Интернет энергии

Как будет выглядеть грядущий технологический прорыв в электроэнергетике?
11.03.2018
Виктор Санников

Мир, в котором мы живём, меняется самым поразительным образом. Ещё двадцать лет назад Интернет считался просто средством коммуникации - наряду с прессой, радио, телевидением и кино. А сегодня совершенно очевидно, что Интернет относится к жизненно важным инфраструктурам. Отключите Сеть - и тут же прервётся бизнес миллионов предприятий, возникнут проблемы с доставкой товаров в магазины, а офисы банков окажутся переполнены недовольными клиентами.

Тем временем электроэнергетика, как основа основ, только укрепляет свои позиции. Число электроприборов, необходимых современному человеку, растёт. Потребление электроэнергии увеличивается - медленно, но верно. И понятно, что без электроэнергии не будет тех же Интернета и сотовой связи. Нужно ли напоминать, что в стоимости практически любого товара и услуги (даже в цене биткойна!) заложены затраты на электроэнергию?

Куда дует ветер

Одна из основных тенденций, реально трансформирующих облик энергетики, - это распределённая генерация. Она успешно прокладывает себе пути-дороги даже в рамках Единой энергосистемы России. Ускоренное развитие возобновляемой энергетики только усиливает этот тренд, заставляя энергетиков «подтягивать» слабое связующее звено - распределительные сети, пока ещё не заслужившие эпитета «умные».

«Любая монополия, в том числе и сетевая, - убеждён новый глава «Россетей» Павел Ливинский, - должна с опережением строить инфраструктуру. В нашем случае - для того, чтобы проблемы с присоединением потребителей не сдерживали развитие экономики».

Грядущая конвергенция

Когда в конце 1990-х я прочитал в журнале «Компьютер пресс» статьи о том, что компьютерная техника и бытовая электроника движутся к конвергенции, я не поверил. Трудно было представить себе, что крошечное окошечко с дёрганым видео, по размеру не превышающее 320x240 пикселей, когда-либо сможет заменить нам телевизор с его десятками каналов. Но конвергенция произошла, и теперь каждый производитель телевизоров высокого класса считает своим долгом обеспечить их подключение к компьютеру и даже напрямик к Интернету. А можно вообще обходиться без телевизора, выходя на нужные телепрограммы с компьютера через Сеть. Да и само телевидение становится цифровым - телепередачи всё чаще приходят к нам по IP-протоколу.

Между тем уже проявились некоторые признаки грядущей конвергенции электрических и компьютерных сетей. В частности, существует Power over Ethernet. Это стандарт IEEE 802.3af, который обеспечивает передачу постоянного тока до 400 мА с номинальным напряжением 48 В (допустим разброс - от 36 до 57 В) через две пары витых проводников в четырёхпарном Ethernet-кабеле для обеспечения максимальной мощности 15,4 Вт. Благодаря этому стандарту видеокамера, умный датчик, беспроводная точка доступа и некоторые исполнительные устройства могут работать без подключения к электрической сети.

Другой признак грядущей конвергенции - рост объёмов производства гибридных кабелей, включающих как медные проводники, так и волоконно-оптические нити. Кроме того, всё шире распространяется беспроводная передача компьютерных данных, но при этом идут разработки и систем беспроводной передачи энергии.

Конечно, беспокоясь о безопасности и надёжности энергосистемы, энергетики не станут передавать свою телеметрическую информацию через публичные Интернет-сети, но законы экономики будут побуждать нас минимизировать дублирование каналов связи. «Интеллектуальные сети дают огромный потенциал для снижения издержек, - объясняет Павел Ливинский. - Это уменьшение объёма сетевого оборудования, сокращение площадей, занимаемых подстанциями... Затраты на содержание сетевой инфраструктуры можно сократить на треть».

Высокие темпы технологического прогресса диктуют нам необходимость оптимизации дорогой инфраструктуры передачи данных. Так, крупнейшие операторы сотовой связи в нашей стране сильно проиграли, когда не смогли договориться о совместном строительстве общей сети базовых станций. Каждый выстроил свою собственную сеть, заняв кучу денег, и теперь не успевает окупить вложения в технологию 3G, когда жизнь уже заставляет внедрять 4G и думать о 5G.

