The issues of application and penetration of Internet of Things (IoT) technology in power systems, advantages and difficulties of IoT application, efficiency of use are considered
Internet of Things technologies, digitalization, wireless network, smart grid, power system, smart devices, cloud technologies, online service
Применение технологий Интернет вещей (Internet of Things, IoT) в технологически изолированных энергосистемах может значительно улучшить их эффективность и надежность. Устройства IoT, такие как смарт-счетчики, датчики и управляемые нагрузки, могут собирать и передавать данные о потреблении энергии, статусе оборудования и условиях окружающей среды. Это позволяет операторам системы более точно мониторить и управлять энергосетями, оптимизировать распределение энергии и принимать быстрые решения для предотвращения отказов и сбоев.
Интернет вещей (IoT) — это сеть, которая может соединить любой объект с Интернетом на основе протокола для обмена информацией и связи между различными интеллектуальными устройствами для достижения целей мониторинга, отслеживания, управления и определения местоположения.
Интернет вещей фокусируется на реализации трех основных концепций, а именно ориентированных на вещи, ориентированных на Интернет и ориентированных на семантику:
- Концепция, ориентированная на вещи, включает интеллектуальные устройства, такие как RFID-метки, датчики, приводы, камеры, лазерные сканеры, глобальную систему позиционирования (GPS) и NFC.
- Концепция, ориентированная на Интернет, обеспечивает связь между интеллектуальными устройствами с помощью различных технологий связи, таких как ZigBee, WiFi, Bluetooth, сотовая связь и подключает их к Интернету.
- Семантически ориентированная концепция реализует множество приложений с помощью интеллектуальных устройств.
В области распределения электроэнергии IoT можно использовать для распределенной автоматизации, а также для управления операциями и оборудованием.
В области использования энергии IoT можно использовать для умных домов, автоматического считывания показаний счетчиков, зарядки и разрядки электромобилей, для сбора информации о потреблении энергии бытовыми приборами, контроля нагрузки, мониторинга и управления энергоэффективностью и управления потреблением энергии.
Применительно к электроэнергетике, речь идет о способности сетей автоматически информировать о своем состоянии, то есть о количестве потребляемой энергии, ее распределении, об аварийных или внештатных ситуациях и так далее. Сеть выполняет часть работы, которую раньше делал обслуживающий персонал. В основном это касается сбора данных.
У подобной системы есть несколько уровней. На уровне генераторов «оцифрованы» могут быть все параметры работы генерирующих мощностей, включая запасы топлива, необходимость планового ремонта и технического обслуживания, нагрузку и так далее. Это позволяет вовремя переключать мощности, более качественно планировать обслуживание и ремонты, что, несомненно, снижает затраты, а также облегчает контроль за несанкционированным подключением и воровством.
Второй уровень — архитектура самой сети, которая становится более децентрализованной. Такая беспроводная сеть работает так же, как в сеть объединяются, скажем, обычные компьютеры или мобильные устройства.
На уровне возможностей для потребителей энергии появляются новые сервисы. Большая часть из них связана с тем, что у потребителей появляется возможность следить за потреблением электроэнергии в реальном времени и с максимальной детализацией, вплоть до конкретного устройства. Если говорить о крупных потребителях, таких как предприятия или бизнес-центры, то они могут отслеживать недобросовестных арендаторов. Например, можно выявить тех, кто перебирает с электроэнергией, подключает более мощные устройства, чем это разрешено. Также становится возможным точнее определять пиковые нагрузки. А конечные пользователи смогут планировать более равномерное использование энергии, избегая одновременного включения нескольких мощных устройств, а также автоматически переключать оборудование на работу по более дешевым тарифам в ночное время.
Ключевое отличие подобных сервисов в том, что они собирают информацию не за какой-то период, а затем анализируют «исторически», а теперь имеют статистику в реальном времени. Скажем, раньше вы переписывали показатели счетчика раз в месяц, а теперь в приложении всю информацию можно увидеть в каждый конкретный момент. За счет этого и становится возможным более интенсивное использование дешевой энергии и более экономное — дорогой, а также минимизация пиковых нагрузок, более точное планирование использования мощностей. Другими словами, устройства ничего не «знали» о сетях, к которым подключены, а теперь смогут «знать». Представьте, что вы едете на машине и у вас нет информации о дорожной ситуации. И вот появились системы, отображающие трафик. Теперь можно выбирать дорогу, по которой можно доехать быстрее или дешевле.
Гибкость энергосистем и учет потребления, который позволяет прийти к аналитике больших данных, позволяют включить в сеть большое число распределенных источников генерации энергии. Поэтому проникновение IoT в энергетическую отрасль также подстегнет развитие малой энергетики (Smart Grids) и подключение альтернативных источников энергии. Например, несколько небольших производителей энергии (скажем, подстанций, собирающих энергию с ветряков) смогут объединиться в виртуальную станцию и предлагать энергию домохозяйствам.
Тем не менее остается вопрос безопасности подобных сетей в энергетике. Нужно понимать, что чем проще система, тем она надежнее. Поэтому добавление новых элементов — все новых датчиков, все новых устройств для мониторинга — не делает ее надежнее. Тем не менее в целом энергетическая система с приходом технологий IoT становится надежнее именно потому, что эффект достигается за счет большего контроля, использования дополнительных элементов управления и другими способами. Но стоит отметить, что безопасность интернета вещей — серьезный и актуальный вопрос.
