергосистемах и на основе когнитивной методологии мультиагентного управления были бы готовы к работе с такими системами. «Интеллектуальные» системы электроэнергетики и «интеллектуальные» сети – это не просто «цифровизация», а развитие эргатических (человеко-машинных энергоинформационных) систем, где определяющей становится роль человека – творца. Технологические и информационные методы управления при этом должны сочетаться с новыми формами организации сложных систем и создания «умных» зданий, предприятий и городов. Не выстраивание новых иерархий диспетчерского, информационного и экономического управления во взаимоотношениях « Системного оператора», региональных и федеральных электросетевых структур, органов рыночного и государственного управления, а развитие новых сетевых форм (с обратными связями) взаимодействия различных агентов управления в плане создания самоуправляемых и самоуправляющих структур ЕЭС-2.0, учитывающих интересы потребителей, государства и субъектов энергетического бизнеса.
6. Форсайт развития электросетевого комплекса
Целевое видение (форсайт) развития электросетевого комплекса как инфраструктурной основы электроэнергетики – это не разовая задача выбора приоритетных задач и направлений научного предвидения, системного проектирования, структурной реорганизации органов управления, а перманентное отслеживание и опережающее управление единым энергоинформационным и организационно-технологическим электросетевым комплексом и электроэнергетикой как основой жизнедеятельности общества и страны в целом на основе «коллективного разума» всех его участников[5]. В этой связи приоритет должен быть отдан не отдельным техническим или организационным новациям, а формированию стратегического видения и методологии решения новых задач, как уже проявленных в современных условиях, так и ожидаемых в будущем. Поэтому одной из приоритетных задач развития ЭКР должно стать принятие такого плана перспективных научно-технических и организационно-экономических работ, целью которого стала бы не авральное скоропалительное внедрение инновационных предложений различного вида, а своевременное формирование материальной, экономической и структурной базы, а также кадрового интеллектуального обеспечения для формирования и реализации приоритетов целевого стратегического видения развития электро-энергетики страны как инфраструктурной основы жизнедеятельности общества и ее адаптации к новому организационно — технологическому и социально – экономическому укладу.
Благодарность. Исследование выполнено в рамках Госзадания ОИВТ РАН АААА-А16-116051810068-1.
Литература
1.Бушуев В.В., Первухин В.В., Соловьев Д.А. Энергетические истоки евразийской цивилизации. Москва: ИД «Энергия», 2018. 198 p.
2. Зайченко В.М., Чернявский А.А. Сравнение характеристик распределенных и централизованных схем энергоснабжения // Промышленная энергетика. Закрытое акционерное общество» Научно-техническая фирма» Энергопрогресс», 2016. No 1. P. 2–8.
3.Шакарян Ю.Г., Новиков Н.Л., Новиков А.Н. Интеллектуальная система управления многоуровневой интеграцией генерирующих станций и потребителей // Энергетическая политика. 2017. No 6. P. 71–83.
4.Бушуев В.В. ЭНЕРГЕТИКА РОССИИ (избранные статьи, доклады, презентации 2014-2018 гг.) Том. 4. На пути к новой энергетической цивилизации. Москва: ИЦ «Энергия», 2018. 740 p.
5.Батенин В.М., Бушуев В.В., Воропай Н.И. Инновационная электроэнергетика – 21. Москва: ИЦ «Энергия», 2017. 584 p.
Reference
1.Bushuev V.V., Pervukhin V.V., Solovyev D.A. Energy sources of Eurasian civilization. Moscow: PH «Energy», 2018. 198 p.
2.Zaichenko V.M., Chernyavsky A.A. Comparison of characteristics of distributed and cen-tralized power supply schemes // Industrial Energy. Closed joint-stock company «Scientific and technical firm» Energoprogress «, 2016. No 1. P. 2–8.
3.Shakaryan Yu.G., Novikov N.L., Novikov A.N. Intellectual control system of multilevel integration of generating stations and consumers // Energy policy. 2017. No. 6. P. 71–83.
4.Bushuev V.V. ENERGETICS OF RUSSIA (selected articles, reports, presentations 2014-2018) Vol.
4. On the way to a new energy civilization. Moscow: IC «Energy», 2018. 740 p.
5.Batenin V.M., Bushuev V.V., Voropay N.I. Innovative electric power industry — 21. Moscow: IC «Energy», 2017. 584 p.