В электроэнергетике инновационный путь развития - объективная необходимость. На сегодня без современных ИТ новшеств решать задачи развития отрасли все труднее, а в скором будущем и вовсе станет невозможно.
По оценкам Центра стратегических разработок РФ, технологический уклад в электроэнергетике на настоящий момент достиг предела своей эффективности. В ближайшие пять лет в тех сферах, где предъявляются повышенные требования к доступности, надежности и качеству энергоснабжения, цифровизация станет абсолютной необходимостью.
Digital-решения в электроэнергетике позволяют как оптимизировать использование существующей инфраструктуры, так и включить в процесс генерации и распределения новейшие системы накопления энергии, решения с регулируемым потреблением, а также системы, применяемые для организации энергетических сервисов в непосредственной близости к потребителям и базирующиеся на инфраструктуре распределительных сетей 110 кВ и ниже.
Рассмотрим основные тренды инноваций в энергетике, влияние которых в отрасли либо уже заметно, либо проявится в ближайшем будущем.
1. IoT повышение КПД электростанций.
По оценкам PwC, при внедрении интернета вещей в сетевом комплексе электроэнергетики России следует фокусироваться на улучшении контролируемости подстанций, линий электропередачи и других элементов сети за счет дистанционного мониторинга. Такие проекты помогут снизить затраты на эксплуатацию и ремонт, параллельно предотвращая технологические и коммерческие потери.
Что касается сферы производства электроэнергии, то там применение IoT позволит уменьшить расход топлива, на закупки которого в настоящее время приходится более половины операционных затрат станций. Общий же экономический эффект от внедрения IoT в электроэнергетике до 2028 г., по прогнозам экспертов, достигнет 532 млрд руб., из которых 180 млрд составят предотвращенные потери энергии.
2.Роботизация создаёт безопасную среду.
В электроэнергетике растут инвестиции в создание нового уровня безопасной рабочей среды для персонала электростанций, и одно из передовых направлений здесь – ввод в коммерческую эксплуатацию роботов, устойчивых к экстремальным условиям труда и управляемых дистанционно. Подобные решения также завязаны на технологиях ИИ/IoT, а в последнее время к их возможностям добавляется функционал дополненной реальности (AR), с помощью которого изображение с камер на роботе получает интерактивную составляющую.На Западе разрабатываются и внедряются роботы, выполняющие функции диагностики и обслуживания высоковольтных ЛЭП. Такие механизмы подвешиваются к проводам линии, а их действиями с земли с помощью контроллера управляет оператор. Роботы снабжены датчиками и видеокамерами, позволяющими выявлять проблемные участки на проводах.
В районах с длительным зимним периодом используются роботы-очистители, убирающие с ЛЭП снег и наледь, причем некоторые модели способны раскручивать и закручивать болты и гайки, снимать с проводов инородные предметы. Роботизируются и АЭС: например, роботам отдают задачи проверки первичных контуров реакторов с помощью ультразвука.
3. Электросети и подстанции умнеют.
Проблема непрерывной работы электросетей остается нерешенной во всем мире: даже в относительно благополучных в этом смысле странах 100%-ной отказоустойчивости сетей достичь не удается. В США этот показатель составляет 99,97%, всего несколько сбоев за год могут привести к убыткам в $100–150 млрд.
Для решения этой проблемы используются технологии семейства Smart Grid – «умная электросеть». По сути, это менее централизованная, более управляемая автоматизированная инфраструктура, построенная на основе нескольких активно развиваемых сегодня концептов. В их числе – продвинутая инфраструктура для учета потребления (Advanced metering infrastructure, AMI) и различные решения для визуализации распределения нагрузок и доступного ресурса сети в реальном времени.Первая концепция предполагает мгновенный расчет стоимости потребленного предприятием или домохозяйством энергоресурса, вплоть до вывода точной стоимости суточного расхода на специальную панель или на мобильные устройства потребителей. Вторая заключается в создании и использовании интерактивной панели управления ресурсами сети, которая в реальном времени оптимизирует распределение нагрузки для предотвращения блэкаутов.
