Когда в наших смартфонах появятся приложения, позволяющие оптимизировать расход электричества в квартире и, как следствие, экономить при его оплате? Как сильно повлияет пандемия на мировой ТЭК? Велика ли степень износа энергетической инфраструктуры в нашей стране, и какой способ её модернизации является наиболее эффективным? Ответы на эти и другие вопросы дала группа российских и французских учёных, исследование которых опубликовано в высокорейтинговом научном журнале Energy Reports.
Изношенность сетей близка к критическому уровню
В восьмидесятые, девяностые и нулевые годы аварии на теплосетях воспринимались россиянами, как нечто привычное. Минимум один-два раза в год, преимущественно в сильный мороз, мы традиционно сталкивались с тем, что батареи в наших домах остывали, а в трубах пропадала горячая вода. Ждать приезда аварийной бригады при свечах тоже считалось вполне обыденным делом. Более того, если в советское время в здании отключали вечером свет, можно было смело ложиться спать, всё равно починят в лучшем случае к утру.
Сейчас острота проблемы несколько спала. Обветшавшие трубы, кабели и трансформаторы выходят из строя заметно реже, а восстановление их штатной работы в случае необходимости занимает значительно меньше времени, чем прежде. Тем не менее, происходит это, скорее, не благодаря, а вопреки. И если кто-то считает, будто в нашем распоряжении исключительно современное оборудование, произведённое в ХХI веке и готовое бесперебойно служить ещё несколько десятков лет, то он, конечно же, ошибается.
По оценке экспертов австралийской аналитической компании Global infrastructure Hub, средний износ энергетической инфраструктуры в развивающихся странах «увеличивается очень быстро, и остановить его очень сложно» в связи с ростом численности населения и повышением среднего уровня жизни. Сейчас он колеблется в районе 30% , но в России ситуация несколько хуже, чем в глобальном масштабе.
Так, изношенность систем электроснабжения составляет у нас в стране около 60%, высоковольтных и кабельных линий – от 60 до 65%. Более половины ЛЭП мощностью от 0,38 до 110 кВ были спроектированы и построены около 40 лет назад. Три четверти тепловых котельных также эксплуатируются уже более 40 лет при изначально запланированном сроке службы лишь 30 лет. Водопроводная сеть изношена на 60%. 35% оборудования гидроэлектростанций и 20% оборудования тепловых электростанций отработано на 100% и нуждается не то что в срочной, а в сиюминутной замене.
«Одним из основных показателей эффективности работы распределительных сетей является потеря электроэнергии. Анализ показал, что в сетях мощностью 0,38–110 кВ он колеблется от 10 до 15%. А фактические потери в России составляют 130 млрд кВтч, то есть 13,6% отпуска в сеть. В то же время, согласно Энергетической стратегии до 2035 года они должны быть на уровне не более 8%. Это значит, что нам необходимо принимать срочные технические и организационные меры для того чтобы изменить ситуацию», - говорит один из авторов научной статьи, директор Центра цифровых технологий Санкт-Петербургского горного университета Юрий Жуковский.
Работа над публикацией велась в партнёрстве с европейскими коллегами из Университета Монпелье и Национального научного центра Франции. Его ведущий учёный Бернард Жил рассказывает, что проблема износа энергетической инфраструктуры характерна и для постиндустриальных государств. Она является серьёзным сдерживающим фактором развития ТЭК и требует принятия незамедлительных мер в глобальном масштабе.
«Несмотря на сравнительно невысокий уровень износа объектов энергетики во Франции, данная проблема остается нерешённой, поскольку количество необходимых инвестиций на реконструкцию энергосетей с каждым годом только увеличивается. Это значит, что применение новых технологических идей – жизненная необходимость для всех стран, в том числе и для нашей. Объединив усилия, мы провели крупное международное исследование, которое позволило на примере состояния российской инфраструктуры определить ключевые решения для повышения качества основных фондов. Разработанная методика, изложенная в данной статье, может быть применена для проведения подобных изысканий не только на территории Франции и России, но также в других державах», - отметил Бернард Жил.
Научная статья The influence of technological changes in energy efficiency on the infrastructure deterioration in the energy sector
(https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.05.001 )
Пути решения
В задачу учёных входила оценка инфраструктурных и технологических решений, которые могут гарантировать эффективность расходования средств на модернизацию объектов энергетики. В частности, определение степени влияния на развитие ТЭК глобальных вызовов, таких как пандемия, необходимость минимизации антропогенного воздействия на окружающую среду, экономические кризисы, рост населения и ряд других.
Результаты однозначно показывают, что при реализации негативного сценария отсутствие достаточных инвестиций в отрасль приведёт не только к резкому росту числа аварий, но также к ухудшению экологической ситуации в стране. Но и при позитивном развитии событий, то есть в случае завершения локдаунов и возврата к устойчивому социально-экономическому росту, нынешний уровень финансовых вливаний, а, главное, его вектор не позволит изменить конъюнктуру даже через десятилетие. Ведь по большей части средства у нас вкладываются лишь в обновление существующей материальной базы, а не в прогрессивные технологии.
