Интеллектуализация энергетики

Когда мы говорим про энергетику, мы очень часто представляем фильмы из кинохроники 50х, 60х годов или очень красивые, очень любимые режиссером, очень зрелищные огромные диспетчерские пульты, например, на ГЭС или на ТЭЦ, или снабжающие теплом, или снабжающие энергией, или на атомной станции, за которыми сидит 10 высококвалифицированных человек в белых халатах и наблюдают за несколькими сотнями, тысячами циферблатов, стрелок, табло, пультов, индикаторов и все это еще вручную включается и выключается. На самом деле, это кинематографический образ, который был создан в 70ые - 80ые годы и он родом оттуда. 

Этот образ очень мощный, потому что, действительно, диспетчеризация как таковая наиболее зрелищна, это то, что проще всего снять. И это часть нашей культуры, потому что у нас уровень визуальной культуры вырос невероятно. Влияние визуальной культуры выросло невероятно, в том числе на образование. И что бы мы не думали и не говорили, то что мы читаем накладывается на то, что мы видим в кино, в фильмах, в сериалах, в документальных фильмах и эта картинка сшивается в мозгу. Создается такое ощущение, что интеллектуальность энергетики - это вот эти сотни, тысячи пультов переключателей и реле, которые десятки людей включают и выключают, и таким образом регулируется энергосистема. На самом деле, в большинстве своем вот эти огромные пульты, которые мы видим, это вещи, за которыми смотрят на всякий случай, чтобы если вдруг выйдет за пределы, то уже кричать: “Авария!”. Потому что там есть еще невидимый слой, который в 20 раз больше или в 100 раз больше, или в 1000 раз больше, который вообще-то делает так, чтобы все эти стрелочки в визуальном ряде 70х годов, оставались внутри своих пределов. И в этом смысле, автоматизация и цифровизация энергетики случились не сегодня, они случились намного раньше. 

Все, что касается автоматической балансировки, станций автоматического распределения энергии, поддержания постоянного напряжения, частоты тока в сетях. Все эти параметры: регулирование нагрузки, автоматическая диспетчеризация, изменение частоты вращения турбины на ГЭС или на ТЭЦ в зависимости от нагрузки или увеличения, или уменьшения. Это все процессы, которые никто уже, а если мы говорим про ГЭС, то никогда, не делают руками. Тут я смотрю на пульт, тут я руками вращаю ручку варистора. Вот так никогда не происходило. Это надо очень четко понимать. Управление в энергетике было всегда - это буквально уже век назад, за пределами возможностей отдельного человека регулировать все параметры.

Энергетика настолько параметрическая система, что нам просто размерности мышления, внимания, рук, глаз ни за что не хватит для ручного управления и регулирования. И в этом смысле мы всегда работаем с какими-то очень интегральными показателями либо отсечками, то есть критические значения не ниже, не больше. Это еще и интегральные параметры, и очень редко эти параметры имеют прямую явную наглядную физическую величину. Одна из таких немногих очень наглядных величин - это скорость вращения ротора генератора на турбине или электростанции, или теплоэлектростанции, или атомной электростанции, когда мы либо падающей водой, или разогнанным водяным паром попадаем в турбину, она крутится и это чуть ли не единственный кинематографический образ, в котором можно четко сопоставить частоту вращения, качество тока, мощность и т.д. Что-то еще представить чисто визуально, наверное, можно, но почти всегда мы имеем дело с суммами и произведениями показателей, с суммами, складывающихся во многих вещах. Мы имеем дело с падениями, которые происходят здесь, здесь, здесь…, выравниванием, балансировкой и невероятным количеством автоматических и полуавтоматических устройств, поддерживающих систему в заданных пределах. Это очень важный термин “поддерживающих систему в заданных пределах”. 

Мы не можем спроектировать систему, потому что эта система была идеологически спроектирована в 1900х, в 1930х, 1950х и 1970х. Это основные этапы, их можно немного по-разному расставить во времени, это не дословно так, с учетом того, что она пережила четыре больших трансформации и сейчас вошла в пятую. Но все эти трансформации были эволюционными и с самого начала понятие энергосистемы или наше с вами понятие ГОЭЛРО - это послереволюционный план, но ему предшествовал дореволюционный план, который лег в основу ГОЭЛРО. И тут бесконечно важно то, что не существует по большому счету никакой истории, в которой предполагалось бы, что энергосистема будет настолько простой, чтобы ею можно было бы управлять рубильником. Но так как не было никакой вычислительной техники ни в 30х годах, ни даже в 60х годах, которая отдаленно могла бы справиться с этой задачей, это означало, что это балансирование, которое происходит на каждом этапе и балансирование на каждом этапе происходит внутри определенных диапазонов. И по сути своей вы это балансирование закладываете еще в изначальное проектирование. И поэтому система получается: а) очень сложной, б) не очень гибкой. То есть как вы запроектировали, в таких диапазонах и работаете. 

