"Базовые постулаты, на которых строится традиционная энергосистема, уже не работают"
22 ноября 2017 г.Об изменении краеугольных понятий традиционной энергетики, "интернете энергии" и уменьшении себестоимости содержания энергосистемы "Ъ" рассказал председатель наблюдательного совета ассоциации "Сообщество потребителей энергии", управляющий партнер венчурной компании First Imagine! Ventures Александр Старченко.
— Вы рассказывали, что посетили крупнейшие американские и европейские энергетические конференции Reforming the Energy Vision в США и European Utilities Week. Что сейчас обсуждают энергетики на Западе?
— Сейчас много интересных событий — стараюсь посещать все, которые касаются новой индустрии, и особенно энергетики. В этом году одновременно проходили две энергонедели — Российская энергетическая неделя и European Utilities Week. А за неделю до этого в Нью-Йорке состоялась ставшая теперь ежегодной конференция Reforming the Energy Vision (REV). История REV по-настоящему началась с того, что летом 2015 года, когда включили кондиционеры, в Бруклине начал перегреваться один трансформатор на 40 МВт. И когда Con Edison (энергосбытовая компания, обслуживающая Нью-Йорк.— "Ъ") посчитала, во что обойдется решение этой проблемы традиционными способами, выяснилось, что примерно в $1,2 млрд. Даже Con Edison эта сумма показалась не очень разумной, и они предложили немного другой подход. Они были инициаторами изменения не "сверху вниз", а "снизу вверх" — изменений на consumer side (по потребительской инициативе.— "Ъ"). Там, "внизу", где этот трансформатор перегружался, они предложили использовать технологии, которые до этого были характерны не для энергетики, а для интернета вещей (IoT). Множество разнообразных сенсоров, которые могут напрямую связываться между собой, устройств, которые также могут напрямую подключаться друг к другу, плюс солнечные панели, плюс накопители энергии — все это, связанное между собой, оказывается, без участия человека вполне способно синхронизировать собственную работу так, чтобы не устраивать этот 40-мегаваттный пик на 72 часа.
— В чем ее новизна?
— Традиционная энергетика всегда была построена по иерархическому принципу. Во главе — системный оператор, который располагает инструментами для управления большими генераторами и крупными подстанциями на уровне "включить-выключить". При строительстве этой системы было использовано три базовых постулата, причем не только в России, но и в Америке, Англии, Германии, во Франции... Первый: электроэнергию нельзя хранить. Из него вытекает классический постулат о том, что электроэнергии всегда производится ровно столько, сколько потребляется. Второй: нагрузка потребителей всегда непредсказуема и случайна. Поэтому энергосистема строится под совпадение локальных пиков всех потенциальных потребителей. То есть если потребители подали заявки на присоединение на 1 МВт, то, даже если в реальности они потребляют 100 кВт, энергетики будут держать мощности под этот 1 МВт плюс резерв на случай сбоев. А потребители, в свою очередь, в этой системе тоже ведут себя нерационально. Они говорят: нет, 1 МВт нам на всякий случай оставьте, потому что потенциальный пик-то у нас есть; они тоже толком не умели управлять своей нагрузкой, за редким исключением в виде demand response (торговля отказом от потребления.— "Ъ"). Но изначально энергосистему строили под непредсказуемые нагрузки. И из-за этого на подстанциях устанавливаются лишние трансформаторы, для этого поддерживаются вращающийся резерв, горячий резерв, другие резервы. А третий базовый постулат — что управлять можно только генерацией, то есть что режимы энергосистемы можно сбалансировать только с помощью загрузки, включения-выключения генераторов. Есть множество уравнений, которые описывают устойчивость этой системы — нагрузку, разгрузку, но на самом деле она вещь в себе. Те люди, которые, как считается, ею управляют, на самом деле просто анализируют сценарий на более или менее грубой модели энергосистемы. И они на ней считают режимы: что будет, если отключится эта линия, а если та, а если одновременно эти обе, а если тот генератор... Но жизнь, как правило, подкидывает совершенно другие вводные. То авария на Саяно-Шушенской ГЭС, то котел на Березовской ГРЭС, то на Дальнем Востоке... Ко всему этому даже теоретически подготовиться нельзя, поскольку модель приближенная и не отражает полностью всю динамику энергосистемы.
