Умные сети начинаются с архитектуры
Текст: Айдар Фахрутдинов | 2014-04-02 | 4116
О некоторых особенностях проекта по созданию в России интеллектуальных энергосетей «Энергоразвитие» пообщалось с Руководителем Центра системных исследований и разработок ИЭС ААС ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» Дмитрием Холкиным.

 

 – Дмитрий Владимирович, в Европе и США запуск умных сетей возник как реакция на развитие свободного энергетического рынка и широкомасштабное распространение источников альтернативной энергетики. В России эти факторы не работают. Отсюда и вопрос – для чего нам это надо и какие эффекты мы от этого ожидаем?

 

Действительно, цифровой спрос, превращение потребителей энергии в просьюмеров (потребителей-производителей), масштабное развитие возобновляемых источников энергии стали основными драйверами возникновения и развития интеллектуальной энергетики в развитых странах мира. В России ситуация иная. Скорее всего, прагматика перехода к умным сетям у нас будет связана с развитием малой распределенной генерации (на газе), со стремлением повысить эффективность развития сетей и переходом к дистанционным методам управления энергетическими активами. В то же время в отдельных кластерах (крупные мегаполисы, новые поселения, инногорода) создание умной сети может пойти по сценариям, аналогичным зарубежным. Для себя лично я снял вопрос о целесообразности развития в России интеллектуальной энергетики 3 года назад в кулуарах семинара Международного энергетического агентства в Париже. Решающим аргументом «за» стало утверждение, что Россия может упустить огромный рынок новых технологий и решений для интеллектуальной энергетики, если не создаст соответствующий внутренний рынок.

 

 – Над каким вопросом в части создания умных сетей работаете в данный момент?

 

То, над чем мы сейчас думаем – это разработка эталонной архитектуры сети. Необходимость ее создания вытекает из системной инженерии – практики создания сложных технических объектов, к которым относятся и интеллектуальные энергосистемы.

 

 – Что Вы подразумеваете, говоря «архитектура сети»?

 

Архитектура – это основа организации системы, воплощенная в принципах ее разработки и развития, в ее компонентах и их взаимоотношениях друг с другом и окружающей средой. Архитектура может быть разработана только для конкретной (или типовой) системы. Но поскольку все энергосистемы имеют черты уникальности, речь идет о разработке именно эталонной (или еще говорят референтной) архитектуры, т.е.  – множестве некоторых типовых принципов, подходов и архитектурных решений, которые можно будет использовать как элементы конструктора для проектирования конкретной интеллектуальной энергосистемы.

 

– Помимо набора типовых решений и, как следствие, упрощения проектирования конкретных энергосистем, повлечет ли создание эталонной архитектуры какие-то дополнительные эффекты?

 

Да, и они будут очень существенными. Проще всего это продемонстрировать на примере того, каким образом развивалась компьютерная отрасль. В начале 80-х годов этот сегмент был довольно сильно монополизирован компанией IBM, выпускавшей компьютеры, собственную операционную систему, собственные закрытые приложения. Это была вертикально-интегрированная отрасль с чрезвычайно низким темпом технологических изменений. Когда произошел переход к микропроцессорным компьютерам, случилось несколько существенных сдвигов. Появление микропроцессоров означало необходимость открытой публикации наборов процессорных инструкций. Как только этот интерфейс стал публично доступен, началось развитие других операционных систем: Windows, MacOS, POSIX. Так как операционные системы также были с открытыми интерфейсами, то стали быстро появляться различные приложения от многочисленных разработчиков.

По большому счету, масштабное и интенсивное развитие компьютерной отрасли сложилось именно в тот момент, когда архитектура программно-аппаратных систем стала дифференцированной по нескольким уровням взаимодействия, открытой и доступной для интеграции различного оборудования и приложений. В итоге сформировался огромный рынок с тысячами новых субъектов, и обозначился тренд на инновационное развитие отрасли.

