От практики «латания дыр» к комплексной модернизации

АКТИВНАЯ СЕТЬ

Не секрет, что для энергетической отрасли сегодня характерен высокий моральный и физический износ оборудования,  что приводит к значительным потерям электроэнергии и сбоям в энергоснабжении.  Сетевые активы изношены на 50%. Между тем развитие российской экономики предъявляет все более высокие требования к электроэнергетике. Поэтому просто заменять старое оборудование на аналогичное новое неэффективно. Сегодня  отсутствие комплексного подхода к научно-техническому развитию сетей грозит превращением единой системы в лоскутное одеяло с технологической точки зрения. Переход в 2010 году на долгосрочное  тарифное регулирование и инвестиционное  планирование позволил ФСК ЕЭС отказаться от практики «латания дыр» и приступить к реализации долгосрочной программы модернизации магистральных электрических сетей России с переводом их на качественно новый уровень — в формат активно-адаптивной или интеллектуальной электрической сети.

Создание «умных сетей» (Smart Grid) — общемировая тенденция. Работы в этом направлении ведутся во многих странах — США, Канаде, Евросоюзе, Японии, Индии, Китае. В каждой стране интеллектуализация энергетики имеет свои особенности, но она неизменно направлена на повышение надежности энергоснабжения и энергоэффективности. В то же время задача, стоящая перед российскими энергетиками и учеными, гораздо более сложная и многогранная. Это объясняется историческими  и географическими различиями  в развитии электроэнергетики наших стран. Россия — одна из немногих  стран, имеющих разветвленную структуру магистральных электрических сетей. Поэтому и значение, которое вкладывается в понятие «умные сети», несколько иное. Зарубежное понимание «умных сетей» — это дооснащение существующих распределительных сетей  на границах с потребителями устройствами учета, соединенными в единую информационную сеть и позволяющими  оптимально расходовать энергоресурсы, а также включение в сеть малой и возобновляемой генерации. Проект же ФСК ЕЭС по созданию интеллектуальной сети предполагает объединение электросетей всех классов  напряжения (магистральных и распределительных), производителей и потребителей электроэнергии в единую автоматизированную систему управления.

В энергосистеме с активно-адаптивной (интеллектуальной) электросетью общая система автоматизированного управления в режиме реального времени  на основе текущих режимных параметров обеспечивает оптимизацию работы как собственно сети, так и субъектов рынка электроэнергии за счет гибких (адаптивных) алгоритмов, выдавая соответствующие рекомендации и управляющие воздействия. Сеть сможет автоматически реагировать на все изменения, происходящие в ней, принимать оптимальные решения для предотвращения аварий. Кроме того, интеллектуальная сеть насыщается  активными элементами, позволяющими в зависимости от режимной ситуации изменять свои физические характеристики, увеличивая пропускную способность и регулируя качество поставляемой электроэнергии. При этом сеть перестает быть пассивным элементом энергосистемы, ей отводится ведущая роль, как ядру, структуре, отвечающей за надежность, качество и эффективность связи производителей и потребителей электроэнергии.

Тем не менее успешный опыт западных компаний будет активно востребован при реализации проекта.  За рубежом есть яркие примеры того, как новые технологии позволяют добиться существенного эффекта. В частности, компания Siemens решила проблему перегруженности сетей Сан-Франциско с помощью установки системы HVDC (кабельной линии электропередачи постоянного тока). В результате в энергосистеме было ликвидировано узкое место, что позволило разгрузить сеть без затрат, которые потребовались бы для строительства новой электростанции. В Италии Enel поставила «умные счетчики», позволяющие передавать данные о потребляемой электроэнергии  в центральный офис компании, одновременно отображая уровень тарифа, применяемого в то или иное время суток у 85% своих клиентов. В результате часть клиентов перенесла  потребление с пиковых часов на более спокойное и дешевое время. Тем самым были сокращены перебои в энергоснабжении.