И тут неожиданно оказалось, что за счет развития технологий в самых разных областях, начиная от искусственного интеллекта и заканчивая накопителями, все базовые постулаты, из-за которых энергосистема именно такая, а не другая, уже не работают. Технологии их отменили. Электроэнергию можно хранить. Нагрузка потребителей, по-прежнему оставаясь непредсказуемой и случайной, если ничего не делать, при применении M2M-коммуникаций может быть вполне предсказуемой и управляемой. По мере того как в системе увеличивается доля ВИЭ — солнечных панелей, ветряков и так далее, генерация становится все менее предсказуемой для системного оператора и для управления энергосистемой. А вовсе не потребление. Получается, что один из тезисов опровергли, другой опровергли, третий опровергли. И к этому моменту подоспела мощная силовая электроника, которая раньше была не очень развита, и буквально за последние 10-15 лет появились реальные прорывы, создав часть того технологического пласта, который объединяет энергетику. И вдруг неожиданно оказалось, что энергосистема в ее традиционном виде уже не нужна, она не обязательно должна быть устроена таким образом.
— Но такой она сохраняется в России.
— Да, ее еще сохраняют кое-где, продолжая делать вид, что ничего не изменилось, но скорее по инерции. Либо знаний не хватает, либо нужно поменять образ мысли, что в наших условиях непросто. А в Нью-Йорке этот шаг сделали. От первоначальной идеи Con Edison поставить эксперимент чисто в Бруклине они перешли к формулированию базовых принципов управления энергосистемой на уровне самобалансирующихся микрогридов. Не "сверху вниз", как у нас, а "снизу вверх", когда в некую подсеть в пределах квартала или района собираются здания и взаимодействуют между собой сами, без участия какого-либо специального диспетчера. Они интегрируют в себя непредсказуемую генерацию (солнечную, например), дизель-генераторы в подвалах, задействуют самые разные распределенные энергоресурсы наподобие, например, лифтов, которые, когда едут вниз, вырабатывают электричество, а вверх — потребляют... Итак, власти Нью-Йорка все это интегрировали, и у них вдруг получилось. Они запустили инициативу Con Edison в конце 2015 года, а к марту 2016 года Нью-Йоркская энергетическая комиссия написала документ, White Paper, который называется Reforming the Energy Vision и где сформулированы базовые принципы новой энергосистемы.
К моменту предыдущего саммита REV в Нью-Йорке, состоявшегося в конце сентября 2016 года, прошло ровно шесть месяцев после официального запуска инициативы. Там уже было представлено 200-300 стартапов, которые предлагали разные технологические решения для того, чтобы собрать все элементы в новую энергетику. По коридору ходили ужасно недовольные люди из National Grid, местных "Россетей", которые говорили, что все это ерунда и ничего из этого не получится, и были осторожно оптимистичные люди из разных IPP (независимых производителей электроэнергии) и даже из Con Edison, которые говорили: "Вообще, в этом что-то есть". И ровно через год — после того как в США много чего произошло: пришел Дональд Трамп, цены на газ сильно упали, в конце сентября, состоялась очередная REV.
— За год что-то изменилось?
— Картинка абсолютно поменялась. Там теперь не очень активны власти, но зато National Grid представлена в самых разных лицах: на всех платформах ее представители рассказывают, как она реорганизовалась, как все изменилось. Сегодня сеть сама себя воспринимает как distributed system provider — провайдер распределенного сетевого сервиса. Не как транзит между генератором и потребителем, а как платформу для интеграции всех сервисов. И теперь Con Edison и производители энергии запоздало сообразили, что выпустили черта из коробки.
— Почему? Их выработка будет падать по мере оптимизации?
— Нет, выработка будет расти, КИУМ будет расти, пусть и не для всех, но...
— Все сложнее?
— Мощность строят под пиковое потребление. Энергия — это площадь под кривой, под профилем нагрузки. Поэтому, если вы режете пик, очень может быть, что вы даже чуть приподнимете эту среднюю полку. Важно подчеркнуть, что в этой системе используются и распределенные системы хранения энергии. Как и в случае с источниками энергии, чем ближе они к потребителю, тем проще микрогрид самобалансируется. Итак, например, если вы используете технологию хранения энергии не на 100% КПД, то есть закачали туда 100%, а отобрали 80%, например, то полка по энергии вырастет на 20%, поскольку на самом деле энергии вы потребили больше. Но только за счет технологии хранения вы не использовали этот пик — вы его срезали. То есть потребление электричества как энергии вырастет, но мощность при этом будет меньше, поскольку вы убрали время, в течение которого работала эта мощность.
