Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

Интеллектуальная энергетика: мифы и реальность
 

Интеллектуальная энергетика: мифы и реальность

Егоров А.А. (ООО "АВИАТЭКС-Каскад")

 

 

Современная Российская экономика чрез­вычайно энергоемка. Остановимся на некото­рых интересных фактах, присущих современ­ной энергетике. В структуре себестоимости продукции различных отраслей затраты на энергоносители в России в среднем в 1,7 раза превышают аналогичные показатели в Китае, в 7 раз — в США и в 12 раз — в странах ЕС. Си­туация в электроэнергетике — не исключение. При передаче потребителю электроэнергии суммарные потери в сетях 0,4—750 кВ факти­чески доходят до 30%. Для сравнения: в Япо­нии этот показатель равняется 5%, в Западной Европе - 4-9%, США - 7-9%.

 

Сегодня чрезвычайно модным является термин "интеллектуальная энергетика", ко­торая решит все задачи. Существует миф, что умные или интеллектуальные сети являются революционным решением, способным чуть ли не одним махом решить многие проблемы энергетики, в том числе и электроэнергети­ки. Однако, многие специалисты считают, что интеллектуальные сети не станут волшебной палочкой для отрасли, как на это надеются не­которые чиновники и политики. Многие спе­циалисты в области энергетики уверены, что их революционность проявится постепенно, через многие годы квалифицированной и кро­потливой работы.

 

Известный специалист в области авто­матизации систем энергетики Л. Осика го­ворит: "Для начала следует определиться с понятием "интеллектуальные сети". Я неод­нократно убеждался, что и среди специалистов-электриков, и в публичном пространстве существуют по этому поводу серьезные разно­гласия, прямо-таки полярные мнения — что такое "интеллект" применительно к линии электропередачи, электрической сети". На съезде Национальной ассоциации губерна­торов в США в феврале 2009 года директор одного крупного предприятия энергоснабже­ния начал свою речь с признания в том, что он не знает, что означает термин "интеллектуаль­ная сеть". Это признание звучит шокирующе, однако так считают многие в инженерном со­обществе.

 

Следует также отметить такую особен­ность — в государственных сетевых органи­зациях вопрос развития интеллектуальных сетей связан с выделением существенных объемов государственного финансирования, при этом каждая структура старается "перетя­нуть одеяло" на себя. Есть много схожих, но "параллельно-перпендикулярных" инициа­тив, которые, в конечном счете, невозможно полностью взаимоувязать и сбалансировать.

 

Бытует даже такое мнение, что интеллекту­альные сети (Smart Grid) в России — это борьба различных промышленных и энергетических структур за государственное финансирование!

 

Отсутствие "узаконенной" формулировки понятия "Интеллектуальные энергетические системы" на фоне повышенного интереса к этой тематике приводит к определенной вульгаризации рассматриваемого термина. "Интеллектуальными" порой называют энер­гетические системы, просто оснащенные ав­томатикой, сигнализацией, диспетчерской системой, компьютерной сетью и др.

 

Чтобы разобраться с этим вопросом, обра­тимся немного к истории. Еще ровно шестьде­сят лет назад ученый Д. Мак-Кей (1951 г.!) ввел понятие самоуправляемых машин (такого по­нятия, как "искусственный интеллект" тогда еще не было). По его определению самоуправ­ляемые - это такие системы, которые класси­фицируются в соответствии с тем, как в них осуществляются следующие общие функции:

·        прием, классификация, запоминание и пе­редача информации;

·        реакция на изменения в окружающей сре­де, включая выдачу информации о состоя­нии самой машины;

·        дедуктивные рассуждения на основе мно­жества допущений или постулатов и обу­чения.

 

Хорошо известно, что индукция — это способ мышления от отдельного к общему, от детализации к обобщению. В то время как дедукция — это способ мышления от общего к частному или от всеобщего к отдельному. Этот метод характерен для системного подхо­да к анализу и синтезу сложных систем.

 

В случае определения Д. Мак-Кея в обу­чение входит наблюдение и управление соб­ственным целенаправленным поведением. Все перечисленные функции, безусловно, ха­рактерны для современной интеллектуальной системы, в том числе и в энергетике!

 

С точки зрения техники наиболее интерес­ным и содержательным является определение системы, данное академиком П.К. Анохиным: "Системой можно назвать только такой ком­плекс избирательно вовлеченных компонен­тов, у которых взаимодействие и взаимоотно­шения принимают характер взаимоСОдействия компонентов на получение фокусированного полезного результата" [1]. При этом "фоку­сированный полезный результат" можно рас­сматривать как достижение цели функциони­рования системы! Такое определение системы связывает ее с целенаправленной активно­стью. Автор имел честь работать под руковод­ством академика П.К. Анохина в лаборатории бионики в 1965-1968 гг.

