Большая часть территории России не подключена к электросетям, поэтому многие населенные пункты получают энергию максимально затратным и наименее экологичным путем – с помощью дизельных генераторов. При этом как раз в таких регионах в избытке имеются доступные природные ресурсы: солнце и ветер. Мало кто знает, что Иркутск по количеству солнечных дней обгоняет Сочи.
Однако недостаточно просто поставить в Якутии или на Дальнем Востоке ветрогенератор или ферму солнечных батарей. Важно точно рассчитать, как обеспечить этими дешевыми, но непостоянными источниками надежное и стабильное энергопотребление. Такие расчеты можно провести экспериментально, и, начиная с сегодняшнего дня, это будет происходить в новой лаборатории Сколтеха. Единственная в своем роде в России лаборатория по изучению интеллектуальных микро-сетей открылась в Центре энергетических систем Сколковского института науки и технологий. Накануне открытия директор Центра профессор Януш Биалек рассказал Sk.ru о том, какие задачи будет решать лаборатория Smart Grids.
Профессор Януш Биалек. Фото Sk.ru
Разговор, впрочем, вышел за рамки информационного повода и коснулся того, чем в целом занимается Центр энергетических систем, включая масштабный проект создания Азиатского энергетического кольца. Ниже выдержки из интервью.
-Примерно половина читателей, которые прочтут это интервью, сделают это на дисплеях своих смартфонов. Еще десять лет назад нельзя было предвидеть, что энергопотребление гаджетов в мире превысит энергетические нужды целых государств и даже возникнет термин gadgiwatts. В чем суть работы Центра? Вы думаете о будущем энергопотреблении человечества, решаете конкретные проблемы сегодняшнего дня или занимаетесь и тем, и другим одновременно?
-Мой Центр не случайно называется Центром энергетических систем, из чего следует, что главное для нас – это холистический взгляд на всю энергетическую систему. Это предполагает комплексный подход ко всей энергетической цепочке – от производства энергии до ее потребления, включая проблемы передачи энергии. Наш главный фокус – электрическая энергия, но мы также занимаемся взаимосвязанными энергетическими инфраструктурами.
Мы изучаем, как ведет себя вся система, и как в случае с любой системой, очень важно ответить на вопрос, как поддерживать ее стабильность, в данном случае, как сделать так, чтобы свет не гас, потому что внутри энергосистемы существуют очень сложные взаимосвязи, которые чреваты в случае каких-то нарушений блэкаутом. Сравните эту ситуацию с автомобильным топливом. Если на отдельно взятой бензоколонке закончился бензин, без бензина останутся местные жители. Если нечто подобное произойдет в электросистеме, вся система обрушится именно из-за эффекта, который создает взаимосвязанная энергетическая инфраструктура. Добавьте к этому поведение потребителей, передающих сетей, генерирующих мощностей – все это взаимосвязано. Теоретически любое действие в любом из этих элементов может оказывать влияние на всю систему. Это очень сложный феномен, и он нас больше всего занимает. Такого рода анализ требует применения сложных математических инструментов, вот почему наш Центр носит междисциплинарный характер; мы тесно сотрудничаем, в том числе, с математиками и физиками.
-На прошлой неделе Совет учредителей Сколтеха утвердил вступление университета в Международную организацию по кооперации и сотрудничеству в создании глобальной энергетической сети (GEIDCO). Насколько известно, организация создана по инициативе Китая . В чем смысл участияСколтеха в GEIDCO?
-Организация действительно представляет собой реализацию китайской инициативы, которая отражает мировой тренд сегодняшнего дня. Каждая страна, каждый регион имеют свою энергетическую систему, действующую независимо от других. Тренд заключается в том, что многие страны стремятся соединить их между собой. Китай, как большая страна, заинтересована в возобновляемых источниках энергии. Китайцы используют много угля для генерации электроэнергии, а это ведет к выбросам парниковых газов, что оказывает влияние на глобальное изменение климата. Значительная часть китайского населения живет в низинах вблизи морского побережья, и повышение уровня океана угрожает сотням миллионов человек в этой стране, чего власти КНР не хотели бы допустить.
Главная техническая проблема возобновляемых источников энергии заключается в их непостоянности: ветер то дует, то не дует, солнце то светит, то нет. Каждый из таких локальных процессов генерации подвержен вариациям, и для того, чтобы пользоваться возобновляемыми источниками энергии, их требуется поддерживать с помощью резервных мощностей, что очень дорого. С другой стороны, если брать планету в целом, где-то в любой данный момент обязательно светит солнце. Таким образом, соединяя различные части энергосистемы с различными характеристиками, на которые по-разному оказывают воздействие солнце, ветер и т.д., можно добиться надежных поставок энергии, которые будут не слишком зависеть от местных атмосферных условий. Это то, что касается драйвера в области возобновляемой энергии.
