Энергосистема нашей страны представляет собой настолько масштабный и сложный технологический организм, что рассказать о его функционировании доступно и в то же время полно – задача не из легких. Зачастую даже для специалистов, не говоря уже о массовой аудитории, некоторые аспекты ее работы остаются малоизвестными. Но День энергетики на Международной выставке-форуме «Россия» дал возможность широкой аудитории получить представление о современном состоянии энергосистемы России, благодаря участию Системного оператора в одном из основных событий отраслевого дня – просветительском марафоне «Энергия».
Чем больше, тем лучше
На выступлениезаместителя директора по управлению режимами ЕЭС Системного оператора Юрия Вишневскогов рамках марафона, организованного Российским обществом «Знание», было отведено чуть более получаса. Но даже за это время эксперту удалось охватить множество тем и рассказать о деятельности и структуре Системного оператора, о планировании и управлении электроэнергетическим режимом, о ключевых особенностях и масштабах энергосистемы России.
Энергосистема страны растет. За 10 лет введено 36,1 ГВт новых генерирующих мощностей, что позволило российской энергосистеме выйти на 5-е место в мире по установленной мощности – на конец 2023 года она достигла 254,3 ГВт. Согласно Схеме и программе развития электроэнергетических систем России на 2024–2029 годы, темпы роста генерации сохранятся – в ближайшие 6 лет будет введено еще 15,7 ГВт новой генерации, то есть почти половина от построенной в прошедшие 10 лет. Из них порядка 7 ГВт приходятся на ТЭС, почти 5 ГВт – ВЭС и СЭС, 2,7 ГВт – АЭС и свыше 1 ГВт – ГЭС. По словам эксперта, это положительно сказывается на эффективности работы всей энергосистемы: благодаря новым вводам в ней становится больше современной эффективной генерации, и, кроме того, укрупнение энергосистемы улучшает возможности взаимного резервирования её частей, что повышает стабильность ее работы.
«Справляться с растущей нагрузкой в том числе помогает и то, что ЕЭС России располагается в 8 часовых поясах, являясь самым протяженным энергообъединением в мире. Это дает большой оптимизационный эффект, поскольку из-за разницы во времени пиковые – утренние и вечерние – максимумы нагрузки, скажем, в Москве и Красноярске наступают не одновременно»,– пояснилЮрий Вишневский.
А вот по выработке и потреблению электроэнергии энергосистема России входит уже не в пятерку, а в первую четверку крупнейших энергообъединений планеты. Только за прошлый год электропотребление в нашей стране увеличилось на 1,4 %, достигнув рекордного объема в 1139,3 млрд кВт·ч. Этот показатель за десятилетие вырос на 11 % и, по прогнозам Системного оператора, продолжит расти в среднем по 2% ежегодно. Рекорды бьет и потребление мощности в энергосистеме России. В декабре 2023 года исторический максимум достиг 171,1 ГВт, превысив на 5,2 ГВт предыдущий абсолютный показатель, зафиксированный в начале 2023 года.
Единое пространство
В настоящее время в зоне ответственности Системного оператора свыше 200 тысяч объектов диспетчеризации. С 1 января 2024 года их число возросло, поскольку компания приняла функции оперативно-диспетчерского управления технологически изолированных энергосистемах, не соединенных с ЕЭС России линиями электропередачи в силу их удаленности. Это энергосистемы Магадана, Камчатки, Чукотки, Сахалина на Дальнем Востоке и Норильско-Таймырская в Красноярском крае. Так, в операционной зоне филиала Системного оператора Тихоокеанское РДУ количество объектов диспетчеризации возросло почти вдвое, а в Красноярском РДУ – на 15 %. Поэтому в своем выступлении Юрий Вишневский отдельно остановился на интеллектуальных решениях, которые являются подспорьем в управлении таким масштабным и сложным технологическим комплексом, как энергосистема России.
«Мы с вами живем в цифровую эпоху, когда интенсивно переводится в «цифру» каждая сфера человеческой деятельности и в том числе электроэнергетическая отрасль. Одним из первопроходцев в этом процессе было оперативно-диспетчерское управление, которое начало свою цифровизацию еще с появления первых ЭВМ, поскольку управлять таким сложным объектом, как энергосистема, можно только на основании точных математических моделей», – отметилзамдиректора по управлению режимами ЕЭС.
