«Умная» электроэнергетика: «ядро» реиндустриализации Новосибирской области

Российская экономическая наука последовательно отвергает термин, который принят не только в мировой науке, но и в хозяйственной практике. Этот термин — «внутренняя периферия». Причина такого игнорирования в негативном восприятии самого слова «периферия».

Если от этого отвлечься, то Новосибирск, Новосибирская область и вообще юг Западной Сибири могут быть отнесены к внутренней периферии.
В таких зонах, удалённых от основных потребительских рынков, невыгодно массовое производство как потребительских товаров, так и товаров промышленного назначения. Должно производиться то, что выгодно с учётом затрат на транспортировку произведённой продукции.

Приведу пример по встречному потоку товаров. На мелкооптовом рынке продовольствия все фруктовые соки в Новосибирске продаются по одной цене. Приобретая их, розница оплачивает только транспортные расходы, поскольку разница между тем, что налито в эти пакеты и бутылки, ничтожна по сравнению с расходами на перевозку. В магазинах эти соки продаются по разной цене в зависимости от спроса на них.

Будущая техническая сфера Новосибирска должна учитывать, что произведённое здесь должно быть дорогим, иначе получатель этой продукции будет оплачивать преимущественно доставку, а затраты на производство её будет игнорировать. По этой причине продукция, произведенная на сибирских предприятиях, вынужденно должна быть инновационной, пользующейся повышенным спросом, продаваемой по высоким ценам.

И промышленный потенциал Новосибирска, во многом сейчас не используемый, может быть сконцентрирован на решении какой-либо из злободневных и крайне важных народнохозяйственных задач. По моему мнению, такой задачей должны стать электроэнергетические системы нового поколения.

 

Электроэнергия высокого качества

Когда обычный человек, далёкий от познания мира электричества, привычно вставляет вилку в розетку, он не задаётся вопросом, какое в этой розетке напряжение: в точности 220 Вольт, или же вдруг 180. И уж точно его не заботит, изменяется переменный ток в точности по синусоиде с частотой 50 колебаний в секунду, либо там в розетке и синусоиды не получается, и частота совсем не та, что требуется.

Качество электроэнергии необходимо для того, чтобы сохранялись, дольше и надёжнее работали все элементы системы электроэнергетики: от источников и сетей до приборов потребителей электроэнергии. При низком качестве электроэнергии сокращается срок службы оборудования. В особенности это касается изоляции — как проводов и кабелей, так и той, что находится внутри приборов. Электроэнергия низкого качества допускает броски напряжения, в том числе импульсные. Они также вредят всем устройствам, потребляющим электроэнергию.

Отдельная проблема — повышение аварийности в электроэнергетических системах вследствие низкого качества электроэнергии. Если даже не считать затраты на ликвидацию более частых аварий, ущерб только от перерывов в снабжении электроэнергией в промышленно- развитых странах в несколько раз превышает ущерб от стихийных бедствий.

Переход к гарантированно высокому качеству электроэнергии видится в создании «умной электроэнергетики» и, в частности, первоочередном создании «умных сетей». Термин «умная сеть» (smart grid) появился недавно, только в 2003 году. Сейчас он общепринят, хотя состав умной сети обсуждается до сих пор.

Наиболее распространено мнение, что smart grid — это система, доставляющая электроэнергию потребителю с помощью цифровых технологий и обеспечивающая энергосбережение, сокращение издержек, повышающая надежность сетей и прозрачность процесса управления. Электрическая сеть перестает быть централизованной и управляемой поставщиками, становится более гибкой, учитывающей интересы потребителей электроэнергии.

Основа — цифровая (компьютерная) обработка данных о функционировании сети и управление сетью на базе полученной и переработанной информации. При таком управлении решаются не только текущие задачи, но и вырабатываются проекты модернизации сетей. Электротехника и электроэнергетика, благодаря умным сетям, сливаются с электроникой, становятся единой сферой деятельности.

Эта сфера, к сожалению, в отечественной экономике пока слабо освоена. Наше отставание от технически передовых стран составляет более 20 лет.

В мире начало перехода к умной электроэнергетике связывается с федеральным агентством США Bonneville Power Administration. Это агентство было создано в 1937 году и первоначально занималось согласованием совместной работы ГЭС и атомной электростанции. В первой половине 1990-х годов оно стало в массовом количестве устанавливать датчики, контролирующие качество электроэнергии по сети северо-западных штатов США. Отклонения качества электроэнергии в какой-то части сети в настоящее время приводят к тому, что автоматически вырабатываются решения, которые доводят это качество до требуемого уровня.

В 2000 году в Италии начался проект Telegestore, в котором 27 миллионов смарт-приборов учёта вошли в единую сеть связи через силовые электрические сети. Они обеспечивают согласованные решения разнообразных задач оперативного автоматического улучшения работы сетей и повышения качества электроэнергии симметрированию фаз по активной и реактивной мощности, подавлению высших гармоник, соблюдения форм синусоид.