Другой драйвер связан с доступностью первичных источников энергии, таких, как уголь, газ и вода. В этом отношении российская Сибирьимеет значительный потенциал для производства электрической энергии; взять, например, гидроэлектростанции. Но этот потенциал в настоящий момент используется не полностью. В то же время Япония, в особенности после катастрофы на АЭС Фукусима, испытывает существенную нехватку электроэнергии; цены на электроэнергию в Японии, если не ошибаюсь, в два-три раза выше, чем в России. Схожая ситуация в Южной Корее. Россия как страна заинтересована в том, чтобы «распечатать» свои неиспользуемые энергетические ресурсы и экспортировать электричество в Японию и Южную Корею.
Однако в отсутствие сухопутных границ с этими странами, электроэнергия должна поставляться в них или по дорогостоящему подводному кабелю, или пройти транзитом через территорию других государств; в частности, в случае с Южной Кореей – через китайскую территорию или территорию Северной Кореи. Таким образом, в российских национальных интересах может быть создание энергосоединений между странами Северо-Восточной Азии: России, Китая, Монголии, стран Корейского полуострова, Японии и, возможно, Казахстана.
-Вы имеете в виду проект Азиатского энергетического кольца, который, в частности, разрабатывает Сколтех?
-Именно его. Мы начали этот проект около трех лет назад в коллаборации с Институтом систем энергетики Сибирского отделения РАН в Иркутске. Мы провели ряд исследований, оценили баланс затрат и прибыли от реализации такого проекта и пришли к выводу, что если такое энергокольцо будет построено в регионе, экономический эффект может колебаться в пределах 10-20 млрд долл. в год – это значительная сумма.
-Вы имеете в виду совокупный финансовый эффект для всего региона?
-Да. Разумеется, важно понять, что именно получит каждый из участников. Это очень важный – и деликатный – политический вопрос, и, разумеется, экономический вопрос. Мы как раз занимаемся тем, чтобы определить выгоды для каждой страны, которая станет участвовать в этом проекте. Очевидно, что выгоды и потери не будут распределяться в равной мере, но общая выгода региона несомненна. С политической точки зрения, очень важно найти механизмы перераспределения доходов.
-На Ваш взгляд, этот проект в принципе можно реализовать, или он носит, прежде всего, политический декларативный характер?
-С технической точки зрения, нет никаких сомнений в том, что это можно сделать; технологии так называемой высоковольтной электропередачи постоянного тока (high-voltage DC transmission) уже существуют. Главная проблема – именно политическая. Мы должны связать энергетическим кольцом страны, между которыми существуют очень непростые отношения.
-Речь идет о Северной Корее?
-Северная Корея – наиболее очевидный пример, но не единственный. Через эту страну проходит наиболее короткий маршрут в Южную Корею. Изначально мы считали, что преодолеть политические разногласия будет невозможно. Но когда мы стали обсуждать идею с южно-корейской стороной, оказалось, что в случае, если Северная Корея согласится на участие в проекте, политические выгоды для Сеула будут даже более важными, нежели экономические. Усадить северных корейцев за стол переговоров для реализации такого проекта само по себе будет стабилизирующим фактором с точки зрения их южных соседей.
Полагаю, что соображения такого порядка побудили президента РФ Владимира Путина назвать проект Азиатского энергетического кольца «важнейшим региональным проектом». Эти слова были произнесены в сентябре с.г. на Восточном экономическом форуме во Владивостоке, на котором я присутствовал.
Так что, помимо сугубо экономического эффекта, проект сулит несомненные политические выгоды, поскольку он сближает страны региона. Не забудем, что технически Россия все еще находится в состоянии войны с Японией, мирный договор до сих пор не подписан, а территориальный спор из-за Курильских островов – не урегулирован. Главное в таких ситуациях – побудить стороны сесть за стол переговоров и обсуждать любой двусторонний проект. Сближение США и Китая, как известно, началось с так называемой «дипломатии пинг-понга». Кстати, это относится и к двусторонним отношениям между Китаем и Японией и Кореей и Японией: их отношения со времен Второй мировой войны очень сложные, а сейчас их еще более осложняют взаимные территориальные претензии. Так что я вижу в качестве главных препятствий на пути реализации проекта энергетического кольца именно политические факторы. Но в то же самое время, с моей точки зрения, политические выгоды от его реализации будут выше, чем прямые финансовые прибыли. Потому что, в конечном счете, самое важное – сохранить мир и стабильность в этом регионе.
-Какова роль Сколтеха в этом уравнении?
-Эта роль двояка. Прежде всего, мы проводим исследования с целью определения баланса затрат и выгод для каждого из участников. И одновременно мы действуем как честный брокер во всем этом процессе. Конечно, помимо нас, в нем задействованы и другие игроки, включая такие российские компании, как Россети, РАО ЭС Востока, Ен Плюс и другие. Но это – коммерческие компании, и их первая забота – извлечение прибыли, что естественно. Мы являемся независимой стороной, нас финансирует российское правительство, и мы делаем то, что, по нашему мнению, является наилучшим для человечества в целом и конкретно для России. Мы соединяем между собой людей, и никто не может обвинить нас в необъективном подходе. Именно поэтому российское правительство три года назад обратилось к нам с предложением изучить данный вопрос, чем мы и занимаемся по сей день, регулярно информируя правительство о полученных результатах.
-Теперь к новой лаборатории, которую сегодня открывает Центр энергетических систем. В чем ее смысл и предназначение?