Создание энергосистемы с интеллектуальной  сетью поставит нашу страну в один ряд с мировыми лидерами в области интеллектуализации электроэнергетики  и существенно повысит энергоэффективность экономики РФ. По оценкам экспертов, реализация проекта позволит уменьшить потери в российских электрических сетях всех классов напряжения на 25%, что даст экономию около 34—35 млрд кВт•ч в год. Почти на 35 млрд долларов можно будет снизить объем капиталовложений в развитие сетей за счет увеличения их пропускной способности по новым технологиям.

В феврале этого года политика инновационного  развития и модернизации ЕНЭС, в том числе создание в России интеллектуальной  электрической сети, получила одобрение  Координационного научно-технического совета и Правления ФСК ЕЭС. Есть поддержка со стороны ведущих научно-исследовательских и проектных институтов, представителей энергокомпаний и компаний-производителей электрооборудования.  Интеллектуализация отечественной  электроэнергетики также стала одной из тем обсуждения на прошедшем в июне Петербургском международном экономическом форуме.

«УМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» ДЛЯ «УМНОЙ СЕТИ»

Для реализации концепции энергосистемы  с интеллектуальной сетью предстоит разработать и внедрить новые технологии и виды электротехнического оборудования. ФСК ЕЭС активно вовлекает в этот процесс как отечественных производителей электрооборудования, так и российские  отраслевые научные институты. На сегодняшний день ФСК ЕЭС заключила соглашения с 65 предприятиями Сибири, Урала, Поволжья, Северо-Запада и Центра России. В этих пяти регионах страны формируются инновационные  электротехнические центры. Таким образом, создаются необходимые условия для взаимодействия всех участников процесса разработки и внедрения современных решений для электрических сетей. Федеральная сетевая компания совместно с разработчиками и изготовителями оборудования обеспечивает внедрение новой техники и технологий в производство с последующей опытно-промышленной эксплуатацией и массовым применением в ЕНЭС.

В области научно-технических разработок  ФСК ЕЭС активно сотрудничает  со Всероссийским электротехническим  институтом, Энергетическим институтом им. Г.М. Кржижановского (ЭНИН), Объединенным институтом высоких температур и Институтом энергетических исследований РАН, Институтом систем энергетики Сибирского  отделения РАН, Всероссийским  научно-исследовательским проектно-конструкторским и технологическим  институтом кабельной промышленности, Научно-исследовательским институтом по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения, Московским авиационным институтом и другими научными организациями. Общую координацию работ ведет ОАО «Научно-технический центр электроэнергетики» — 100-процентная дочерняя компания ФСК ЕЭС.

Федеральная сетевая компания планирует уже в этом году вложить в исследования  и разработки 1 млрд руб. В 2011 и 2012 годах финансирование НИОКР составит 3 и 5 млрд руб. соответственно. Это позволит отечественному  сетевому оператору выйти по данному показателю на уровень крупнейших энергокомпаний развитых  стран, отчисляющих на НИОКР ежегодно от 3 до 8% инвестиционных средств, а Россия получит значимый ресурс для преодоления технологического  отставания по целому ряду направлений.

При содействии Федеральной сетевой компании уже выполнен ряд оригинальных разработок. Например, настоящий прорыв в последние годы совершен в области сверхпроводимости.  Разработки силовых сверхпроводящих кабелей ведутся по всему миру. Три кабеля длиной от 200 до 600 м испытываются в США в энергосетях с напряжением от 13,8 до 138 кВ. Разворачиваются  работы по установке таких кабелей в энергосетях от 30 до 154 кВ в Японии и Южной Корее. В России первый экспериментальный трехфазный высокотемпературный сверхпроводящий (ВТСП) кабель длиной 30 м был изготовлен и прошел испытания на базе полигона Научно-технического центра электроэнергетики в 2008—2009 гг. Сегодня ФСК ЕЭС совместно с ЭНИН реализует второй этап работ по внедрению сверхпроводящих  кабельных линий. Изготовлена линия длиной 200 м, которая уже успешно выдержала серию испытаний и готовится к опытно-промышленной эксплуатации на одной из подстанций в Москве. В качестве следующего шага в области промышленного применения  сверхпроводимости в ФСК видят создание комплекса сверхпроводящего  оборудования для ЕНЭС — ВТСП кабельной линии переменного и постоянного тока, сверхпроводящих  ограничителей токов короткого замыкания и ВТСП трансформаторов. Внедрение инновационных сверхпроводящих  устройств планируется в энергосистемах крупных городов — Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска,  Екатеринбурга. Это позволит увеличить в 3—5 раз пропускную способность  распределительных электрических сетей мегаполисов.

