Интеграция систем энергоснабжения: выгоды для потребителей и производителей

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.