Что такое "Интернет Энергии"

Энергетика сегодня претерпевает крупнейшее преобразование со времен Томаса Эдисона

 

Представьте себе энергетику, где новое подключение к сети можно получить так же легко и быстро, как подключение к интернету – по принципу “plug and play”. Вы можете менять «на лету» требования к надежности: покупать дополнительную надежность, когда она вам критична и продавать избыточный резерв, когда в нем нет необходимости. Энергия мобильна и доступна в любой точке как мобильный интернет.

 

Ниже мы описываем 6 ключевых, на наш взгляд, трендов, которые, дополняя и усиливая друг друга, приведут к тому, что через 10 лет энергетика, которую мы привыкли видеть станет таким же редким и отмирающим явлением как, например, телефон-автомат в наши дни.

1. Исчезает разница между потребителем и поставщиком энергии, появляется новая модель организации отрасли

Происходящие в отрасли технологические изменения в последние годы приводят к радикальной смене всей бизнес-модели отрасли. В новой системе энергия оказывается кардинально дешевле и имеет качественно лучшие потребительские свойства.

Вместо традиционной системы “производство – распределение – сбыт – потребление” появляется принципиально новая модель, где участники рынка свободно обмениваются энергоресурсами и услугами.

Примерно также как мы обмениваемся информацией в интернете.

В новой системе энергия оказывается кардинально дешевле, к тому же она имеет качественно лучшие потребительские свойства

Энергосистема постепенно трансформируется в сторону децентрализации и движется в сторону модели, где единая сеть поставляет электроэнергию, производимую крупными станциями с очень низкими переменными затратами, такими как ГЭС и АЭС, а покрытие пиков, обеспечение надежности, качества и доступности энергии формируется локально за счет распределенной генерации, технологий управления нагрузками, накопителей энергии.

К 2035 году на долю «новой энергетики» будет приходится более половины рынка энергии, который оценивается сегодня в 2,7 трлн. долл.США

Согласно данным отчетов IEA World Energy Outlook (World Energy Outlook 2015), Exon Mobile Energy Outlook (The Outlook for Energy: A View to 2040) мировой рынок электроэнергии на 2015 оценивается в 2,5 - $3 трлн, с ростом потребления более, чем на 60% к 2035 году.

Такая система, как и вся технология «Индустрии 4.0», требует очень мощных интеллектуальных алгоритмов для управления огромным количеством малых энергетических устройств и приборов в реальном времени, а также формирования функционирующей в автоматическом режиме системы торговли ресурсами и услугами между большим числом мелких участников – устройств и их владельцев. Поэтому главные задачи, которые энергетикам придется решать в ближайшие 5 лет лежат не в области традиционной энергетики, а в области информационных технологий.

Узнать больше:

Энергетическая стратегия России: есть ли у нас план?

2. Участниками нового рынка становятся “вещи”

Если Вам кажется, что Ваш холодильник разговаривает с кондиционером соседа, о том как регулировать частоту в сети, это не значит, что Вам пора к врачу.

 

Потенциал экономической выгоды, которую предприятия могут получить от внедрения «коммуницирующих умных энерговещей» мы оцениваем в 165 млрд. долларов к 2030 году.

"Разговаривающие" друг с другом вещи, снабженные интеллектом, являются еще одной технологией, меняющей ландшафт энергетической отрасли

"Коммуницирующие умные энергетические вещи" могут сами определять оптимальную необходимую величину собственного потребления, отключать или снижать мощность ненужных в конкретный момент времени приборов, выбирать наиболее экономичные режимы их работы, распределять нагрузку и снижать потребление в пиковые часы, когда стоимость энергии максимальная.
Технология Интернета вещей позволяет значительно более эффективно использовать потенциал вещей, примерно так же, как системы типа Uber уменьшают простои автопарка.

3. Распределенная генерация становится дешевле традиционных больших электростанций

Производство энергии становится распределенным. Вместо крупных электростанций, производящих энергию в больших объемах и выдающих ее в высоковольтную сеть, возникает сеть мелких генерирующих мощностей, находящихся непосредственно вблизи потребителя либо «внутри» потребительского контура (в границах балансовой принадлежности), либо вблизи центров нагрузки.