— А чем это плохо?
— Для общества это отлично, для генератора — нет, ведь он перестает получать деньги за эту пиковую мощность.
— Он же и так не получает деньги за мощность.
— В наших условиях получает. У них тоже получает — через системные услуги, у них это по-другому перекомпоновано, через торги на короткий период, и они наверняка тоже не против у себя долгосрочный рынок мощности завести, но теперь уже, похоже, поздно. Потому что в рынок мощности в их понимании нужно тогда включить все кондиционеры, чиллеры, электрочайники — все интегрированные распределенные ресурсы, или DER. В общем, сейчас в США генераторы, которые получали средства в основном от поставки мощности — в любой форме, даже через системные услуги, становятся естественными противниками этой истории. К тому же в США сильно подешевел природный газ за счет сланцевого газа, целый ряд действий администрации Дональда Трампа привел к тому, что ВИЭ стали развиваться медленнее, и мотивация к тому, чтобы быстро двигаться в этом направлении, у большого количества участников рынка снизилась. Это в Нью-Йорке.
— А в Европе?
— В Европе все произошло строго наоборот. Они стартовали со сформулированной политикой сильно медленнее. Но бюрократия ЕС, неприятная своей педантичностью, здесь принесла свои результаты, и даже во Франции с ее монополистом EdF и атомными станциями все равно исполняется целый ряд директив по рынку электроэнергии, по развитию распределенных ресурсов, по распределенной генерации, солнцу, ветру и прочим. Но в ЕС регулирование изначально базируется на подходе "снизу вверх". То есть в Европе сейчас начали двигаться намного быстрее, в Америке пропал этот драйвер, уменьшилась экономика в развитии этой истории. Там теперь она развивается скорее за счет политических усилий, а крупные генерирующие компании дистанцировались от этого вопроса. При этом важно подчеркнуть, что самобалансирующиеся системы совершенно не отменяют необходимости в традиционной генерации. Как я говорил, системы, снижая пики, уменьшают спрос на мощность и могут увеличить спрос на электроэнергию, но эту электроэнергию все еще кто-то должен производить, и это не обязательно ВИЭ — газовые, атомные, другие крупные станции также необходимы. Главное, чтобы они были эффективными.
Вообще, возникает фантастический контраст. Буквально в те же часы, когда на Российской энергетической неделе обсуждалось изменение потребительского поведения и будущее энергосистемы с одновременным введением ДПМ на модернизацию ТЭС, представитель Еврокомиссии показывал слайды, на которых демонстрировалось, как в Европе создается гибкая система, интегрирующая любые энергоресурсы, любые возможности потребителей, распределенные накопители, возобновляемые источники, электромобили и так далее для того, чтобы повысить управляемость энергосистемы и снизить себестоимость ее функционирования в целом. Им вовсе не чужды соображения публичного блага. Задача регулятора не сбор денег на субсидирование генерации, а создание правил, которые будут выгодны всем. Например, в Великобритании недавно местный регулятор OFGEM опубликовал план, ставящий своей целью сэкономить потребителям £40 млн в год.
— А у нас нет интереса к снижению затрат на функционирование энергосистемы в целом?
