Transcript Инновационное развитие энергетики в России на базе

Институт
комплексных
исследований в
энергетике
Государственный
университет –
Высшая школа
экономики
ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ
ЭНЕРГЕТИКИ В РОССИИ НА
БАЗЕ КОНЦЕПЦИИ SMART GRID
(на основе анализа зарубежных разработок)
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
Определение Smart Grid
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.
«Grids 2030». USA Department of Energy
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…»
The NETL Modern Grid Initiative
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
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, 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.
2
Основные факторы, определяющие необходимость
изменений в развитии энергетики
Снижение надежности энергоснабжения
Изменение условий
функционирования рынков
электроэнергии и мощности
Появление прогрессивных технологий в
результате НТП, не нашедших должного
применения в современной
электроэнергетике
Необходимость повышения
энергетической и экологической
эффективности электроэнергетики
ры
нн
ий
Вн
ут
ре
ть
ос
сн ния
па
зо же
Бе наб
с
но
к
Рост требований потребителей к
надежности и качеству
электроснабжения
Окружающая среда
3
Постоянное повышение стоимости
электроэнергии во всем мире
3
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 концепции Smart Grid за рубежом – это национальные
инновационные программы по развитию электроэнергетики в целом,
инициацию и глобальную поддержку которых осуществляет государство
4
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.
5
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.
Изменение роли управления
Управление
рассматривается
как
основной
способ
обеспечения формируемых требований (ценностей) и
соответствующее
повышение
управляемости
как
отдельных элементов, так и электроэнергетики в целом
Ключевые
требования
(ценности)
к новой
электроэнергетике
Формирование энергоинформационной системы
Базируется на двух основных подходах: информация
выступает как средство осуществления эффективного
управления, а информационные связи - как системообразующий
фактор
6
Интеграции управленческой и энергетической
информационной инфраструктуры энергетической
системы *
7
*Источник: EPRI
Развиваемые функциональные характеристики электроэнергетики
для достижения ключевых требований (ценностей)*
Самовосстановление
после аварийных
отключений
Сопротивление
негативным
влияниям
Расширение рынков
мощности и энергии
до конечного
потребителя
Многообразие типов
электростанций и систем
аккумулирования электроэнергии
(распределенная генерация)
Оптимизация
управления активами
Обеспечение
надежности и качества
энергоснабжения
Активный
потребитель
Определяющий фактор достижения этих характеристик –
УПРАВЛЕНИЕ, как альтернатива экстенсивному наращиванию
мощностей, требующего существенного повышения управляемости
всех элементов сети и энергосистемы в целом
*«Grids 2030». A National Vision for Electricity’s Second 100 years. Office of Electric
Transmission and Distribution of USA Department of Energy, 2003.
8
Усовершенствованные технологии измеренияпервый шаг к Smart Grid
10
Заинтересованные стороны в развитии концепции
Smart Grid в США
Вспомогательные
организации:
•поставщики товаров и
услуг;
•разработчики
методологии
и
регуляторы
•финансовое
сообщество
•организации контроля
и надзора
Оптовые продавцы
энергии/мощности
Розничные продавцы
энергосервисных
услуг
Конечные потребители:
промышленные;
коммерческие;
население
Оператор оптового
электроэнергетического
рынка
Компании по
передаче
электроэнергии
Распределительные
сетевые компании
Регуляторы
надежности
Стекхолдеры,
участвующие
в бизнеспроцессе
Органы
государственного
регулирования
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)*
Энергосистема
сегодня
Источник эффекта
Энергосистема на базе
концепции Smart Grid
Менее 13%
Доля используемых
возобновляемых источников
энергии
Более 30%
Менее 1%
Уровень использования генерации
потребителей
Более 10%
50%
Уровень использования активов
магистральных сетей
80%
30%
Уровень использования активов
распределительных сетей
80%
47%
Уровень участия потребителя
90%
*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
Видени
е
Цели
Техническ
ие
сложности
Проект
ы
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
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.
Проектирование
Развитие «критических»
Повышение
Ускорение
Налаживание
архитектуры ЭСтехнологий
эффективности
партнерских
внедрения
2030
•высокотемпературные
энергетических
отношений
усовершенствован
•проектирование
суперпроводники
рынков
•координация
на
ных технологий
основы национальной
•хранение энергии
•оценка и планирование
Федеральном уровне и
•оптимизация
эл.сети
•smart устройства контроля
функционирования
на уровне штата
технологий и
•проектирование
при передаче э/э
рынка, выявление
•сотрудничество
перетоков мощности
схемы взаимодействия
•силовая электроника
«узких мест»
государственного и
•развитие обучающих
на
региональном
•улучшение
частного сектора16
уровне.
размещения объектов,
программ и тренингов
•международное
•проектирование
регулирования и
взаимодействие
Приоритеты развития Smart Grid в странах ЕС
17
Специфика условий реализации концепции Smart
Grid в российской электроэнергетике
Стартовые условия:
Организационноэкономические 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
Отсутствует реальный центр координации и
развития отрасли, в первую очередь
технологический, после реформирования
РАО ЕЭС России
Технологические условия:
Инфраструктурные условия:
существенно отличаются от США и
Западной Европы
отсутствие развитой инновационной
Общественно-политические
условия:
-заявленный политическим руководством
безусловный переход страны на
модернизацию и инновационное развитие
- приоритетность повышения
энергоэффективности, как ключевого
направления модернизации и
инновационного развития
инфраструктуры
(центры трансфера технологий,
инновационно-технологические
центры, технопарки, бизнесинкубаторы, центры подготовки
кадров для инновационной
деятельности, венчурные фонды и
др.)
18
Возможные подходы к выбору сценариев развития
концепции Smart Grid в России
Возможные сценарии развития концепции Smart Grid в России
Сценарий
мониторинга и
точечного
внедрения
отдельных
технологий
Smart Grid
Сценарий развития
существующих и
создания новых
компетенций в
сфере Smart Grid
Сценарий разработки и
реализации
комплексной
национальной
программы
инновационного
развития
электроэнергетики на
базе 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 интеллектуальнотехнологического
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, бизнеспроекты, общественные и государственные интересы
4. Идеология и концептуальная основа Smart Grid должны обеспечить преемственность
развития электроэнергетики и определяться уровнем имеющегося организационноэкономического ,технологического и ресурсного(в широком смысле) потенциала и
реальной достижимости
20
Основные вопросы разработки концепции
Smart Grid в России
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
Комплексная национальная
программа инновационного
развития электроэнергетики
на базе концепции
Smart Grid
21
Концепция Smart Grid
В
И
Д
Е
Н
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
Стратегия развития электроэнергетики на базе концепции Smart Grid
Программа реализация i-го элемента
стратегии
Проект 1
Проект 2
Программа реализация i-го элемента
стратегии
Проект N-1
Проект N
22
С
Т
Р
А
Т
Е
Г
И
Я
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
Правительство РФ
Межотраслевая комиссия по разработке концепции Smart
Grid: Минэнерго, Минэкономики, Минсвязи, Минпром,
энергетические компании ,производители и др.
Оперативный
уровень:
организационноэкономические и
управленческие
аспекты
руководство
Технологическая платформа
инновационного развития
электроэнергетики
Научные
исследования и
разработки
Трансфер и промышленное
освоение отечественных
технологий и оборудования
Стратегический
уровень: согласование
и утверждение
ключевых вопросов
инновационного
развития: направления
научных разработок,
перечень ключевых
технологий, параметры
развития и пр.
Пилотные проекты,
инновационного развития
электроэнергетики
Уровень исполнителей конкретных
технических, организационных и социально24
экономических задач
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
25
25