 

Один из самых известных и влиятельных сторонников управления тотальным качеством У. Деминг (W. Deming) утверждал, что каждая система должна иметь цель, что организация должна стремиться к оптимизации всей си­стемы, а не одной какой-то её составляющей. Кроме того, система создает взаимосвязи меж­ду компонентами в системе.

 

Интеллект с точки зрения технических систем следует рассматривать как сочетание способности предсказания среды со способ­ностью выбора соответствующей реакции из множества альтернатив с учетом результата предсказания и поставленной цели. Представ­ляется содержательным определять интеллект в терминах поведения стремящейся к цели си­стемы (живой или искусственной) и измерять степень ее интеллекта по адекватности при­нимаемых ею решений. При отсутствии цели принятие решений беспредметно, и термин "интеллект" не имеет смысла.

 

Сегодня на практике существует несколь­ко определений интеллекта применительно к техническим системам, в том числе и в энер­гетике.

 

Например, такое: технические системы об­ладают интеллектом, если в них используются микропроцессоры и микроконтроллеры. На­пример, датчик называется интеллектуаль­ным, если в его составе присутствует микро­процессорный контроллер, обеспечивающий перевод электрического сигнала в физическую величину, и при этом обеспечивается реализа­ция допускового контроля! То есть аппарат­ное решение в виде наличия микропроцес­сора определяет принадлежность устройства к интеллектуальным техническим системам. Безусловно, такое определение обладает мно­жеством недостатков.

 

Другое, более сильное определение звучит так, технические системы обладают интеллек­том, если они используют технологии эксперт­ных систем, искусственных нейронных сетей, аппарат нечеткой логики и т.п. (все вместе или что-то одно). В этом случае наличие использо­вания перечисленного выше математического аппарата является основанием для того, что­бы систему считать интеллектуальной. При­чем насколько эффективно используется тот или иной математический аппарат, не важно. Это определение также имеет определенные недостатки, поскольку оно никак не связано с целенаправленным поведение технической системы.

 

И наконец, третье определение, по на­шему мнению, наиболее содержательное. К интеллектуальным техническим системам следует относить технические системы, ко­торые, имея несколько целей функциониро­вания (а может быть умеющие генерировать эти цели!), выбирают самую подходящую цель в зависимости от окружающей среды, прогнозируя повеление окружающей среды и свое собственное состояние. Именно по­следнее определение, на наш взгляд, имеет практическую ценность для разработчиков современных интеллектуальных систем, в том числе и в энергетике.

 

Рассмотрим основные сегменты совершен­ствования интеллектуальных систем в энерге­тике и, в частности, в интеллектуальных сетях. Построение интеллектуальной сети (в смысле третьего определения!) должно стать стратеги­ческим курсом развития распределительного электросетевого комплекса, подразумеваю­щим четыре основных направления совер­шенствования:

·        интеллектуализация силового оборудова­ния и технологии передачи и распределе­ния электроэнергии;

·        интеллектуализация технологического управления;

·        интеллектуализация специализированных коммуникационных и информационных устройств;

·        интеллектуализация автоматизированных систем учета и управления электропотре­блением.

Концепция интеллектуализации должна способствовать развитию следующих функ­циональных свойств электроэнергетики.

Обеспечивать самовосстановление при ава­рийных возмущениях, переходя от управления по факту возмущения к предупреждению ава­рийного повреждения элементов сети.

Развивать мотивацию активного поведения конечного потребителя. Потребители смогут самостоятельно менять объем и потребитель­ские характеристики электроэнергии (уровень надежности, качества и т. п.) на основании ба­ланса своих запросов и возможностей энерго­системы с использованием информации о па­раметрах цен, объемах генерации, надежности энергоснабжения и др., т.е. генерирование своих целей.

Обеспечивать сопротивление негативным влияниям, в том числе реализовывать инфор­мационную и энергетическую безопасность.

Обеспечивать надежность энергоснабже­ния и необходимое качество электроэнергии в различных ценовых сегментах, а также транс­формацию, т.е. переход от системоориентированного подхода в клиентоориентированный (координировать свои цели и цели конечных потребителей).

