Как Украине создать самую устойчивую энергосистему Европы

Самым большим вызовом для Объединенной энергосистемы (ОЭС) Украины в следующем десятилетии может стать не дефицит генерации, а дефицит управляемости в условиях стремительного роста распределенных энергоресурсов (DER).

Послевоенное восстановление дает Украине уникальный шанс. Впервые за многие десятилетия мы можем не только восстанавливать утраченное, но и определять архитектуру будущей энергосистемы.

Сегодня главная дискуссия ведется вокруг количества необходимых мегаватт и миллиардов долларов инвестиций. Но не менее важен другой вопрос: будет ли создана система, способная эффективно координировать миллионы распределенных энергетических ресурсов?

Именно ответ на этот вопрос будет определять конкурентоспособность, устойчивость и безопасность украинской энергетики в следующие десятилетия.

Последствия этого вызова уже становятся заметными.

Украина переживает настоящий взрыв использования распределенных энергоресурсов. На крышах домов появляются солнечные электростанции, предприятия и население устанавливают накопители энергии, громады и бизнес строят локальные источники питания, а электромобили постепенно превращаются из транспортных средств в элементы энергосистемы (V2G).

Еще десять лет назад диспетчер видел несколько десятков крупных электростанций. Через несколько лет ему придется взаимодействовать с сотнями тысяч энергетических ресурсов разного типа, и проблема состоит не в том, что централизованное управление больше не понадобится. Проблема в том, что только централизованного управления уже недостаточно.

Приведу такой пример. В 2022–2023 годах после первых разрушений были наработаны и утверждены Советом национальной безопасности и обороны Украины меры по одновременному внедрению распределенной генерации (DER) и умных сетей (smart grid). Когда проанализировали эффективность использования введенной в работу распределенной генерации за один холодный день февраля этого года при температуре воздуха в среднем по стране -15°С и отключениях потребителей по 12–16 часов, выяснилось, что средний коэффициент использования установленной мощности DER составлял в тот день всего 28%! Одна из главных причин — отставание с внедрением смартсетей и телемеханики на подстанциях, к которым DER подсоединены. И очевидно, что с ростом объемов DER эта проблема будет усугубляться. Еще большая проблема возникает с эффективностью использования солнечных и ветровых электростанций, непредсказуемость работы которых наносит все большие экономические убытки, а стремительное наращивание «домашних» и офисных накопителей выводит из строя внутренние и распределительные сети.

Можно сделать вывод, что для Украины проблема восстановления энергетики состоит не только в дефиците генерации, но и в дефиците управляемости сети. Каждая гривня, вложенная в цифровизацию и автоматизацию сетей, может принести больший эффект использования существующей распределенной генерации, чем гривня, вложенная в строительство дополнительной генерации.

Простой пример: если бы коэффициент использования распределенной генерации был на уровне 60%, это фактически равнялось бы 250–300 млн евро экономии в строительстве каждого гигаватта мощности. Если добавить другие составляющие кумулятивного эффекта от модернизации сетей, которые, например, называет CIGRE в своих исследованиях, она становится не только технически, а экономически безальтернативной. Приведу несколько показателей: снижение потерь в сетях до 20% при одновременном увеличении их пропускной способности на 25–40% без массового строительства. Сокращение продолжительности аварий до 40% и главный эффект — 100% интеграция DER!

Украина уже инвестирует миллиарды в распределенные энергетические ресурсы. Главный вопрос следующего этапа — сможет ли энергосистема эффективно ими воспользоваться.

Украина находится перед стратегической развилкой. Восстановление и реконструкция энергосистемы не должны быть возвращением в 2021 год — они должны стать скачком в 2031-й.

Убежден, что у нас есть шанс использовать послевоенное восстановление не для восстановления старой энергетики, а для создания самой устойчивой и адаптивной в Европе масштабной децентрализованной энергосистемы, которая станет мощной инфраструктурой, способной обеспечивать новую экономику государства.

Объединенная энергосистема, которую Украина унаследовала от СССР, создавалась для большой централизованной генерации и пассивных потребителей. Ее логика состояла в надежной передаче и распределении электроэнергии от нескольких крупных электростанций к миллионам потребителей.

А теперь представим Украину в 2031 году:

• сотни тысяч кровельных СЭС;
• десятки тысяч коммерческих накопителей;
• тысячи промышленных микросетей;
• сотни тысяч электромобилей с V2G;
• тысячи когенерационных установок;
• агрегаторы гибкости;
• энергетические громады;
• локальные энергохабы.

В такой системе диспетчер физически не может управлять каждым ресурсом отдельно, потому что это уже другой класс системы.

ОЭС Украины уже сейчас, а тем более в 2031 году, будет нуждаться в:

• системном операторе с усовершенствованной системой управления (Converged) SCADA;
• общесистемной балансировке на нескольких уровнях;
• управлении перетоками;
• резервах частоты;
• координации с ENTSO-E;
• общесистемной кибербезопасности;
• централизованном аварийном управлении.

То есть Оператор системы передачи (ОСП) никуда не исчезает. Но изменяется то, чем именно он управляет.

Энергетика проходит тот же путь, который тридцать лет назад прошел Интернет: от централизованной системы до сети, где локальные решения объединяются глобальной многоуровневой координацией.

Война изменила само понятие надежности энергосистемы. После 2022 года для Украины появился еще один критерий, которого практически не было в энергетическом планировании до войны, — это живучесть системы (resilience).