В России технологию Smart Grid внедряют «Россети» в рамках 10 пилотных проектов: это собственное решение компании, которое, как ожидается, позволит сократить потери электроэнергии на 225,3 млн кВтч и достичь уровня оптимизации ремонтов на сумму 35,8 млрд руб.
Одну из первых «цифровых» подстанций (ПС) 110 кВ открыла МРСК Сибири в Красноярске в 2018 г. ПС выполнена на базе программнотехнического комплекса iSAS – интегрированной системы защиты и управления подстанцией для обеспечения релейной защиты, противоаварийной автоматики и АСУ. За счет цифровизации удалось уменьшить количество кабеля различного назначения в 10 раз: со 150–160 км до примерно 15 км. В целом подстанция стоила на 5% дешевле аналогов предыдущего поколения, а в перспективе, учитывая повышение надежности ее работы за счет высокой степени автоматизации, нового качества мониторинга и управляемости, а также благодаря отсутствию оперативного персонала, за 30 лет эксплуатации ПС должна дать экономический эффект около 75 млн руб.
4. Автоматизация ТОиР идёт полным ходом.
Ремонтные работы и техническое обслуживание объектов (ТОиР) – одна из базовых составляющих бизнес-процессов крупнейших системообразующих компаний в сегменте энергетики. Направление FSA (системы автоматизации сервисного обслуживания в полевых условиях) сегодня можно назвать одним из наиболее динамично развивающихся в электроэнергетике – ИТ-решения в этой сфере позволяют оперативно получать данные о статусе задачи после выезда бригады на объект, избегать дублирования задач при фиксации дефектов сети, усиливать контроль за выполнением работ и удалять типичные недочеты из рабочих процессов сервисных инженеров и ремонтных бригад.
Современные решения в этой области имеют широкие возможности масштабирования и интеграции с другими промышленными информационными системами: ERP, EAM и СMMS, поддерживают совместимость с мобильными платформами (Android, Windows 8.1/10), NFC-совместимы и обеспечивают оперативный обмен данными по любым каналам беспроводной связи в режиме реального времени.
5. Мониторинг становится централизованным.
В сегменте теплоэлектростанций и гидроэлектростанций высока востребованность и актуальность решений для централизованного мониторинга технического состояния энергетических блоков, соблюдения правил промышленной безопасности и контроля работы персонала.
Понятно, что диспетчерские залы на таких объектах существовали всегда, но настоящее воплощение концепции централизованного мониторинга стало возможным сравнительно недавно благодаря развитию протоколов обмена данными (FC, iSCSI и др.), в совокупности позволивших надежно связать территориально удаленные системы мониторинга с центральным пунктом. Важную роль в развитии централизованного мониторинга сыграли и технологии виртуализации, которые позволяют снижать нагрузку на локальные ИТ-ресурсы объекта, а критически важные задачи работы с данными решать в удаленном ЦОДе.Существенный рост производительности систем мониторинга дало и развитие ПО в этом направлении: в состав софтверных решений для таких систем сегодня входят современные средства управления знаниями, MDM, AR и другие компоненты, позволяющие эффективно отслеживать, выявлять возникающие инциденты и реагировать на них.Искусственный интеллект, IoT и другие технологии цифровизации в сочетании с вычислительными мощностями современных ИТ-платформ обладают огромным потенциалом для высвобождения скрытых и нерационально используемых ресурсов на самых разных участках производственного цикла энергетической отрасли. На этапе добычи сегодня уже применяются самые современные ИТ-решения (например, «цифровые двойники» скважин и месторождений), эволюция в том же направлении сферы генерации и распределения электроэнергии вытекает из общей логики процесса и дополняет его. Хочется надеяться, что перечисленные инновации помогут отрасли избежать новых глобальных встрясок.