Современная энергосистема очень сложно устроена и количество её элементов огромно, поэтому точность расчета электроэнергетических режимов сегодня зависит не от умелого использования логарифмической линейки, а от эффективности работы и взаимодействия друг с другом информационно-управляющих систем. Еще несколько лет назад этот механизм представлял собой довольно сложную конструкцию, поскольку многочисленные комплексы, осуществляющие передачу данных между диспетчерскими центрами и субъектами электроэнергетики, не были взаимосвязаны. Ситуация изменилась с внедрением единой информационной модели ЕЭС России, основанной на признанных в мире стандартах Общей информационной модели (Common Information Model, CIM). Это не только упростило процесс обмена телеинформацией и упорядочило ее потоки, но и позволило совершить переход от периодических проверок локальных расчетных моделей к управлению качеством общих данных.
«Единая информационная модель включает в себя более 11 миллионов объектов и обеспечивает процесс актуализации параметров по трехуровневой вертикали между Главным диспетчерским центром, Объединенными и Региональными диспетчерскими управлениями. Это формирует общее информационное пространство для создания цифровых расчетных моделей энергосистемы России, которые позволяют в режиме реального времени моделировать происходящие в энергосистеме физические процессы»,– сказалЮрий Вишневский.
Для оптимизации информационного обмена в последние годы развернута масштабная инфраструктура Центров обработки данных, и на сегодня деловые процессы диспетчерских центров обеспечивают около 3600 серверов. По оценкам эксперта, имеющаяся вычислительная база позволяет обрабатывать порядка 2,1 млн сигналов телеинформации о технологических режимах работы объектов диспетчеризации, поступающих в диспетчерские центры.
Доведено до автоматизма
Управление энергосистемой подразумевает отдачу команд диспетчера на энергообъекты по выделенным каналам связи для оперативного ведения переговоров, поэтому исторически одной из главных задач Системного оператора было и остается развитие телекоммуникационной инфраструктуры, которая на сегодня включает в себя около 170 подсистем диспетчерской связи, 1200 единиц мультиплексирующего и 5100 единиц сетевого оборудования. Однако прогресс не стоит на месте.
«Энергосистема растет и усложняется, а мы развиваемся вместе с ней. В практике Системного оператора уже появилось автоматизированное дистанционное управление, которое сейчас осуществляется примерно на 200 объектах электроэнергетики. Эта система позволяет провести по специальной программе даже сложные переключения буквально за несколько минут (без дистанционного управления это занимает десятки минут, а иногда и часы), что сокращает время ввода в работу и вывода из работы электросетевого и генерирующего оборудования, а также минимизирует риск «человеческого фактора», – отметилЮрий Вишневский.
Устойчивый рост мощности энергосистемы России требует и постоянного совершенствования устройств релейной защиты и автоматики. Эксперт подчеркнул, что повышение технического уровня средств РЗА невозможно без проведения единой технической политики, в разработке и формировании которой Системный оператор играет ключевую роль. На сегодняшний день компания активно внедряет новые и модернизирует старые системы на базе цифровых устройств с использованием микропроцессорной техники, что позволяет энергосистеме нашей страны сохранять мировое лидерство по уровню развития средств РЗА.
Диспетчерские центры Системного оператора осуществляют расчет и согласование параметров настройки и алгоритмов функционирования порядка 300 тысяч устройств РЗА. Необходимость охвата такого большого количества устройств обусловлена необходимостью учета при определении настройки и алгоритмов функционирования информации о схемных, режимных и балансовых условиях в энергосистеме, необходимостью согласования параметров настройки устройств РЗА между собой с целью обеспечения селективности работы устройств и необходимостью резервирования защит не только собственных, но и смежных присоединений у резервных защит (так называемое дальнее резервирование), что позволяет гарантированно отключать короткие замыкания даже при отказах релейной защиты или потере оперативного тока на конкретном объекте электроэнергетики и не допускать развития аварий в энергосистеме.
«Любой человек, который пользуется электроприборами, знаком с принципами работы релейной защиты и автоматики. В любой квартире стоит общий вводной автомат и автоматы на группы розеток на кухне, в гостиной и так далее. И если у вас, например, что-то случилось с электрочайником, то отключится не вся квартира, а только питающая этот чайник группа розеток. Вот это и есть селективность»,– объяснилЮрий Вишневский.
