Чаусов Игорь Сергеевич

Ведущий эксперт

Инфраструктурного центра EnergyNet

Архитектура

Интернета энергии (IDEA):

новый подход к построению

трансакционной энергетики

ПРИЧИНЫ И ОСНОВАНИЯ ПЕРЕХОДА К НОВОЙ АРХИТЕКТУРЕ

2 IC ENERGYNET

Факторы дорогой цены:

1) низкая плотность нагрузки (на 1 кВт потребления мощности в

России требуется в 1,5-3 раза больше сетевых активов, чем в

ЕС)

2) низкая загрузка мощностей (КИУМ станций 50%, загрузка

мощностей магистральной сети 26%, мощностей

распределительного комплекса 32%)

3) высокая стоимость капитала (в 2-3 раза выше, чем в ЕС)

4) высокая стоимость строительства (на 20-40%% выше, чем в

Европе)

5) низкая производительность труда (на 1 МВт установленной

мощности в 10 раз больше работников, чем в США)

В России дешевая «электроэнергия», но дорогая «мощность»

Источники: Фонд «Форсайт», Фонд «ЦСР», Ассоциации «Сообщество потребителей энергии»

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Вкл

ад о

стал

ьны

х со

став

ляю

щи

х ко

не

чно

й ц

ен

ы н

а эл

ект

ро

эне

рги

ю

бе

з н

ало

гов

, Р/М

Вт∙

ч

Цена на электроэнергию на оптовом

рынке (2013 г.), Р/МВт∙ч

Другие компоненты цены на электроэнергию

(«мощность») без налогов (2013 г.), Р/МВт∙ч

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Це

на

на

эле

ктр

оэн

ер

гию

на

о

пто

вом

ры

нке

, Р/М

Вт∙

ч

Средняя цена электроэнергии по паритету покупательной

способности для промышленных потребителей в России, США и

странах Евросоюза в 2018 году (цент США/кВт·ч)

ПРИЧИНЫ И ОСНОВАНИЯ ПЕРЕХОДА К НОВОЙ АРХИТЕКТУРЕ

3

Sources : IBM

Рост доли распределенных источников энергии

повышает эффективность энергетики за счет

меньшей зависимости от централизованной

генерации, локализации энергетических балансов, а

также вовлечения ресурсов конечных потребителей

и энергоснабжающих компаний в управление

энергетикой и регулирование энергосистем.

Но при существующей архитектуре энергосистем

распределенная энергетика сталкивается в

новым вызовом – резким ростом издержек.

Рост трансакционных издержек с ростом числа трансакций и их участников

Высокая стоимость информационной интеграции оборудования в контуры управления

Высокая стоимость интеграции силового оборудования в сети с обеспечением стабильности

IC ENERGYNET

Высока потребность создания и реализации нового архитектурного подхода построения энергосистем и сетей,

особенно малого масштаба. Эти вызовы были учтены при создании архитектуры Интернета энергии (IDEA)

ЭФФЕКТЫ ПЕРЕХОДА К РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

4 IC ENERGYNET

$60,0

$51,1

$53,4

$51,2

$46

$48

$50

$52

$54

$56

$58

$60

$62

B A S I C S C E N A R I O

I D E A S C E N A R I O

№ 1 D R + E S S

I D E A S C E N A R I O

№ 2 D G E N + E S S

I D E A S C E N A R I O

№ 3 D R + D G E N + E S S

Кейс Титановой Долины (площадка Салда), Свердловская область

Титановая Долина – ОЭЗ с двумя площадками: Салда и Уктус.

Сегодня потребности в электроснабжении потребителей на площадке

Салда составляют 5 МВт и обеспечиваются ПС «Титан» 110/10 кВ с

трансформаторами 2 × 10 МВА. Прогнозируется рост потребления за счет

новых резидентов до 25 МВт в ближайшие 10 лет. Возможности

подстанции могут быть расширены не более, чем до 20 МВА.

Возможные сценарии:

Basic scenario. Строительство второй ПС 110/10 кВ (2 × 25 МВА).

IDEA scenario №1. Управление спросом до 13 МВт три раза в день и две

СНЭ 0,25 МВт и 0,5 МВт (1,7 МВт∙ч в сумме).

IDEA scenario №2. ГПУ 3,5 МВт и СНЭ 2 × 0,25 МВт (1,1 МВт∙ч в сумме).

IDEA scenario №3. Управление спросом на 1,5 МВт раз в день, ГПУ 3,5

МВт и СНЭ 0,25 МВт на 0,6 МВт∙ч.

