Электроэнергия+

Снабжение электроэнергией, теплом и газом традиционно относят к разным видам бизнеса и даже разным отраслям. Однако существуют факторы и технологии, позволяющие эффективно объединить эти виды деятельности -если не в пределах одного рынка, то хотя бы на уровне регуляции физических поставок. Эксперты считают, что будущее за интегрированными системами энергоснабжения, которые позволят повысить эффективность энергетики в плане управления и планирования и отвечают требованиям потребителей.

ЧТО ИХ ОБЪЕДИНЯЕТ

Не секрет, что рынки электрической и тепловой энергии тесно связаны между собой, особенно в нашей стране, где около 70% теплоснабжения обеспечивается ТЭЦ. Эта взаимосвязь определяется, во-первых, технологическим процессом: большая часть тепловой энергии вырабатывается за счёт энергии конденсации отработанного в паровой турбине пара либо охлаждения газов, совершивших работу в газовой турбине. Поэтому на ТЭЦ вынуждены балансировать объёмы производства электроэнергии и тепла. Во-вторых, электрическая энергия может быть преобразована потребителями в тепловую: при недостатке тепла многие включают электрообогреватели и электроплиты. По информации РАО «ЕЭС России», для энергосистем, расположенных в европейской части страны, похолодание в зимний период на 1 °С приводит к увеличению потребления электрической мощности примерно на 0,6%. Подобная связь существует между газом и теплом (газовые плиты, домашние газовые колонки), электроэнергией и газом (топливо электростанций).

Кроме того, электро-, тепло- и топливоснабжение связаны параметрами надёжности. В случае аварии в системе теплоснабжения местное потребление электроэнергии многократно возрастает, в результате может возникнуть перегрузка электрических сетей. Она, в свою очередь, способна привести к отключению насосных станций, а также различных систем автоматики, что усугубит ситуацию в теплоснабжении и негативно отразится на транспортировке топлива.

Не секрет, что государство координирует планирование систем электро-, тепло- и топливоснабжения. Например, при развитии производственных мощностей учитывается, что спрос на электроэнергию в России растёт быстрее, чем на тепловую энергию.

Описанные взаимосвязи, порождаемые особенностями работы ТЭЦ, возможностью преобразования энергии из одной формы в другую, а также вопросами надёжности, обусловливают эффективность объединения систем электро-, тепло- и топливоснабжения.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИЯ

Основной стимул к развитию интегрированных систем энергоснабжения за рубежом даёт развитие интеллектуальной энергетики. Интеллектуальные технологии в сетях и у потребителей помогают наладить постоянный сбор информации и обмен ею, автоматическую регуляцию и переконфигурацию потоков энергии, реализацию алгоритмов мультиагентного управления. Всё это позволяет вывести системное управление на новый уровень.

Другим фактором «интеллектуализации» сетей в развитых странах становится движение к клиентоориентированной энергетике (см. «Энерговектор» за август 2015 г., с. 5), когда поставщики услуг энергоснабжения ориентируются в первую очередь на удобство для конечных потребителей. Наконец, искать возможности совместного локального управления системами энергоснабжения заставляет ускоренное развитие распределённой генерации у потребителей. Так, сейчас в Европе реализуется крупный пилотный проект "ene.field", в рамках которого 1000 домохозяйств в 11 странах получат газовые микроТЭЦ. Тенденция эта долговременная, и частный сектор в будущем (по меньшей мере, в странах Европы) может быть повсеместно оснащён солнечными панелями и нагревателями воды, ветряными генераторами, а также тепловыми насосами и установками малой когенерации, не говоря уже о накопителях электроэнергии.

По мере децентрализации энергоснабжения и распространения микросетей придётся иначе решать вопросы обеспечения надёжности и эффективного развития энергосистем. Для этого, как мы видим, необходим комплексный подход.

