Основные положения концепции интеллектуальной энергосистемы с активноадаптивной сетью
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
аварийных режимов (включая послеаварийные и ремонтные) работы энергосистемы предполагают создание у потребителя возможностей для централизованного (в т.ч. автоматического) ограничения или отключения части его нагрузок в ситуациях аварийных или плановых снижений генерирующей мощности энергосистемы или пропускной способности электрических сетей из-за отказов или плановых ремонтов отдельных элементов. Для управления нагрузками в аварийных режимах используются средства противоаварийной автоматики. Величина и состав нагрузок, заводимых под аварийное управление, а также графики аварийного ограничения режима потребления определяются с учетом технологических особенностей конкретного потребителя, в том числе минимально необходимого уровня энергоснабжения (технологическая и аварийная броня), предельно допустимых перерывов энергоснабжения для различных производственных процессов. 7. Интеллектуальные микросети Технологии ИЭС ААС позволяют воплотить радикально новые концепции, к которым, в частности, относятся микросети. Микросети в общем виде определяются как сети низкого напряжения с источниками распределенной генерации, накопителями энергии и контролируемой нагрузкой (напр., обогревателями и кондиционерами). Важным свойством микросетей является то, что, несмотря на функционирование в рамках распределительной системы, они могут автоматически переводиться в изолированное состояние в случае аварий в сети и восстанавливать синхронизацию с сетью после устранения аварии с поддержанием требуемого качества электрической энергии. В будущем предполагается, что функционирование энергосистемы будет осуществляться путем тесного взаимодействия между централизованными и распределенными децентрализованными генерирующими мощностями. Управление распределенными генераторами может быть собрано в единое целое, образуя микросети (microgrid) или «виртуальные» электростанции, интегрированные как в сеть, так и в рынок электроэнергии и мощности, что будет способствовать повышению роли потребителя в управлении энергосистемой. Микросети будут являться частью национальной энергетической системы: онисвязаны с региональными сетями, и через них – с национальной электрической сетью. Электроэнергия от микросетей будет направляться к 28 потребителям и обратно в региональную сеть в зависимости от условий спроса и предложения. Мониторинг и регулирование в режиме реального времени обеспечит информационный обмен и позволит мгновенно отрабатывать все поставки на национальном уровне. Потребители в этом случае будут иметь возможность корректировки поставки электричества в соответствии со своими потребностями. Будучи автономными или подключенными к национальной энергетической сети, микросети могут размещаться в непосредственной близости от потребителей (небольших городов, деревень, заводов) и производить электроэнергию «на месте», существенно снижая потери при передаче по проводам и повышая, таким образом, КПД (приложение 1). Smart-микросети позволяют эффективно покрывать растущий потребительский спрос за счет роста поступлений электроэнергии от возобновляемых источников энергии. В микросети энергетические ресурсы не могут быть полностью «распланированы», интеллектуальные системы сочетаются с коммуникационной инфраструктурой, чтобы обеспечить контроль на стороне спроса, и посредством него – баланс между спросом и предложением. Принцип микросети может найти намного более широкое применение, чем только для географических островов. 8. Экономические, технологические и социальные эффекты, ожидаемые при развитии интеллектуальной энергетики 8.1. Основные эффекты Проектирование и последующая реализация интеллектуальной энергетической системы невозможны без развернутого технико- экономического обоснования, в основе которого лежит, с одной стороны, анализ ожидаемых эффектов разного типа, с другой — оценка затрат на внедрение новых технических средств и систем управления, сопутствующих информационных и коммуникационных технологий. Наиболее комплексная методическая проработка подходов к анализу и стоимостной оценке эффектов, ожидаемых от интеллектуальной энергетики в отрасли, обществе и экономике в целом, ведется в Electric Power Research Institute (EPRI) — основном американском центре исследований в области экономики энергетики. В последние годы специалистами EPRI была проведена