За последнее десятилетие мировой энергетический сектор совершил резкий переход к устойчивости и доступности энергоснабжения. Как положительные достижения можно отметить более широкое использование непостоянных возобновляемых источников энергии, более устойчивые подходы к техническому обслуживанию и замене оборудования, распределенную генерацию и электрификацию других секторов энергетики, таких как транспорт и промышленность, а также электрификацию удаленных районов.
Однако такая быстрая эволюция ставит перед операторами электросетей ряд проблем для двух важнейших факторов - устойчивости и надежности. Однако эти термины иногда имеют неточное определение.
«Устойчивость и надежность функционально связаны, хотя это совершенно разные вещи», - объясняет Александр Удалов, менеджер по энергосистемам будущего в области рыночных инноваций Hitachi ABB Power Grids. «Надежность заключается в снижении вероятности отказа оборудования или перебоев подачи электроэнергии, в то время как устойчивость заключается в снижении ущерба, причиненного отключениями, и сокращении их продолжительности».
Вольф Мюллер, старший вице-президент по обслуживанию Hitachi ABB Power Grids, добавил: «Надежность фактически подчинена устойчивости, поскольку повышение надежности является одним из способов, с помощью которых операторы сети могут повысить общую устойчивость».
Проблема устойчивости.
Устойчивость систем электроснабжения и их способность смягчать последствия, восстанавливаться после серьезных угроз и сбоев системы представляет собой большие проблемы. Эти проблемы варьируются от экстремальных погодных условий, таких как лесные пожары и наводнения, до других непредсказуемых событий, таких как отказ нескольких электростанций, которые привели к отключению электроэнергии в 2019 году для миллиона человек в Соединенном Королевстве.
С растущей долей подключений возобновляемых источников энергии к сетям, зависящим от силовых электронных интерфейсов и меньшим количеством электромеханических соединений, инерция системы и токи короткого замыкания с научной точки зрения становятся «изменяющимися во времени», что ставит под вопрос устойчивость современных энергетических систем. Кроме того, большой проблемой является человеческий фактор. Например, во время сервисных работ, один инженер может заземлить важный элемент, вызвав крупное короткое замыкание, которое может привести к отключению энергосистемы.
Наряду с готовностью поддерживать поставки в течение всего периода и восстанавливаться после серьезных сбоев, которые могут быть как экстремальными, так и продолжительными, устойчивость может также относиться к способности компании продолжать развитие и совершенствование деятельности в сложные периоды.
Вопрос надежности.
В электроэнергетике основным вопросом является надежность. Как объяснил Вольф Мюллер: «На любом электроэнергетическом предприятии есть стареющее оборудование, которое сталкивается с новыми режимами работы, потоками энергии и схемами нагрузки. Ему необходимо справляться с большим количеством переходов через сетевые активы, чем ранее. Это сочетается со старением кадров и потенциала на рынке занятости».
Это меняет подход, как клиенты инвестируют в модернизацию установленной базы, чтобы повысить надежность и отказоустойчивость. Одно из ключевых соображений здесь - цифровая трансформация - как цифровое обеспечение может помочь повысить устойчивость и надежность?
По данным Национальной лаборатории имени Эрнеста Орландо Лоуренса в Беркли, отключения электроэнергии обходятся экономике США примерно в 79 миллиардов долларов США в год. Очевидно, что обеспечение надежности электросетей является важным вопросом для производителей, дистрибьюторов и потребителей, поэтому большинство отраслевых стандартов подчиняются следующим правилам:
- Достаточность генерирующих и передающих мощностей, то есть способность удовлетворять пиковый спрос на электроэнергию. Например, 15%-20% составляет резерв.
- Энергетические системы должны обладать достаточной гибкостью на разных уровнях (генерация, сети передачи и распределения, сторона потребителя), чтобы учитывать изменчивость нагрузки и возобновляемые источники энергии.
- Энергосистемы должны поддерживать постоянную частоту и напряжение в приемлемом диапазоне.
Кроме того, сетевые операторы должны также поддерживать адекватный уровень надежности, измеряемый наиболее часто используемыми индексами отключений, SAIFI (среднее количество устойчивых отключений на одного потребителя в течение года) и SAIDI (средняя продолжительность отключений на одного потребителя в течение года).
В некоторых странах есть регулирующее законодательство, поощряющее надежность и отказоустойчивость электросетей. В Соединенных Штатах законодательная среда в настоящее время не соответствует мерам по обеспечению надежности и устойчивости регулирования, которые были приняты в Великобритании или Австралии. Например, в Соединенном Королевстве сетевой кодекс Закона об электроэнергии регулирует работу и политику электросетей в рамках отраслевого регулирующего органа - Управления рынков газа и электроэнергии; в Австралии существует аналогичное законодательство для надзора за регулирующим органом страны, Австралийским оператором рынка энергии, сотрудничающим с правительствами штатов.
Учитывая характерные проблемы, создаваемые этой развивающейся средой, неудивительно, что операторы ищут инновационные технологии для повышения устойчивости и надежности своей деятельности в будущем.
Какие существуют решения?
