Рассмотрены вопросы применения и проникновения технологии интернет вещей (Internet of Things, IoT) в энергосистемах, достоинства и сложности применения IoT, эффективность использования
технологии интернет вещей, цифровизация, беспроводная сеть, smart grid, энергосистема, интеллектуальные устройства, облачные технологии, онлайн-сервис
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. Муромцев Д. Интеллектуальные энергосети - URL: https:// postnauka.ru/faq/80119 (дата обращения: 15.05.2023).
2. Решения Интернета вещей для энергетики - URL: https:// aggregate.digital/ru/industries/power-ngineering.html?ysclid=lhoa2om4zd872540398 (дата об-ращения: 15.05.2023).
3. Повный А. Перспективы интеграции Интернета вещей (IoT) и умных электрических сетей (Smart Grid) - URL: https://electricalschool.info/guides/ 2692-integraciya-iot-i-smart-grid.html (дата обращения: 15.05.2023).
4. Евланов А. «Интернет вещей» в электроэнергетике. Применение и перспективы - URL: https://www.elec.ru/publications/tsifrovye-tekhnologii-svjaz-izmerenija/6157/?ysclid=lho9wooce966667851 (дата обращения: 15.05.2023).