Стоимость электроснабжения Титановой Долины

(CAPEX + OPEX за 10 лет), миллионы $

Io

T

Pla

tfo

rm

ON

DE

R

APPs APPs

TE

pla

tfo

rm

IoT

pla

tfo

rm

Источник: RTSoft

СНИЖЕНИЕ ПОТРЕБНОСТИ В МОЩНОСТИ ЗА СЧЕТ DER

5 IC ENERGYNET Источник: Фонд «Форсайт»

0

5

10

15

20

25

30

35

40

– 9 МВт

Генерация:

2 ТЭЦ – 18 МВт

ДЭС – 2 МВт

Загрузка – 17%

Сети:

ПС – 30 штук

ВЛ и КЛ – 150 км

Загрузка – 18%

Накопители:

Тяговые АКБ и

ИБП – 1 МВт∙ч

Потребители:

Нагрузка – 26 МВт

Неравномерный

профиль

Исходная

заявка на

мощность

Реальный

спрос на

мощность

36

МВт

8

МВт

– 12

МВт

Прогноз спроса на мощность на основе

единой аналитической модели и измерений

Интеллектуальная система управления

нагрузками

Эффективное использование собственной

генерации

1

2

3

1

Потребность в мощности при реконструкции

-7

МВт

-12

МВт

-9

МВт

2

3

АРХИТЕКТУРА ИНТЕРНЕТА ЭНЕРГИИ (IDEA)

6 IC ENERGYNET

Transactive energy (TE)

Система формирования, контроля исполнения и

оплаты смарт-контрактов

Internet of Things (IoT)

Система межмашинного взаимодействия и

обмена управляющими воздействиями между

энергетическими ячейками и энергетическим

оборудованием

Neural Grid (NG)

система режимного управления, поддержания

баланса мощности и обеспечения статической и

динамической устойчивости энергосистемы

Интернет энергии (Internet of Decentralized

Energy) –децентрализованная энергосистема,

в которой реализовано автоматическое

распределенное управление за счет

энергетических трансакций между ее

пользователями

Целевые свойства системы:

Трансакционность (Transactive)

Интеллектуальность (Intelligence)

Устойчивость (Reliable)

7

TRANSACTIVE ENERGY – ФИНАНСОВЫЙ ОБМЕН НА ОСНОВЕ ФИКСАЦИИ ОБЯЗАТЕЛЬСТВ

IC ENERGYNET

Transactive Energy

обеспечивает информационную

взаимосвязь между цифровыми

образами (аватарами)

пользователей, заключающими

peer-to-peer смарт-контракты,

пользовательскими

приложениями, которые

предоставляют различные

услуги, выражающиеся в

заключении смарт-контрактов,

средствами объективного

контроля исполнения смарт-

контрактов (средствами

измерения) и цифровыми

кошельками, между которыми

происходит обмен финансами

согласно смарт-контрактам, т.е.

оплата за исполнение этих

смарт-контрактов

8

INTERNET OF THINGS – МЕЖМАШИННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЦЕЛЬЮ РЕАЛИЗАЦИИ СОГЛАСОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

IC ENERGYNET

Internet of Things обеспечивает

возможность выстраивать

мультиагентное, основанное на

межмашинном взаимодействии

и согласованной работе,

управление энергосистемами,

которое нацелено на

формирование и регулирование

режима передачи

электроэнергии и его

параметров, а также на

экономическую оптимизацию

работы энергосистемы и

входящих в нее пулов

энергетического оборудования.

Internet of Things позволяет

выстроить экономическую

самоорганизацию, взаимную

подстройку и экономическую

оптимизацию работы таких

пулов

9

NEURAL GRID – ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК

IC ENERGYNET

Neural Grid

обеспечивает

статическую и

динамическую

устойчивость

энергосистемы за

счет автоматического

первичного

регулирования

баланса мощности

при помощи опорно-

балансирующих

элементов и

автономных систем

управления

специальными

силовыми

преобразователями,

посредством которых

оборудование

интегрируется в сеть

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ NEURAL GRID ДЛЯ REMOTE MICROGRID

10 IC ENERGYNET

РОУТЕР

ПОРТ ПОРТ

DSO 2

ХАБ ХАБ

DSO 1

TSO/ESO

1

2 3

MASTER SLAVE

СЕРВИС НАДЕЖНОСИ

MASTER MASTER

ПОСТАВЩИК

СТАНДАРТ

На сегодняшний день предложны три варианта реализации

функционала NG:

Создание специальной инфраструктуры системы Neural

Grid на основе энергетических хабов и роутеров. В этом

случае задачи Neural Grid решаются на уровне сети.

