Цифровизация отрасли, по словам завотделом научных основ развития систем энергетики ИНЭИ РАН Федора Веселова, базируется на трех китах:

• повышение уровня автоматизации - оперативности реакции технических систем на изменяющиеся внешние условия (с приближением к управлению в реальном времени),
• рост объемов, скорости и достоверности передачи данных, позволяющий диагностировать состояние как отдельных технических устройств, так и энергосистемы в целом,
• интеллектуализация всех систем управления энергосистемой с целью обеспечить адекватность их реакции как "по фактическому состоянию", так и по прогнозу изменения параметров отдельных устройств и технических систем, а также рыночной конъюнктуры.

Цель трансформации российской энергетики Минэнерго видит во "внедрении риск-ориентированного управления на базе цифровых технологий, и в первую очередь промышленного Интернета вещей". Эта многоуровневая система включает, в частности, датчики и контроллеры, установленные на узлах и агрегатах того или иного промышленного объекта, средства передачи и визуализации собираемых данных, а также аналитические инструменты их интерпретации. Децентрализованное взаимодействие между всеми этими составными частями сети в режиме реального времени как раз и дает искомое повышение эффективности, безопасности и надежности энергоснабжения.

Отечественный рынок промышленного интернета растет высокими темпами (таблица 1), и некоторые из подобных систем уже эксплуатируются - например, на энергоблоках Татэнерго и компании "Т Плюс". Причем цифровые решения уже сегодня можно применить по всей цепочке "генерация энергии - распределительные сети - сбыт - управление".

Особенно важна цифровизация для управления такими сложными системами, как энергетика Приволжского федерального округа (ПФО).

 Энергохозяйство из двух тысяч объектов

Энергоснабжение девяти из 14 регионов ПФО (Самарской, Нижегородской, Саратовской, Ульяновской и Пензенской областей, а также Чувашии, Марий Эл, Мордовии и Татарстана) координируется из единого центра - находящегося в Самаре "Объединенного диспетчерского управления Средней Волги". В его операционную зону площадью 450 тыс. кв. км, где проживает около 20 млн человек, входит более 80 электростанций, почти 800 подстанций 110-500 кВт и свыше 1000 линий электропередач общей протяженностью около 35 тыс. км.

В структуре установленной мощности энергоисточников, расположенных на территории ПФО (диаграмма), доминируют теплоэлектростанции с долей почти 60%, существенно опережая гидро- и атомные станции (25,3% и 14,8%, соответственно).

Что же касается региональной структуры поволжской генерации (таблица 2), наибольшая установленная мощность (свыше 9500 Мвт) сосредоточена на территории Пермского регионального диспетчерского управления (РДУ), охватывающего, кроме Пермского края, еще Удмуртскую Республику и Кировскую область. В top-3 входят также Татарстанское и Самарское РДУ (8000 и 7000 Мвт, соответственно). Немногим меньшей мощностью (более 6600 Мвт) обладает Саратовское РДУ с одной из крупнейших в России Балаковской АЭС.

Примечательна неравномерность размещения генерации и потребления по территории ПФО. Так, по совокупной установленной мощности объектов генерации поволжские РДУ разнятся более чем в 12 раз - от 762 Мвт в Пензенском до 9636 Мвт в Пермском. Обращает на себя внимание и тот факт, что энергосистема округа дефицитна: потребление здесь на 2,3% превосходит выработку. Из восьми РДУ лишь два - Саратовское и Пермское - полностью покрывают свои потребности и даже делятся энергией с другими регионами (таблица 3).

В основном же, характерный для ПФО дефицит энергии восполняется за счет диспетчерского управления перетоками как внутри Поволжья, так и с привлечением ресурсов из энергосистем Центра и Урала. В этой связи понятно, почему одним из важнейших направлений цифровизации энергетики стало сетевое хозяйство.

ПАО "Россети": "Цифровая трансформация 2030"

Крупнейший в России оператор электросетей - ПАО "Россети" - владеет и управляет 35 дочерними компаниями, одна из которых - Межрегиональная распределительная сетевая компания (МРСК) Центра и Поволжья - работает на территории ПФО. В 2019 г. подконтрольное государству ПАО приняло 10-летнюю программу цифровизации отрасли и насыщения ее системами искусственного интеллекта.

По оценке гендиректора "Россетей" Павла Ливинского, уже первые шаги реализации этой программы подтвердили, что использование современных технологий снижает аварийность вдвое, потери энергии - как минимум на четверть, а операционные и капитальные затраты - на 30% и 15% соответственно. "Цифровые решения в распределительных электросетях (РЭС) позволяют увеличить уровень их наблюдаемости и разработать меры по повышению их эффективности, - поясняет вице-президент группы компаний "Электрощит" - ТМ Самара" Алексей Кирпиков. - Кроме того, цифровизация РЭС предполагает накопление больших объемов информации и прогнозирование на этой основе аварий и отказов энергооборудования".

Из многих направлений корпоративной программы "Цифровая трансформация 2030" остановимся на двух. Одно из них - автоматическое дистанционное управление электросетевым оборудованием. Речь идет об оптимизации включения, выключения и переключения подстанций и линий электропередачи. Соответствующие команды автоматически подаются из диспетчерских центров по результатам анализа телеметрической информации, приходящей по цифровым каналам связи. За счет этой современной технологии сокращаются время реакции энергосистемы на изменение условий ее функционирования и цена энергии для потребителя, а также повышается надежность энергоснабжения.