систематизация разного рода эффектов при реализации конкретных пилотных проектов Smart Grid. Интеллектуальная энергетика справедливо рассматривается как целостная технологическая платформа, отвечающая энергетическим нуждам инновационной экономики XXI века, запросам постиндустриального общества, требованиям устойчивого развития (sustainable development). Поэтому все большую актуальность (и политическую значимость) приобретает оценка так называемых внешних, экстернальных, эффектов Smart Grid. Эти эффекты демонстрируют, в какой мере создание ИЭС ААС соответствует социальному запросу общества и экономики к новым 29 стандартам энергоснабжения. В качестве наиболее значимых эффектов можно выделить: снижение экологической нагрузки; инновационный импульс для экономики; повышение энергетической безопасности путем повышения надежности энергоснабжения потребителей за счет автоматизации управления сетями, развития источников распределенной генерации и аккумулирования электроэнергии, микросетей, создающих возможности для оперативного перехода потребителей к автономному энергоснабжению в случае системных аварий; улучшение условий для экономической интеграции и конкуренции посредством управления режимами сетей, пропускными способностями и потоками мощности, внедрения интеллектуальных систем учета электроэнергии, перехода к динамическому ценообразованию и активному взаимодействию потребителей с энергосистемой; повышение производительности и безопасности труда за счет внедрения автоматизированных систем удаленного контроля и управления. Практически все экстернальные эффекты могут быть оценены количественно, однако их последующая корректная стоимостная оценка возможна не всегда. Кроме того, существующие в настоящее время подходы дают чрезвычайно широкий диапазон неопределенности. Поэтому в рамках технико-экономического обоснования создания интеллектуальной энергосистемы целесообразно в качестве основных рассматривать прямые экономические эффекты, используя экспертные оценки экстернальных эффектов как дополняющие (либо ограничивающие) условия. 8.2. Прогнозные оценки изменений балансовых условий в ЕЭС России при развитии интеллектуальной энергетики Создание ИЭС ААС будет сопровождаться рядом общесистемных эффектов, имеющих значительное влияние на балансовую ситуацию в ЕЭС России. Основные их типы связаны с переходом к новому качеству управления в энергосистеме: эффекты управления спросом обеспечивают изменение режимов электропотребления, снижение максимума и уплотнение графика нагрузки в энергосистеме, а в ряде случаев сопровождаются и общим снижением уровня электропотребления; эффекты управления потерями при передаче и распределении электроэнергии формируются за счет сокращения ненагрузочных потерь при внедрении новых типов проводов и силового оборудования и уменьшения нагрузочных потерь при переходе к интеллектуальному 30 качеству управления режимами сети, а также вследствие изменения режимов электропотребления при реализации эффектов управления спросом; эффекты управления пропускными способностями линий в основной и распределительной сети обеспечивают увеличение допустимых перетоков мощности за счет внедрения технологий гибких передач, новых систем автоматизированного мониторинга статической устойчивости сети и др. эффекты управления генерацией позволяют добиться рационального использования крупной и распределенной генерации. Одним из важных эффектов в этой сфере является интеграция в энергосистему больших объемов распределенной генерации и повышение управляемости потоками электроэнергии, производимой на электростанциях с нерегулярными режимами выработки энергии (ветровых, солнечных и др.); эффекты управления надежностью и качеством энергоснабжения обеспечивают снижение частоты и продолжительности аварийных ситуаций, служащих причиной прямого недоотпуска электроэнергии потребителям или ненадлежащего качества поставки. При этом, как следствие, снижаются прямые экономические потери потребителей из-за упущенной финансовой выгоды, порчи сырья, оборудования, расходных материалов и пр. Для предварительной оценки возможных системных эффектов в ЕЭС России при создании интеллектуальной электроэнергетики были использованы данные по результатам пилотных проектов и более комплексным программам развития Smart Grid, реализация которых начата в различных странах. Следует отметить, что по многим причинам сохраняется крайне высокая неопределенность ожидаемых эффектов от внедрения элементов