Конец монополии: инженеры НГТУ НЭТИ запустили первый российский беспилотный смартгрид для продажи частной электроэнергии в общую сеть

В жилмассиве «Березовое» в Новосибирске вводится в эксплуатацию первый российский «беспилотный» смартгрид Smart EnergyGate — программно-аппаратный комплекс, позволяющий поставлять энергию с локальной электростанции в общую сеть, рассказал руководитель работ, профессор кафедры автоматизированных электроэнергетических систем Александр Фишов. Программно-аппаратный комплекс создан инженерами факультета энергетики НГТУ НЭТИ совместно с новосибирской инновационной компанией «Модульные Системы Торнадо». Сейчас завершен монтаж оборудования, обучение персонала автономной электростанции и проведены тестовые запуски системы. Завершение всего цикла работ планируется в марте-апреле 2020 года с переходом к полноценной параллельной работе смартгрида с внешней электрической сетью. Важная особенность работы системы: она управляет локальной электростанцией в полностью автоматическом режиме, исключая человеческие ошибки. Оператор лишь следит за корректностью работы системы.

Разработка ученых НГТУ НЭТИ решает две важные задачи. Первая — надежное и дешевое электроснабжение удаленных объектов. Удаленные объекты (заводы, жилые комплексы) часто работают от собственных электростанций, потреблять энергию из общей сети для них слишком дорого из-за высоких потерь при передаче энергии на большие расстояния. Но надеяться только на собственную электростанцию нельзя: в случае аварии объект останется без электричества. Smart EnergyGate позволяет автоматически управлять работой электростанции и в случае аварии или потребности в дополнительной мощности получать мощность из общей электросети. Кроме того, Smart EnergyGate может объединять малые электростанции в изолированно работающие энергосистемы. При использовании инновационного комплекса для подключения не потребуется никаких других устройств.

Вторая задача: передача мощности от малых электростанций в общую сеть. Используя эту возможность, собственники малых электростанций могут не только обеспечивать электроэнергией свои объекты, но и продавать «излишки» в общую сеть, повышая окупаемость своих электростанций. Новое устройство новосибирских инженеров позволяет управлять этими процессами в автоматическом режиме, без участия человека. В ближайшей перспективе владельцы малых электростанций смогут составить конкуренцию естественной монополии — централизованной генерации и электрическим сетям.

Техническое задание на проектирование данной реконструкции согласовано с региональной сетевой компанией (АО «РЭС») и региональным диспетчерским центром (НРДУ, филиал АО «СО ЕЭС»). «Перед нами, прежде всего, стоял вопрос качества электроэнергии. Электросети готовы пустить нас в общую сеть, только если мы не испортим им качество электроэнергии, если мы будем строго соблюдать все требования, которые есть в наших сетях. Но наш смартгрид позволяет это сделать, он автоматически отслеживает параметры энергии и просто не выпустит ее в общую сеть, если она не соответствует стандарту», — говорит один из соавторов проекта, доцент Денис Армеев.

Сейчас в местах подключения малой генерации к общей сети приходится проводить сложную реконструкцию сетей и дорогостоящую интеграцию электростанции в существующую систему управления. Smart EnergyGate поможет решить эти проблемы, говорит разработчик. Электробытовые компании получают электроэнергию по той же цене, что и у «большой генерации», но при этом снижают потери и износ оборудования за счет отсутствия необходимости передавать энергию на дальние расстояния.
«Развитие распределенной малой генерации (МГ) является одним из основных направлений развития современной электро- и теплоэнергетики. К малой энергетике относится электрогенерация мощностью до 25 МВт. Малая распределенная генерация за рубежом развивается значительными темпами, что обусловлено ее техническими и социально-экономическими преимуществами по сравнению с системами централизованного энергоснабжения. Малая генерация обладает высоким КПД и малыми потерями в сетях, также ее преимущества — сжатые сроки строительства и мобильность объектов», — говорит о преимуществах системы профессор кафедры автоматизированных электроэнергетических систем Александр Фишов. Кроме того, разработчики рассчитывают, что внедрение смартгридов привлечет дополнительные инвестиции малого и среднего бизнеса в российскую энергетику: по предварительным подсчетам, продажа электроэнергии в общую сеть может сократить срок окупаемости локальной станции на 30—50 %.

Директор компании «Модульные Системы Торнадо» Олег Сердюков отмечает, что в качестве целевых рынков для экспорта рассматриваются страны БРИКС и Юго-Восточной Азии. Объем сетевого строительства на целевых рынках к 2035 году оценивается в $270 млрд. Доля подобных устройств в общем объеме сетевого строительства составляет около 10 %.

По мнению разработчиков, устройство будет востребовано и в России, оно может применяться для энергоснабжения новых удаленных жилмассивов, на мусоросжигающих заводах с попутным производством тепла и электроэнергии, при реконструкции котельных с переводом в режим выработки электрической энергии. В России сейчас около 50 тысяч объектов распределенной генерации энергии.

Новая технология инженеров НГТУ НЭТИ может стать стимулом развития городского строительства в России и снижения себестоимости жилья. Разработка позволяет значительно расширять границы городов и строить отдаленные, автономные микрорайоны, снижая зависимость от центральных теплосетей. Это могло бы сказаться на снижении себестоимости строительства жилых микрорайонов и, в конечном счете, на цене квадратного метра жилья.

Переход к распределенной генерации также может улучшить экологию за счет снижения вредных выбросов в атмосферу благодаря сокращению потерь на передачу электроэнергии на дальние расстояния, частичную замену угольной генерации на более экологичную газовую, а также снижение концентрации вредных выбросов за счет пространственного распределения электростанций на значительном расстоянии друг от друга и их концентрации. Сейчас в Новосибирске и пригородах находится 16 объектов малой генерации общей мощностью 437 МВт, что превышает установленную мощность, например, новосибирской ТЭЦ-2. Если хотя бы половина объектов малой генерации была бы подключена к общей сети, то Новосибирск стал бы первым крупным городом России с демонополизированным рынком электроэнергии.

Первым в России опытом по применению разработанной системной автоматики является проект преобразования существующей локальной системы энергоснабжения жилмассива «Березовое» в Новосибирске в интеллектуальную Minigrid, работающую в автоматическом режиме под управлением автооператора, в зависимости от условий, параллельно с внешней централизованной энергосистемой или автономно. ТЭС жилмассива включает 5 газопоршневых установок (ГПУ) фирмы Caterpillar G3520С мощностью 2000 кВт каждая. Потребители электроэнергии — преимущественно жилые дома, величина нагрузки которых составляет 2,9 МВт, а также завод железобетонных изделий и строительные механизмы мощностью 2,4 МВт. Избыточная мощность ТЭС для передачи в общую сеть может составлять до 6 МВт.

Эксплуатация ТЭС в изолированном режиме выявила ряд проблем, которые сможет решить смартгрид. Например, у ГПУ есть требование по минимальной нагрузке, обусловленное увеличением износа поршневой группы при снижении нагрузки. Величина минимальной загрузки ГПУ зависит от ее марки и может варьироваться от 20 до 50 %. При снижении нагрузки ниже минимума система управления агрегатом в течение определенного времени (не более 45 минут) сигнализирует о недопустимо низкой величине нагрузки. Поскольку в энергоснабжении жилых массивов существует ночной провал потребления, на некоторых станциях даже приходится устанавливать электрические котлы в качестве нагрузки. Смартгрид решит эту проблему, передавая избыточную мощность с ГПУ в общую сеть для других потребителей.