Институт комплексных исследований в энергетике

1. Государственный университет – Высшая школа экономики ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ ЭНЕРГЕТИКИ В РОССИИ НА БАЗЕ КОНЦЕПЦИИ SMART GRID(на основе анализа зарубежных разработок) Институт комплексных исследований в энергетике Кобец Борис Борисович – к.т.н., научный руководитель ИКИЭ Волкова Ирина Олеговна – д.э.н., зам.директора Института проблем ценообразования и регулирования естественных монополий ГУ-ВШЭ Международный форум «Энергетика будущего» Москва, 16-17 ноября 2010года

2. Определение Smart Grid The NETL Modern Grid Initiative European Technology Platform SmartGrids «Smart Grids» (умные сети) - это электрические сети, удовлетворяющие будущим требованиям по энергоэффективному и экономичному функционированию энергосистемы за счет скоординированного управления и при помощи современных двусторонних коммуникаций между элементами электрических сетей, электрическими станциями, аккумулирующими устройствами и потребителями. SMART GRID –совокупность организационных изменений, новой модели процессов, решений в области информационных технологий, а также решений в области автоматизированных систем управления технологическими процессами и диспетчерского управления в электроэнергетике IEEE The IntelliGrids «Grids 2030». USA Department of Energy Smart Grid - концепция полностью интегрированной, саморегулирующейся и самовосстанавливающейся электроэнергетической системы, имеющей сетевую топологию и включающей в себя все генерирующие источники, магистральные и распределительные сети и все виды потребителей электрической энергии, управляемые единой сетью информационно-управляющих устройств и систем в режиме реального времени Smart Grid – это полностью автоматизированная энергетическая система, обеспечивающая двусторонний поток электрической энергии и информации между электрическими станциями и устройствами повсеместно. Smart Grid за счет применения новейших технологий, инструментов и методов наполняет электроэнергетику «знаниями», позволяющими резко повысить эффективность функционирования энергетической системы…» SMART GRID – это, прежде всего, концепция инновационного преобразования электроэнергетики на основе целостной системы видения ее роли и места в современном и будущем обществе, определяющем требования к ней, подходов к обеспечению этих требований, принципов и способов осуществления и необходимого технологического базиса для реализации.

3. Основные факторы, определяющие необходимость изменений в развитии энергетики Снижение надежности энергоснабжения Изменение условий функционирования рынков электроэнергии и мощности Необходимость повышения энергетической и экологической эффективности электроэнергетики Появление прогрессивных технологий в результате НТП, не нашедших должного применения в современной электроэнергетике Рост требований потребителей к надежности и качеству электроснабжения Постоянное повышение стоимости электроэнергии во всем мире

4. Исходные положения, принятые при разработке концепции Smart Grid* 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 4. Долгосрочное преобразование электроэнергетики должно быть направлено на развитие существующих и создание новых функциональных свойств энергосистемы и ее элементов, обеспечивающих в наибольшей степени достижение этих ключевых ценностей 2. Энергетическая система в будущем рассматривается как подобная сети Интернет инфраструктура, предназначенная для поддержки энергетических, информационных, экономических и финансовых взаимоотношений между всеми субъектами энергетического рынка и другими заинтересованными сторонами 5. Электрическая сеть (все ее элементы) рассматривается как основной объект формирования нового технологического базиса, дающего возможность существенного улучшения достигнутых и создания новых функциональных свойств энергосистемы 3. Развитие и функционирование энергетической системы должно быть направлено на удовлетворение согласованными всеми заинтересованными сторонами основных требований – ключевых ценностей, выработанных в результате совместного видения всеми заинтересованными сторонами целей и путей развития электроэнергетики 6. Разработка концепции комплексно охватывает все основные направления развития: от исследований до практического применения и тиражирования и затрагивает научную, нормативно-правовую, технологическую, техническую, организационную, управленческую и информационную сферы 7 Реализация концепции носит инновационный характер и отражает переход к новому технологическому укладу в электроэнергетике и в экономике в целом Разработка и внедрение концепцииSmart Gridза рубежом – этонациональные инновационные программыпо развитию электроэнергетики в целом, инициацию и глобальную поддержку которых осуществляет государство

