Спрос на электромобили будет увеличиваться в среднем на 38% ежегодно, согласно прогнозу по развитию рынка электромобилей в России. Соответствующие данные предоставили аналитики из консалтинговой компании Strategy Partners.
26–27 марта 2024 года в конференц-зале ЦВК «Экспоцентр» (Москва) прошла ежегодная научно-практическая конференция «Российский рынок систем электрохимического накопления электрической энергии и батарейных систем электротранспорта. Проблемы и перспективы». Эксперт «РТСофт-СГ» выступил с докладом о комплексном подходе к проектированию развития инфраструктуры заряда электротранспорта.
Сегодня энергетика является одной из самых капиталоемких отраслей, наибольшие расходы в которой связаны с поддержанием технического состояния оборудования и обеспечением надежного электроснабжения потребителей. Однако сейчас происходят серьезные изменения, которые уже через 10–15 лет кардинально изменят и отрасль, и нашу жизнь. Принципиально новой парадигмой генерации, передачи и распределения электроэнергии становится концепция «Интернета энергии».
В обозримом будущем концепция «Интернета энергии» сформирует рынок таким образом, что электроэнергетическая инфраструктура станет более распределенной и доступной, как сотовая связь и интернет. По данным отчета Redenex «Макро возможности микрогенерации», распределенная генерация, в том числе на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в ближайшее время станет доминирующим направлением в мировых инвестициях в энергетическом комплексе.
«Интернет энергии» — это концепция, которая предполагает создание локальной энергетической инфраструктуры (микроэнергосистема или микрогрид), в которую интегрируются производители и потребители энергии и в рамках которой они могут свободно обмениваться энергией. Концепция построена на абсолютно иной архитектуре, которая, в отличие от традиционной, представляет собой децентрализованную электроэнергетическую систему. Здесь реализовано интеллектуальное управление потоками электроэнергии, осуществляемое за счет одноранговых энергетических трансакций между ее пользователями. Энергетическая трансакция — акт взаимодействия двух и более субъектов микроэнергосистемы, который состоит из трех слоев энергоинформационного обмена: финансово-договорного, информационно-управляющего и физического (электрического).
Для функционирования такой микроэнергосистемы необходимы программно-аппаратные комплексы с распределенной архитектурой и системами управления, построенные с применением различных методов искусственного интеллекта, которые обеспечат:
В конечном итоге реализация концепции приведет к тому, что энергия станет дешевле, к участникам рынка присоединятся «умные вещи», будет создана сеть мелких генераторов, появятся более эффективные системы накопления энергии и будет создана инфраструктура распределительных сетей 110 кВ и ниже. Добиться этого крайне важно, поскольку одним из трендов развития глобального рынка является рост спроса на энергию, особенно в развивающихся странах. К 2035 году миру понадобится электричества на 60% больше, чем сегодня.
Кроме технологической части построения архитектуры «Интернета энергии», необходимо отрегулировать экономические и правовые взаимодействия субъектов отрасли, в том числе общие требования для пользователей инфраструктуры. Наиболее активно к этому идут Европейский союз, Великобритания, США, Канада, Япония, Австралия и Россия.
Технологии «Интернета энергии» хорошо подходят для малой распределенной энергетики или микрогрид (англ. MicroGrid). Такие микроэнергосистемы создаются для электроснабжения локальной группы потребителей электроэнергии, которые испытывают трудности с обеспечением надежного и качественного электроснабжения. Как правило, к таким группам относятся потребители в изолированных поселках, не имеющих связей с большой энергосистемой, либо имеющих слабые связи.
Создание микроэнергосистемы предполагает установку распределенных по электрической сети источников энергии как традиционных, так и на основе ВИЭ, а также установку накопителей электроэнергии. Такая локальная энергосистема, включающая разные типы производителей и потребителей электроэнергии, требует применения нового типа систем управления и защиты, которые должны обеспечить их гибкую интеграцию в общую инфраструктуру «Интернета энергии».
