Системы

Что же объединяет и возобновляемые источники энергии, и традиционную генерацию, и сети, и потребителей. Все это соединено в систему, но для того, чтобы эта система работала, эту системность, или как я говорил в первом модуле эмерджентность, нужно обеспечить. То, что объединяет систему, позволяет ей работать как единому сложному инфраструктурному объекту, позволяет ей работать как целому, это энергосистема. Энергосистема как система.

Какими качествами обладает и что дает потребителям система? Прежде всего серьезное повышение надежности в силу того, что у нас распределены объекты генерации. Даже полный выход из строя объекта генерации какого-то не влияет критически на работу системы в целом. Распределены потоки по самим линиям. Кроме того, система обеспечивает возможность поддержания качества электроэнергии. Обеспечивает маневр мощности, который необходим для регулирования неравномерности спроса и потребления электроэнергии. И системные эффекты, по большому счету тоже являются промежуточными как эффекты сетей. Вроде система сама по себе ничего не производит, но тому, что уже работает, позволяет работать более эффективно. И в этом ее основное предназначение.

Если мы посмотрим на нашу страну, то у нас энергосистема имеет достаточно выраженную иерархию, в которой можно увидеть некоторый намек на фрактальную структуру. Она самоподобна: звезды звезд, деревья деревьев. Структура достаточно похожая на фрактал. За этим интересно наблюдать. Это особенность современной энергетики и вызов, потому что сейчас существуют интересные предложения, интересные вызовы, которые связаны с тем, что мы можем заменять систему на более одноранговые структуры, во всяком случае в распределительных сетях. И таким способом еще более серьезно повышать их надежность. Но это уже предмет новых разработок, в том числе наших отечественных, это наш “Таврида Электрик” и их разработки по мэшсетям. Это еще не является парадигмой. Пока мы даже спорим как взглянуть на это с точки зрения системности, потому что если мы говорим о системе, то определенная концепция ее построения и надежности являются некими базовыми аксиомами. Так мы договорились, так у нас принято. Поэтому когда возникают несколько другие предположения в аксиоматике в базовых предположениях, то мы встречаемся с интересным явлением. Мы как будто начинаем говорить на разных языках, и фактически, если мы не можем подняться над уровнем той онтологии, той парадигмы, в которой построены, и сравнить эти парадигмы из каких-то других соображений. То есть взгляд на это не как на неправильность, а как на движущее противоречие, без этого мы, как правило, вообще не можем работать с этой темой, потому что решения в каждой из парадигм, которые предлагаются, и суждения, которые предлагаются, являются верными и правильными. Это самый интересный случай, когда сталкиваются два правильных решения. И вопрос в том, что нужно уже смотреть на основание.

Как я уже говорил, основная функция системы - собирать. И соответственно, что мы делаем для собирания. Эта деятельность часто известна под простым именем - управление. Мы оказываем какие-то воздействия на то, чтобы прийти к цели и эти воздействия относительно малы по сравнению с теми эффектами и с теми процессами, которые идут в самой системе. Фактически они являются информационным. Таким образом, обеспечение системности - это прежде всего работа с информацией. И среди системных функций то, что сейчас фактически осуществляется как работа, это прежде всего диспетчеризация, и самые распространенные картинки или видео по этому поводу - это видео огромных пультов управления энергосистем, в которых отмечены все крупные объекты, все линии, и люди в реальном времени смотрят за тем, что происходит в системе, чтобы иметь возможность быстро среагировать на какие-то непредвиденные обстоятельства. Это обеспечивается за счет того, что мы собираем информацию с системы. Фактически, у нас есть информация об учете электроэнергии, о напряжениях, токах. Мы формируем перетоки, и таким образом, за счет большого количества данных, которые мы синхронно получаем в одно и то же время, мы можем оценить что происходит в данный момент в энергосистеме. И это самый важный момент текущего оперативного управления.

«Ленинградская атомная станция (ЛАЭС)». Главный пульт управления Ленинградской атомной станции в городе Сосновый Бор. Россия, Ленинградская область
(автор Алексей Даничев, CC BY-SA 3.0)

Помимо оперативного управления существует еще и стратегическое управление. Управление тем, как система меняется в своей структуре. Это прежде всего работа по расчету устойчивости системы в статике и в динамике, построение модели того, как она работает, построение моделей различных аварийных ситуаций. В частности надежность системы обеспечивается тем, что при расчете мы выполняем требование учета запланированных аварийных ситуаций, которые не должны приводить к потере устойчивости системы. Также здесь работаем с прогнозами, это очень важная часть. Это прогноз спроса и перетоков электроэнергии, определенные моменты оптимизации и не только. Потому что, как и во многих других физических случаях, здесь существует правило золотой середины. И у нас возникают проблемы с тем, что мало перетока, и возникают проблемы с тем, что много перетока. Много перетока - это нагрев проводов, это превышение допустимого перетока по проводам, и мы не можем его допустить. В этот момент сработает противоаварийная автоматика, потому что если она не сработает достаточно быстро, то мы будем иметь дело уже с аварией. Но одновременно мало перетока - это тоже проблема, потому что, с одной стороны, в этот момент мы не можем обнаружить что же происходит, теряются определенные моменты баланса и управляемости. Ситуация напоминает то, что происходит с лодкой, если вы не двигаетесь по воде, то рулить вы сможете. Такие моменты, гораздо более сложные, могут происходить в энергосистеме. Поэтому прогнозировать, что происходит, и смотреть, что происходит, критически важно как для диспетчеризации, так и обеспечения работы системы. Потому что диспетчеризация - это все-таки работа с существенными непредвиденными отклонениями.