В нашей стране реализация подобных масштабных проектов ещё впереди. В конце ХХ века умными сетями назывались сети с компьютеризированным центром управления, оснащённым программным обеспечением, которое помогает диспетчеру принимать решения. А в некоторых случаях от диспетчера требуется только одобрение выработанного вычислительной системой решения. Это решение должно было беспрекословно исполняться на местах.

За два десятилетия нынешнего века ситуация с умными сетями коренным образом изменилась. В современной «умной электроэнергетике» решения принимаются во многих точках энергосистемы. Ранее на периферийных участках «умной энергосистемы» принимались лишь немногие частные решения, например аварийное отключение при коротком замыкании или несчастном случае. Не было технической возможности согласовывать решения центра управления с потребителями внутри системы. Не было и совместных действий потребителей, поставщиков и производителей электроэнергии.

Современная «умная электроэнергетика» ради того, чтобы энергосистема работала более эффективно, располагает необходимыми измерительными и управляющими, техническими и программными средствами для того, чтобы действия всех агентов системы были согласованными. В некоторых странах это уже реальность, в нашей стране это пока неотложные задачи.

Отчасти они уже решаются. Работа идёт по двум направлениям: автоматическое симметрирование фаз в трехфазной электрической сети и интеллектуальная работа с авариями и отключениями.

Начнём с первой проблемы. Если на одной фазе много потребителей, а на другой мало, то на первой напряжение падает, а на второй повышается. Падение может быть до 180 вольт, повышение — до 250.

Отклонение напряжения — основной фактор ущерба потребителю как в промышленных, так и в бытовых электрических сетях. Оно, в частности, повышает общий расход электроэнергии. При более сниженном напряжении лампочка светит вполнакала, и человек меняет её на лампу большей мощности. При повышенном напряжении ему приходится чаще эти лампочки заменять.

Для многих бытовых приборов, не говоря уж о вычислительной технике и тех приборах, внутри которых есть электронная часть, это означает в лучшем случае неполадки, но часто приводит и к порче.

Производимые в Новосибирске группой компаний «Радио и микроэлектроника» интеллектуальные приборы учёта дают им возможность выбора фазы подключения и дистанционного управления ими. На механико-математическом факультете Новосибирского государственного университета в этом году под моим научным руководством Дмитрий Алёхин защитил выпускную работу, в которой содержится программное обеспечение согласования между приборами учёта, решений — кому к какой фазе подключиться, чтобы нагрузки по фазам были одинаковыми.

Вторая проблема, касающаяся интеллектуальной работы с авариями и отключениями, также связана с группой компаний «Радио и микроэлектроника». Это — предотвращение, профилактика аварий и вынужденных отключений, обработка и анализ информации о непредотвращённых нежелательных событиях в энергосистеме. Новосибирские специалисты активно работают над интеллектуальными реклоузерами — устройствами, которые предназначены для автоматического отключения, а также повторного включения подачи электроэнергии.

Для пояснения, что такое реклоузер, давайте рассмотрим конкретный пример. Случился дождь и сильный ветер. Ветка берёзы упала на линию электропередачи, и произошло короткое замыкание. В условиях, когда нам это событие кажется не очень важным, посылают бригаду ремонтников, которые едут вдоль линии, пока не увидят эту упавшую ветку. Потом приезжает вышка, ветку скидывают, по телефону просят подать на эту ветку напряжение. Если опять отказ, едут дальше. Всё это длительное время потребители остаются без электроснабжения. Это время увеличивается с учётом состояния дорог, протяжённости обследуемой линии, времени года, погоды и возможности дозвониться, чтобы вызвать вышку.

Терпеть такое и раньше было невозможно. Поэтому для важных потребителей электроэнергии были ещё до «умной электроэнергетики» внедрены так называемые пункты секционирования и дублирование линий электропередачи. С помощью пункта секционирования сеть делится на участки, по которым идёт постоянный анализ параметров работы сети в реальном времени (перепады напряжения и др.). Это снижало риск аварий, а в случае случившейся аварии от общей электросети будет отключён только один её участок.

Масляные выключатели на таких пунктах были дорогими, требовали постоянного ухода и контроля, однако позволяли только автоматически отключать участок сети. Выгода виделась в отсутствии традиционных предохранителей, плавкие вставки в которых нужно было бы менять без таких выключателей. Даже когда имелась техническая возможность переключения участка сети к другому узлу, они это не могли сделать. Потом масляные выключатели были заменены более компактными и эффективными вакуумными выключателями. Если масляные выключатели могли выдержать только десять циклов отключений и включений, то вакуумные уже 100. Тем не менее, функции оставались теми же. Только применение реклоузеров позволило обеспечить автоматическое выделение повреждённого участка и переключение питания потребителей от другого узла сети.