В масштабах энергосистемы построение РЗА, выглядит, конечно, не так, как в квартире, и представляет собой сложнейшие технические комплексы. Параметры работы устройств релейной защиты и сетевой автоматики скоординированы не только в пределах конкретного объекта электроэнергетики, но и между различными объектами. А алгоритмы работы отдельных видов противоаварийной и режимной автоматики необходимо координировать на уровне ОЭС и даже ЕЭС России. Из-за своей географической протяженности и сложности, большого числа контролируемых сечений ЕЭС России обладает самой развитой противоаварийной автоматикой в мире. А, в целом, устройства РЗА составляют более 50% объектов диспетчеризации Системного оператора!
Конечно, формат статьи не позволяет привести полный перечень автоматизированных систем, которые применяются в оперативно-диспетчерском управлении. Но можно сказать с уверенностью, что все разнообразие этих технических комплексов является одним из ключевых ответов на вопрос, как российские диспетчеры справляются с управлением одного из крупнейших энергообъединений в мире.
Окно в будущее
В конце своего выступления Юрий Вишневский поговорил о будущем, а именно – о планировании перспективного развития энергосистемы России. Эксперт отметил, что сформированная в последние годы система перспективного планирования с единым центром ответственности в лице Системного оператора призвана обеспечить опережающее развитие российской электроэнергетики в ответ на растущее энергопотребление, тесно связанное с экономическим ростом страны.
Запуск новой системы перспективного планирования состоялся совсем недавно, в прошлом году, что по меркам электроэнергетики очень небольшой период времени. Поэтому, в первую очередь, эксперт ответил на вопрос, зачем была создана новая система. Он подчеркнул, что ее отличительная особенность заключается в централизации. Если раньше за перспективное планирование территориальных (то есть местных энергосистем) отвечали региональные власти, а за ЕЭС России – Системный оператор, то с 2023 года компания определена единым центром ответственности.
По сути, централизованное перспективное планирование построено по принципу «одного окна». Системный оператор осуществляет проектирование развития энергосистем, разрабатывая два документа – Генеральную схему размещения объектов электроэнергетики сроком на 18 лет с актуализацией раз в три года, а также Схему и программу развития электроэнергетических систем России (СиПР ЭЭС), которая охватывает шестилетний период и уточняется раз в год. Проекты этих документов должны пройти общественное обсуждение и рассмотрение у региональных властей в части планов развития территориальных энергосистем, после чего уже итоговый вариант утверждается в Минэнерго и Правительстве России.
В последние годы перспективное планирование осуществляется не только по новым организационным принципам, но на основе новых технологий проектирования. Среди них Юрий Вишневский выделил применение расчетов балансовой надежности энергосистемы, которые отражают возможность обеспечения совокупного спроса потребителей на электроэнергию и мощность с учетом вероятных отключений элементов энергосистемы.
«Расчеты балансовой надежности помогают решить одну из главных задач управления развитием энергосистем – поиск оптимального объема генерирующих мощностей и сетевой инфраструктуры. При разработке документов перспективного планирования такие расчеты проводятся в обязательном порядке, и на их основе в том числе принимаются решения о строительстве электростанций, ЛЭП, подстанций в тех регионах, где балансовая надежность недостаточно обеспечена»,– пояснил эксперт.
Первая версия Схемы и программы уже разработана Системным оператором, прошла общественное обсуждение и утверждена Министерством энергетики России. Первая версия охватывала планы на 2023–2028 годы, вторая, утвержденная в конце прошлого года – на 2024–2029 годы. Так она будет корректироваться ежегодно, а для учета более протяженных стратегических планов развития отрасли, включающих понимание общих экономических и технологических тенденций, с 2024 года Системный оператор начинает разрабатывать Генеральную схему размещения объектов электроэнергетики на 18 лет – ближайшая охватит период до 2042 года.
Лекция Юрия Вишневского в лучших традициях общества «Знание» дала всем заинтересованным участникам выставки-форума «Россия» объемное понимание того, как функционирует вся эта огромная, сложнейшая из рукотворных систем – энергетическая. Как в ней поддерживается равенство потребления и выработки электроэнергии в каждый момент времени, сколь важную роль в ее жизни играет планирование и прогнозирование, а также современные цифровые технологии.
Журнал «Вести в электроэнергетике», №1 (129), 2024