Энергетика нового формата

Чтобы удовлетворить растущий запрос на электроэнергию, работать надо не только над количеством, но и над качеством энергообъектов. Эксперты говорят, что в будущем генерация станет разнообразнее благодаря прорывным научным проектам, а распределение и потребление – умнее за счет цифровых технологий и автоматизации.

Один из очевидных трендов – рост сектора возобновляемых источников энергии (ВИЭ). В 2023 г. 87% общемирового прироста энергомощностей пришлось на ВИЭ, отмечают эксперты Ассоциации развития возобновляемой энергетики.

Новая генерация

Драйвером развития рынка можно считать Китай, говорит заведующий лабораторией материалов для электрохимических процессов, ведущий научный сотрудник химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова Олег Дрожжин. Правительство страны в 2020 г. поставило задачу увеличить мощность солнечной и ветровой энергии к 2030 г. до 1200 ГВт и перевыполнило этот план на шесть лет, сообщает Bloomberg. Производство дешевых солнечных панелей в Китае уже избыточно, поэтому можно ожидать наполнения ими мирового рынка и ввод в эксплуатацию аналогичных электростанций и в тех странах, где раньше высокая стоимость панелей не позволяла запускать масштабные проекты, прогнозирует Дрожжин.

Директор Института электроэнергетики НИУ МЭИ Владимир Тульский одним из самых перспективных направлений в генерации считает создание малых модульных атомных реакторов мощностью 2–4 МВт, которые можно использовать для самых разных задач. Например, в регионах с высокой долей в энергобалансе тех же ВИЭ, которые сильно зависят от погоды, рассказывает он.

Сейчас это направление активно развивает «Росатом», рассчитывая в течение 10 лет перейти к серийному созданию мини-АЭС на базе установки «Шельф-3» мощностью 10 МВт. Первый атомный энергоблок с таким реактором построят в Якутии на месторождении Совиное к 2030 г., говорил главный конструктор реакторных установок атомных станций малой мощности Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники им. Доллежаля Денис Куликов.

Передача и хранение

Еще одно важное направление развития энергетики – высокотемпературные сверхпроводники, отмечает Тульский. Например, «Россети» сейчас строят такую линию в Санкт-Петербурге и у нее нет аналогов в мире по протяженности. Данная технология позволяет передавать большую мощность на относительно низком классе напряжения и практически без потерь. Она может найти применение в схемах электроснабжения мегаполисов, для выдачи мощности крупной генерации, строительства энергомостов, объясняет эксперт.

По мнению Тульского, большие возможности для отрасли откроет также широкое применение систем накопления энергии. «Идет работа по созданию более дешевых, чем сейчас, компактных и емких накопителей. Появление такого решения позволит оптимизировать режимы работы энергосистемы и повысит качество электроснабжения потребителей», – считает эксперт.

В разработке накопителей электроэнергии, которые сглаживают пики потребления и выработки, обеспечивают бесперебойное электроснабжение в нештатных ситуациях, в основном развиваются четыре направления: литий-ионные аккумуляторы, преимущественно на фосфатных катодах; дешевые натрий-ионные аккумуляторы, которые потенциально могут стать не менее производительными, чем литий-ионные; редокс-проточные аккумуляторы и натрий-серные аккумуляторы, говорит Дрожжин. В России строятся заводы по выпуску литий-ионных аккумуляторов объемом несколько ГВт ч/год. В первую очередь компанией «Рэнера» – подразделением «Росатома», что должно снизить зависимость от зарубежных производителей, напоминает ученый.

Интересным направлением, по мнению Дрожжина, можно считать предложение использовать электромобили как часть распределенной энергосистемы (концепция Vehicle-to-Grid, или V2G). Пока они подключены к сети, их батареи могут служить накопителями для более равномерного распределения нагрузки, объясняет он. Так же уже делают в том же Китае.

Для тех же целей можно использовать и бывшие в употреблении аккумуляторы электромобилей, продолжает эксперт. Как правило, батарея требует замены после падения емкости до 80% от начальной, однако в большинстве случаев ее можно использовать дольше, пока емкость не упадет до 60%. «Такая бывшая в употреблении батарея вряд ли устроит автовладельцев из-за меньшего пробега, однако вполне пригодится для организации сетевого накопителя электроэнергии – как в домашнем хозяйстве, так и в составе крупного накопителя на электростанции», – объясняет Дрожжин.

IT для энергетики

Перспективным направлением для энергетики является создание антропоморфных роботов, управляемых с использованием систем искусственного интеллекта, добавляет Тульский: они могли бы взять на себя часть работ, которые сейчас выполняет человек. Это позволило бы увеличить не только эффективность, но и безопасность труда.

