Новые подстанции

Одна из любимых шуток американских энергетиков звучит так: «Если бы Александр Белл и Томас Эдисон ожили сегодня, то первый ничего бы не понял в современных телекоммуникациях, а второй не только бы сразу разобрался в устройстве наших энергосистем, но и предложил бы способы их улучшить». И в этой шутке есть доля правды. Некоторые элементы энергосистем, например, подстанции, мало изменились за 135 лет, прошедших со времени постройки Эдисоном первой распределительной подстанции в Нью-Йорке.

Подстанции по-прежнему забирают электроэнергию из магистральных линий электропередачи, преобразуют её, понижая напряжение, и передают в распределительные сети. И хотя многие из них недалеко ушли от эдисоновской, есть и инновационные решения.

Больше, чем подстанция

Когда-то распределительные подстанции воспринимались как прогрессивный элемент, эдакий знак индустриализации. Однако за последние 40 лет они приобрели стойкую репутацию наиболее уродливых промышленных сооружений.

Но этого никак не скажешь о новой подстанции компании Seattle City Light под названием Denny, которая должна войти в строй в 2018 г. (см. рис). Её обшитый металлом наклонный фасад на первом этаже будет прозрачным, вдоль него будет пролегать тротуар с пандусами, рядом расположатся районный общественный центр, переливающаяся разными цветами стена, парк с оригинальным ландшафтом и даже площадка для выгула собак. Проектировщики и строители обещают, что это будет самая красивая в мире электрическая подстанция.

Всё началось в 2003 г., когда муниципалитет Сиэтла принял решение «оживить» часть центра города, в которой разместились офисы биотехнологических компаний и таких гигантов высоких технологий, как Amazon. Последняя подстанция в Сиэтле была построена ещё в 1980-х, когда город был сонным и захолустным. Сегодня совсем другая ситуация: Denny расположена на границе между тремя главными городскими районами с растущей плотностью населения, в динамично меняющемся окружении. Муниципальным архитекторам стало ясно, что вид энергообъекта нужно радикально менять.

Компания Seattle City Light совместно с городской комиссией по дизайну провела большую работу, чтобы обеспечить пешеходам, проходящим мимо подстанции, приятные и запоминающиеся впечатления. Но как только компания утвердила концепцию, стало ясно, что подстанция должна занять часть улицы. По правилам муниципалитета это означало, что проектировщик должен включить в проект существенные культурно-рекреационные элементы, выигрышные для жителей города. В результате в проект подстанции вошли парк, удобный для прогулок и встреч жителей, место для проведения собраний, лекций и других общественных мероприятий. Солнечные панели и система утилизации выделяющегося в трансформаторах тепла полностью обеспечивают энергией все сооружения.

Стараясь вписать подстанцию Denny в городское окружение, проектировщики не пытались замаскировать её основное предназначение. Предусмотрены многие привлекающие и интерактивные просветительские элементы - от искусного графического оформления до специальных просмотровых площадок, откуда удобно наблюдать оборудование подстанции. Разработчики проекта хотели, чтобы любой прохожий, увидев объект, задался вопросами: «Так это электроподстанция? А что она делает? Для чего она нужна? Как она работает?»

Подобный подход к проектированию подстанций полностью меняет парадигму индустриального дизайна. Если все энергообъекты традиционно обвешаны табличками типа «Не влезай, убьёт!», то здесь проектировщики как бы приглашают прохожего: «Подойди, посмотри, что здесь внутри».

Только «за»!

О подстанциях можно сказать, что они нужны всем, но никто не хочет их видеть, по крайней мере, поблизости от своего дома и офиса. Поэтому когда Управление энергетики г. Кисими в шт. Флорида (Kissimmee Utility Authority, KUA) собралось строить новую подстанцию вместо подстанции 40-летней давности, оно решило вынести проект на общественное обсуждение. Для начала для всех заинтересованных была устроена экскурсия на действующую подстанцию, похожую на ту, что собирались построить. Так представители общественности получили реальное понимание того, что должно быть сделано и как объект может выглядеть в эстетическом отношении. Затем художники предложили проект оформления будущей подстанции вместе с её окружением. В процессе строительства KUA постоянно оповещало население о новостях и своих достижениях через социальные сети. И, наконец, когда в январе 2016 г. подстанция им. Роя Хансела за 12,7 млн долл. была введена в строй, KUA открыло её ворота для всех окрестных бизнесменов и выборных официальных лиц.