5. Ключевые требования к новой электроэнергетике (ценности)* 1. Доступность – обеспечение потребителей электроэнергией в зависимости от того, когда и где она им необходима, и в зависимости от оплачиваемого качества. 2. Надежность – возможность противостояния физическим и информационным негативным воздействиям без тотальных отключений или высоких затрат на восстановительные работы, максимально быстрое восстановление (самовосстановление). 3. Экономичность – оптимизация тарифов на электрическую энергию для потребителей и снижение общесистемных затрат 4. Эффективность – максимизация эффективности использования всех видов ресурсов и технологий при производстве, передаче распределении и потреблении электроэнергии 5. Органичность с окружающей средой - снижение негативных воздействий на окружающую среду 6. Безопасность – не допущение ситуаций в электроэнергетике, опасных для людей и окружающей среды. *«Grids 2030». A National Vision for Electricity’s Second 100 years. Office of Electric Transmission and Distribution of USA Department of Energy, 2003.

6. Основные подходы к обеспечению ключевых требований (ценностей) к новой электроэнергетике* Ориентация на требования заинтересованных сторон и клиентоориентированность Выработка и принятие решений по развитию и функционированию электроэнергетики осуществляется на основе баланса требований всех заинтересованных сторон с учетом ожидаемых ими выгод и затрат, где потребителю отведена ключевая роль активного участника и субъекта принятия решений путем самостоятельного формирования своих требований к объему получаемой энергии, качеству и характеру ее потребительских свойств и энергетических услуг. Ключевые требования (ценности) к новой электроэнергетике Изменение роли управления Управление рассматривается как основной способ обеспечения формируемых требований (ценностей) и соответствующее повышение управляемости как отдельных элементов, так и электроэнергетики в целом Формирование энергоинформационной системы Базируется на двух основных подходах: информация выступает как средство осуществления эффективного управления, а информационные связи - как системообразующий фактор

7. Интеграции управленческой и энергетической информационной инфраструктуры энергетической системы * *Источник: EPRI

8. Развиваемые функциональные характеристики электроэнергетики для достижения ключевых требований (ценностей)* Самовосстановление после аварийных отключений Многообразие типов электростанций и систем аккумулирования электроэнергии(распределенная генерация) Активный потребитель Определяющий фактор достижения этих характеристик – УПРАВЛЕНИЕ, как альтернатива экстенсивному наращиванию мощностей, требующего существенного повышения управляемости всех элементов сети и энергосистемы в целом Оптимизация управления активами Сопротивление негативным влияниям Обеспечение надежности и качества энергоснабжения Расширение рынков мощности и энергии до конечного потребителя *«Grids 2030». A National Vision for Electricity’s Second 100 years. Office of Electric Transmission and Distribution of USA Department of Energy, 2003.

9. Усовершенствованные технологии измерения- первый шаг к Smart Grid

10. Заинтересованные стороны в развитии концепции Smart Grid в США

11. Система организации работ в рамках концепции Grid-2030 в США * *Joe Miller. Understanding the Smart Grid Features, Benefits and Costs / Illinois Smart Grid Initiative – July 8, 2008/

12. Ожидаемые преимущества от реализации(США)* *The National Energy Technology Laboratory: «A vision for the Modern Grid», March 2007.

13. Эффект от внедрения энергосистемы на базе концепции Smart Grid* *National Renewable Energy Laboratory, Projected Benefits of Federal Energy Efficiency and Renewable Energy Programs – FY 2008 Budget Request, 2007.

14. Программные цели и задачи исследований в США к 2030 году* Цель – развивать интегрированную национальную технологическую электро-коммуникационно –информационную инфраструктуру, способную динамически оптимизировать системные (сетевые) операции, ресурсы и обеспечивать внедрение управление спросом и активное участие потребителя Целевые показатели реализации концепции Smart Grid • 20% снижение требований к объему пиковой энергии • 100% способности обеспечивать все критические перетоки в любое время и номенклатуру услуг по надежности для других перетоков • 40% улучшение системной эффективности и использования активов, обеспечивающей 70% загрузки • 20% использования распределенных и возобновляемых энергоресурсов (200 ГВт) *Smart Grid System Report. U.S.Departament of Energy. July 2009.

