Предпосылки

Если говорить о направлениях развития систем как таковых, то сегодня целесообразно учитывать общемировые тренды в направлениях развития сложных систем, к которым относится энергетика. Какие тренды присутствуют на глобальных технологических рынках? Явно выделяются два: локализация и «поумнение» («смартизация»). То есть развитие получают услуги и производства, локализованные до места востребованности. При этом производитель и потребитель связываются посредством умных сетей, что, в частности, снижает потребность в производстве впрок. Наиболее яркий и известный пример таких услуг — транспортная услуга Uber.

Как обстоят дела в энергетике? Тенденции те же, при этом автономность и локализация достигается через использование возобновляемых источников энергии. В США развивается подход обеспечения городов электроэнергией за счёт солнечной генерации. При этом есть примеры, как инвестирования в создание системы распределённой генерации, так и обременения застройщиков малоэтажного домостроения установкой солнечных электростанций. В Нью-Йорке развивается сеть, позволяющая продавать электричество, выработанное частными СЭС, напрямую соседям. Япония собирается строить мегаполис, энергоснабжение которого будет обеспечиваться локальными возобновляемыми источниками.

Российские реалии

Согласно государственным целевым показателям развития солнечной энергетики, до 2020 года в России должны быть построены солнечные электростанции суммарной мощностью 1,5 ГВт. Результатом является регулярное введение в строй СЭС в районах с достаточно высокой инсоляцией и подключение их в сеть. Также развивается строительство ветропарков и использование тепловых насосов для перевода отопления многоквартирных домов на локальный возобновляемый ресурс.

Суть идеи

Необходимо создать предпосылки для формирования системы автономного энергоснабжения населённых пунктов, позволяющей учитывать динамичный баланс потребления энергии на уровне поселений. Одна из проблем ближайших десятилетий будет заключаться в изменении системы рабочих мест, формирования источников доходов, смены производственной парадигмы.

Локальная генерация позволит создавать локальные рабочие места, а также более оперативно реагировать на изменение энергобаланса на уровне поселений.

Предлагается перенести генерацию энергии (электрической и тепловой) на уровень жилого квартала или микрорайона (в случае загородных поселений, посёлков). Размер квартала или микрорайона необходимо учитывать для подтверждения возможности генерации достаточного объёма отходов для биоэнергостанций.

Умный энергоквартал . 6/2016. Фото 1

Структура генерации

Генерация внутри квартала будет осуществляться за счёт солнечной и ветровой энергий, тепловых насосов, биомассы, возможно за счёт сточных вод (новое направление, использующее энергию, накопленную водой, поднятой на верхние этажи зданий и получаемую за счёт мини-ГЭС, встраиваемых в систему водоотведения).

Также энергоснабжение возможно через получение для последующего использования биогаза из твёрдых коммунальных отходов, утилизируемых жителями квартала. Правда, санитарные нормы требуют переработку отходов осуществлять на полигонах, вдали от жилого квартала.

Использование получаемого газа возможно как на месте получения, с последующей передачей энергии по сетям, что будет сопряжено с потерями. Другой вариант — передача газа по газопроводу к квартальной когенерационной станции.

Также автономная, возобновляемая генерация будет актуальна курортным городам и комплексам. Для них крайне важным будет вопрос хранения энергии, выработанной днём, а также наличие в системе источника резервной генерации, что, впрочем, актуально для любого поселения, энергогенерация которого основана на источниках сезонной генерации.

Для запуска энергоснабжения квартала целесообразно установить на территории квартала газовую когенерационную станцию. Рабочий газ может быть природным и биогазом. Данная станция впоследствии будет выполнять роль резервного источника энергоснабжения.

Для оценки потребления и прогноза возможного объёма генерации энергосистема квартала должна содержать датчики замера и систему анализа расхода электроэнергии (с градацией потребителей и возможностью их отключения, в зависимости от ситуации и ранга потребителя), а также систему, прогнозирующую генерацию энергии мощностями на территории квартала.

Оба потока данных будут обрабатываться в «облачной» системе, на основании чего будет прогнозироваться энергобаланс.