У вас вырос микрорайон, стало больше потребителей, вам надо его расширить, а вы не можете его расширить просто так, потому что вы не можете заставить ключевую подстанцию, которую вы поставили, работать в других пределах, чем вы ее настроили. Потому что это зашито на уровне железа, на уровне трансформаторов, сердечников, подходящих линий, теплоотвода. Это все очень интегральная штука, но при этом она уже тогда достаточно автоматическая. И вам нужно поставить еще одну подстанцию, вам нужно их согласовать, вам нужно их перекоммутировать. Это очень сложный, требующий высокой квалификации процесс. Когда вы рассчитываете какую вам нужно поставить тепловую станцию, у вас совершенно разные диалоги, которые могут быть. Вот если мы живем в Иркутске, у нас доминирует большая тепловая мощность. Буквально, ТЭЦ, которая стоит в одном микрорайоне, она обеспечивает большую часть города, одна по своей мощности. Она устроена так, что мы по всему городу раскидываем это тепло, если мы говорим про теплоэнергию. Если мы говорим про Иркутскую ГЭС, она снабжает практически весь город. Да, она включена в каскад, но тем не менее, она маленькая подпорная, ее не сравнить с Братской ГЭС, но с Братской 400 км по магистрали мы докидываем и снабжаем Иркутский Алюминиевый Завод и т.д. То есть они завязаны в единую сеть и тем не менее. 

Это все требует очень высокого уровня проектирования. Очень высокого уровня согласованности, но уже там заложена огромная, невероятная автоматизация, невидимая автоматизация. Вот это бесконечно важно. 

Что происходит сейчас принципиально? Принципиально происходит то, что появились дешевые такие мощности, такие сенсоры, такие цифровые подстанции, которые могут работать и в прежних режимах (поставили и она имитирует работу аналоговой станции, которая работала именно так), и в то же время она позволяет работать не на порядок, не на два, а на три порядка более высокой детализации. 

Представьте себе, для сложной системы в три раза возросшую детализацию потребления, времени, таймингов. Сообразите размер автоматизации. Тот же самый пример, который я пытался привести до этого про тепловые станции. Когда вы ее ставите, вам нужно принять принципиальное решение. А если вы живете не в Иркутске, а живете, например, в Ханты-Мансийске, то у вас совершенно другая логика, так как отказ станции или не отказ станции от прорыва на тепловой магистрали мгновенно приведет к серьезным последствиям. При том, что у вас четыре месяца в году температуры 30 градусов и ниже ночью, то после крупных аварий на объектах такого сорта теплоснабжения и электроснабжения было принципиальное решение о том, чтобы все было переведено в режим энергорайонов, и в каждом энергорайоне своя теплогенерация. Это микрокотельни, которые работают на газу, автоматизированные газопроводы по городу прокинуты, и которые работают на 10 000 человек, а не на миллион. Понятно, что на миллионный город вам нужно 100 таких штук. Это абсолютно другая логика. А вы при проектировании должны еще учитывать, до того как вы начинаете еще эту логику закладывать, если вы все регулируете только в определенных пределах, то значит у вас всегда по мощности будет двух-трехкратный запас на самом деле. Минимум. 

Вы представляете, что такое капитальные вложения при трехкратном запасе в энергетику? Вы строите ТЭЦ не на три котла, а на восемь, потому что два всегда в ремонте, два в резерве, четыре работают, но из них нужно только два в текущий момент. А еще у вас есть пик потребления зимой, один на всю зиму, когда вам нужно, чтобы работали четыре. А теперь представьте, что вы знаете это все более детально, это означает, что вы можете на существующих мощностях подключать новых пользователей, не строя гидростанцию, не строя теплостанцию, теплоэлектрогенерацию. Это невероятный потенциал, который позволяет расширять количество пользователей, с которыми вы работаете, расширять свою задачу по энергетике по подключению растущих потребностей либо не строя, либо в меньших объемах строя генерацию, строя более гибкое распределение, значительно более автоматизированное. И вот это следующий скачок автоматизации и цифровизации, который сейчас возможен. 

Отрасль, которая итак была флагманом в автоматизации, то есть количество чуть ли не механической автоматизированной защиты, допустим, на атомных станциях, оно до сих пор самое высокое в мире, это тоже невероятно сложная область. На гидроэлектростанциях. Эти все вещи требуют невероятной точности исполнения, очень сложной механики, сложной автоматической механики и т.д. Если электроника вышла из строя, то все остальное должно работать. Вот это принципиальное требование по безопасности. 

А теперь представьте, что вы можете на уровне распределения, где требование ниже, за счет более точной информации, сделать следующий шаг и на той же мощности работать с большим количеством пользователей. Вот это та особенность цифровизации, которая происходит сейчас. Но цифровизация и автоматизация в энергетике были всегда.

Для размышления

Постарайтесь, познакомившись с материалами рабочей группы EnergyNet, найти ответ на вопрос: какие цели перед собой сейчас ставит энергетика будущего? 

Материалы

• Принят план ГОЭЛРО 1 января 1920 — История России (о плане ГОЭЛРО и его предыстории)
• Виртуальный музей истории энергетики Северо-Запада (интересная подборка исторических фактов про энергетику Северо-Запада)
• 14 мая 2020 года РусГидро запустило сайт к 100-летию плана ГОЭРЛО, на котором можно проследить историю энергетики через историю РУСГИДРО