А как же система управляется в том случае, пока она работает нормально. Прежде всего она управляется автоматикой. По большому счету эта автоматика противоаварийная, и как я уже говорил, переток от короткого замыкания вы часто не можете отличить. И эта автоматика - это очень сложно устройство. Это действительно очень большие токи и перетоки.

Самое интересное, с чем я встречался, когда руководил проектами и институтами - это расчет так называемых уставок. Это то, как, в какой логике и при каких значениях будут работать системы автоматики. А системы автоматики - это сложная аппаратура. Представьте себе, для того, чтобы отключить электроэнергию на линии, которая передает до полутора или даже больше гигаватт электрической мощности по высокому напряжению, это проблема разрыва дуги, это история в том числе связана с пневматическими, а в старое время и с какими-то пороховыми устройствами. Дугу нужно сбить, ее нужно просто взорвать каким-то образом. Этот столб ионизированного вещества, потому что даже в вакууме эта зараза все-равно пробивает, ей вообще уже все-равно, это очень много. Эти машинки нужно запрограммировать. А у вас на линии огромные токи. Фактически, если вдруг фаза падает на землю, то ток может даже уменьшиться. По земле столько не передастся. И поймать эти моменты, как сбалансировать и построить систему, когда включать и выключать линии, потому что существуют режимы работы в энергосистеме, которые очень парадоксальны, которые с бытовой логики не понять. Когда три одинаковых линии хуже, чем две, и нужно одну из линий отключить, иначе мы теряем баланс в энергосистеме. И это интересно, потому что баланс теряется не на линии. С линиями нет проблем, а в какой-то из точек в энергосистеме в этот момент возникает перенапряжение. Просто в силу сложной структуры тока. Законы вроде простые, все те же законы Кирхгофа работают. Но эти наложения, интерференции срабатывают очень интересным образом.

Всеми этими процессами занимается системный оператор. Это общегосударственная служба, точнее это акционерное общество с государственным контрольным пакетом, и все эти задачи решаются тем или иным образом в разных предприятиях по структуре. Существует огромный объем поддерживающей информации этих баз, расчетов отдельно релейной защиты, отдельно устойчивости системы, потому что помимо всего прочего нам нужно изменять систему, включая новые объекты генерации, включая новых потребителей. Сеть меняется. Она хоть и с меньшей динамикой, но растет или уменьшается в потреблении. Предприятия включаются, предприятия закрываются. Генерации выходят из работы, вступают новые, и эти объекты живут очень долго. Нашим сетям 50 и больше лет, и это сложная система, которая живет и обновляется, но никогда не выключается. Все это время, она только изменялась, многие годы ни разу не выключилась. Происходят “блэкауты”, какие-то даже в Москве могут происходить, но система как таковая ни разу не выключалась. И этой системной работой и занимаются люди, приборы и более сложные системы, чем человеко-машины. С появлением новых возобновляемых источников энергии, новых концепций в хранении и преобразовании энергии таких, как водородная энергетика, проблем логистики по топливу и отходам генерации как атомной, так и тепловой; с появлением новых возобновляемых источников энергии. появляются новые и новые задачи для этой системы. Появляются новые типы субъектов, как я уже говорил в одной из предыдущих лекций, это просьюмеры - те, кто является одновременно и потребителями, и генераторами. Хорошо если это домохозяйства, но сейчас часть предприятий занимается тем, что ставит у себя приличную генерацию, и тоже хотят оптимизировать свои затраты на генерацию, хотят выдавать мощность. Все более растущая и разнообразная система дает очень большой современный вызов, и это тема интеллектуальной энергетики и интернета энергии, о котором подробнее будет идти речь в третьем модуле. С его схемами, механизмами работы можно познакомиться на нашем стенде.

Для размышления

Представьте себе схему энергоснабжения города. Какие аварийные ситуации на энергообъектах могут поставить под угрозу жизнь и здоровье большого количества людей? Сравните по опасности прямые и косвенные последствия аварий на энергообъектах.

Продвинутый вопрос: посмотрите, где вы попались ли в ловушку мемов и стереотипов?

Материалы

• Короткометражный фильм, посвященный десятилетию ОАО "СО ЕЭС"
• Управление вставкой постоянного тока при объединении энергосистем Сибири и Востока ДЕМИДОВ А.А., ТИТАЕВСКАЯ Н.А., ТИХОНОВ А.В
• Текст научной работы на тему «Внедрение модели ценозависимого управления спросом на электропотребление в промышленности»