Текст бизнес-книги "Люди цифры. Шесть взглядов на новую энергетику"

Автор книги: Дмитрий Холкин

Раздел: Биографии и Мемуары, Публицистика

О технологическом фронтире

А какие технологические задачи ты считаешь фронтиром современной энергетики?

Есть задачи построения микроэнергосистем, где в принципе вся генерация интегрирована через устройства силовой электроники. Тут много вопросов подключения и функционирования в существующей системе огромного количества солнечной генерации и накопителей. Исследования и разработки в сфере управления устройствами силовой электроники для электросетей – серьезный тренд сейчас в мире.

Семинар Петра Воробьева в IC EnergyNet: проблематика создания микрогридов

Дальше есть круг задач, которые связаны так или иначе с информационными технологиями и математическими методами. Я решаю, например, довольно приличное количество задач, связанных с методами идентификации (System Identification). Классическая постановка задачи – это по данным измерения определить режимы работы оборудования. При этом речь идет не просто об обработке данных, а о формировании на основе этого хороших моделей.

Это получается идентификация каких-то состояний, не объектов?

И объектов тоже. Я простой пример приведу. Есть такие ситуации, устанавливаю я солнечные панели и получаю под это субсидии за ту мощность, что передал в сеть, и субсидии эти могут быть довольно приличные. Ну и начинаю я хитрить, ставлю рядышком дизель, и с дизеля начинаю закачивать в сеть. Вот простой пример. На самом деле, отличить дизель от панели очень легко по флуктуациям напряжения.

Смежная задача – это идентификация характера нагрузки. На самом деле, довольно важно, какая нагрузка подключена, ведь это влияет на границу устойчивости сети и понимание, где эти границы в данный момент находятся, что позволяет гораздо в более экономичном режиме работать сети. Есть задача определить, сколько за подстанцией сидит распределенной солнечной генерации, она ненаблюдаемая, она просто понижает общую нагрузку. Но принципиально важно различать нагрузку и солнечную генерацию. Это нужно для планирования резерва в системе.

Второе направление понятно. Ещё что?

Третье направление – я довольно много занимаюсь новыми методами режимного регулирования в энергетических системах. Одна из идей, которая сейчас много обсуждается, это применение накопителей для регулирования частоты. Оказывается, довольно интересно, что если будем сейчас считать применение накопителей по экономике, то получится, что накопители пока не выгодно применять. Но плохая экономика происходит от того, что мы считаем примитивно. Как обычно думают про использование накопителя? Когда дешево – запасать, когда дорого – продавать. Но это не единственное применение. Как раз более важное применение нишевое. Вот регулирование частоты, фактически балансировка мощности, это хорошее нишевое применение, где накопители все свои преимущества могут продемонстрировать. Оказалось, что это экономически уже сейчас выгодно. Такое применение развито на рынках США (PJM) и в Великобритании. Накопители участвуют в этом рынке так же, как генераторы, только их скорость отклика быстрее, и сам отклик резче. Эта возможность определяется специфической природой накопителей. И требования регулятора по более резкому отклику не приводит к неустойчивостям. Это простая иллюстрация, но даже это еще сильно далеко от того, что реально можно сделать с помощью накопителей.

Какие еще темы у тебя остались?

Большая область задач – как сигналы с векторных измерителей (PMU) правильно использовать. До сегодняшнего дня все это использовалось только для большой энергетики, там характерные времена, на которых что-то меняется, были секундные. А в случае небольших сетей, особенно с использованием силовой электроники, возникают сложности, так как там время измерения близко к динамике процессов. Там решать даже простые задачи уже нетривиально. Это более фундаментальная тема, но заниматься ею перспективно.

Пятая, последняя.

Сейчас подумаю… Есть DC-сети. Они немного в стороне. Но это свой интересный мир, своя интересная физика. Да, чуть не забыл. Внедрение ВИЭ – пятое крупное направление – хорошее, масштабное внедрение ВИЭ. Опять же, все со всем связано. Вот в Ирландии много ветра. Но в сеть берут не более 50% мощности от ветрогенераторов. Это определяется требованиями устойчивости, сейчас это предельное проникновение ветровой энергетики в их энергосистему. Однако, если мы начнем по-умному все делать, те же накопители использовать, то ситуация изменяется. Если мы захотим довести долю ветра до 75%, сколько нужно для этого поставить накопителей, если их нормально при этом настроить? Оказывается, что не так-то много…

Давай остановимся. Ты назвал пять направлений. Чем они для тебя связаны?