Солнечная генерация может осуществляться за счёт фасадных, поверхностных (крыши), отдельно стоящих солнечных фотопреобразователей. Отдельным направлением должно стать оборудование элементов городского пространства солнечными фотопреобразователями. Это позволит создавать комфортную среду обитания.

Генерация за счёт ветра может быть реализована несколькими схемами размещения ветрогенераторов на зданиях и сооружениях.

Тепловые насосы могут монтироваться рядом с домами, возможна установка в системе водоотведения микро-ГЭС. Раздельный сбор пищевых отходов, а также использование стоков, позволит использовать биогенерацию.

В инфраструктуре квартала целесообразно использовать ресурсосберегающие технологии, а также рекомендовать использовать энергосберегающее оборудование жителям и предпринимателям квартала. Также эффективным будет оснащение объектов городского пространства: фонарей, мачт мобильной связи, лавок ВИЭ-генераторами. Также оснащению ВИЭ-генераторами подлежат автобусные остановки, магазины, АЗС, парковки.

Влияние на рынки

Как будет влиять развитие локальной, автономной генерации на существующий рынок энергетических услуг и смежные рынки? Традиционно первым рынком, по которому может ударить малая автономная генерация, считается рынок сетевой передачи электричества, за которым следует традиционная крупная генерация. Вопрос резонный, однако он упирается в существующие правила и условия на рынке. Так, последние годы наблюдается активное создание предприятиями собственных генерирующих мощностей, что объясняется дорогой и сложной системой подключения к генерирующим мощностям. При этом существующие правила практически блокируют возможность продажи сетям излишков такой локальной, промышленной генерации.

Ещё один конфликт интересов связан с тенденцией снижения энергопотребления субъектами энергетических рынков. Это фактор, который в не меньшей степени влияет на структуру энергетических рынков и стимулирует развитие собственной генерации участниками рынка.

Разумным является поведение крупных энергохолдингов, направленное на диверсификацию собственных мощностей и создание подразделений, работающих с возобновляемыми энергоресурсами.

Двойное значение играет роль энергетики в состоянии социально-экономического положения территорий страны. С одной стороны, это жёсткий инструмент влияния на население и хозяйствующих субъектов (знаменитое: «А если не будут покупать билеты? Не будут покупатьотключим газ!»), с другой стороны, энергоснабжение может, и уже становилось инструментом террористических атак. В данном вопросе автономная, локальная распределённая генерация может быть источником резервного энергоснабжения энергосистемы субъекта Российской Федерации.

Из всего вышесказанного следует вывод, что необходимо искать «золотую середину» и учитывать глобальные тенденции для того, чтобы Россия в очередной раз не оказалась в роли догоняющего.

Умный энергоквартал . 6/2016. Фото 2

Перспективы локальной генерации

Одним из главных направлений развития возобновляемой генерации является повышение КПД её выработки. В первую очередь это касается фотовольтаических систем. Также для многоквартирных домов необходимо предусматривать систему прямого обмена энергией между соседями, а также возможность термической водоподготовки и использования её соседями по дому (по желанию — здесь важным вопросом станет контроль за тем, кто и сколько тратит ресурсов).

Развитие локальной генерации может выступить катализатором развития технологий малой, возобновляемой энергетики через работы по повышению эффективности (технологической и финансовой) технологий генерации и хранения энергии, совершенствование решений по преобразованию энергии из доступных возобновляемых источников, создание систем аккумуляции выработанной энергии. Также локальная генерация стимулирует совершенствование систем сбора, анализа и прогнозирования параметров энергосистем. Определённый запрос от энергосистем направлен к строителям и архитекторам с целью разработки строительно-архитектурных решений, упрощающих монтаж и использование автономной энергосистем. Ещё один запрос связан с развитием отечественного производства компонентной базы.

В совокупности все описанные выше аспекты формируют серьёзный вызов компетенциям и квалификации работников отрасли малой возобновляемой энергетики. Вероятно, правильно говорить о междисциплинарном характере знаний представителей зарождающейся и развивающейся отрасли. Таким образом, можно говорить о формировании комплекса вызовов, формируемых развитием прикладного, локального использования малой генерации.