Тренду на экологичность и энергоэффективность уже несколько десятков лет — крупные компании ставят солнечные панели, оптимизируют теплообмен, строят здания «класса А». Но настоящий качественный скачок начался тогда, когда в игру вошла цифровизация: датчики, системы управления, аналитика, а затем — искусственный интеллект.
С развитием технологий появилась возможность строить автономные здания, которые способны обеспечить себя электричеством. Дальше — объединение таких зданий в системы. Чем больше в системе зданий, способных генерировать, накапливать и отдавать энергию, тем устойчивее будет такая система, а электроэнергия - дешевле. Возможно ли превратить традиционные электрифицированные городские кварталы в автоматизированные «умные» микрорайоны? Разобрались сами, а теперь — рассказываем.
Что значит «умные» сети?
Обычная электросеть устроена из отдельных объектов: сначала энергия генерируется, затем она передается, может накапливаться или использоваться сразу. Умная электроэнергетическая система объединяет все эти процессы в единую цифровую структуру. Данные с каждого объекта — подстанций, зданий, получателей энергии и накопителей - собираются в реальном времени.
Система анализирует нагрузку и автоматически оптимизирует потоки энергии. Smart Grid умеет сглаживать пики, перераспределять избытки, подключать или отключать локальные источники и работать в автономных «островных» режимах. Особенность такой системы — она может работать как блокчейн, с распределенными источниками, накопителями и потребителями. Управление такой системой основано не на фиксированных схемах, а на непрерывной аналитике и автоматизации. Менеджмент умных сетей также может быть распределенным — через P2P-обмен или централизованным — через единый контроллер микрорайона.
«Умные» сети реально работают и приносят результат
А теперь представим: если подключить к такой системе накопители или аккумуляторы, а в идеале — возобновляемые источники энергии, получится целый микрорайон, подача электричества в котором постоянная, стабильная и экономная. Многие компании уже взяли идею на вооружение и пробуют внедрять.
Например, в немецком Констанце несколько лет назад группа домов, оснащенных солнечными панелями и аккумуляторами, стала экспериментальной площадкой проекта CoSSMic — исследовали так называемый Интернет энергии (IoE). Семьи продолжали жить обычной жизнью: стирали белье, готовили, заряжали электромобили. Но внутри микрорайона действовал скрытый от жителей цифровой диспетчер — система анализировала погоду, графики потребления и состояние батарей, а затем перераспределяла энергию между домами. Если у одной семьи было слишком много солнца, а у другой — возросшая нагрузка, система устраивала своего рода «мини-бартер». Соседи даже не замечали, что делятся энергией, однако счета существенно различались и зависели от реального потребления.
Похожая история развернулась в Амстердаме, в районе Buiksloterham. Там весь квартал объединили в единое энергосообщество. Офисы, жилые дома и небольшие производства используют солнечную генерацию и общую систему хранения. Самое интересное — здесь научились энергию накапливать, и ночами тратят накопленную днем, а из городских сетей энергия требуется только в редких случаях.
Россия в этом направлении пока движется более осторожно — в основном на уровне исследований. Исследовательские проекты тестируют модели микросетей — например, в МИЭ в прошлом году запустили отдельную автономную умную сеть, которую используют пока только в учебных целях. Рабочих «пилотов» на реальных зданиях пока нет, хотя многие застройщики как минимум пробуют устанавливать в современные здания собственные решения для энергонакопления. Не автономная система, но все же хороший шаг к Smart Grids.
Насколько просто создать такую систему?
Технологически Smart Grid держится на трех фундаментальных принципах, которые необходимо развивать для внедрения масштабных решений. Пока пазл из всех трех сходится не везде, но по мере цифровизации строительства, развития городских пространств и роста потребления цифровых решений, обширное внедрение умных сетей станет возможным.
Первое, что нужно — это цифровая инфраструктура. Чтобы построить умную сеть, нужны сенсоры на подстанциях, интеллектуальные счётчики, SCADA и DMS-системы, каналы двусторонней связи и многое другое.
Обязательный пункт (система ведь должна быть автономной) — распределенные источники энергии. Солнечные панели, небольшие ветровые турбины, микро-ТЭЦ, энергоэффективные здания — все это уже активно используется, но практически нигде не связано между собой. Важно сделать так, чтобы в случае перебоев энергия могла поступать с других источников. Это и есть децентрализация, как в блокчейне.
И третье — системы накопления и автоматизированный контроль. Батареи, гибридные накопители нужны чтобы собирать энергию. Пока есть очень объемные решения, которые недешево стоят и требуют постоянного обслуживания. Что касается программной части — нужны системы центрального отслеживания и контроля — то, что позволит сгладить пики, накапливать энергию и выдавать её в нужный момент.
Взгляд в будущее
Представить микрорайон будущего несложно: здания обмениваются энергией автоматически, бытовая техника адаптируется под доступные мощности, солнечная генерация распределяется как ресурс между соседями, а цифровой двойник района прогнозирует нагрузку на сутки вперед. Но что еще может ждать нас в энергоэффективном будущем?
Один из самых интересных сценариев — появление локальных энергетических рынков. В них дом с панели на крыше сможет не просто потреблять, а продавать энергию соседу, а система автоматически обеспечит честный и прозрачный обмен. Здания могут стать участниками общего энергетического процесса. Выглядит как следующий шаг городов к устойчивости.
Как бы ни хотелось скорее увидеть, как это работает, сегодня умные микрорайоны — преимущественно пилотные проекты, и требуют существенных вложений в их постройку. Однако первые шаги уже сделаны, а для дальнейшего развития таких энерготехнологий заложен уже довольно хороший фундамент — в первую очередь, строительством, которое активно цифровизует все процессы.
✅ Подписывайтесь на нас в Телеграм и во ВКонтакте, чтобы быть в курсе всех новостей отрасли и платформы "Экзон"!