Smart Grid. Тем не менее представленные ниже обобщения целевых установок или первых результатов позволяют уточнить ранее приведенные диапазоны возможных эффектов в ЕЭС России. Итоговые параметры изменения балансовых условий приведены в табл. 8.1. Они отражают средние и нижние показатели рассмотренных пилотных проектов. Параметры для 2020 г. предполагают реализацию проекта ИЭС ААС в объеме 25% от показателей 2030 г. Таблица 8.1. Параметры изменения балансовых условий, принятые для оценки эффектов развития интеллектуальной энергетики в ЕЭС России, % Условие Пилотные проекты Smart Grid Целевые показатели интеллектуальной энергосистемы в ЕЭС России 2020 г. 2030 г. 31 Снижение прогнозного максимума нагрузки 10—20 2,5 10 Снижение конечного электропотребления 5—15 2 8 Снижение потерь в сетях (относительно отчетного уровня) 20—50 7,5 30 Снижение необходимых резервов мощности в генерации (относительно отчетного уровня) 20—30 5 20 Увеличение пропускных способностей межсистемных связей 5—10 2,5 10 Совместное влияние данных эффектов количественно отражается на балансовой ситуации в ЕЭС России через изменение потребности в электроэнергии и установленной мощности. Ри с. 8.1 Ко ли че ств ен на я оц ен ка из ме не ния балансовых условий в ЕЭС России к 2030 г. при развитии интеллектуальной энергетики Совместное влияние технологических эффектов на балансовые условия приводит к их взаимному усилению (синергии). В результате изменения потребности в электроэнергии и установленной мощности электростанций оказываются больше, чем рассчитанные в виде простой суммы эффектов. Оценки, сделанные для исходных балансовых условий базового варианта Снижение требуемой установленной мощности, ГВт 0 10 20 30 40 2020 г. 2025 г. 2030 г. Снижение максимума нагрузки у потребителей при управлении спросом Снижение резерва в генерации с учетом повышения надежности средствами ИЭС ААС и снижения максимума нагрузки 34 24 7 Снижение потребности в электроэнергии, млрд кВт*ч 0 50 100 150 2020 г. 2025 г. 2030 г. Снижение конечного электропотребления при управлении спросом Снижение потерь в сетях с учетом новых технологий, управления потерями и снижения конечного электропотребления 93 140 23 32 Генеральной схемы размещения объектов электроэнергетики, показывают, что реализация к 2030 г. основных мероприятий по созданию интеллектуальной энергетики в России позволит снизить потребность в установленной мощности более чем на 10% (на 34 ГВт) и электропотребление почти на 9% (140 млрд кВт·ч). При этом относительный уровень потерь в сетях последовательно снизится на 30% — с 12 до 10 % в 2020 г. и до 8% в 2030 г. 8.3. Стоимостные оценки затрат и эффектов при развитии интеллектуальной энергетики в ЕЭС России На основе ожидаемых изменений балансовых условий в ЕЭС России могут быть получены интегральные экономические оценки эффектов от развития интеллектуальной энергетики (табл. 8.2). Результаты моделирования развития ЕЭС России на период до 2030 г. с учетом перехода к ИЭС ААС выполнены в ИНЭИ РАН на основе переноса американского опыта оценки эффективности Smart Grid (EPRI, США). Табл. 8.2. Итоговые экономические эффекты при развитии интеллектуальной энергетики в ЕЭС России 4 До 2020 г. 2021— 2025 гг. 2026— 2030 гг. Всего 2015— 2030 гг. Снижение потребности в генерирующей мощности, ГВт 7,8 15,3 11,0 34,1 Экономия топлива на ТЭС за счет снижения необходимой выработки и оптимизации режимов, млн т.у.т., всего - в т.ч. 4,7 44,1 124,8 173,6 Газомазут Уголь Прочие Снижение эмиссии парниковых газов, млн т СО 2 за счет снижения расхода топлива 8,4 75,6 213,6 297,6 Экономические эффекты, млрд руб. 716 1172 1560 3448 Экономия капиталовложений в отрасли за счет масштабов необходимого прироста мощностей, млрд рублей 2010 г., в т.ч.: 682 744 527 1953 Электростанции 612 671 451 1734 сетевая инфраструктура для выдачи 70 73 76 219 4 По оценке ОАО «СО ЕЭС», данные эффекты являются завышенными. 