Для увеличения пропускной способности  электрической сети и поддержания в ней требуемого уровня и качества напряжения разрабатываются и внедряются пилотные образцы статических компенсаторов, асинхронизированных компенсаторов, управляемых  шунтирующих реакторов, устройств продольной компенсации. Планируется внедрение вставки постоянного тока мощностью 200 МВт на подстанции 220 кВ Могоча в Забайкальском  крае. Это позволит объединить на параллельную работу Объединенные энергетические системы (ОЭС) Сибири и Востока. Существующие протяженные линии электропередачи 220 кВ не могут обеспечить устойчивую связь между энергосистемами. Это приводит к нарушениям электроснабжения, а также к ухудшению качества электроэнергии восточной части ОЭС Сибири и западной части ОЭС Востока. Создание вставки связи двух энергосистем  позволит нормализовать уровни напряжения в сети 220 кВ, производить  оперативный обмен аварийным резервом мощности между двумя энергосистемами, а также обеспечить бесперебойное  электроснабжение Транссибирской  и Байкало-Амурской магистралей.  Тем временем в мире уже действует около 60 вставок постоянного тока и еще 40 проектируется.

Вставка постоянного тока будет выполнена на базе двух преобразователей  типа СТАТКОМ. Это уникальная отечественная разработка, ее применение в сети позволяет поддерживать требуемый уровень и качество напряжения, повысить пропускную способность линий электропередачи. Кроме того, СТАТКОМ, разработанный ОАО «НТЦ электроэнергетики», является базовым элементом для создания ряда инновационных  систем компенсации реактивной мощности и управления потоками электроэнергии. Пилотный образец данного оборудования в настоящее время устанавливается  на подстанции 330/400 кВ Выборгская в Северо-Западном регионе. Ввод его в работу позволит повысить надежность работы вставки постоянного тока, которая связывает энергосистемы Финляндии и России.

Другое устройство для ликвидации дефицита реактивной  мощности и регулирования напряжения в сети — асинхронизированный компенсатор (АСК) начнет работу  в этом году на подстанции 500 кВ Бескудниково в Москве. Промышленный образец изготовлен филиалом ОАО «Силовые машины» — «Электросила». АСК — электромашинный аналог СТАТКОМ и в сравнении с обычными синхронными компенсаторами обладает более широким  диапазоном генерации и потребления реактивной мощности. Высокая перегрузочная способность нового устройства позволяет обеспечить устойчивость работы энергосистемы при авариях.

Не имеет аналогов в мире мультикамерный изолятор-разрядник (ИРМК), разрабатываемый НПО «Стример». Это принципиально новая и более надежная технология защиты линий электропередачи от грозовых перенапряжений,  по вине которых в год происходит до 120— 150 отключений. Прямой ущерб, причиняемый стихией, исчисляется в сотнях миллионов рублей в год. Новая разработка, сочетающая в себе свойства изолятора и разрядника, уникальна тем, что осуществляет рассеивание энергии грозовых перенапряжений и гашение токов короткого замыкания сети при помощи множества небольших дугогасящих камер. Применение изолятора-разрядника в электрических сетях позволит свести к минимуму грозовые отключения линий электропередачи,  отказаться от применения защитного грозотроса, что снизит стоимость строительства линий, уменьшит эксплуатационные затраты и повысит надежность электроснабжения потребителей.  Инновационная разработка особенно актуальна для линий электропередачи Северного Кавказа, где среднее количество грозовых часов в году в 10 раз выше, чем в средней полосе России.  Планируется, что изолятор-разрядник будет проходить опытно-промышленную эксплуатацию в Ростовской области на линии электропередачи 220 кВ протяженностью 140 км. Линия будет полностью оснащена ИРМК, на ней будет демонтирован  традиционный грозозащитный трос. В дальнейшем планируется разработать аналогичные системы на напряжение 330 киловольт.