Итак, реклоузер используется для обнаружения токов короткого замыкания, автоматического отключения и повторного включения сети по заданной (вычисленной) последовательности отключений и включений тем, чтобы сеть вернулась в исходное (до аварии) состояние. Это определение реклоузера согласно международному стандарту IEEE 37.100-1992.

Реклоузер также ведёт удаленный мониторинг качества электроэнергии и учитывает её текущее потребление, способен изменять конфигурацию сети и даже нагревать провода для предотвращения образования на них наледи. Новосибирск в настоящее время — наиболее вероятный производитель реклоузеров.

Наш российский конкурент — Курская область, где центром тамошнего кластера является Курский электроаппаратный завод. У конкурента есть преимущества: к нему территориально близки рынки сбыта. По этой причине новосибирские приборы должны быть более инновационными, привлекать будущих пользователей более широким набором функций и более высокой надёжностью.

 

Лучшие в мире новосибирские специалисты

Новосибирск — уникальное место для развития «умной электроэнергетики» для России в целом. И не только потому, что электротехнические компании и предприятия Новосибирска всегда были на острие научно-технического прогресса и что именно эти предприятия проще всего объединить в крупный промышленный кластер и поднять их до современного технологического уровня и крупных объёмов производства.

В следующем году исполнится 70 лет Новосибирскому государственному техническому университету (НГТУ), который появился как НЭТИ, Новосибирский электротехнический институт. Кое-кто и сейчас продолжает его именовать по-старому. За эти годы НГТУ-НЭТИ подготовил около 100 тысяч специалистов. Львиная доля этих специалистов имеет отношение к электротехнике и электроэнергетике. Чтобы понять, как в то время ценились будущие специалисты, приведу лишь один пример. Первым зданием НЭТИ было студенческое общежитие, а занятия первые годы проводились в квартирах жилого дома. Нужно было собрать талантливых выпускников сибирских школ и с ними работать.

За семидесятилетнюю учебную деятельность в НГТУ-НЭТИ сформировалась качественная система преподавания, производственной практики, практической ориентации выпускных работ.

Когда такие специалисты не работают по специальности, подобная растрата уникального человеческого капитала хуже, чем остановившиеся промышленные предприятия. Восстановить работу на предприятии можно и за год, а вновь подготовить специалиста по современной электротехнике, энергетике или электронике раньше, чем за пятилетку, не получится. А если учесть время, за которое придётся еще осваивать производственные навыки на производстве, то и все десять лет.

По этой причине концентрация усилий специалистов, подготовленных НГТУ вокруг некоторой общей тематики, представляется мне чрезвычайно важным шагом в процессе реиндустриализации Новосибирска и Новосибирской области.
Умная электроэнергетика ставит обширный объём задач перед специалистами разных технических специальностей: от материаловедения до программирования. Программа её развития в Новосибирске и области повысит оптимизм, дефицит которого ощущается в последнее время, соберёт вместе энтузиастов-единомышленников.

Читатель может высказать своё суждение относительно того, своевременно ли ставить задачу «умной электроэнергетики» сейчас, в условиях событий, происходящих на Украине и частичной мобилизации.

Ему я могу ответить следующее. «Умная электроэнергетика» имеет прямое отношение к оборонной тематике. В ноябре 1941 года в Новосибирск был эвакуирован Московский прожекторный завод, с 1983 года и по настоящее время это АО «Электроагрегат» . В номенклатуру продукции, выпускаемой объединением с военных времён, входят системы энергоснабжения для Министерства обороны, в частности, и передвижные аэродромные электростанции. Превращение их в системы «умной электроэнергетики» помогает успешной работе авиации, в том числе и военной.

Что делать?

Сейчас времена не те, чтобы, лениво почёсываясь, годами размышлять о путях развития экономики России или отдельного российского города. Нет времени и нащупывать возможные пути развития. Нужно собраться и пойти по направлению главного удара. Таким направлением, со всей очевидностью, должна стать умная электроэнергетика.

Для продвижения в этом направлении требуется не просто оказывать финансовую помощь и предоставлять льготы конкретным производственным коллективам. Нужно помогать формировать рынок сбыта для их инновационной продукции. А это более трудная задача для местных и федеральных властей, чем адресная помощь. Региональные власти юридически ограничены в возможностях содействия улучшению работы потребителей приборов «умной электроэнергетики» за пределами региона.

Упомянутый выше курский конкурент пошёл по оригинальному пути — он ежегодно объявляет всероссийский конкурс для проектировщиков, у которых в проектах используется производимые в Курске приборы. Этот приём, разумеется, нужно заимствовать, но его маловато для действительно решения проблем «умной энергетики» в масштабах всей страны.

Отдельному новосибирскому предприятию не освоить весь набор аппаратуры, необходимой для развития в России «умной электроэнергетики». Фактически необходимо сформировать новую отрасль промышленности. Выскажу оптимистический прогноз относительно того, что новосибирский бизнес и власти вскоре объединятся для решения поднятой мной темы.

 

Юрий ВОРОНОВ