Умная электроэнергетика – региональный аспект

Умная электроэнергетика –
региональный аспект
Генеральный директор
Института энергетической стратегии
д.т.н., проф. Бушуев В.В.
Ярославский энергетический форум
6 октября 2011 года
Глобальные энергетические вызовы и
тренды
1. Неоиндустриальное развитие
2. Количественный
и качественный
рост
электроэнергетики
• Растущий спрос
• Электроснабжение ресурсных
переделов
• Электромобилизация
• Электроотопление и бытовой сервис
• Переход от силовой к «умной»
энергетике
3. Глобализация и регионализация
(централизация и децентрализация
энергетики)
2
Динамика мирового развития
В России: рост потребления электроэнергии (+30% к 2030 г.) и
повышение качественных требований к энергоснабжению
Неоиндустриальное
развитие
Индустриализация
Тренд
1-я
Постиндустриальная
стадия
Нефть
Атом
ГАЗ+ВИЭ
Электроэнергия
Уголь
1890
1930
2-я
Постиндустриальная
стадия
1970
2010
?
2050
3
Рост ВВП и электропотребления в России
1000 100
100
93
90
800
80
76
700
692
68
600
70
63
549
500
56
400
60
433
50
50
339
300
43
268
218
200
169
121
100
112
129
149
171
191
216
237
262
38
40
30
0
2010
Электроемкость ВВП,
%
ВВП и спрос на электроэнергию,
%
900
20
2015
Темпы роста ВВП
2020
2025
2030
2035
2040
Темпы роста спроса на электроэнергию
2045
2050
Динамика удельной электроемкости ВВП
4
Структура электропотребления
млрд. кВт*ч / %
2010 г.
2020 г.
2030 г.
2050 г.
1020 /
100%
1326 /
100%
1740 /
100%
2670 /
100%
Промышленнос
ть
560 / 55%
700 / 53%
860 / 50%
1300 /
48%
Транспорт
80 / 8%
115 / 8,8%
170 / 9,7%
293 / 11%
Сфера услуг,
ЖКХ
235 / 23%
318 / 25%
510 / 30%
935 / 35%
Всего,
в т.ч.
Источник: расчеты ИЭС
5
Управление развитием ЭС