В большинстве стран основным драйвером смены модели энергетической отрасли стала возобновляемая энергетика

Она создала целый класс бывших потребителей, которые стали самостоятельно производить электроэнергию. Привела к необходимости организации двунаправленных потоков энергии, начиная с низкого уровня напряжения. Она также создала спрос на агрегацию мелких распределённых ресурсов в «виртуальные электростанции».
Однако в настоящее время сильное удешевление и повышение эффективности малых мощностей газопоршневых генераторов, микротурбин и топливных ячеек, приводит к тому, что малая генерация на органическом топливе, которая традиционно рассматривалась как дорогая и неэффективная, способна на равных конкурировать с большими электростанциями.

Давид против Голифа - газопоршневая станция-4 Х 2 МВт против ПГУ-450 МВт

Газопоршневые генераторы, мощностью 1-2 МВт, уже достигли, по нашей оценке, «паритета с большой генерацией» по полной стоимости выработки, причем минимальная мощность установки, для которой достигается паритет постоянно снижается. Если 3-4 года назад на паритет вышли газопоршневые установки, мощностью 10 МВт, то на сегодняшний день полная себестоимость новой ГПА, мощностью 1,5 – 2 МВт, уже ниже, чем полная себестоимость нового блока ПГУ.

4. Накопитель – «убийца сети», конкуренция для сетевой инфраструктуры

В новой модели сеть становится конкурентным бизнесом, так как она конкурирует с альтернативными способами обеспечения надежности энергоснабжения.

 

Традиционно сеть решает две основные задачи:

 

  • совмещает графики нагрузки различных потребителей,
  • выравнивает суммарный график нагрузки для генерации.

Обе эти функции могут выполнять накопители энергии. Тем самым, традиционно монопольный бизнес передачи и распределения энергии, неожиданно оказывается в конкурентной среде.

Если бы электрификация страны происходила сегодня, стоимость построения системы преимущественно на базе отдельных микросетей, включающих малую генерацию и накопители, оказалась бы на 15% дешевле построения единой энергосистемы. Через 5 лет этот разрыв вырастет до 50%

По мере развития технологии накопления, баланс между централизованным и децентрализованным решением проблем энергоснабжения потребителя будет смещаться в сторону последнего варианта. Будет формироваться система, где магистральная сеть играет роль «трубопровода» для доставки энергии, произведённой на электростанциях с низкими переменными затратами в основном (базовом) режиме, а покрытие пиковых нагрузок, обеспечение надежности и резерва для потребителя будет обеспечиваться локальными «микросетями».

Приведённый выше расчет произведен с целью сравнить два диаметрально противоположных решения для подключения к электросети среднего промышленного предприятия:

  • От централизованной сети
  • От изолированной микросети, включающей газовую малую генерацию и накопитель

 

Расчет показывает, что полные капитальные затраты на строительство микросети, включающие строительство газопровода низкого давления, накопителя энергии и генератора, уже при текущих ценах на накопители выигрывает по полным затратам у централизованного решения (включая все затраты на усиление сети, которые в настоящее время не оплачиваются потребителем при тех. присоединении, а включаются в тариф на содержание сетевого хозяйства как возврат капитальных затрат).

 

При этом микроэнергосистема, состоящая из источников малой генерации и накопителей энергии, обладает теми же или даже лучшими потребительскими характеристиками:

  • Электрическую мощность можно легко и быстро наращивать даже минимальными объемами по мере появления такой необходимости, а при падении спроса избыточную мощность накопителей энергии, их можно почти без финансовых потерь перемещать в другие точки, где она будет востребована.
  • Надежность энергоснабжения обеспечивается непосредственно в точке потребления, что устраняет главную уязвимость централизованной энергосистемы: при высокой надежности высоковольтной сети, основное число аварий и отключений приходится на распределительные низковольтные сети (ярким примером являются массовые отключения энергоснабжения в Московской области после «ледяного дождя» в декабре 2010 года).
  • Надежность как и резерв можно быстро корректировать в зависимости от потребностей участников рынка практически в реальном времени.

 

Прогнозируемое снижение стоимости накопителя на 40% до 2021 года приведет к тому, что децентрализованная энергетика в долгосрочной перспективе станет значительно более экономичной. То есть вместо того, чтобы восстанавливать «большую сеть», на долгосрочном горизонте выгоднее создавать микроэнергосистемы или «микросети», которые будут покрывать новые нагрузки и постепенно замещать до 60-70%% централизованных мощностей.