Основная сложность для всех IoT-систем, в частности, в энергетике — это «зоопарк» стандартов, протоколов, форматов и прочего. Все устройства должны быть совместимы, тогда их будет легко объединять в сеть.
Передаваемые данные достаточно небольшие по объему, поэтому энергоэффективные и низкочастотные каналы связи имеют большую перспективу для IoT. Мобильная и спутниковая связь избыточна для таких устройств.
Большую сложность представляют агрегация и хранение данных. Необходимо появление так называемого среднего уровня middleware, который будет заниматься агрегацией, нормализацией и аннотированием разрозненных данных. Это полноценные семантические системы, которые как раз и придают сетям «интеллектуальность». Обработка данных на устройствах имеет ограниченный потенциал: в них достаточно простая логика, а многие задачи обработки данных требуют логики более высокого уровня.
Сегодня элементы IoT-систем уже пришли в энергетическую отрасль. На самом деле почти каждый производитель оборудования сейчас предлагает что-то подобное. Все зависит от комплексности внедрения, насколько сильно решил сэкономить заказчик. В российских энергосетях современное оборудование уже цифровое, так что на генерирующих предприятиях, на электростан-циях, где уже была проведена модернизация или где только что построили сеть, как правило, степень проникновения IoT-систем достаточно высокая. Чтобы технологии приходили в энергетику быстрее, нужны законодательные изменения (например, стандартизация протоколов, введение обязательств по системам телеметрии и автоматики). Сейчас создан Технический комитет при Росстандарте, который занимается в том числе и этими вопросами.
На сегодняшний день в российской энергетике IoT-технологии (Internet of Things) применяются в двух основных направлениях: снижение энергопотребления и контроль технической исправности оборудования для предотвращения аварийных ситуаций. Технологии интернета вещей основаны на телеметрии и телеуправлении, поэтому используются в отрасли для построения «умных» сетей и инфраструктуры Smart Grids при помощи датчиков и сенсоров, подключенных к общему облачному или онлайн-сервису.
Система телеуправления в электроэнергетике позволяет мониторить состояние сетей в режиме онлайн, сохранять данные на облачных сервисах, определять степень риска дальнейшей эксплуатации объекта и необходимость экстренного вмешательства ремонтно-сервисных служб.
Экономический эффект от внедрения IoT в электроэнергетике до 2025 года в России может составить около 532 млрд рублей. Постепенно, когда представители сетевых компаний увидят выгоду от вложений в IoT-инфраструктуру, количество таких устройств будет увеличиваться. То же самое мы видели, например, со светодиодным освещением. Еще несколько лет назад это была экзотика, а сейчас, так как бизнес осознал и на своем опыте проверил снижение издержек, светодиоды на каждом шагу.
Российские производители оборудования и программного обеспечения для предприятий топливно-энергетического комплекса активно разрабатывают инновационные продукты для применения во всех сегментах энергетики:
- генерация,
- передача и распределение,
- сбыт,
- потребление.
Согласно распоряжению президента РФ, энергокомпании обязаны приобретать российское программное обеспечение и электронные компоненты для внедрения интеллектуальных систем управления электрическими сетями. Это стимулировало увеличение спроса на такие отечественные разработки, как LPWAN-технологии, системы прогнозного мониторинга энергетического оборудования и другие инновационные продукты.
Внедрение IoT-технологий в российскую энергетику позволит повысить эффективность работы отрасли на всех этапах, оптимизировать расходы и простимулировать развитие новых источников энергии:
- возобновляемых источников энергии,
- комбинированная генерация электроэнергии и тепла (когенерация),
- микрогенерация.
Например, использование телеметрии и телеуправления на объектах энергетики в 15 раз ускорит передачу информации о возможном возникновении аварийной ситуации, и соответственно, уменьшить время на устранение угрозы.
Сейчас примерно 60 % промышленных предприятий в России используют или тестируют IoT-технологии. Ожидается, что в ближайшие 2-3 года оборот рынка интернета вещей в России увеличится в три раза. Основным драйвером развития станет масштабный запуск сетей пятого поколения мобильной связи (5G), которые наиболее подходят для передачи больших данных в облачных системах.
1. Muromcev D. Intellektual'nye energoseti - URL: https:// postnauka.ru/faq/80119 (data obrascheniya: 15.05.2023).
2. Resheniya Interneta veschey dlya energetiki - URL: https:// aggregate.digital/ru/industries/power-ngineering.html?ysclid=lhoa2om4zd872540398 (data ob-rascheniya: 15.05.2023).
3. Povnyy A. Perspektivy integracii Interneta veschey (IoT) i umnyh elektricheskih setey (Smart Grid) - URL: https://electricalschool.info/guides/ 2692-integraciya-iot-i-smart-grid.html (data obrascheniya: 15.05.2023).
4. Evlanov A. «Internet veschey» v elektroenergetike. Primenenie i perspektivy - URL: https://www.elec.ru/publications/tsifrovye-tekhnologii-svjaz-izmerenija/6157/?ysclid=lho9wooce966667851 (data obrascheniya: 15.05.2023).