Но в целом среди основных тенденций в IT-разработках можно назвать создание цифровых комплексов, которые обеспечат переход к распределенной энергетике, повышение энергоэффективности, интеграцию ВИЭ в существующие системы электроснабжения. Также перспективным является использование искусственного интеллекта и больших данных для оптимизации процессов и общения с потребителями, перечисляет гендиректор интегратора цифровых решений для промышленности ГК «УльтимаТек» Павел Растопшин. При этом одновременно требуется поиск решений для усиления кибербезопасности.

Сейчас отечественные предприятия энергетического сектора вкладывают в развитие этих направлений 3–7% своего бюджета и до 2028 г. инвестиции вырастут не менее чем на 10–15%, указывают эксперты университета «Иннополис». По их оценке, доля новых IT-разработок для энергетики, использующих компьютерное зрение и обработку звука, в России даже выше среднемирового уровня.

В ряду перспективных разработок для российской электроэнергетики Растопшин выделяет создание интеграционных программных комплексов. Они позволяют включить в систему источники распределенной и малой генерации, а также систему управления энергоданными для сбора, обработки и анализа больших объемов информации от интеллектуальных приборов учета и датчиков. В качестве примера Растопшин приводит цифровую индустриальную платформу ZIIOT (18+) от ГК «Цифра», с помощью которой можно строить аналитику и создавать цифровых советчиков на базе данных с датчиков. Он рассказывает, что «УльтимаТек» уже реализует на основе ZIIOT проект по созданию системы управления энергопроизводством для крупного металлургического предприятия.

Похожий проект есть в электросетях – интеграционная платформа РС-20 (18+), которую разрабатывают «Россети». Сейчас это ключевой проект Индустриального центра компетенций «Электроэнергетика», который возглавляет глава энергохолдинга Андрей Рюмин. Как говорят в самой компании, эта платформа позволит преодолеть наследие «лоскутной» автоматизации – за много лет в энергетике накоплено огромное количество различных систем, которые работают параллельно друг с другом. В этом году на конференции ЦИПР «Россети» и ГК «Цифра» подписали меморандум о сотрудничестве, который нацелен на объединение их компетенций. В первую очередь речь идет именно о платформах РС-20 и ZIIOT.

Среди других перспективных технологий Растопшин называет интеллектуальные программные комплексы для автоматизированного управления распределительными сетями (SCADA-системы нового поколения), которые позволяют оптимизировать распределение энергии, интегрировать ВИЭ и улучшить надежность энергоснабжения, в результате чего создаются интеллектуальные электросети (Smart Grids).

Создание и эксплуатация цифровых двойников, т. е. цифровых моделей энергетических объектов и систем для их мониторинга, анализа и оптимизации в реальном времени, тоже важная задача, продолжает эксперт. Среди таких решений он выделяет платформу Datana Shopfloor (18+) от компании «Цифровой завод», позволяющую управлять цифровыми двойниками.

Внедрение инноваций

Для создания электроэнергетики нового формата важно не только придумать технологию, но и оценить перспективы ее внедрения. Такими вопросами в России, в частности, занимается Интеллектуальная лаборатория цифровых сетей (ИЛЦС). Ее открыли «Россети» в Санкт-Петербурге в 2024 г. У комплекса, инвестиции в который превысили 3 млрд руб., нет аналогов в стране, а за рубежом единицы, отметил представитель «Россетей».

Лаборатория позволяет проводить сложнейшие исследования: тестировать цифровые системы, оценивать влияние электромагнитного излучения. Кроме того, здесь можно испытывать оборудование в экстремальных режимах, например с помощью имитатора солнечного света. Как рассказал представитель «Россетей», специально для ИЛЦС создан самый мощный в России (35 000 узлов) комплекс моделирования энергосистем в режиме реального времени. Благодаря ему можно тестировать оборудование и решение, которые сложно проверить в «железе». Также есть реальная испытательная сеть 0,4–35 кВ. Отдельное направление работы – кибербезопасность, здесь даже можно имитировать хакерские атаки.

Лаборатория «заточена» на задачи распределительной сети – это объекты, от которых запитано подавляющее большинство потребителей, включая обычные жилые дома. По оценке экспертов, именно здесь применение новых технологий может дать максимальный эффект в виде роста надежности услуг, создания новых клиентских сервисов и т. п. Например, говорит технический директор по электроэнергетике ГК «РТСофт» Алексей Небера, одной из задач ИЛЦС может быть моделирование городских энергосистем будущего. По его мнению, развитие таких технологий, как массовое применение бытовых систем накопления электроэнергии, электрического транспорта, распределительных сетей постоянного тока, нуждается в серьезных экспериментальных исследованиях в условиях, близких к реальным.

В конечном счете это должно способствовать достижению технологического суверенитета отрасли, что сейчас стало самой главной задачей. Чтобы идти в ногу с глобальными энергетическими трендами, недостаточно только замещать импорт, нужно проводить собственные исследования.