Реализовывать многообразие типов электро­станций, устройств аккумулирования электро­энергии (распределенная генерация) и опти­мальную интеграцию генерирующих и акку­мулирующих мощностей в энергосистеме, подключение с помощью стандартизованных процедур технического присоединения и вне­дрение "микроэнергосистем" на уровне поль­зователей.

Расширять рынки мощности и энергии вплоть до включения в их деятельность конеч­ного потребителя, открывая доступ на рын­ки электроэнергии "активного потребителя" и распределенной генерации с целью повыше­ния результативности и эффективности роз­ничного сегмента.

Оптимизировать управление производ­ственными активами, переходя к удаленному мониторингу функционирования производ­ственных фондов в режиме реального времени с целью повышения эффективности их экс­плуатации и ремонта, улучшая наблюдаемость и управляемость ими.

В настоящее время [2] актуальным являет­ся создание интегрированных интеллектуаль­ных энергетических сетей (ИЭС) на основе моделирования цифровой реальности (Virtual reality systems), обеспечивающей сле­дующие функции:

·        Получение и анализ информации о внеш­ней среде, схемах и режимах энерго­системы.

·        Оценка технического состояния системы и формирование модели устойчивого теку­щего режима.

·        Эквивалентирование сети для расчетов ре­зультирующей устойчивости.

·        Реализация расчетов статистической и ди­намической устойчивости и определение допустимых значений перетоков по отдель­ным сечениям сети.

·        Представление и отображение информа­ции на рабочих станциях и диспетчерских пунктах.

·        Оценка и ведение текущего режима по условиям надежности, безопасности и опе­рационной эффективности.

·        Информационная поддержка диспетчеров (оперативный баланс мощности, распре­деление резервов, состояние оборудова­ния и др.).

·        Анализ аварийных ситуаций и формирова­ние плана нормализации послеаварийного режима (советчик диспетчера).

·        Проверка допустимости разрешения опе­ративных и аварийных ремонтных заявок.

·        Обеспечение функционирования техно­логий балансирующего рынка электро­энергии и мощности, в том числе функ­ционирования рынка системных техноло­гических услуг.

·        Расчет дозировки управляющих воздей­ствий противоаварийной автоматики и ко­ординацию настройки устройств противо­аварийной автоматики (ПА).

·        Автоматическое регулирование напряже­ния и реактивной мощности и автомати­ческое регулирование частоты и активной мощности.

·        Прогнозирование баланса нагрузки систем и ее распределения.

·        Контроль (мониторинг) состояния систем режимного и противоаварийного управ­ления, исполнения оперативных команд диспетчеров и управляющих воздействий устройств автоматического регулирова­ния (напряжения, частоты, мощности) и ПА и др.

·        Оценка экономической эффективности системы.

·        Самопополнение, обновление и хранение базы данных о состоянии системы и при­нятых решениях по ее управлению; прогно­зирование параметров системы на текущий и будущие периоды ее функционирования.

Наибольшее улучшение показателей эф­фективности по итогам реализации регио­нальных программ по энергосбережению связано со снижением времени восстановле­ния электроснабжения (CAIDI) (в 4-5 раз), со снижением количества неправильно выстав­ленных счетов за энергию (50-70%) и связано с повышением точности определения места возникновения аварий (более 50%). Наимень­шая степень улучшения по итогам реализации региональных программ по энергосбережению связана со снижением потерь электроэнергии за счет автоматизации и повышения точности учета электроэнергии (5-7%) и со снижением хищений электроэнергии за счёт отслеживания несанкционированных подключений к сети (10-15%).

Следует отметить, что наибольшие ожидания от применения технологии Smart Grid связаны с уровнем участия потребителей и уровнем использования производственных активов распределительных сетей.

В области потребления характерно снижение пиковых нагрузок и как следствие перенос строительства новых электростанций. При этом экономия достигает 18 млн долларов в год. Очень важен экологический аспект — снижение выбросов C02 на 43 тыс. тонн. Экономия для потребителей составит 10%.

В распределительных сетях — снижены потери до 10%, снижены выбросы СО2 на 45 тыс. тонн, при этом экономия 7 млн долларов в год.

В области генерации главный эффект — уменьшение числа аварий и внеплановых ремонтов. Экономия составляет 11 млн долларов в год. Снижение аварий до 80%. Вне­дрение технологий интеллектуальной сети окупается за 4 года.

Важным моментом является повышение надежности сетевого оборудования и его КПД, а также продление срока службы энергетиче­ского оборудования. Экономия от продления срока службы оборудования составляет 5 млн долларов в год. Внедрение технологий интел­лектуальной сети существенно снижает коли­чество аварий и времени восстановления ис­порченного оборудования.