«Увеличение плотности потребления энергии, связанное с миграцией населения и цифровизацией, а также научно-техническое развитие способствуют и ускоряют существующие проблемы износа инфраструктуры. К 2030 году влияние таких вызовов, как «рост населения», «урбанизация» и «рост энергопотребления» будет только усиливаться, что скажется на старении основных фондов. Такая перспектива требует не только увеличения финансирования российского ТЭК для повышения уровня нашей энергетической и экологической безопасности, но также более высокой степени проникновения в отрасль таких блоков, как возобновляемая энергетика, информационные и цифровые технологии», - считает доцент кафедры экономики, организации и управления Санкт-Петербургского горного университета Михаил Шабалов.
О чём конкретно идёт речь? Какие решения могли бы сделать отечественную энергетику более конкурентоспособной? Среди предлагаемых учёными мер, например, переход к цифровым интеллектуальным подстанциям, которые используются для электроснабжения крупных промышленных и коммунальных потребителей. Современные технологии позволяют гарантировать сравнительно низкую стоимость их строительства и минимизировать габариты. А встроенные измерительные приборы - обеспечивать более высокий уровень защиты автоматики, вести мониторинг данных, а также передавать эти сведения на сервер для дальнейшей интерпретации.
Параллельный переход к активно-адаптивной сети, внедрение системы интеллектуального учёта и специализированных цифровых платформ приведёт к тому, что предприятия и домохозяйства получат возможность более гибкого управления своим энергопотреблением. А это позволит им снизить его объёмы и суммы платежей за электричество. Функционировать система будет следующим образом: данные с подстанции поступают на серверы, затем цифровая платформа при помощи специальных алгоритмов делает соответствующие расчёты и предлагает руководству компании несколько вариантов оптимизации работы оборудования.
То есть топ-менеджер видит в приложении не только информацию о расходе электроэнергии и ценах на неё в течение всего дня, но также рекомендации, благодаря которым возможно повысить рентабельность производства. Они могут быть связаны, допустим, с заменой станков на более энергоэффективные или с их выходом на полную мощность в какое-то конкретное время суток, когда нагрузка на сеть и стоимость киловатт-часа, как правило, ниже. Причём эти сведения не голословны, а сопровождаются примерными суммами, которые предполагается сэкономить.
«Зачастую при выборе проекта для финансирования инвесторы руководствуются либо определённым хайпом, который создан вокруг той или иной отрасли (например, электромобили или криптовалюты) либо высокой гарантией доходности и отсутствием значительных рисков. Когда речь идёт об энергетической инфраструктуре, а, тем более, о реальном производстве, у многих невольно возникают сомнения, поскольку в данном случае предсказать экономическую продуктивность весьма непросто. Даже собственник зачастую воспринимает необходимость подобных вложений, как обременение, а вовсе не как шанс нарастить прибыль. Так вот, наше исследование наглядно показывает, что каждый рубль, вложенный в цифровизацию и информатизацию объектов энергетики, даст гораздо более ощутимый эффект, чем та же сумма, затраченная лишь на обновление основных фондов, без учёта научно-технологического прогресса», - поясняет Юрий Жуковский.
В чём выгода для рядовых потребителей?
Способы, позволяющие снизить суммы счетов за электричество в быту, известны давно. В их числе – отказ от лампочек накаливания или стирка одежды после 11 вечера, когда действуют ночные тарифы. Делать это, кстати, лучше при температуре 30 градусов, поскольку более высокие показатели значительно увеличивают потребление энергии. Кроме того, необходимо также выключать свет в помещениях, где никого нет, и мыть окна для того чтобы в комнатах стало светлее.
Нет сомнений в том, что подобная тактика работает, но убедить себя в этом, основываясь на абстрактных знаниях, очень трудно. Совсем другое дело, если приложение в твоём смартфоне показывает фактическую информацию о том, сколько электричества ты сэкономил за вчерашний день, предприняв те или иные действия. Такая наглядность и конкретика расчётов, безусловно, в разы повысит число желающих экономить на энергопотреблении.
«Мы ожидаем, что модернизация энергетической инфраструктуры на основе внедрения интеллектуальных сетей и цифровых платформ будет способствовать появлению новых сервисов и приложений, позволяющих управлять потреблением электричества. В конечном итоге это изменит нашу с вами повседневную жизнь. Мы получим более гибкую энергосистему, устраним растущие угрозы для качества энергоснабжения, привлечём дополнительные внешние инвестиции в отрасль», - уверен Михаил Шабалов.
По мнению авторов статьи, внедрение в жизнь подобных технологий в случае реализации положительного сценария, может занять не более десяти лет. Так что в наших смартфонах в обозримом будущем вполне может появиться ещё одно крайне полезное приложение. Однако для того чтобы претворить эту идею в реальности, нужно начинать работать над ней уже сегодня. В противном случае, реализуется другой сценарий, описанный Некрасовым в стихотворении «Железная дорога»:
«Жаль только - жить в эту пору прекрасную
Уж не придется - ни мне, ни тебе»