Технологии Четвертой промышленной революции - Николас Дэвис

Перед нами по-прежнему стоят задачи перехода к технологиям возобновляемых источников энергии, снижения объемов вредных выбросов и повышения доступности энергии в развивающихся странах. Экологически чистое производство и распределение электроэнергии станут жизненно важной задачей для столетия, в котором общая численность населения достигнет ошеломляющей численности в 11 млрд человек{196}.

Энергосистема будущего

Дэвид Виктор (DavidVictor), профессор Калифорнийского университета, Сан-Диего (UCSD), США

При модернизации любой экономики уровень ее электрификации возрастает. Как правило, в наиболее развитых экономиках почти половина получаемой первичной энергии преобразуется в электрический ток, после чего электроэнергия поступает конечным потребителям по линиям электропередачи. Поскольку потребность в повышении экологичности энергосистем возрастает, ожидается еще более значительный сдвиг в сторону электрической энергии.

По мере того как зависимость общества от электричества растет, возникает вопрос: будет ли энергосистема будущего по-прежнему оставаться такой, какой она была на протяжении прежних 100 лет? В современной энергосистеме крупные центральные электростанции и масса электрогенерирующих установок, использующих возобновляемые источники энергии, такие как парки ветряных электростанций, связаны с потребителями при помощи протяженных линий электропередачи и сложных распределительных сетей, которыми централизованно управляют энергетические компании и другие операторы. В таких энергосистемах задействованы самые крупные на планете машины. Станет ли энергосистема будущего децентрализованной системой, в которой частные потребители энергии будут одновременно и производителями?

Быстрые технологические изменения, характерные для Четвертой промышленной революции, в самом скором времени потребуют от нас выбора одной из этих конкурирующих концепций энергосистемы будущего. С одной стороны, значительное повышение эффективности центральных электростанций и протяженных линий электропередачи (к примеру, в Китае функционирует самая крупная в мире сеть линий электропередачи напряжением 1 млн В) делает централизованные энергосистемы более надежными и экономически эффективными. Еще более сильный интерес вызывает ряд технологий децентрализованного электроснабжения, которые идеально подходят для категории производителей-потребителей. Это, в частности, небольшие турбины и микроэнергетические установки, которые могут использоваться для энергоснабжения промышленных зданий и кампусов, а также еще более компактные тепловые насосы, способные с чрезвычайно высокой эффективностью обеспечивать тепло- и холодоснабжение.

Благодаря появлению недорогих датчиков, высокопроизводительных компьютеров и инструментов для анализа «больших данных», эти многочисленные децентрализованные системы получили возможность функционировать автономно, а потребители обрели больше свободы в отношении выбора нужных им услуг. Стоимость аккумуляторных систем, необходимых для локального накопления энергии и сглаживания пиков потребления, стремительно падает.

Хотя победители этого масштабного соперничества пока еще неизвестны, можно предположить, что технологии децентрализации имеют преимущество и что энергосистема будущего станет гораздо более децентрализованной, чем нынешняя. Хотя центральные электростанции по-прежнему будут играть определенную роль, энергокомпании сейчас внедряют технологии, которые позволят повысить уровень автоматизации и оперативности управления на местном уровне. Это даст возможность увеличить надежность, так что в случае отказа некоторых компонентов энергосистемы (что периодически случается после снежных бурь и других явлений) система местного управления сможет автоматически перестроить свою структуру и сохранить бесперебойное энергоснабжение. Инвестиции в микроэнергосистемы, как и во многие другие составляющие революции в структуре производителей-потребителей, стремительно растут. Некоторые регулирующие органы также принимают новые нормы, специально разработанные для того, чтобы уменьшать финансирование централизованных поставщиков в пользу местных поставщиков и систем управления. Одним из примеров такого подхода является концепция по реформированию энергетического сектора в штате Нью-Йорк («New York’s Reforming the Energy Vision»).

На вопрос, хороша ли такая децентрализация для энергосистемы, довольно трудно ответить. Теоретически децентрализация и более совершенное управление на местном уровне дадут возможность потребителям воспользоваться всеми преимуществами повышения надежности сетей. Расширение возможностей управления со стороны потребителей позволит высвободить рыночные силы, которые слабы или отсутствуют в сегодняшних электроэнергетических системах. Это связано с монополизмом во многих сферах и с тем, что энергосистемы зачастую управляются государственными предприятиями или коммунальными предприятиями, деятельность которых регулируется государством. Возможность микроэкономического регулирования применительно к энергетическим компаниям также может стать благом для директивных органов, которые стремятся направлять субсидии и другие пособия наиболее сильно нуждающимся потребителям. Это важный момент в свете решения задачи предоставления услуг по энергоснабжению всему населению Земли по доступной цене.

И все же, если говорить о мировых энергосистемах в целом, данная концепция остается в значительной мере лишь рабочей гипотезой. Многое может пойти не так. Плохо организованное децентрализованное управление может ухудшить стабильность энергосистем. До настоящего времени централизованные энергосистемы показали достаточную устойчивость к несанкционированным внешним вмешательствам (хакерским атакам), несмотря на ряд инцидентов, таких как взлом элементов энергосистемы Украины в конце 2015 года. Но более децентрализованная система управления может стать уязвимее для злоумышленников. Кроме того, для создания по-настоящему децентрализованной энергосистемы потребуются масштабные инвестиции, возможно еще более значительные, чем для централизованных систем. Чтобы эти инвестиции окупились, потребуются проверенные бизнес-модели и хорошее управление. Хотя децентрализация благоприятствует появлению более экологически чистых технологий, ряд экономически эффективных подходов к децентрализации не предполагает полного отказа от вредных выбросов.

В большинстве микроэнергосистем, к примеру, используются высокоэффективные энергоустановки, работающие на природном газе. Это экологически чистый вид топлива, но, принимая во внимание общемировую задачу свести к нулю выбросы парниковых газов, применение данного вида топлива должно быть резко сокращено (или оно должно быть заменено на безуглеродное).

Важно, чтобы потребители, энергетические компании и директивные органы ответственно отдали себе отчет в том, реальны ли преимущества децентрализации. Поскольку технологии меняются быстро, необходимо иметь возможность корректировать нормативно-правовые положения и соблюдать надлежащий баланс между централизованной и децентрализованной энергетическими системами.

Эта проблема особенно актуальна в ситуации, когда на регионы с высокими темпами роста приходится наивысшая доля общемировых потребностей в энергии (рис. 24). Для того чтобы принимать обоснованные решения в области построения физической инфраструктуры с такими сложными составляющими, как связь, системы управления, средства измерения и технического обслуживания, а также создавать интегрированные международные энергетические рынки, требуется долгосрочный подход, ориентированный на множество заинтересованных сторон. Чтобы ориентироваться на перспективу, нужно сосредоточиться на инвестициях в разработку технологии, полностью свободной от углеродистых соединений, а не поощрять формирование инфраструктуры с низким уровнем выбросов СО2, рассчитанной на ближайшие 20–30 лет.