15. Видение Энергетическая система 2030 (ЭС-2030) … обеспечивает электричеством конкурентный рынок электроэнергии Северной Америки. Она предоставляет каждому доступ к экологически чистому и надежному электроснабжению в больших объемах в любое время и в любом месте. Она предоставляет лучшее и самое надежное обслуживание по передаче электроэнергии, которое доступно в мире. К 2010 1.Архитектура ЭС-2030 2.Низкозатратное, более надежное и протестированное представление данных 3.Внедрение точечных систем, повышающих качество поставки э/э 4.Устранение барьеров для принятия усовершенствованных технологий передачи и распределения электроэнергии 5.Инвестиции в электрическую (сетевую) инфраструктуру и технологии передачи и распределения в объеме, достаточном для удовлетворении потребностей 6.Оценка возможности сокращения действий регуляторов и эффективности функционирования энергетических рынков К 2020 1. Ввод в действие архитектуры ЭС-2030 на местном и региональном уровне. 2.Повсеместное установление усовершенствованных электрических технологий для модернизации энергетической системы 3.Продолжение финансирования проектов по модернизации объектов энергетической системы 4.Повышение эффективности функционирования энергетических рынков и создание выгодных условий для потребителей (мотивация потребителей) К 2030 1.Выполнение проектов межсистемных перетоков мощности 2.Создание инфраструктуры для получения информации от потребителей и технических устройств в режиме реального времени для повышения эффективности и уровня контроля 3.Отсутствие экономических потерь вследствие перерывов подачи э/э и др. затруднений 4.Открытые конкурентные рынки во всех сегментах электроэнергетической отрасли, где потребитель является активным участником и заинтересован в получении выгод Цели 1. Недостаток проектов, выполнимых с технической точки зрения и стимулирующих эффективную жизнедеятельность, для представления архитектуры ЭС-2030. 2. Относительно высокие затраты и, в основном, непроверенная надежность, работа и производительность для определенных усовершенствованных типов проводников, материалов и оборудования, систем хранения электроэнергии, распределенных датчиков и умных систем, в т.ч. систем контроля и устройств силовой электроники. 3. Недостаток данных и возможности моделирования для оценки проблем перегрузки сети и применения специальных устройств, в т.ч. контролирующих в реальном времени. 4. Относительно медленная оборачиваемость капитала и инертность самих компаний предприятия, пересекающаяся с введением новых технологий по электроснабжению в набор инструментов проектировщиков и операторов передающих и распределительных сетей. 5. Недостаточный интерес студентов этой специальности к передающим устройствам следующего поколения и недостаток возможности обучения (тренировок) и учебного плана развития специалистов электрической системы, членов и персонала гос. предприятий и др. официальных лиц. Технические сложности • Проектирование • архитектуры ЭС-2030 • проектирование основы национальной эл.сети • проектирование схемы взаимодействия на региональном уровне. • проектирование местных распр.эл.сетей • Развитие «критических» • технологий • высокотемпературные суперпроводники • хранение энергии • smart устройства контроля при передаче э/э • силовая электроника • Ускорение внедрения усовершенствованных технологий • оптимизация технологий и перетоков мощности • развитие обучающих программ и тренингов • Повышение эффективности энергетических рынков • оценка и планирование функционирования рынка, выявление «узких мест» • улучшение размещения объектов, регулирования и лицензирования • Налаживание партнерских отношений • координация на Федеральном уровне и на уровне штата • сотрудничество государственного и частного сектора • международное взаимодействие Проекты

16. Приоритеты развития Smart Grid в странах ЕС

17. Специфика условий реализации концепции Smart Grid в российской электроэнергетике Стартовые условия: наличие «технологического разрыва» с ведущими индустриально- развитыми странами (по оценке экспертов 10-15 лет). Износ основных активов в 2 раза выше, чем за рубежом Организационно-экономические условия: Отсутствует реальный центр координации и развития отрасли, в первую очередь технологический, после реформирования РАО ЕЭС России Технологические условия: существенно отличаются от США и Западной Европы Инфраструктурные условия: отсутствие развитой инновационной инфраструктуры (центры трансфера технологий, инновационно-технологические центры, технопарки, бизнес-инкубаторы, центры подготовки кадров для инновационной деятельности, венчурные фонды и др.) • Общественно-политические условия: • заявленный политическим руководством безусловный переход страны на модернизацию и инновационное развитие • приоритетность повышения энергоэффективности, как ключевого направления модернизации и инновационного развития