— У регуляторов, похоже, нет. Сейчас Минэнерго предлагает ДПМ на модернизацию, хотя у нас сейчас 20 ГВт лишней мощности. А будет еще больше, поскольку есть фактор повышения энергоэффективности и в домохозяйствах, и в промышленности, что приводит к одновременному падению спроса и на электроэнергию, и на мощность. Технология IoT, IoE (Internet of Energy) приводит к тому, что падает спрос на мощность в первую очередь и, может быть, чуть-чуть подрастает на электроэнергию, а энергоэффективность роняет потребность и в том и в другом. И прогнозировать у нас хоть какой-нибудь рост энергопотребления на перспективу 2025-2030 годов совершенно бессмысленно, поскольку те предприятия, которые не сумеют модернизироваться и делать то, что они делают, на приличном технологичном уровне, просто вымрут, благо их обещают еще нагрузить тарифом на передачу, ДПМ на мусор, дополнительными ДПМ на ВИЭ и так далее. Чем эффективнее руководство нашего Минэнерго лоббирует интересы энергокомпаний, тем больше стимулов для конечных потребителей вовсе уйти из энергосистемы. Единственное, чего мне жалко,— это ЕНЭС, потому что эта сеть является идеальным транспортом для того, чтобы обеспечить взаимодействие всех со всеми. То есть генерация в этой системе не нужна в таком количестве, а сеть вполне востребована. Мы раньше часто ругали сети — за тарифы в основном, но сейчас поводов их ругать становится все меньше: они начали экономить и начинают понимать, что их роль в новой системе только возрастает. И если они правильным образом будут инвестировать в развитие горизонтальных связей, то вполне будут способны служить физической средой для "интернета энергии". Основа новой энергосистемы — это интеграция потребителя и производителя на нижнем уровне в рамках локальных образований, когда переворачивается центр тяжести, система становится распределенной. Не вертикальной и иерархической, а горизонтальной. И даже если мы у себя это будем запрещать, это не значит, что это не будет происходить. Фантастические совпадения факторов: снижение ключевой ставки, доступность кредитов, повышающаяся стоимость электроэнергии для потребителя — создают великолепные, комфортные условия для процветания всевозможных распределенных решений. Предприятиям будет выгоднее использовать эти технологии внутри своих площадок, где им никто этого запретить не может, для того чтобы уменьшить потребление мощности, а как только вы снижаете потребление мощности, скорее всего, следующим шагом вы сможете уменьшить потребление энергии. Например, если ставить накопители, снижается спрос на мощность извне, а если поставить вместе с накопителями маленькие генераторы — там, где, например, производится доменный газ, то вместе с мощностью производится еще и энергия, которая тут же потребляется, уменьшая спрос на электроэнергию внешней сети. Я полагаю, что, если у нас и дальше будет поддерживаться избыток генерации, в России распределенная история будет развиваться ортогонально к тому, чтобы повысить общественный эффект от энергетики, снизить издержки на существование этой инфраструктуры.
— Можно ли за счет накопителей энергии зарезервировать действительно крупного промышленного потребителя?
— Можно — за счет сочетания систем хранения разного типа и масштаба, соответствующего по размерам самому потребителю. Половина потребления в развитых странах — это в том или ином виде население, residential, то есть потребители на низком напряжении — 10-0,4 кВт. Для них функция систем хранения — на уровне домохозяйства сгладить график потребления и балансировать микрогрид на уровне кварталов, домов. Для крупных потребителей можно создать такую же систему, поскольку за счет распределенной нагрузки внутри самого предприятия оно зачастую легко распадается на самобалансирующиеся микрогриды. Хороший пример — машиностроительные предприятия или инфраструктура типа ОАО РЖД. Сегодня уже существуют мощные накопители, которые позволяют обеспечить хранение для крупного оборудования — например, в производстве уже есть маховики мощностью 10-15 МВт. Также важно, как воспринимать место систем хранения в энергообеспечении. Есть британский производитель систем хранения Moixa Energy Holdings (мы в него инвестировали), который использует совершенно новый подход. Суть его в том, что нужно перестать пытаться при помощи хранения энергии обеспечить полное резервирование — его следует использовать только для самобалансирования и покрытия пиков. И тогда оказывается, что для обеспечения среднего британского домохозяйства достаточно 400 ватт, но объединенных в единую сеть, а не 40 кВт, резервирующих все и вся и обеспечивающих полную автономию домохозяйства.
— Какие проблемы сейчас интересуют Европу и США в рамках новой энергетики?
— Больше всего, пожалуй, кибербезопасность. Из того, что они сейчас считают недорешенным — не проблемным, а тем, что требует постоянного внимания,— это вопросы, связанные с кибербезопасностью, совместимостью, отсутствием конфликта между разными устройствами. Правила они в целом уже описали — где-то быстрее, где-то медленнее, но они уже ориентированы на "потребителей-производителей": клиент, который раньше был потребителем (consumer), становится prosumer, то есть он и производит, и потребляет. На самом деле, формально говоря, для этого нужно просто поставить двунаправленный счетчик, но на уровне системы правила должны быть написаны так, чтобы система воспринимала эту входящую "снизу" энергию.