33 мощности и усиления межсистемных связей Снижение условно-постоянных затрат 17 190 353 560 Снижение топливных затрат 12 192 552 756 Экономия платы за эмиссию парниковых газов, млрд рублей 2010 г. 5 46 128 179 Примечание: стоимостные оценки приведены в рублях 2010 г. Оценки показывают, что переход к инновационному варианту развития ЕЭС России на базе интеллектуальной энергетики будет сопровождаться существенным снижением вводов новых электростанций и связанных с ним сетевых объектов для выдачи мощности. Снижение капиталовложений является наиболее значимым системным экономическим эффектом, и до 2030 г. их объем может снизиться почти на 2 трлн руб. Вторым наиболее крупным эффектом является снижение топливных затрат электростанций на 750 млрд руб. Снижение условно-постоянных затрат в электроэнергетике при меньших объемах вводов оценивается в период до 2030 г. на уровне 560 млрд. руб. Дополнительный эффект может быть достигнут с учетом экономической стоимости выбросов парниковых газов: даже при сравнительно невысокой цене 600 руб./т СО 2 (эквивалентно 20 долл./т) экономия за счет снижения платы за эмиссию составит 180 млрд руб. Таким образом, суммарный экономический эффект при развитии интеллектуальной энергетики в ЕЭС России до 2030 г. может составить около 3,5 трлн руб. Однако его величина должна быть сопоставлена с инвестициями, которые необходимо затратить на массовое внедрение новых технологических средств и систем управления у потребителей, в распределительном комплексе, ЕНЭС, генерации, в контурах технологической и коммерческой диспетчеризации. Поскольку системные проектные решения по развитию интеллектуальной энергетики в ЕЭС России в настоящее время отсутствуют, предварительная оценка инвестиций может быть выполнена методом аналогов (табл. 3). За основу приняты типовые показатели затрат на устройства и системы интеллектуального управления, применяемые для проекта интеллектуализации национальной энергосистемы США, выполненного EPRI в 2011 г. С учетом масштаба и технологических особенностей ЕЭС России предварительная потребность в капиталовложениях на развитие интеллектуальной энергетики на базе глубокой модернизации существующей инфраструктуры ЕНЭС и распределительной сети, энергетического хозяйства потребителей электроэнергии, а также систем диспетчерского управления может составить в период до 2030 г. 2,4—3,2 трлн руб. 34 Табл. 8.3. Суммарные капиталовложения на развитие интеллектуальной энергетики в США и России Подсистема Капиталовложения min max Создание интеллектуальной энергосистемы в США — всего, млрд долл. 340 475 В том числе: магистральные линии и ПС 82 90 распределительная сеть 235 340 потребители 23 45 Создание интеллектуальной энергосистемы в России: млрд долл. 2010 г. трлн руб. 78 106 2,4 3,2 Капиталовложения согласно Генсхеме, трлн руб. 21,7 21,7 Сопоставление недисконтированных значений экономических эффектов и необходимых затрат на создание ИЭС ААС (рис. 2) показывает, что уже к 2030 г. экономические выгоды от реализации проекта интеллектуальной энергетики в масштабе ЕЭС России окажутся сопоставимыми с необходимыми капиталовложениями. Даже при пессимистической оценке капиталовложения на интеллектуализацию ЕЭС России будут полностью компенсированы полученными эффектами, а при более низкой оценке стоимости реализации программы ИЭС ААС эффекты превысят капитальные затраты почти на 1 трлн руб. При этом значение чистого эффекта после 2030 г. будет дополнительно прирастать примерно на 1 трлн руб. за пятилетие в период последействия принятых ранее инвестиционных решений по развитию интеллектуальной энергетики. 35 -4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000 затраты эффекты экономия экологических платежей экономия эксплуатационных затрат экономия топливных затрат экономия капиталовложений за счет их более эффективного использования капиталовложения в ИЭС ААС Рис. 8.2. Характеристика затрат и эффектов создания ИЭС ААС в электроэнергетике России до 2030 г., млрд руб. Полученные экономические оценки показывают потенциальную привлекательность и эффективность вложений в «интеллектуализацию» ЕЭС России и необходимость перехода от стадии поисковых исследований к интенсивной концептуальной проработке и практическому проектированию новой электроэнергетики России, выбору рациональных технических решений, обоснованию оптимальных подходов к системе интеллектуального управления энергосистемой. При этом принципиально важно не допустить, чтобы задача создания интеллектуальной электроэнергетики ставилась и решалась исключительно как совокупность нескоординированных по срокам и техническим решениям инновационных программ отдельных энергокомпаний и потребителей, ориентированных на достижение частных корпоративных эффектов от внедрения отдельных элементов новой энергетики. Только в случае действительно системного подхода к проектированию и созданию национальной интеллектуальной энергосистемы у России появится шанс на подлинно инновационное, а не догоняющее развитие электроэнергетики. |