ВЕЗДЕ АГЕНТЫ

Основной проблемой в реализации подобных интегрированных энергосистем становится управление ими. В международной практике для организации управления обычно используют концепцию энергетических узлов (хабов), организованных на локальном уровне, зачастую - на уровне нескольких зданий. В Швейцарской высшей технологической школе разработан подход к оптимизации интегрированных систем на уровне отдельных узлов, объединяющих разные виды энергии и обеспечивающих их выработку и потребление, преобразование и накопление (рис. 1).

Рис. 1. Схема интегрированного энергетического узла
Рис. 1. Схема интегрированного энергетического узла

Для управления подобными микросистемами очень перспективно использование мультиагентных систем, в которых множество автономных агентов (программ) работают в интересах различных пользователей и взаимодействуют между собой в процессе решения своих задач. Мультиагентные системы, активно развиваемые для управления торговыми операциями на рынках, в интегрированных энергосистемах смогут обеспечить закупки и продажи энергии сразу нескольких видов.

Рис. 2. Модель мультиагентного управления на уровне отдельных зданий
Рис. 2. Модель мультиагентного управления на уровне отдельных зданий

Нидерландская организация прикладных научных исследований проработала модель для совместного управления электро- и теплоснабжением в жилом квартале (рис. 2). В данной модели в энергетических узлах собирается информация об их электро- и теплоснабжении, чтобы агенты могли принять решение о выборе наименее затратного способа отопления и о покупке энергии извне в часы, когда это наиболее выгодно потребителям.

НА ПРАКТИКЕ

Концепция применения интегрированных интеллектуальных энергосистем помогает обеспечить энергоэффективность и дополнительные возможности балансировки возобновляемой генерации. Неудивительно, что эту концепцию в первую очередь принимают страны, активно развивающие ВИЭ. Примеров тому множество: Дания (Копенгаген, Марсталь), Германия (Крайльсхайм, Битигхайм-Биссинген), Испания (Барселона), Швеция (Мальмё) и др.

Рис. 3. Схема интегрированной энергосистемы Копенгагена
Рис. 3. Схема интегрированной энергосистемы Копенгагена

Дания рассматривает будущую интеграцию всех систем энергоснабжения как инструмент для перехода к эффективной энергосистеме со 100-процентной долей ВИЭ. Интеллектуальная энергосистема, с точки зрения датских энергетиков, - это объединение и координация интеллектуальных электрических, тепловых и газовых сетей, что даёт возможность оптимизировать их совместную работу. Например, ТЭЦ с установленными накопителями тепла могут намного эффективнее компенсировать постоянные колебания мощности солнечных и ветряных станций, чем обычные ТЭЦ. Согласно датской концепции, интегрированная энергосистема имеет множество взаимосвязей (рис. 3), а потому получается значительно сложнее традиционной.

* * *

Концепция интегрированных энергосистем логически дополняет концепцию интеллектуальных электроэнергетических систем, хорошо вписываясь в общую тенденцию децентрализации энергоснабжения. Предлагаемые сегодня нововведения позволят повысить эффективность локальных энергосистем, особенно тех, в которых присутствуют источники распределённой и возобновляемой генерации. Для России, где доминируют ТЭЦ, новация может быть привлекательна потому, что позволит совместно оптимизировать электро- и теплоснабжение.

Очевидно, что при существующей макроэкономической неопределённости не приходится ждать, что новая концепция быстро завладеет умами и сердцами россиян. Но она указывает на направление для дальнейшего развития энергетики и на первый шаг, который нам следует сделать, - осознать роль муниципальных образований.

___________________________________

Еще больше интересных материалов ищите на нашем портале Энерговектор.com или подписывайтесь на наш канал.

Портал Энерговектор - ​это ​ всегда свежие новости, комментарии финансовых аналитиков, оперативные фото- и видеорепортажи. На портале также размещаются расширенные версии статей, публикуемых в газете Энерговектор, с дополнительными иллюстрациями и видеовставками. Мы придаём большое значение вопросам престижа энергетических профессий, развитию отечественного энергетического машиностроения и энергоинжиниринга, обмену опытом и новым «прорывным» технологиям.