1

Создание приложений сервисов, которые обеспечат

быструю передачу функции источника напряжения

другому инвертору в случае аварии. Задачи Neural Grid

решаются на уровне платформы.

Создание стандарта для инверторов, работающих в

режиме multi-master. Задачи Neural Grid решаются на

уровне оборудования пользователей.

2

3

ОПЕРАТОР

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ТРАНСАКЦИЯ В ИНТЕРНЕТЕ ЭНЕРГИИ

11 IC ENERGYNET

Сервисы | APPs

Power-to-Grid (P2G)

Machine-to-machine (M2M)

Meter-to-cash (M2C)

Интеграция с сетью Релейная защита и

автоматика

Регулирование

частоты и мощности

5G-провайдер

Крипто-банк

DSO

Каенальный

Уровень “кВт”

Рыночный уровень

Уровень “кВт∙ч”

Физический уровень

Уровень “В и А”

Энергетическая трансакция – это

взаимодействие между двумя пользователями

Интернета энергии и их активами, при котором

происходит передача мощности через сеть как

результат контракта на платформе

трансакционной энергетики и межмашинного

взаимодействия оборудования пользователей.

Энергетическая трансакция состоит из трех

взаимодействий:

1. Экономическое взаимодействие

пользователей и их цифровых активов по

заключению смарт-контрактов, их

верификации и оплате. Этот уровень

meter-to-cash обеспечивается TE.

2. Machine-to-machine взаимодействие с

обменом управляющими сигналами и

командами для реализации трансакции.

Обеспечивается IoT.

3. Физические взаимодействие посредством

электрических сетей, при котором

происходит фактическая реализация

трансакции с передачей электроэнергии и

мощности при обеспечении стабильности

режима. Обеспечивается NG.

ПЕРВАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕРНЕТА ЭНЕРГИИ

12 IC ENERGYNET

14 – 16 мая 2019 года состоялся визит представителей проекта IDEA, Института арктических технологий МФТИ,

команды Ønder и АО «РТСофт» в Сингапур, в ходе которого:

1. Было подписано Соглашение о сотрудничестве в области исследований (RCA) c Наньянским

технологическим университетом, предполагающее реализацию первой стадии пилотного проекта IDEA на

полигоне REIDS.

2. Был проведен семинар «Архитектура Интернета энергии» с участием представителей Наньянского

технологического университета, EDF, Engie, Rolls Royse.

3. Состоялось посещение полигона REIDS (о. Семакау) и совещание с командой проекта REIDS по техническим

аспектам пилотного проекта.

ИНТЕРНЕТ ЭНЕРГИИ НА ПОЛИГОНЕ REIDS В СИНГАПУРЕ

13 IC ENERGYNET

MG

3

MG

1

MG

2

MG

0

Loads

6.6 kV

Central

Link

Bus

MG

6

MG

7

MG

5

MG

4

50 kVA

Diesel

Genset

200 kW

PV

10 kW

Wind

Turbine

500

kWh

ESS

350

kVA

Load

SAS-1

50 kVA

Diesel

Genset

200 kW

PV

10 kW

Wind

Turbine

500

kWh

ESS

350

kVA

Load

SAS-2

400 V

Central

Link Bus

400 V

Central

Link Bus

REIDS

Hub

ØNDER

Legend:

– Transactive platform

– IoT platform

– IDEA-bot

Для обеспечения возможности полностью децентрализованного управления и контроля устанавливается система NG. NG состоит из

энергетических хабов (опорно-балансирующих устройств) и энергетического роутера (устройства управления потоком мощности) и обеспечивает

автоматическое распределенное первичное регулирование частоты и мощности. Автономный микрогрид получает возможность поддерживать

стабильными частоту и напряжения без централизованного управления.

I

oT

Pla

tfo

rm

ON

DE

R

P2P

ØN

DE

R

IoT

AMIGO

IoT

– Cell agent

– Applications

– Energy Hub

– Energy Router

ПЕРВЫЙ ШАГ: TRANSACTIVE ENERGY НА ПОЛИГОНЕ REIDS

14 IC ENERGYNET

MG

3

MG

1

MG

2

MG

0

Loads

6.6 kV

Central

Link

Bus

MG

6

MG

7

MG

5

MG

4

50 kVA

Diesel

Genset

200 kW

PV

10 kW

Wind

Turbine

500

kWh

ESS

350

kVA

Load

SAS-1

50 kVA

Diesel

Genset

200 kW

PV

10 kW

Wind

Turbine

500

kWh

ESS

350

kVA

Load

SAS-2

400 V

Central

Link Bus

400 V

Central

Link Bus

REIDS

Hub

Платформа TE от ØNDER устанавливается на имеющиеся активы общего доступа (SAS-1 и SAS-2) и Microgrid 0 для обеспечения трансакций

между ними на базе блокчейн-технологии. Приложение P2P-рынка симулирует ценовые сигналы для трансакций и AMIGO EMS от RTSOFT.