Обледенение проводов — другая проблема сетей. В этой области усилия ФСК ЕЭС направлены  на решение задач своевременного обнаружения  и плавки гололеда, недопущения обрыва и отключения линий. Так, в ближайшие годы планируется заменить существующие устройства плавки гололеда на системы с управляемыми устройствами во всех гололедоопасных районах России.

Российскими компаниями освоено производство многогранных опор для линий электропередачи 110—500 кВ. Базовые серии опор нового типа и нормативно-техническая документация  разработаны Федеральной сетевой компанией в сотрудничестве с ОАО «НТЦ электроэнергетики», ОАО «СевЗапНТЦ», ОАО «Инженерный Центр ЕЭС» — «Фирма ОРГРЭС». В сравнении с обычными решетчатыми конструкциями  стальные многогранные опоры имеют повышенную устойчивость при гололедно-ветровых и коррозионных воздействиях. А их сборка осуществляется в 10 раз быстрее, чем монтаж традиционных решетчатых опор. Стальные многогранные опоры начали применяться ФСК ЕЭС при строительстве линий электропередачи с 2005 года. В 2010—2012 гг. опоры новой конструкции предполагается применить на трети возводимых и реконструируемых линий электропередачи в ЕНЭС.

Неотъемлемым элементом энергетики  будущего в мегаполисах являются также комплектные элегазовые распределительные устройства (КРУЭ). Это оборудование позволяет создавать подстанции в 10—30 раз более компактными, чем подстанции с открытыми распределительными устройствами (ОРУ). КРУЭ отличает надежность, бесшумность, экологическая  безопасность. Оборудование  экономично в эксплуатации, полностью защищено от внешних воздействий и имеет в 1,5—2 раза больший срок службы по сравнению с традиционными аналогами. С 2007 года КРУЭ широко внедряются на подстанциях ФСК ЕЭС в Москве, Санкт-Петербурге, Сочи.

СТРАТЕГИЧЕСКОЕ ПАРТНЕРСТВО

В целях обеспечения проекта интеллектуальной сети современным электротехническим оборудованием и наращивания его производства на территории России Федеральная сетевая компания начала сотрудничество  с ОАО «Силовые машины». В ходе работы Петербургского международного  экономического форума в июне этого года компании подписали  соглашение о сотрудничестве в области создания в Санкт-Петербурге производства высоковольтного оборудования для электрических сетей, а также о научно-техническом взаимодействии.

Строительство нового завода планируется на площадях «Силовых машин» в поселке Металлострой (Колпинский район Санкт-Петербурга). Объем инвестиций в строительство завода электротехнического  оборудования составит 5,4 млрд руб. «Силовые  машины» намерены привлечь  одного из мировых производителей  электротехнической  продукции  в качестве технологического партнера и создать с ним совместное производство . ФСК, в свою очередь, окажет «Силовым  машинам» помощь в выборе технологического партнера и предоставит  требования, которые предъявляются  к оборудованию  для ЕНЭС. Сетевая компания готова заключить на конкурсной основе с совместным предприятием долгосрочный контракт сроком не менее 5 лет на поставку выпускаемого им электротехнического оборудования.