Наверное, их можно все вместе объединить термином динамика устойчивости и регулирование в электрической сети. Эта тема мне интересна в силу моего бэкграунда, – поскольку я физик, то просто мне интересны такого рода задачи.

Но вопросы динамики и регулирования были известны и 20 лет назад, и 40. Почему сейчас они актуализировались, и ты даже считаешь их фронтирными?

Дело в том, что сейчас происходят две вещи одновременно. С одной стороны, растет нагрузка в энергосистеме, и меняется ее характер. Электронные приборы, зарядники, силовая электроника – эта нагрузка очень агрессивная по отношению к сети. Этот тренд выставляет более высокие требования к устойчивости сети. Классический пример – в 1996 году блэкаут в Америке произошел как раз из-за того, что в системе появилось много кондиционеров. Там сеть развалилась. Если бы это были лампочки, то ничего бы не произошло. А с другой стороны, есть тренд с ростом доли возобновляемой энергетики, она агрессивная с точки зрения динамики, переменчивая. В этой связи и становятся актуальными исследования в области устойчивости.

Лаборатория по интеллектуальным сетям (Сколтех)

Возникли вызовы…

Но при этом возникли и возможности. Используя расширительное толкование цифровизации, можно сказать, что появился пакет цифровых технологий.

Почему расширенное толкование? И вообще, интересно узнать, как ты определяешь понятие «цифровая энергетика»?

Я бы понятие «цифровая энергетика» не определял. Ведь термин «цифровой» имеет конкретное содержание. То, что сейчас имеют в виду, когда обычно говорят о цифровизации в энергетике, на самом деле подразумевают более широкий круг процессов. Я бы сказал, что то, что реально скрывается под словом «цифровизация», это скорее «информатизация».

Есть такой известный термин smart grid, который уже приобретает окраску не всегда положительную. Но у него есть довольно четкое определение, которое можно прочитать в Википедии. Это изменение работы электрической сети с использованием современных коммуникационных технологий и технологий обработки данных. Фактически я не обязан ничего цифрового даже иметь. Я могу существенно улучшить работу сети, не прибегая к цифровым технологиям как таковым, все у меня будет аналоговое, все сигналы и измерения.

Другое дело, когда говорят о цифровизации конкретно как о замене способа передачи данных, когда передается не аналоговый сигнал, а цифровой, что позволяет существенно сократить количество ошибок. Мы берем сигнал, разбиваем его на дискретные значения и далее храним и передаем эти значения в виде битов.

Это и есть процесс цифровизации, который последние лет 70 длится в мире!

Я озадачен твоим ответом. Я думаю, что принципиальным в цифровизации является все же не технический метод представления и передачи данных, а нечто другое, что-то, что определяет качественный переход настоящего времени. А качественные изменения происходят в организации экономических процессов, во взаимодействии между экономическими акторами. Отсюда, кстати, и термин «цифровая экономика».

Понимаю. Мне кажется, что термин «цифровой» во всех этих контекстах приобретает несколько другое значение, не такое, какое он имеет в научной части. Слово «цифровой» происходит из того, что компьютеры используются. Но здесь не имеет никакого значения цифровая обработка сигнала или аналоговая. То есть «цифровая экономика» – это экономика с максимально автоматизированной обработкой информации. А компьютеры работают по цифровому принципу, поэтому этот термин сюда перешел.

О «плоской энергетике»

Пётр, а если чуть воспарить и посмотреть на вашу деятельность с высоты птичьего полета? Есть ли у тебя какой-то концепт, которому можно было бы придать статус миссии Центра прикладных исследований (ЦПИ)? Есть ли у тебя видение энергетики, которое находится за линией горизонта очевидного?

Здесь я оригинальным не буду, и то, что Игорь Леонидович Озерных говорит в Вашем интервью про микрогриды, соединенные одноранговыми сетями, вполне разумно звучит. И это обсуждается в мире сейчас. Это несомненный плюс с точки зрения управления. То, как сейчас сделано, – это огромная сеть, большая централизованная структура управления. Я думаю, что вполне мыслима ситуация, что будут небольшие энергетические сообщества (community). И в других областях мы в принципе видим такие вещи. Никаких фундаментальных ограничений на такую организацию системы нет. И если на какое-то время забыть про стоимость децентрализованных решений (а со временем их стоимость будет вполне приемлемой), то в принципе одна только микрогенерация может и оставаться, при этом система станет гораздо более эффективной.