Сфера интеллектуальной энергетики сейчас находится в аналогичной ситуации – при создании систем используется оборудование, поставляемое несколькими доминирующими на рынке производителями, и привязанное к нему закрытое программное обеспечение. Барьеры для входа на этот пока еще узкий рынок новых производителей оборудования и разработчиков приложений очень высоки. Это является сдерживающим фактором и для технологического, и для экономического развития данного сегмента.

На основе приведенной выше аналогии с IT-отраслью можно утверждать, что в результате формирования открытой архитектуры умных энергосистем и разработки открытых интерфейсов взаимодействия будет возможен многократный рост рынка интеллектуальных решений. Станет возможным и инновационный рывок в самой энергетике.

 

 – Но ведь сама по себе архитектура еще не является гарантом для инновационного развития отрасли…

 

Конечно. Чтобы архитектура могла стать фундаментом для осуществления инновационного скачка в энергетике, при ее разработке необходимо заложить ряд основополагающих для этого вещей. Во-первых, она должна обеспечивать выполнение не только сегодняшних, но и будущих функциональных требований пользователей умных сетей. Это значит, что эти будущие требования мы должны спрогнозировать, хотя многие из них сегодня даже трудно себе представить. Во-вторых, архитектура должна обеспечить совместимость и эффективность совместной работы всего многообразия устройств, приложений и решений, поставляемых различными производителями. В-третьих, архитектура должна использовать передовые подходы по организации сложных социотехнических систем, чтобы не ограничивать тот потенциал инновационного развития электроэнергетики, который кроется в идее интеллектуального автоматического управления энергетическими потоками, производственными активами или финансовыми транзакциями.

 

 – Если обратиться к мировой практике, то что по вопросу архитектуры делается там?

 

За последние пять лет в мире была проведена большая работа, связанная с разработкой функциональных требований и архитектур для интеллектуальных энергосистем. Такие разработки велись в EPRI, Smart Grid Interoperability Panel, GridWise Alliance в США. Множество проектов по разработке эталонных архитектур осуществляется и в рамках Global Smart Grid Federation.

 

– Проекты подобного масштаба подразумевают разбиение всего комплекса работ на какие-то отдельные этапы. Эти этапы уже определены?

 

 Два года назад была разработана Концепция создания интеллектуальной сети с активно-адаптивной сетью, которая сформировала общее видение перехода к интеллектуальной энергетике в России. В текущем году в ее развитие ОАО «ФСК ЕЭС» инициировало программу разработки эталонной архитектуры и полигона умной энергетики, реализацией которой в настоящее время занимается Центр системных исследований и разработок ИЭС ААС ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» совместно с экспертным сообществом. И эта программа предусматривает реализацию пяти шагов.

Первый шаг состоит собственно в создании эталонной архитектуры, представленной в виде описания функциональных и системных требований, высокоуровневых архитектурных принципов, а также репозитария архитектурных моделей. Представляется, что архитектура должна строиться на основе специализированной middleware-платформы, обеспечивающей однородность коммуникаций между различными устройствами и приложениями и являющейся независимой от конкретных технологий.

Далее предполагается продемонстрировать реализуемость эталонной архитектуры на конкретном решении – программно-техническом комплексе, который впоследствии будет установлен на пилотных объектах проекта создания интеллектуальной сети – на ОЭС Востока. Здесь планируется отработать однородную среду общения устройств и приложений, что может быть реа-лизовано путем разделения управления оборудованием и формирования управляющих команд. Функции управления предполагается реализовать на основе взаимодействия различных агентов, представляющих в информационно-управляющем пространстве соответствующие устройства и приложения. На этом этапе также необходимо отработать совместимость работы нового комплекса со старыми системами управления.

Следующим шагом будет создание полигона, обеспечивающего испытания нового оборудования, приложений и решений на соответствие архитектуре. С этой целью будут созданы модели энергосистем и имитационные модели различных систем управления, а также разработаны тестовые процедуры, позволяющие оценить совместимость и эффективность совместной работы оборудования, приложений и решений. В таком формате полигон становится решающим фактором для перехода к интеллектуальным энергосистемам, поскольку он позволит любым разработчикам отрабатывать свои решения на адекватных моделях, обеспечивая их соответствие архитектуре.