5. Конвергенция транспорта и энергетики

Участниками рынка становятся такие «нетрадиционные» объекты как здания, автомобили, источники бесперебойного питания. Мощность двигателей всех автомобилей в мире в 4 раза превышает мощность электростанций. Внедрение гибридных автомобилей, использование в качестве топлива природного газа и водорода, повышение эффективности малой генерации, в частности, топливных ячеек, позволит использовать в энергетике не только аккумуляторные, но и генерирующие мощности транспорта, снижая потребность в централизованных производителей электроэнергии.

67 ГВт
Мощность двигателей легковых автомобилей в мире
15,8 ГВт
Установленная мощность электростанций

«Если что то является очень дорогим – постарайтесь получить это бесплатно»

Этот принцип реализуется в новой энергетике. Энергетика традиционно является самой капиталоемкой отраслью. Более половины стоимости электроэнергии приходится на возврат инвестированного капитала, а это самая большая статья затрат в энергетике.
Небольшие устройства, объединенные в единую систему по технологии интернета вещей и управляемые искусственным интеллектом, способны радикально снизить капитальные затраты на поддержание и развитие энергосистемы, замещая традиционные энергетические активы.
Технология «Интернета Энергии» открывает доступ на этот рынок устройствам, ранее выполнявшим совсем другие функции.

Источники бесперебойного питания и электромобили могут одновременно выполнять функции накопления энергии и управления графиками нагрузки

Гибридные автомобили могут одновременно выполнять роль средства перемещения, генератора и накопителя энергии, в зависимости от потребности в различных услугах.
При этом автомобили в среднем простаивают 87% времени. Беспилотный гибридный автомобиль (природный газ/электроэнергия), находящийся в общественном пользовании может самостоятельно принимать решение о том, в каком режиме (транспорт или энергоустановка) ему выгоднее работать в каждый момент. Для энергосистемы это почти бесплатный ресурс мощности. По мере развития топливных ячеек подобная модель может стать доминирующей.

6. Конвергенция энергетики и IT

Все ключевые задачи, которые предстоит решить энергокомпаниям в ближайшие 5 лет лежат в области IT, а не в традиционной  энергетике. Одновременно с этим, потребность в вычислительных мощностях для “Индустрии 4.0” станет основным драйвером спроса на электрическую энергию. В свою очередь, вычислительные мощности могут быть использованы для балансировки энергосистемы, имея уже встроенные возможности для управления нагрузками и распределения некритичных энергоемких задач таким образом, чтобы сглаживать график потребления. Энергоемкая технология блокчейна, станет важным элементом для обеспечения транзакций в распределенной энергетике. Таким образом, происходит сращивание энергетики и IT.

«Индустрия 4.0» трансформирует не только энергетику, но и все отрасли промышленности

Аддитивные технологии (т.н. технологии 3D печати) приведут к децентрализации спроса, так как большое количество малых производств, которые могут перемещаться, будут требовать принципиально иного подхода к энергоснабжению, чем нынешняя модель снабжения промышленных предприятий.
Другим ключевым трендом является резкий рост потребности в вычислительных мощностях. Любое производство будет в первую очередь зависеть от производительности обработки информации. Сами продукты производства превратятся в математические модели, которые могут быть воспроизведены в любой точке мира на 3D принтере. Вычислительные мощности, в свою очередь, требуют энергии. Это означает, что практически любое производство становится энергоемким.
В настоящее время темпы роста потребления дата-центрами значительно отстают от темпов роста вычислительных мощностей из-за значительного роста энергоэффективности производства, а рост потребления за счет новых дата-центров компенсируется повышением энергоэффективности старых. Однако через некоторое время этот ресурс будет исчерпан и компьютеры станут главным драйвером спроса на электроэнергию.
Однако компьютеры являются достаточно гибким потребителем. Они могут в определенном диапазоне наращивать и сбрасывать нагрузку для вычислений, которые производятся не в реальном времени.
Хорошим примером такой «балансирующей нагрузки» является майнинг крипотовалюты. Таким образом, сами вычислительные мощности превращаются в инструмент оптимизации работы энергосети за счет управления потреблением. Управление нагрузками станет встроенным функционалом компьютеров, систем бесперебойного питания и климатической техники. Такие же встроенные функциии уже появляются у холодильников.
Будет происходить постепенное сращивания IT и энергетики.