Но ведь такая «горизонтальная энергетика», построенная на распределенных микроисточниках энергии, предполагает и распределенность самого потребления. Следует ли из этого, что промышленное производство и жизнь станут более распределенными?

Ну почему? В принципе, никакой проблемы нет. Конечно, когда я говорю о микрогриде, я не имею в виду, что источники энергии находятся в непосредственной близости к потребителям. Даже миллионный город или район города, который будет запитан несколькими станциями, тоже а-ля микрогрид. Это ничему не противоречит. Примерно так устроены тепловые сети.

Будут самобалансирующиеся кластеры, которые между собой даже могут быть электрически не связанные, либо связанные через регулятор.

Это абсолютно мыслимая ситуация. Более того, такая организация позволит сильно снизить затраты на энергоснабжение и на минимизацию рисков.

Игорь Озерных на семинаре IC EnergyNet рассказывает об использовании концепции виртуальных синхронных машин для организации микрогрид

А какие все-таки это будут источники энергии? Ты веришь в то, что будет тотальная доминанта ВИЭ?

Здесь есть нюансы. ВИЭ не может работать круглосуточно. Представляется «маниловской» идея объединения источников возобновляемой энергии и потребителей в общепланетарную электрическую сеть, как в Британской империи, над которой солнце никогда не заходило. Есть более реалистичная идея – насыщение системы накопителями. В принципе, есть такие грубые оценки, что Европе нужно около 100 часов накопления для полного перехода на ВИЭ. Будут накопители стоить еще в несколько раз дешевле, это может стать реальностью.

Получается, что ЦПИ вполне вписывается в концепцию «3D». Децентрализация, декарбонизация, диджитализация становятся основными принципами для ваших исследований и разработок. Идея микроэнергосистем и распределенных источников энергии, интегрированных в сеть, является для вас направляющим вектором развития. А какие практические задачи стоят перед ЦПИ?

Задача ЦПИ – сделать хороший научный задел, и одна из важных – продемонстрировать новую энергетику. Мы планируем реализовать несколько пилотных проектов микрогридов. Например, на одну из будущих площадок – она находится в Калининградской области – я недавно ездил. Там около 150 кВт максимальная нагрузка, 5 зданий, будет еще шестое построено. Там уже есть дизель резервный. Будем строить «солнце», будем ставить накопитель, который будет работать как источники напряжения. Это позволит отработать множество задач. Например, мы хотим отработать функционирования этого микрогрида в составе энергосистемы, а также в островном режиме. Причем, переход к питанию от собственных источников будет проходить без прерывания энергоснабжения потребителей. Здесь можно сделать такую сеть, которая называется self-healing grid, сеть, которая сама восстанавливает свой функционал. А потом точно так же, когда есть возможность восстановить связь с внешним миром, она автоматически синхронизируется и продолжает работу. Концептуально это не фантастика, но необходимо это довести до технологии, коробочного решения.

В нашей архитектуре IDEA заложены следующие свойства новых энергосистем: plug&play присоединение новых активных элементов в сеть, легкость масштабирования решений и сервисов. Как вы с этим собираетесь работать?

Конечно, разработка plug&play стандартов – одна из задач ЦПИ. Нужно будет садиться и разбираться с тем набором разных типов оборудования, которое сейчас существует, и далеко не все оно будет подходящим с точки зрения plug&play функционала. Это не секрет, что если я возьму сейчас дизельные генераторы, которые есть на рынке, и начну пытаться их на параллельную работу устанавливать, то с приличной вероятностью я поймаю проблемы. А когда начну разбираться, что там, собственно, происходит, то окажется, что у них система автоматической регуляции возбуждения так настроена, что напряжение на выходе она поддерживает постоянным, и два дизеля начинают бороться друг с другом. То есть это значит, что надо менять стандарты системы АРВ. Как его конкретно менять – в этом как раз и нужно разбираться.

Концептуальная схема архитектуры интернета энергии (IDEA)

Опять же, в архитектуре IDEA помимо интеграции и взаимодействия на техническом уровне обсуждается взаимодействие в слое информационно-коммуникационном, а также в части экономических отношений. Вы в эту сторону тоже идете?

Да, обязательно. По поводу информационно-коммуникационного взаимодействия – вопрос не простой. До какой степени можно полагаться на коммуникации? Разумный подход такой же, как оно устроено в больших сетях, когда есть первичный слой регулирования, для которого коммуникации не требуются, а есть вторичный слой, для которого предполагается система коммуникаций. Я думаю, это в микрогридах сохранится. Более того, для разработки систем релейной защиты коммуникации будут нужны. Но будет спасать то, что микрогрид маленький, там коммуникации легко обеспечить. Я думаю, что коммуникационная инфраструктура будет неотъемлемой частью микрогрида.