В развитие договоренностей с «Силовыми машинами» ФСК ЕЭС подписала меморандум о взаимопонимании с Hyundai Heavy Industries. В нем корейская компания выражает заинтересованность в локализации своего производства в России и готовность рассмотреть участие в совместном проекте с «Силовыми машинами».

Еще одно важное соглашение заключено с компанией «Русал». Сотрудничество ФСК ЕЭС с ведущим производителем алюминия направлено на создание в России производства новых типов проводов для воздушных линий электропередачи, позволяющих увеличить их надежность и пропускную способность. В частности, стороны намерены внедрить в производство высокотемпературные провода, провода  с улучшенными аэродинамическими  характеристиками, стойкие к вибрации и самодемпфирующие провода из алюминия и его сплавов, устойчивые к внешним, в частности ветровым и гололедным, воздействиям. Их применение позволит избежать перерывов в электроснабжении в период сложных погодных условий. Такие провода широко используются за рубежом на линиях, проходящих в районах со сложными климатическими  условиями, однако на территории РФ не производятся. Начало их производства и широкомасштабное внедрение при строительстве и реконструкции  линий электропередачи в России позволят повысить надежность и экономическую эффективность работы электрических сетей, обеспечить  бесперебойное электроснабжение потребителей.

В условиях реализации масштабного  проекта по созданию интеллектуальной  сети особое значение имеют надежность и квалификация энергостроительных компаний, создающих  новые сетевые энергообъекты. Поэтому Федеральная сетевая компания, следуя лучшей отечественной  и мировой практике, намерена провести квалификационный отбор подрядчиков для строительства и реконструкции электросетевых объектов.  Квалификационные требования ОАО «ФСК ЕЭС» к подрядным организациям  прозрачны, едины для всех и оптимальны в качестве критериев, характеризующих деятельность подрядной компании. Эксперты ФСК ЕЭС будут оценивать опыт и стабильность работы подрядной организации, ее репутацию, финансовую устойчивость и ресурсную базу, производственные мощности и кадровый состав, открытые  на компанию кредитные лимиты по банковским гарантиям. По итогам квалификации Федеральная сетевая компания отберет генподрядные организации, которые смогут участвовать в конкурсных процедурах по выбору подрядчиков для строительства и реконструкции  особо значимых объектов инвестпрограммы компании, направленных на инновационное развитие ЕНЭС, построение интеллектуальной сети.

Федеральная сетевая компания  будет реализовывать программу модернизации и инновационного развития электросети, опираясь на долгосрочные партнерские отношения не только с энергостроительными организациями и производителями  оборудования. ФСК ЕЭС подписала ряд соглашений о сотрудничестве и с крупными банками — ВТБ, Газпромбанком, Сбербанком РФ, чтобы обеспечить своевременное финансирование  инновационного развития ЕНЭС.

Федеральной сетевой компании  предстоит решить еще одну задачу — кадровую. Интеллектуальная сеть будет предъявлять новые, более высокие профессиональные требования и к людям, которые ее создают, эксплуатируют,  развивают. Уже сегодня в ФСК ЕЭС развернут учебный центр, где ее сотрудники учатся работать на энергообъектах нового поколения — так называемых цифровых подстанциях.  А в ближайшие три года собственные учебные центры, где будет проходить подготовку более 13 тысяч специалистов в год, появятся в каждом из восьми филиалов ФСК ЕЭС. К подготовке персонала подключились и 37 учреждений высшего и среднего профессионального образования по всей стране, в том числе Московский энергетический институт, Санкт-Петербургский государственный  политехнический университет, Новосибирский государственный технический университет и др.

Таким образом, в ближайшие несколько лет ФСК ЕЭС рассчитывает сформировать идеологию и прочную технологическую и кадровую платформу  для дальнейших преобразований. Затем разработанные новые решения и технологии пройдут апробацию в сети, будет реализован ряд пилотных проектов в отдельных регионах, чтобы перейти к созданию электрической сети будущего в масштабах всей энергосистемы России.