С целью более эффективного функционирования всей системы и распространения новой инженерной практики развития интеллектуальных энергетических систем необходимо создать инновационный центр компетенций, который на основе реализации специальной программы обучения, исследований и участия в инновационных проектах будет вырабатывать нормативное видение этой новой практики. Здесь важно специальным образом организовать работу с молодыми кадрами, с различными вузами и научными организациями. Для распространения новой инженерной практики мы планируем сформировать открытую базу знаний по требованиям и архитектуре, технологиям и стандартам. Кроме того, необходимо сформировать и сделать общедоступными соответствующие обучающие программы.

 

 – Когда можно ожидать появление первых результатов вашей работы?

 

Первая версия архитектуры, демонстрационный программно-технический комплекс и некоторые элементы полигона будут представлены в течение 2013 года.

 

 – Вы упомянули, что при работе над проектом будут привлекаться эксперты. В каком формате будет осуществляться взаимодействие с экспертным сообществом?

 

При организации работы по реализации программы мы также будем использовать принцип открытости. На данный момент создан Архитектурный комитет под руководством первого заместителя председателя правления ОАО «ФСК ЕЭС» Романа Бердникова, в который вошли 15 представителей основных стейкхолдеров интеллектуальной энергетики.

Также организовано семь экспертных рабочих групп, в деятельности которых примут участие более 100 российских и зарубежных экспертов. Информационная поддержка программы и коммуникаций всех заинтересованных лиц осуществляется на базе портала www.grid2030.ru.

 

– В начале декабря состоялось уже второе заседание Архитектурного комитета. Какие задачи ставились перед ним, и какие решения в итоге были приняты?

 

На этом заседании были рассмотрены цели, задачи и планы работ семи экспертных рабочих групп, сформированных для выработки функциональных требований к интеллектуальной энергетической системе и оценке разрабатываемой эталонной архитектуры. В целом планы групп были одобрены. Полемику на заседании вызвал вопрос о сценарных условиях, в рамках которых будут вырабатываться функциональные требования к архитектуре. Экспертам важно определиться, в какой перспективной ситуации в энергетике будет создаваться умная сеть, ведь для разных сценариев требования могут существенно различаться. Также решением Архитектурного комитета была определена необходимость проведения специальных сессий для дополнительной проработки этих вопросов.

 

– В августе на сессии Международного Совета по электрическим системам высокого напряжения (СИГРЭ)  руководитель национальной сетевой компании Китая выступил со стратегической инициативой, увязывающей Европу, Россию, Казахстан и Китай. Сам факт ее реализации значительно повлияет на технологические  аспекты в энергетике этих стран. Каким образом текущая оргструктура ФСК позволяет подобного типа и масштаба проекты осмыслять, переваривать и учитывать в своих среднесрочных и долгосрочных программах?

 

Китай громко озвучил идеи, которые давно витали в воздухе и до сих пор серьезно не обсуждались. Это выступление поменяло отношение к транснациональным энергетическим мегапроектам на евразийском пространстве. Но еще более мощный и значимый мегапроект создания мультиинфраструктурного трансевразийского пояса развития обсуждался в ноябре на конференции в Милане.

Руководство ОАО «ФСК ЕЭС» публично заявляет о заинтересованности в участии в таких инициативах. Стратегическая, системнопроектная и технологическая проработка подобных проектов, возможно, будет разворачиваться на площадке Архитектурного комитета по развитию интеллектуальных энергетических систем. В частности, одна из экспертных рабочих групп, созданных при комитете, в своих планах отметила необходимость рассмотрения глобального контекста и мегапроектов для формирования требований к энергетике страны.

 

Фото: Chesky  / shutterstock.com, Jeff Wilber / Shutterstock.com, из архива Дмитрия Холкина