В советской и постсоветской логике главным показателем была надежность. В новой реальности возникает дополнительный вопрос: что происходит после потери части системы? Именно тут не модными словами, а элементами обороноспособности критической инфраструктуры становятся:

• микросети (microgrid);
• распределенный интеллект (distributed intelligence);
• локальная балансировка (local balancing);
• способность к островному режиму (islanding capability);
• интеллектуальное, автоматизированное управление тысячами децентрализованных объектов (DER orchestration);
• быстрое автоматическое восстановление (FLISR);
• кибербезопасность.

Поэтому архитектура будущей ОЭС Украины должна оставаться единой синхронной системой под координацией Оператора системы передачи, но управление внутри нее должно стать многоуровневым, распределенным и цифровым. Решения должны приниматься максимально близко к точке возникновения события, а центральный уровень должен координировать систему, а не пытаться непосредственно управлять каждым ресурсом.

Именно в этом состоит ключевое отличие между «отстроить то, что было» и «создать энергосистему следующего поколения». Дискуссия не должна искусственно сводиться к выбору между двумя крайностями:

• жестко централизованная система советского типа;
• набор автономных островов без единого управления.

Что фактически меняется?

В классической модели ОСП выполнял почти всю балансировку через относительно небольшое количество крупных электростанций. В новой архитектуре возникает несколько новых уровней управления. И каждый уровень получает собственную зону ответственности.

Новая роль Оператора системы распределения

Исторически украинские операторы систем распределения (ОСР) были в основном владельцами и эксплуатантами сетевых активов: линий, трансформаторов, подстанций. Фактически они управляли инфраструктурой. Но при большом количестве распределенных энергоресурсов этого уже недостаточно. Именно здесь произойдет самая большая трансформация — эволюция ОСР от кабельно-трансформаторного хозяйства до активного системного оператора.

Микросети в нормальном режиме остаются частью ОЭС. Никакой фрагментации, а наоборот, скоординированная интеграция.

Будущая ОЭС Украины не должна превращаться в набор изолированных микросетей, но и не может оставаться системой, где все решения принимаются исключительно центральным диспетчером. Она должна эволюционировать до многоуровневой архитектуры, где ОСП обеспечивает системную координацию, ОСР руководят активными распределительными сетями, а микросети и DER-платформы осуществляют локальную балансировку и управление ресурсами в режиме реального времени.

Логика новой архитектуры энергосистемы

ОЭС Украины в 2031 году — это будет единая энергетическая система, в которой электрические сети и цифровые технологии будут работать как единое целое, и именно это позволяет нам понять современную архитектуру.

Если упростить, то модель 2031 года выглядит (см. рис.) скорее так:

Уровень 1. Оператор системы передачи остается системным интегратором.

Уровень 2. Операторы системы распределения становятся активными операторами сети (smart grid).

Уровень 3. Микросети как новый функциональный элемент (microgrid).

Уровень 4. Агрегаторы как новый рыночный институт.

Уровень 5. Просьюмер, или активный потребитель, становится полноправным участником системы.

Уровень 6. Новая телекоммуникационная основа и кибербезопасность.

ОЭС-2031 — это уже не только энергетическая система. Это энергетически-информационная система с многоканальной как проводной, так и беспроводной, изолированной защищенной коммуникационной инфраструктурой, которая становится настолько же важной, как ЛЭП и подстанции.

Уровень 7. Новая логика управления.

Именно в этом главное отличие от архитектуры 2021 года. Было: централизованное принятие большинства решений. Становится: иерархическое распределенное принятие решений. Например:

• инвертор регулирует реактивную мощность локально;
• BESS стабилизирует локальный узел;
• микросеть выполняет собственную балансировку;
• ОСР устраняет локальные перегрузки;
• ОСП поддерживает системную частоту.

Каждый уровень решает свою задачу. Будущая система не централизует все решения, а распределяет их по уровням.

Если кратко описать концепцию, то это может выглядеть следующим образом.

ОЭС Украины в 2031 году — это единая интегрированная киберфизическая энергетическая система, построенная на smart grid-платформе, где ОСП обеспечивает системную координацию и надежность, ОСР руководят активными распределительными сетями, микросети осуществляют локальную балансировку, агрегаторы интегрируют распределенные ресурсы, а просьюмеры становятся полноправными участниками энергетического рынка.

***

Украина получила уникальный шанс переосмыслить собственную энергетику. Мы можем восстановить систему прошлого. Или построить систему будущего. Вопрос уже не в том, сколько мегаватт будет введено в эксплуатацию. Вопрос в том, будет ли создана система, способная координировать миллионы распределенных энергетических ресурсов и стать фундаментом новой цифровой экономики.

Если говорить откровенно, то вопрос восстановления и трансформации Объединенной энергосистемы, как здесь представлено, выходит далеко за рамки техники и ресурсов. Он уже об институциональной состоятельности государства. Государственный уровень, а это высшее руководство — президент, Верховная Рада, правительство, и у них уже нет ни времени, ни выбора, делать или не делать эту программу. Восстановление украинской энергетики — это не просто инфраструктурный проект. Это проект создания новой архитектуры экономики будущего передового европейского государства.

Если все будет сделано, как этого требует время, то через десять лет украинцы вряд ли будут задумываться, как работает энергосистема. Так же, как сегодня мы не думаем о том, как работает Интернет. Но именно решения, принимаемые сегодня, определят, станет ли украинская энергетика фундаментом новой экономики или же останется модернизованной версией системы прошлого со всеми проблемами и недостатками.

Будущее украинской энергетики будет определяться не количеством новых электростанций, а способностью системы управлять сложностью.