Ресурсная глобализация

Энергетический самобаланс

Технологическая дифференциация
источников энергии

Интеграция энергоинформационной
структуры

Ячеистая структура ЕНЭС
 Нейросетевая мультиагентная инфраструктура
14
Роль энергетики в мировом развитии
Производство
Бизнес
Энергобезопасность
Инфраструктура
2
(Де) централизация в России и в мире
Централизация / децентрализация систем
(«золотая пропорция»)
0,62:0,38 – для концентрированной нагрузки
0,38:0,62 – для распределенной нагрузки
В мире: от глобализации
к регионализации
В России: развитие
децентрализованной энергетики
Источник: ОИВТ РАН
4
ФЭС
К о н ц е н тр а ц и я
мо щн о с ти
ОЭС
ОЭС
РЭС
РЭС
Децентрализованные ЭС
Модульные ЭС
(генератор-нагрузка)
Рос т с ете во й ком по н ен ты
Иерархическая структура ЕЭС России
Необходимо усиление взаимодействие между субъектами
развития электроэнергетики и преодоление разобщенности,
ставшей одним из результатов реформы РАО ЕЭС
10
От отраслевой к системной
организации электроэнергетики
• Модульная (Г-Н)
и фрактальная
организация ЭС
• Централизация /
децентрализация
систем («золотая
пропорция»):
• Публичные
энергокомпании
(потребитель=ин
вестор)
0,62:0,38 – для
концентрированн
ой нагрузки
0,38:0,62 – для
распределенной
нагрузки
16
Схемы электроснабжения
Крупная ГРЭС
Распределенная
генерация
Металлургический завод
Распределенный
потребитель
6
Smart Grid и интеллектуальные энергосистемы с
активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС)
Вызов: смена типа потребителя
Крупная ГРЭС
Завод
Индустриальная фаза
Распределенная
генерация
Распределенный
потребитель
Постиндустриальная фаза
Западный ответ:
«Smart Grid» - электрические сети, удовлетворяющие будущим требованиям к
энергосистемам за счет двусторонних коммуникаций между всеми субъектами
энергосистемы
Российский ответ:
Активно–адаптивная сеть (ААС) – совокупность подключенных к
генерирующими источниками потребителям электрической энергии
активных электрических сетей
8
Smart Grid в распределенной системе
«генерация-потребитель»
Г-Н
Г-Н
Г-Н
Г-Н
Г-Н
Г-Н
Г-Н
Г-Н
Г-Н
12
Зоны (де) централизованного энергоснабжения
Рыбинский
энергорайон
Источник: ОИВТ РАН
Ярославский
энергорайон
Ростовский
энергорайон
В России: значительный потенциал развития
децентрализованного энергоснабжения и распределенной
генерации как вне зоны ЕЭС России, так и в сельской местности
13
Энергетические кластеры в структуре
энергоообъединения (Ярославская обл.)
Рыбинский
энергорайон
Энергетические кластеры:
• РЭС на самобалансе (Ярославская
обл. энергодефицитна, преодоление к
2016 г.);
• крупные промышленные комплексы
(Ярославль и его энергоемкие
предприятия – до 50% потребления);
• крупные города (Ярославль – 600
тыс. чел.)
Ярославский
• удаленные энергоисточники
энергорайон
(Ярославская энергосистема почти
полностью зависит от привозного
топлива, в основном газа)
Ростовский
энергорайон
Энергетические
кластеры
14
Интеллектуальные энергосистемы с
активно-адаптивной сетью
ААС
Энергетические
кластеры
Энергетические
кластеры
Энергетические кластеры:
• РЭС на самобалансе;
• территориально-производственные комплексы;
• удаленные энергоисточники (КАТЭК, ГЭС АЕК, ПЭС);
• мегаполисы.
Активно-адаптивная сеть:
• оценка состояния, надежности и живучести;
• управление силовыми потоками (гибкие ВЛ, Статкомы, ФПУ,
накопители);
• ПАУ (самоконтроль и самонастройка);
• автоматическое восстановление режима.
13
Ячеистая структура ЕНЭС
12
«Умная» и «интеллектуальная» энергосистема:
нейронная энергоинформационная система
«Умная»
энергетика
«Интеллектуальная»
энергетика
Дисп.
управление
Мониторинг
Информационная
система
Энергосистема
Иерархическое
управление
Оценка
рисков
Информационная
система
Согласование
интересов
Энергосистема
Мультиагентное
управление
Эргатическая система
9
От силовой к интеллектуальной энергетике
Аналоговые системы
управления
Цифровые системы
управления
Силовая энергетика
Нейронные системы
управления
Умная / интеллектуальная
энергетика
Повышение структурности
(снижение энтропии)
потока энергии
7
Основные цели развития интеллектуальной
электроэнергетики
Переход к энергетическим системам нового
поколения с новыми качествами:
1. Управление спросом в
режиме реального времени
3. Развитие технологий
накопления электроэнергии
2. Развитие дальнего
транспорта электроэнергии
4. Развитие распределенной
генерации и ВИЭ
К Единой
энергосистеме
нового поколения
(ЕЭС 2.0)
ЕЭС 1.0
ЕЭС 2.0
10
Основные технологии интеллектуальной
электроэнергетики
1. Гибкие системы передачи на 3. ЛЭП постоянного тока (HVDC),
переменном токе (FACTS)
сверхпроводящие материалы
2. Унифицированная система
управления энергопотоками
(UPFC)
Централизованная
генерация
4. Накопители на уровне
энергосистемы - ГАЭС, маховые
накопители
От асимметричных
сетей к симметричным
11
Основные преимущества интеллектуальной
электроэнергетики
Эффекты в электроэнергетике
1. Снижение потерь в сетях
3. Рост эффективности
использования мощностей
2. Повышение надежности
энергосистемы
4. Способствует росту ВИЭ и
децентрализации генерации
Социально-экономические эффекты
1. Снижение инвестиционных и 3. Рост уровня жизни
операционных затрат
населения
2. Повышение качества
энергоснабжения
4. Повышение качества
жизни, новые рабочие места
Триада: энергетическая, экономическая и социальная
эффективность
15
Три цели компании
Компания
Profit
Public
Planet
5
Спасибо за внимание!
Институт энергетической стратегии
www.energystrategy.ru