Второе направление - создание аппаратно-программного комплекса для онлайн-прогнозирования пропускной способности электросетей в различных схемно-режимных ситуациях. Дело в том, что принятые в оперативном управлении перетоками расчетные методы на всякий случай ориентированы на самые жесткие ограничения пропускной способности принятой схемы транспортировки электроэнергии. Упомянутый же комплекс в любой момент времени может предоставить диспетчеру набор параметров для оптимального (с технологической и экономической точек зрения) ведения режима сети.

Удаленная управляемость объектов с использованием интернета и/или мобильной связи - важная особенность цифровизации энергетики. И ПАО "Россети" уже тестирует эту возможность на практике. Так, на дистанционное управление переведена подстанция "Рузаевка" в Республике Мордовия. Вместе с компанией "ЭР-телеком" со штаб-квартирой в Перми проводятся испытания технологии передачи данных LoRaWAN, позволяющей задействовать цифровые технологии на наиболее распространенных в энергетике подстанциях 6-10 кВ, до 40% которых находится вне зоны покрытия сотовых операторов.

Полным ходом, на основе соглашения между правительством Удмуртии и ПАО "Россети", идет цифровизация энергетического комплекса республики. Здесь одной из первых в РФ введена в эксплуатацию цифровая подстанция 35-110 кВ. "Все только начинается, впереди у нас амбиции консолидировать все 100% нашего электросетевого хозяйства", - объявил глава Удмуртии Александр Бречалов. В ближайшее время еще две таких подстанции ПАО "Россети" планирует запустить в "Удмуртэнерго" и "Нижновэнерго" - филиалах МРСК Центра и Приволжья. Подобными проектами ПАО планирует охватить все регионы своей деятельности.

"Т плюс" вкладывается в цифровизацию

Крупнейший в России частный производитель тепловой энергии компания "Т Плюс" практически полностью обеспечивает потребности ПФО в этом ресурсе. Ее клиентами являются более чем 14 млн физических лиц и более чем 160 тыс. предприятий округа. В последние 10 лет "Т Плюс" реализовала масштабную инвестиционную программу, в рамках которой глубокую модернизацию прошли около 20 ТЭЦ, расположенные в своем большинстве на территории ПФО.

По оценке технического директора компании Бориса Архипова, одна из главных проблем "Т Плюс" - отсутствие достоверного учета продукции, так что цифровизацию теплосетей он рассматривает как первый шаг в радикальном решении этой проблемы. Вторая беда компании - низкая надежность сетей: для регулирования тепловой нагрузки сейчас принято оперировать температурой теплоносителя, причем в довольно широких пределах, однако изношенные коммуникации плохо переносят такие перепады, поясняет специалист. Выход он видит в переходе к управлению теплосетями за счет изменения расхода теплоносителя путем автоматического регулирования гидравлического режима сети. Судя по опыту Китая, это позволяет экономить около 30% энергомощности.

Цифровизация позволяет также постепенно переходить к диагностике трубопроводов изнутри с помощью роботов. Борис Архипов так описывает этот процесс: "Передвигаясь по трубе, телеуправляемый робот ищет коррозию, вмятины, трещины, измеряет толщину стенок по всей внутренней поверхности трубы. А тем временем снаружи оператор в режиме онлайн получает изображение, компьютерный анализ которого позволяет не только локализовать повреждения, но и подобрать технологию ремонта, а также спрогнозировать срок безаварийной эксплуатации данного участка трубы".

"Для предотвращения аварий и сокращения ремонтных затрат мы вместе с другими структурами "Т Плюс" внедряем систему предиктивной диагностики, - рассказывает руководитель службы информационных технологий группы "Т Плюс" в Нижнем Новгороде Евгений Пулин. - Она позволяет заблаговременно находить дефекты оборудования, заранее заказывать необходимые запчасти, снижать сроки простоя техники и вести ее эксплуатацию в оптимальном режиме".

Нижегородская область сейчас служит полигоном "Т Плюс" для отработки систем автоматизации тепловых узлов и котельных. В Дзержинском и Кстовском районах управление этими объектами планируется сосредоточить в единой диспетчерской службе так, чтобы их работа не требовала постоянного присутствия эксплуатационного персонала. В Дзержинске, где уже модернизировано около 30 теплоузлов, еще восемь сейчас проходят цифровизацию. В Кстовском районе автоматизированы три котельные, на подходе еще две.

Как сообщил Евгений Пулин, в "Т Плюс" завершено внедрение мобильных решений. Эта собственная (запатентованная) разработка компании позволяет фиксировать технологические показатели основного оборудования, а затем передать их в корпоративную информационную систему для оперативного принятия оптимальных управленческих решений и минимизации потерь.

С конца 2019 г. ПАО "Т Плюс" в партнерстве с группой ВЭБ.РФ реализует проекты развития систем теплоснабжения в 29 городах с общим объемом инвестиций 100 млрд рублей. Цель альянса - создание поколения операторов теплоснабжения, ориентированных на системное применение цифровых технологий. Пилотным регионом для этого определена Кировская область. По окончании отопительного сезона 2020 г. в Кирово-Чепецке началась установка почти 50 узлов учета на теплосетях, идущих от Кировской ТЭЦ-3. Считанная с них информация в онлайн-режиме будет поступать на центральный диспетчерский пульт.

Цифровизация теплосетей - это в первую очередь скорость и точность реакции на любые отклонения от заданных значений параметров теплоносителя на каждом объекте, и чем больше точек учета, тем эта реакция будет ближе к оптимальной, полагают в "Т Плюс".