О технологической сингулярности

А что касается рыночных вопросов?

Там много очень вопросов разных. В идеале хотелось бы, чтобы все регулировалось рынком. Сейчас регуляторы слишком сильно включены в систему отношений, вмешиваются в результаты торгов. А надо действовать рыночными методами. Если чего-то нельзя, то это должно быть настолько невыгодным, что в эту сторону не идут. Но это легче сказать, чем сделать. Например, потому что нужна какая-то автоматическая система разрешения споров. Я думал сначала, что это какая-то частная муть. Ну конечно, нужна, но это совсем не мое дело. Оказалось, что мое…

Представим себе ситуацию p2p-торговли. Как я должен разрешать ситуацию, когда какая-то линия перегружена? Я должен повышать цену для того, из-за кого происходит перегрузка, чтобы создать стимул линию разгрузить. Но участники рынка имеют свои модели поведения, и они на стимул могут не повестись. Тогда нужно штрафовать за режимные проблемы как-то сильнее. Но как сильнее? Формально можно хоть до бесконечности. Дальше, что может получиться? Я – потребитель – сижу дома, ничего выключать не хочу и никакого контроля над своим оборудованием давать не хочу. Потом ко мне приходит счет на 3 триллиона долларов. Понятно, что это дурь, но по формальной математике все правильно получается.

Я приду в энергосбытовую компанию, скажу: «Вы что, охренели?!» А если все эти расчеты машина делает, то у нее нет слова «охренели». Такие вещи нужно как-то разрешать.

Вот мы и добрались до сингулярности. Машинная экономика будет порождать в реальном режиме времени большое число трансакций между огромным количеством участников.

Ну, да.

Люди – участники этой экономики – не смогут заранее просчитывать последствия от взятых на себя обязательств.

Нужно гораздо грамотнее продумывать нормативку. Заведомо не должно возникать таких ситуаций.

Что-то мне подсказывает, что регуляторы, разработчики нормативки, тоже не смогут просчитывать последствия своих действий… Кроме того, новая нормативка добавляет новые правила и ограничения на действия человека. На дорогах Москвы за последние 5 лет сильно выросло количество новых дорожных знаков, т. е. новых ограничений: места для парковки, выделенные линии, скоростные ограничения… Человеку все сложнее вписываться в эти разрастающиеся множества требований. А еще появилась автоматическая видеофиксация нарушения правил…

Хороший пример по поводу вождения, он как раз очень четко показывает разницу между формальными правилами и их реальной трактовкой. Ограничения всегда есть. Но не всегда все ограничения можно и нужно выполнять. Любимая моя ситуация, много раз в Америке ее наблюдал. Остановился на однополосной дороге автобус, высаживает людей. Автомобили, находящиеся за ним, начинают его объезжать, пересекая двойную сплошную. Полиция может рядом стоять, но не будет вмешиваться. В ситуации, когда это автоматически фиксируется, есть большая вероятность лишиться прав. Какое решение у людей? Встать всем за автобусом и стоять. Люди, которые следят за движением, они понимают степень разумности ограничения. С точки зрения машины любое нарушение ограничения – это преступление.

«С точки зрения машины любое нарушение ограничения – это преступление». Помните экранизацию фантастического рассказа «Роботы не шутят»?

Машинная экономика, привнося в нашу жизнь множество неоспоримых удобств, отнимает у человека функцию определения ценности в принятии решений. Это нормально, если экономика перестанет непосредственно влиять на жизнь человека. Не наступает ли эпоха посткапитализма, который в том числе задействует наработки социалистических обществ? Вот во Франции стали появляться энергетические коммуны…

Это вполне разумно может быть. В большинстве случаев человек не платит за хождение по улицам и использование для дыхания воздуха. Не бессмысленно думать, что электричество будет абонентским. И, если это хорошая альтернатива полностью децентрализованным рыночным отношениям, которые будут к таким сингулярностям приводить, почему бы и нет?

О плюсах и минусах научной работы в России

Через интернет-медиа мы видим, что весь мир бурлит в части развития новой энергетики, применения цифровых технологий. Ты долго жил в США, общаешься с коллегами из разных стран, а значит, видишь ситуацию более объемно. Лидеры действительно ушли далеко вперед, или это только информационный шум? Насколько отстала Россия?