К счастью, существует огромное количество решений для повышения устойчивости и надежности. Технические решения включают надежные линии постоянного тока высокого напряжения (HVDC), решения по качеству поставляемой электроэнергии, услуги удаленного анализа данных для подстанций, решения по техническому обслуживанию на основе надежности, комнаты быстрого реагирования, используемые для локализации неисправностей, круглосуточные консультации экспертов из любой точки мира, а также достижения, включая дополненную реальность (AR) и обслуживание беспилотных летательных аппаратов.
Что касается решений по техническому обслуживанию, основанных на надежности, увеличивающееся количество подключенных активов и использование искусственного интеллекта (AI) позволяет операторам лучше прогнозировать риск отказов оборудования за счет использования промышленного Интернета вещей (IIoT) для использования датчиков, которые собирают и анализируют данные с различных устройств, чтобы значительно снизить затраты на техническое обслуживание.
Для того чтобы справиться с колебаниями потока мощности и напряжения, оборудование управления перегрузкой должно иметь расширенный диапазон, быстро реагировать на помехи и применять корректирующие действия (иногда в миллисекундах), такие как постоянный ток высокого напряжения (HVDC).
Существует также много других проактивных инструментов, которые помогают заранее «подготовить сеть, а не реагировать на событие». Например, инструменты планирования сетевых операций позволяют людям заранее принять решение о «запасе оборудования», нагрузочной способности и так далее. Это тесно связано с историей состояния активов, позволяет лучше понять различные условия, в которых оборудование находилось ранее, и использовать эту информацию для информирования при принятии решений в будущем.
Опыт партнерства.
В основе предупреждающего подхода по обслуживанию сети лежат определенные алгоритмы, а данные связаны с центрами совместной работы Hitachi ABB Power Grids, которые предоставляют возможность владельцам активов повысить надежность систем, избежать непредвиденных сбоев и сосредоточить свою деятельность на наиболее важных аспектах - целенаправленном обслуживании, инвентаризации запчастей и так далее.
Компания Hitachi ABB Power Grids недавно отреагировала на возросшую потребность в надежности, запустив RelCare - современное партнерское решение по техническому обслуживанию, основанное на надежности, которое позволяет заказчикам оптимизировать управление активами подстанций и производительность системы.
RelCare применяет матрицу рисков в отношении активов клиентов и уделяет больше внимания выполнению «правильных действий» по техническому обслуживанию, чтобы обеспечить упреждающее обнаружение и избежать наиболее серьезных отказов. Политика безопасного обслуживания предполагает надежность системы и финансовое моделирование, оптимизацию планирования и повышенное внимание при принятии актуальных решений обслуживания.
Благодаря динамическому мониторингу также появляется возможность упреждающе планировать действия по техническому обслуживанию и сокращать количество дорогостоящих аварийных ремонтов, а также предотвращать отказы, связанные с некачественно выполненным техобслуживанием, следуя цифровым пошаговым процедурам выполнения.
Кроме того, RelCare способствует большей устойчивости, поскольку ключевые компоненты будут заменяться только при необходимости, а питание из устойчивых источников может быть лучше интегрировано. В результате автоматизированного подхода к обслуживанию сократится количество поездок на объект. Партнерство представляет собой важный шаг в подготовке электрической инфраструктуры в то время, когда страны во всем мире все больше стремятся снизить свою зависимость от ископаемых видов топлива.
По словам Вольфа Мюллера, устойчивость за счет увеличения срока службы имеет большое значение. «Только сильно загрязняющие транспортные, энергетические или промышленные активы с высоким потреблением топлива и высокими выбросами имеют отрицательный баланс устойчивости при продлении срока службы. Увеличение срока службы активов распределительных электросетей обычно имеет положительное влияние, если только они не являются крайне неэффективными и убыточными, в таком случае лучший вариант - модернизация и переоснащение. Ремонт и техническое обслуживание до демонтажа, замены и утилизации является ключевым элементом любого обоснования устойчивости обслуживания».
Саудовская Аравия - первый заказчик, «подписавшийся» на новое сервисное решение Hitachi ABB Power Grids, основанное на принципе надежности RelCare для удаленного доступа и мониторинга технического обслуживания своих подстанций в пяти странах Персидского залива, чтобы помочь улучшить технические характеристики и повысить надежность системы сети.
Будущее.
Вольф Мюллер сказал: «В требовательном мире энергетической инфраструктуры критически важна работа оборудования на самом высоком уровне, чтобы предотвратить перебои в электроснабжении. Отключение электроэнергии приводит к потере доходов и социально-экономическим последствиям, учитывая важность электроэнергии для безопасности транспорта, надежного здравоохранения и других важных сфер обслуживания.
«RelCare - это принципиально новый подход к техническому обслуживанию подстанций, который позволяет специалистам по эксплуатации и техническому обслуживанию и управляющим активами оптимизировать затраты на обслуживание, повысить безопасность технического обслуживания и, что наиболее важно, повысить надежность системы. Hitachi ABB Power Grids стремится работать с коммунальными службами, центрами обработки данных для повышения устойчивости и надежности операций по всей цепочке создания стоимости в построении более прочной, умной и экологически чистой сети для будущего общества».