AMIGO EMS обеспечивает оптимальное управление активами SAS, работая с данными REIDS Hub и обменивается данными и сигналами с

имеющимися SCADA и PMS.

ONDER

Legend:

– Transactive platform

– Digital wallet

– Applications

ONDER

P2

P M

ark

et

AMIGO

EMS

SCADA & PMS

ОЖИДАЕМЫЕ ЭФФЕКТЫ ОТ РЕАЛИЗАЦИИ ИНТЕРНЕТА ЭНЕРГИИ

15 IC ENERGYNET

$0,11

$0,23

$0,05

$-

$0,05

$0,10

$0,15

$0,20

$0,25

СЕТЬ ДГ АГЭС

Стоимость электроэнергии на островах в Сингапуре, $/кВт∙ч

$2,18

$1,76

$-

$0,50

$1,00

$1,50

$2,00

$2,50

MSS TE ØNDER

Плата за учетно-расчетную инфраструктуру в месяц, $/счетчик

800 921

683

0

200

400

600

800

1000

Единовременно Постепенно Постепенно (дисконт)

CAPEX ввода генерирующих мощностей АГЭС, у.е..

Составляющие эффекта:

1. Переход к гибридному, более оптимальному и

разнообразному составу мощностей и источников

энергии

2. Снижение трансакционных издержек на учетно-

расчетную деятельность за счет перехода на

платформенное блокчейн-решение

3. Инкрементальный ввод мощностей по мере роста

потребления за счет возможности plug & play

присоединения новых мощностей

СЛЕДУЮЩИЙ ШАГ: ИНТЕРНЕТ ЭНЕРГИИ В ТЕРМИНАЛЕ PASIR PANJANG СИНГАПУРСКОГО ПОРТА

16

Smart Grid Management System

должна работать на основе

архитектуры Интернета энергии (IDEA)

как мульти-агентная система с

заключением смарт-контрактов между

агентами на блокчейн-платформе. В

этой системе активы порта и его сетей

будут работать на базе квази-рыночной

логики в целях обеспечения

надежности, сглаживания нагрузки,

оптимизации спроса на электроэнергию

и мощность и участия на внешних

рынках.

1. Каждый актив получает аватар и

кошелек на TE для учета данных и

заключения смарт-контрактов.

2. Каждый актив получает

интеллектуального агента для

кооперации в сглаживании пика и

оптимизации потребления.

3. «Агент сети», управляющий

сетевым оборудованием, покупает

«гибкость» и другие услуги у других

агентов.

4. Приложения с элементами AI

помогают агентам выстраивать

верные стратегии.

IC ENERGYNET

DEMAND RESPONSE В ПОДХОДЕ IDEA: РЫНОК ОТКРЫВАЕТСЯ

17 IC ENERGYNET

Алгоритм работы:

1. СО через приложение формирует

команду агрегатору DR на разгрузку

2. Агрегатор DR посредством

встроенных алгоритмов (приложения)

формирует уставки для потребителей

(продавцов услуги гибкости) и

отправляет их

3. При получении уставки, агент

снижает потребление (посредством IoT)

4. ТЕ производит взаиморасчеты между

участниками системы

- Измерительное устройство

- Накопитель электроэнергии

- Преобразователь

- Система управления (СУ)

- Выключатель

- Электрическая связь (AC)

- Электрическая связь (DC)

Н

НЭ

- Выпрямитель

S

Легенда:

- Информационная связь (IoT)

- ПАК-IoEN - Автономная (встроенная) СУ

- Нагрузка

ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС IDEA В МФТИ

18 IC ENERGYNET

Демонстрационный комплекс

Интернета энергии –

развернутая энергосистема на

базе кампуса МФТИ, состоящая

из четырех просьюмеров и

управляется согласно принципам

архитектуры Интернета энергии

(IDEA).

Демонстрационные сценарии:

1. Подключение нового

просьюмера к

энергосистеме

2. Peer-to-peer энергорынок

между энергетическими

ячейками

3. Работа в режиме

ограниченного

электроснабжения

Спасибо за внимание!

Официальный сайт:

https://energynet.ru

Информационно-аналитический канал

«Internet of Energy»:

https://t.me/internetofenergy

https://medium.com/internet-of-energy