Для создания устройств, поддерживающих технологии «Интернета энергии», необходимо проводить специальные испытания на совместимость как на физическом уровне передачи электроэнергии, так и на уровне цифровых систем управления и защиты. Прототипы устройств для реализации этой технологии должны проходить испытания в комплексе с реальными силовыми устройствами, включенными в контур цифрового моделирования. Для проведения таких испытаний необходим комплекс, представляющий собой особую киберфизическую модель микроэнергосистемы, одна часть которой моделируется в цифровом симуляторе реального времени (например, таком как RTDS), а другая часть является реальной электрической сетью с реальными физическими устройствами (генераторами, инверторами, накопителями и др.).
Создание таких киберфизических моделей для малых распределительных сетей для отработки технологии «Интернета энергии» является очень важной задачей на пути к реализации концепции «Интернета энергии», так как позволяет отладить все три слоя энергоинформационного обмена и реализовать на практике механизм энергетических трансакций на этапе разработки продуктов и комплексных решений.
Однако для проведения таких испытаний необходимо симулировать полноценный обмен энергией между цифровой частью модели и ее реальной физической частью. Это позволяет сделать специальное устройство, которое носит название «четырехквадрантный усилитель мощности». Характерной чертой четырехквадрантных усилителей мощности, в отличие от обычных, является их способность не только выдавать мощность, но и потреблять ее. При этом токи и напряжения, рассчитанные в виртуальной модели, инжектируются в реальную электрическую сеть при помощи четырехквадрантных усилителей.
Затем реакция реальной физической части модели оцифровывается и вводится в цифровой симулятор уже на следующем шаге расчета (через 50 мкс). Такие киберфизические модели позволяют, с одной стороны, создавать модели микрогрид большой размерности, включающие накопители ЭЭ, ВИЭ и другое перспективное оборудование в рамках цифрового моделирования, а с другой стороны — в физической части подключать для проведения исследований и испытаний реальное оборудование: энергороутеры, накопители электроэнергии, управляемые интеллектуальные присоединения и др.
По прогнозам Центра стратегических разработок (ЦСР), «цифровой переход» и развитие розничного сегмента электроэнергетики позволят сдерживать рост цен на электроэнергию (на 30–40% к 2035 году по сравнению с инерционным сценарием) и обеспечат российским компаниям потенциальный рынок сбыта размером $40 млрд к тому же году.
Именно на такой путь развития делает ставку Направление «Энерджинет» Национальной технологической инициативы (НТИ). Первым проектом в России, осуществляющим разработку и реализацию полноценной киберфизической модели для испытаний технологий «Интернета энергии», является полигон «Testbed “Энерджинет”», созданный Центром компетенций НТИ МЭИ «Технологии транспортировки электроэнергии и распределенных интеллектуальных энергосистем» в целях реализации плана мероприятий «Энерджинет» Национальной технологической инициативы. Физическая часть полигона «Testbed “Энерджинет”» представлена электродинамической моделью ЭЭС, а также реальными установками ВИЭ, кроме того, используются реальные цифровые системы защиты и автоматического управления.
В декабре 2019 года в Центре компетенций НТИ МЭИ «Технологии транспортировки электроэнергии и распределенных интеллектуальных энергосистем» состоялся ввод в эксплуатацию испытательного полигона «Testbed “Энерджинет”», построенного с использованием моделирующего комплекса RTDS, четырехквадрантных усилителей фирмы PONOVO POWER Co, присоединённых к электродинамической модели ЭЭС.
Создание полигона «Testbed “Энерджинет”», работающего по технологии Power Hardware in Loop (PHIL), является первым таким проектом в России и одним из немногих в мире. Ввод в эксплуатацию полигона «Testbed “Энерджинет”» станет важной вехой в реализации плана мероприятий «Энерджинет», так как позволит вывести разработки устройств и систем на качественно новый уровень.