Крайне перспективно строительство инфраструктуры сразу для максимально широкого круга потребителей. Собственно, процесс урбанизации, которая победно шествует по планете уже многие десятилетия, подпитывается как раз выгодой от совместного использования инфраструктуры. Квартиру в многоподъездном доме, упрощённо говоря, нужно обогревать только по тем сторонам, где есть окна: с остальных сторон её греют соседи. И «Энерговектор» уже отмечал, что умные сети, которые будут помимо электроэнергии передавать потоки данных в цифровом виде, могут заодно транслировать финансовую информацию для расчётов между производителями и потребителями энергии.

На волне инноваций

Президентский совет по модернизации экономики и инновационному развитию России в начале 2017 г. утвердил «дорожную карту» EnergyNet. Скептики тут же придумали язвительный перевод её названия - «Энергии нет». В документе, созданном в рамках проекта Национальной технологической инициативы, перечислены мероприятия по развитию рынка умной энергетики до 2035 г.

Авторы «дорожной карты» термином EnergyNet обозначают рынки оборудования, программного обеспечения, инжиниринга и сервиса для разномасштабных комплексных систем и услуг интеллектуальной энергетики. «Лучшая метафора для объяснения - это Интернет энергии, экосистема производителей и потребителей энергии, которые беспрепятственно интегрируются в общую инфраструктуру и обмениваются энергией», - сказано в описании «дорожной карты».

Дальнейшие разъяснения по этому вопросу напоминают выдержки из фантастического романа: «Активные потребители, владельцы распределённых энергетических объектов (в том числе мобильных), пользователи устройств с управляемой нагрузкой должны иметь возможность столь же просто подключаться к энергосистеме и пользоваться ею, как это происходит в случае Интернета». Также поясняется, что для этого потребуется создать новые киберфизические устройства преобразования и коммутации энергии, интеллектуальные системы управления, открытые сервисные платформы, технологии Интернета вещей, гибкие и динамичные энергетические рынки. Есть даже предсказание: «Масштабное распространение распределённых энергетических объектов приведёт к преобразованию архитектуры энергосистем - они станут фрактальными, "ячеистыми", как Интернет или сотовая телефония».

На мой взгляд, здесь ссылка на Интернет - это просто способ доходчиво донести ощущения будущих пользователей энергосети, но никак не намёк на её реальное устройство. Потому что число возможных протоколов представления информации бесконечно, равно как и глубина их вложения друг в друга. Именно поэтому через стандартный IP-протокол Интернета легко передаются компьютерные файлы, телефонные сигналы, цифровое телевидение, потоковое видео с камер систем безопасности и т. д. в открытом и зашифрованном видах. В случае же электрических сетей такой гибкости и в помине нет. Можно выбирать лишь вид соединения (на постоянном или переменном токе), число фаз, рабочее напряжение и мощность.

В рваном режиме

Если же мы обратимся к живой природе, то увидим, что естественные информационные системы в виде связей между нейронами мозга там перенастраиваются, но о переконфигурации сетей кровеносных сосудов, доносящих энергию до отдельных органов и частей тела, речи не идёт. Максимум, что может сделать нервная система, - это выдать «команды» на расширение или сужение групп сосудов, изменение общего кровяного давления и частоты сердцебиения.

Системы энергообеспечения каждого живого организма рассчитаны на рваные и циклические режимы: поел, отдохнул, набравшись сил, поработал (или поохотился). А восстановление организма после травм зависит от поведения особи: раны хорошо затягиваются и залечиваются во сне (естественном «блэкауте»), а если животное или человек продолжает активную деятельность, его раны просто стабилизируются. Тем не менее «бесперебойное и надёжное энергоснабжение» в природе встречается - в жизненно важных случаях как результат общественной организации. Например, птицы постоянно кормят малых птенцов, а в муравьиной семье организована непрерывная кормёжка матки и свежевылупившихся муравьёв во внутреннем питомнике. А когда нужно быстро прогреть муравейник, муравьи образуют живой тепловой контур - выбегают на солнце, нагреваются и убегают вглубь жилища, чтобы передать ему тепло.

Отметим также, что природа широко использует локальные накопители энергии. Например, существует подкожный жир, а в мышцах энергия накапливается в виде гликогена. И если брать живую природу за образец для подражания, то нам нужно ускоренно развивать накопители энергии.

Источник: Энерговектор

Читайте другие наши материалы