В области инжиниринга и персонала ин­теллектуальная сеть экономически эффек­тивна, существенно повышает производи­тельность труда обслуживающего персонала за счет интеллектуализации и автоматизации. Снижение затрат на персонал достигает 30%. Особенно следует отметить повышенную точ­ность получаемых данных.

Существующая энергосистема в области генерации электроэнергии ориентирова­на на приоритет крупной генерации (ГЭС, ТЭЦ и т.п.), при этом реализуется активное управление по заданным режимам генера­ции. В случае перехода к интеллектуаль­ной системе используется любая генера­ция, включая возобновляемые источники электроэнергии (например, ветроэнергети­ка и т.п.). Активное управление все­ми генерирующими мощностями и создание для общей координации центров управле­ния. Использование различных видов ге­нерации электроэнергии - от большой до малой энергетики — позволяет устранить дефицит мощности.

Существующая энергосистема реализу­ет пассивную систему передачи электро­энергии, осуществляется управление сетью за счет коммутаций. Причем, как прави­ло, недостаточно эффективно реализуются функции наблюдаемости и управляемо­сти электрических сетей. В случае перехода к интеллектуальной системе реализуется ин­теллектуальная система передачи электро­энергии с управлением режимами в реаль­ном времени, обеспечивая эффективную ре­ализацию функций наблюдаемости и управ­ляемости электрических сетей.

В существующей энергосистеме реали­зуется свободное использование электро­энергии потребителями с учетом внешних ограничений (например, на электрическую мощность и т.п.). В случае перехода к ин­теллектуальной системе реализуется гибкое эффективное использование электроэнер­гии с адаптацией к различным системным ситуациям.

Проведенный в [5] анализ позволил сфор­мулировать следующие исходные положения, принятые при разработке и развитии концеп­ции Smart Grid за рубежом.

1.      Концепция Smart Grid предполагает си­стемное преобразование электроэнерге­тики (энергосистемы) и затрагивает все ее основные элементы: генерацию, передачу и распределение (включая и коммуналь­ную сферу), сбыт и диспетчеризацию.

2.      Энергетическая система рассматривается в будущем как подобная сети Интернет ин­фраструктура, предназначенная для под­держки энергетических, информационных, экономических и финансовых взаимоотно­шений между всеми субъектами энергети­ческого рынка и другими заинтересован­ными сторонами.

3.      Развитие электроэнергетики должно быть направлено на развитие существую­щих и создание новых функциональных свойств энергосистемы и ее элементов, обеспечивающих в наибольшей степени достижение ключевых ценностей новой электроэнергетики, выработанных в ре­зультате совместного видения всеми заин­тересованными сторонами целей и путей ее развития.

4.      Электрическая сеть (все ее элементы) рассматривается как основной объект формирования нового технологического базиса, дающего возможность существен­ного улучшения достигнутых и создания новых функциональных свойств энерго­системы.

5.      Разработка концепции комплексно охваты­вает все основные направления развития: от исследований до практического приме­нения и тиражирования и должна вестись на научном, нормативно-правовом, техно­логическом, техническом, организацион­ном, управленческом и информационном уровнях.

6.      Реализация концепции носит инновацион­ный характер и дает толчок к переходу на новый технологический уклад в электро­энергетике и в экономике в целом.

И это уже не миф, а реальность! За рубежом интеллектуальная энергетика интенсивно раз­вивается.

 

Список литературы

1.      П. К. Анохин. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем 1973 год (http://www.raai.org/library/books/ anohin/anohin.htm).

2.      В.Р. Окороков, И.О. Волкова, Р.В. Окоро­ков. Интеллектуальные энергетические системы : технические возможности и эф­фективность. Академия энергетики №3, 2010 год.

3.      "Grids 2030". A National Vision for Electricity's Second 100 years. Office of Electric Transmission and Distribution of USA Department of Energy. 2003.

4.      The National Energy Technology Laboratory. "A vision for the Modern Grid". March 2007.

5.      Б.Б. Кобец, И.О. Волкова. В.P. Окороков. Smart Grid как концепция инновационно­го развития электроэнергетики за рубе­жом. Энергоэксперт №2. 2010 год.

 

 

 
 
Полное содержание статьи Вы можете найти в первоисточнике
Источник:  ©  Егоров А.А. (ООО "АВИАТЭКС-Каскад"). Интеллектуальная энергетика: мифы и реальность. Автоматизация и IT в энергетике, №  12,  2011.– С.15-22.
Материал размещен на www.transform.ru: 14.02.2012 г.
 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????