-Для ее характеристики мы попеременно используем два термина: smart grid и micro grid. Как я уже говорил, мы в нашем Центре изучаем всю энергетическую цепочку. Но в последнее время упор делается на нужды индивидуальных потребителей, и малых регионов. Вот это звено общей цепочки и есть micro grid.
На Западе уже достаточно давно занимаются темой micro grid, и главным драйвером такого интереса является генерация возобновляемой энергии. Если в распределительные сети включить ветровые или солнечные фермы, которые находятся поблизости от потребителя, это будет означать создание миниатюрных, локальных энергосистем, и они будут работать независимо от главных систем поставки электроэнергии. При любых перебоях, возникающих в основных сетях, – а таких примеров много, в частности, в Соединенных Штатах, достаточно вспомнить последствия урагана Катрина, который оставил людей без электричества на протяжении многих дней, – локальные системы смогут их хотя бы частично заменить. Вот это, собственно, и есть микросети, или micro grid.
В России драйверы несколько иные. Интерес к возобновляемым источникам энергии не столь силен, как в остальном мире, и на то есть две причины. Главной причиной, естественно, является обилие нефти и газа в стране. Вторая причина заключается в том, что датой, с которой начинается отсчет большинства инициатив в отношении парниковых газов, является 1990 год. То есть все цели по сокращению выброса парниковых газов ставятся по отношению к уровню 1990 г. Но в том году произошел коллапс советской тяжелой промышленности, вследствие чего объем выброса парниковых газов снизился на 40%. Поэтому Россия сегодня не превышает своей квоты выбросов, а стало быть, на нее в этом отношении не осуществляется столь сильного международного давления в этом отношении, как на другие страны, несмотря на то, что Россия – один из крупнейших в мире загрязнителей атмосферы.
С другой стороны, если взглянуть на карту, основные высоковольтные электросети проходят через Центральную Россию, а затем идут по южной части страны. Значительная часть территории России не подключена к электросетям, имея в виду малонаселенные районы Сибири и Дальнего Востока. Между тем в этих регионах есть города, деревни, и вот они могли бы стать естественными бенефициарами micro grid. Как поставлять туда энергию? Типичное решение – завозить туда мазут, но это очень дорого, и к тому же, неэкологично. Гораздо умнее было бы использовать доступные природные ресурсы – ветер и солнце. Недостающую энергию можно было бы восполнять дизелем.
Это, в свою очередь, ставит вопрос о том, как обеспечить надежность и непрерывность подачи энергии, когда вы используете различные ее источники, включая такую составную часть системы micro grid, как накопители энергии. Кстати, одно из направлений работы нашего Центра в Сколтехе – исследования в области накопителей энергии. Если бы накопители энергии были дешевы, этой проблемы бы не существовало, но это пока не так. Поэтому обеспечение стабильности в микросистемах – важная задача.
Что же такое в этом случае smart grid? Мир переживает взрыв коммуникационных технологий, у каждого из нас есть смартфон, и сегодня с помощью смартфона можно контролировать освещение или отопление в доме. Так что мы также изучаем влияние, которое эти дополнительные возможности оказывают на локальном уровне, когда повсюду имеется множество девайсов, сенсоров: как более надежно, более эффективно управлять такой системой?
-Смогут ли резиденты энергокластера «Сколково» воспользоваться новой лабораторией Сколтеха?
-Да, мы очень надеемся на то, что «Сколково» будет активно вовлечено в работу лаборатории. Хочу подчеркнуть, что речь идет о первой такой лаборатории в России, оборудованной по последнему слову техники. Дизайн лаборатории сделан по образцу Университета Ньюкасла в Великобритании, – я долго работал в этой стране. Кстати, на территории «Сколково» имеются умные электроподстанции, что позволяет более эффективно осуществлять контроль за энергопотреблением и экономить энергию.
Лаборатория позволит экспериментировать со smart grid, и в этих экспериментах смогут участвовать не только исследователи Сколтеха, но и участники «Сколково», в частности, те, которые занимаются энергонакопителями. Вопрос в том, как наиболее эффективно ими распорядиться: чем чаще вы подключаете накопители, тем короче будет их жизненный цикл. В любом случае лаборатория позволит экспериментально проверять идеи в области smart grid и micro grid.
Поскольку лаборатория не подключена к энергосетям, можно повторять эксперименты многократно. Можно задавать определенные параметры погоды в том или ином удаленном районе и проверять работу сетей в этих условиях на эмуляторах. Но также существует возможность подключить мощности лаборатории к сетям и поставлять энергию из наших накопителей. На крыше здания имеются солнечные батареи, можно также установить ветрогенератор. Но прежде, чем это произойдет, лаборатория позволяет эмулировать энергию, поставляемую ветрогенераторами или солнечными батареями. То есть речь идет не о компьютерном моделировании, имеющем свои пределы, а об экспериментах с реальной энергией. Здесь созданы условия, настолько приближающиеся к реальному миру, насколько это вообще возможно.
https://sk.ru/news/b/articles/archive/2016/12/02/v-skoltehe-otkrylas-laboratoriya-smart-grids.aspx