18. Возможные подходы к выбору сценариев развития концепции Smart Grid в России Возможные сценарии развития концепцииSmart Grid в России Сценарий мониторинга и точечного внедрения отдельных технологий Smart Grid Сценарий разработки и реализации комплексной национальной программы инновационного развития электроэнергетики на базе Smart Grid Сценарий развития существующих и создания новых компетенций в сфере Smart Grid

19. Основные положения подхода к развитию концепции Smart Grid в России 1. Проблема развития отечественной электроэнергетики выходит за рамки отраслевой программы и рассматривается как национальная инновационная программа, во взаимодействии с другими национальными проектами и программами 2. Основная стратегическая цель - принципиальное, качественное изменение и развитие интеллектуально-технологического потенциала отечественной электроэнергетики, отвечающего мировым тенденциям социального и технологического развития 3. Технологическая платформа на базе концепции Smart Grid, как элемент инновационной отечественной инфраструктуры, должна обеспечить формирование долгосрочного вектора развития связывающей научные исследования, бизнес-проекты, общественные и государственные интересы 4. Идеология и концептуальная основа Smart Grid должны обеспечить преемственность развития электроэнергетики и определяться уровнем имеющегося организационно-экономического ,технологического и ресурсного(в широком смысле) потенциала и реальной достижимости

20. Основные вопросы разработки концепции Smart Grid в России Комплексная национальная программа инновационного развития электроэнергетики на базе концепции Smart Grid 1. Формирование стратегического видения будущей электроэнергетики в России на базе концепции Smart Grid 2. Определение основных требований и функциональных свойств отечественной электроэнергетики на базе концепции Smart Grid и принципов их осуществления 3. Определение основных направлений развития всех элементов энергетической системы: генерации, передачи и распределения, сбыта, потребления и диспетчеризации 4. Определение основных компонентов, технологий, информационных и управленческих решений во всех вышеуказанных сферах 5. Обеспечение координации модернизации (преодоления технологического разрыва) и инновационного развития в российской электроэнергетике

21. Концепция Smart Grid В И Д ЕН И Е Стратегическое видение электроэнергетики будущего Принципы построения электроэнергетики будущего Ключевые требования (ценности) к электроэнергетике будущего К О Н Ц Е П Ц И Я Функциональные свойства (характеристики) электроэнергетики будущего БАЗИС КОНЦЕПЦИИ SMART GRID Управленческий Технологический Нормативный Информационный С Т Р А Т Е Г И Я Стратегия развития электроэнергетики на базе концепции Smart Grid Программа реализация i-го элемента стратегии Программа реализация i-го элемента стратегии Проект 1 Проект 2 Проект N-1 Проект N

22. Порядок разработки комплексной национальной программы инновационного развития электроэнергетики на базе концепции Smart Grid 1. Формирование идеологии построения (создания) и развития единой электроэнергетики России с использованием подходов, принципов, функциональных свойств и технологического базиса Smart Grid, результатом которого должно стать стратегическое видение будущей электроэнергетики 2. Разработка дорожной карты создания технологического базиса концепции Smart Grid в России, определенного в стратегическом видении 3. Разработка механизмов стимулирования разработок и внедрения технологий Smart Grid организациями, работающими в сфере электроэнергетики, и потребителей электроэнергии, а также отечественными производителями оборудования, в первую очередь, электротехнического и информационно-коммуникационного 4. Разработка скоординированных программ модернизации и инновационного развития электроэнергетики на основе концепции Smart Grid с выделением этапов ее реализации и ресурсного их обеспечения

23. Схема организации работ по развитию и реализации концепции Smart Grid в России Политический уровень: определяет и утверждает общее видение, направления и принципы инновационного развития ТЭК Стратегический уровень: согласование и утверждение ключевых вопросов инновационного развития: направления научных разработок, перечень ключевых технологий, параметры развития и пр. Правительство РФ Межотраслевая комиссия по разработке концепции Smart Grid: Минэнерго, Минэкономики, Минсвязи, Минпром, энергетические компании ,производители и др. Оперативный уровень: организационно-экономические и управленческие аспекты руководство Технологическая платформа инновационного развития электроэнергетики Научные исследования и разработки Трансфер и промышленное освоение отечественных технологий и оборудования Пилотные проекты, инновационного развития электроэнергетики Уровень исполнителей конкретных технических, организационных и социально-экономических задач

24. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! 25