Было приложено немало усилий, чтобы убедить общественность, что от строительства современного и надёжного энергообъекта все только выиграют. В результате энергетики избежали протестов граждан, опасающихся постройки по соседству чего-то непонятного и потому опасного. Главным выигрышным моментом в подходе KUA стало широкое информирование общественности с самого начала строительства. Всем было ясно, что происходит, как будет выглядеть результат и чем он поможет обществу. В итоге к моменту выделения средств на строительство практически вся общественность поддерживала проект.

Пропагандистская кампания способствовала и успеху проекта "Denny" в Сиэтле. Многие аспекты проектирования и строительства подстанции широко обсуждались с местными жителями и выборными официальными лицами. Таким образом, общественность стала для строителей партнёром, а не досадной помехой.

Накопить и употребить

Ни одна дискуссия об электросетях в наши дни не обходится без обсуждения аккумуляторных систем хранения энергии. Хотя многие считают аккумуляторные накопители альтернативой распределённой пиковой генерации, есть и такие, кто видит выигрыш в надёжности при размещении подобных систем на распределительных подстанциях.

В ноябре 2016 г. калифорнийская энергокомпания Glendale Water & Power (GWP) запустила проект по установке новой двухмегаваттной аккумуляторной системы рядом с недавно реконструированной подстанцией Grandview. Этот проект можно рассматривать как попытку GWP провести разведку боем, прежде чем браться за более крупные стройки.

GWP надеется получить от системы хранения существенный синергетический эффект. Исследователи из Института Роки-Маунтин утверждали в отчёте 2015 г., что выгода от накопителя сильно зависит от того, в каком месте электросети он развернут. Размещение аккумуляторов на уровне распределительной подстанции обеспечивает компании GWP девять из тринадцати преимуществ, перечисленных в отчёте, в том числе поддержание напряжения, стабилизацию частоты и соблюдение соразмерности затрачиваемых ресурсов.

GWP полагает, что при общесистемной аварии аккумуляторы будут выполнять роль резервного источника энергии на время запуска основных генераторов. Они к тому же помогут GWP справляться с пиковыми нагрузками на подстанцию. Специалисты GWP также рассчитывают, что система хранения поможет интегрировать в сеть больше генераторов на ВИЭ, сглаживая свойственные им колебания в выработке энергии. Результаты: повышенные надёжность и отказоустойчивость.

Цифровизация насквозь

Широкое распространение современной измерительной и связной техники знаменует наступление эры цифровизации. Энергетические компании получают возможность управлять работой подстанций дистанционно, повышая скорость реакции на отключения в сетях, снижая размеры и стоимость эксплуатации объектов. Но у цифровизации есть и оборотная сторона - громадные потоки данных, генерируемые цифровыми измерительными приборами. И возникает вопрос о том, стоит ли обрабатывать эти потоки с применением средств анализа больших данных, требующих немалых вычислительных ресурсов.

В качестве примера организации, принимающей кардинальные меры по цифровизации своей деятельности, можно привести Энергетическое управление Нью-Йорка (New York Power Authority, NYPA). Его президент и исполнительный директор Джил Квинионес говорит: «Нью-Йоркэнерго приняло решение стать первой полностью цифровой энергокомпанией в США, а может быть и в мире, и мы уже немало продвинулись в этом направлении».

В октябре 2016 г. компания GE Power (подразделение General Electric), заключила соглашение с NYPA на поставку программного обеспечения для мониторинга, анализа и оптимизации работы энергетических ресурсов NYPA на всех 16 её электростанциях и в электрической сети. В декабре был запущен современный центр управления NYPA. Он анализирует работу региональной энергосистемы и выявляет потенциальные проблемы до того, как они приведут к перерывам в подаче электроэнергии, сокращая время внеплановых отключений, повышая общую надёжность и снижая эксплуатационные затраты и риски.

В центре управления NYPA используется ПО управления и контроля ресурсов на базе разработанной GE операционной системы Predix. Энергокомпания планирует завершить процесс развёртывания ПО на всех своих гидро- и тепловых станциях к концу 2017 г. Predix устанавливается также на подстанциях. Полностью ПО должно быть развёрнуто в 2018 г.