Энергетики справедливо утверждают, что наша цивилизация держится на электричестве. Представьте, что оно кончилось… В тот момент не то что комфорт, жизнь многих людей рухнет. Не дай-то Бог! Энергосистема для государства — как кровоснабжение для организма. Все так же сложно и взаимозависимо. Изучать его возможности и усовершенствовать функциональность надо, но как? На действующих магистральных сетях? По аналогии с медициной никто не идет на такие эксперименты. Хотя сети разных напряжений — эти вены и артерии — постепенно насыщают информационными технологиями, способными передавать операторам данные о транспортировке энергии, нехватках ее, перегрузках… Казалось бы, добавьте еще умные устройства — и научитесь так управлять режимами, чтобы всем было светло, тепло и безопасно.
В том-то и проблема, что учиться надо на каких-то опытных площадках, имитирующих огромные российские просторы. Но как воссоздать территорию энергопотребления от Омска до Читы? А всего Дальнего Востока? Не всю — от лампочки в сарайчике бабушки до фонаря в тупике на путях Транссиба, а хотя бы в части крупных промышленных предприятий, железной дороги, городов, авиапортов? Смоделировать эту энергосистему надо с высокой степенью адекватности да с учетом связей с прилегающими к ней регионами. Ведь в энергетике давно, как в природе: все на всех влияют. Плюс год от года энергохозяйство страны разрастается и проблем только прибавляется.
В ответ на этот вызов времени и появился в Фонде “Сколково” Кластер энергоэффективных технологий, одним из резидентов которого стал Центр исследований и разработок “Интеллектуальные энергосистемы”, созданный по инициативе Томского политехнического университета (ТПУ) и Института систем энергетики им. Л.А.Мелентьева СО РАН (ИСЭМ) (Иркутск). Однако на этом список участников данного центра не заканчивается. Вместе с ТПУ и ИСЭМ в проекте участвуют Институт энергетических исследований РАН (Москва) и еще два немецких вуза — Технический университет г. Дортмунд (научно-исследовательская группа под руководством профессора Кристиана Рехтанца) и группа профессора Збигнева Стычински из Отто фон Герике университета г. Магдебург.
Зачем так много?
— Мы замахнулись не на один проект, а сразу на семь, — объясняет директор Энергетического института ТПУ Юрий Боровиков. — Ради синергии. Мы знаем, как в железе на 40 кв. метрах площади создать полигон для исследования энергосистемы Сибири с учетом возможных внедрений нового оборудования: статических компенсаторов, шунтирующих реакторов, фазоповоротных устройств, вставок постоянного тока, помогающего обеспечить требуемое качество электроэнергии и повышение пропускной способности сетей.
— Шунтирующие, компенсирующие… Звучит, словно на приеме у кардиолога…
— Ну, не зря же в лексике энергетиков появились понятия “активно-адаптивные сети”, “интеллектуальные энергосистемы”, — улыбается Юрий Сергеевич. — Смысл в том, что система начинает реагировать на возмущения и отклонения от установленной нормы, и сама, без вмешательства человека, их устранять. Не верится? Конечно, сначала человек должен всему этому систему научить. Для того чтобы разработать и испытать такие “методы обучения”, мы применяем гибридное моделирование — физическое, аналоговое и цифровое… Почему именно гибридное? С точки зрения математики энергосистема может быть представлена гигантским количеством дифференциальных уравнений, связанных между собой в системы. Даже при имеющихся сегодня компьютерных мощностях решение таких уравнений дискретным способом ведет к накоплению ошибок. Поэтому мы в своей разработке обеспечиваем точный результат расчетов за счет использования аналоговых элементов. Кроме того, все токи и напряжения существуют в модели на физическом уровне, то есть взаимодействие между элементами осуществляется по законам физики — на уровне элементарных законов Кирхгофа. Непростая конструкция. Если хотите увидеть своими глазами, пройдемте в лабораторию. Наш заведующий лабораторией Антон Прохоров покажет вам, как смоделирован небольшой энергокластер “Эльгауголь” на Дальнем Востоке. Этот энергокластер строится для электроснабжения объектов Корпорации “Мечел”. Туда, говорят, повезут глав государств при проведении саммита АТЭС-2012. В железе это — пара больших стоек. К слову, ранее мы уже демонстрировали наши разработки в области моделирования энергосистем Президенту РФ Д.Медведеву.
— И каковы же основные перспективы вашей работы?
— Разработкой заинтересовались специалисты Федеральной сетевой компании (ФСК), — говорит А.Прохоров, занятый монтажом очередного элемента в стойку. — Они провели ее экспертизу силами своего отраслевого научного центра. Пришли к выводу, что комплекс уникальный, обладает характеристиками, которые не позволяет обеспечить ни одна из имеющихся систем ни в России, ни за рубежом. В будущем может стать основой проектов, связанных с smartgrid — интеллектуальными энергосистемами.
— Предполагаем, что ФСК станет нашим инвестором во втором этапе проекта в Сколково. По расчетам, наши разработки в дальнейшем могут принести ФСК хорошие дивиденды, — уточняет Боровиков. — Определились мы и с институциональными партнерами — ведущими вузами в области гибких передач электроэнергии, так называемых FACTS-технологий. Ими стали два германских университета из Магдебурга и Дортмунда.
— Не слишком ли широко раскинулись: Иркутск, Томск, Москва, Дортмунд, Магдебург?
— Если всерьез, то полигон складывался четверть века. Это база одной из научно-исследовательских лабораторий ТПУ, — переходит на серьезный тон Боровиков. — На этом направлении защищены десятки кандидатских и докторских диссертаций. Сотрудничество с институтами РАН у нас тоже давно отлажено, например, директор ИСЭМ Николай Воропай, профессор нашего Энергетического института, регулярно читает лекции студентам. А возглавляемый академиком РАН Алексеем Макаровым Институт энергетических исследований занимается экономическими аспектами развития энергетики, ее стратегией. Он предложил проект, который явился интегральным для всех остальных: трех томских и трех иркутских работ.
Все проекты центра инициированы потребностями современной энергетики, причем в ее различных проблемных областях, — объясняет Юрий Сергеевич. — Например, известна ли вам реальная стоимость одного киловатта энергии на наших северных территориях? Почти 40 рублей! Там ведь в основном используют дизель-генераторные установки, а топливо само по себе дорого плюс доставка в труднодоступные районы. Энтузиасты стали использовать ветер, солнце, но каждый источник в отдельности в наших климатических условиях не слишком надежен, однако если увязать их с дизель-генераторной установкой, то при наличии специальных алгоритмов управления можно получить гибридную мини-электростанцию. В проектах, связанных с возобновляемой энергетикой, мы сотрудничаем с профессором Стычински — известным экспертом в этой области. А профессор Рехтанц выступает экспертом по нашим работам в области моделирования энергосистем. Кстати о стоимости электроэнергии. Еще один из проектов ТПУ направлен на “умный” учет электроэнергии. Словом, все семь проектов объединены общей направленностью центра — исследованиями и разработками в области интеллектуальной энергетики, все они взаимно обогащают друг друга и в дальнейшем предполагают развитие.
Елизавета Понарина
Полностью материал спецвыпуска доступен в формате PDF.
Нет комментариев