Электроэнергетика будущего: Энергетика будущего: чем заменят нефть и уголь: Статьи экономики ➕1, 29.03.2022

Энергетика будущего

Тренд на возобновляемую энергетику становится всё более очевидным в масштабах планеты. Он необходим, чтобы уменьшить негативное влияние продуктов переработки углеводородов на окружающую среду. На долю солнечной и ветровой энергетики уже приходится около 8 процентов мирового потребления электроэнергии.

В России с 2014 года работает государственная программа «Развитие энергетики», в рамках которой предусмотрены долгосрочные стратегии развития отрасли на основе возобновляемых источников (ВИЭ). Это ветроэнергетика, солнечная энергетика, геотермальная энергетика. Также предполагается строительство объектов генерации на основе ВИЭ и производство оборудования для альтернативной энергетики.

Научные центры вносят существенный вклад в развитие прорывных экологичных разработок согласно Стратегии научно-технологического развития РФ.

Представляем дайджест достижений вузов, входящих в Проект 5-100, которые еще на шаг приближают нас к эре альтернативной энергетики.

В Дальневосточном федеральном университете установили закономерности влияния формы тепловых аккумуляторов на их эффективность.

Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) провели серию экспериментов, в ходе которых удалось установить корреляцию между формой теплового аккумулятора и его эффективностью. Благодаря новым сведениям удастся модифицировать устройства накопления энергии и сделать их более производительными и экономически выгодными.

В исследовании рассматривались тепловые накопители, которые применяются в прогрессивных энергетических системах. При нагревании гранулы активного вещества плавятся, тепловая энергия (газ) накапливается. Но при остывании снова происходит переход в твердое состояние, и газ высвобождается.

Фото: zimaletostroy.ru

«Исследуя процессы зарядки и разрядки тепловых аккумуляторов разных форм, мы применили шесть различных критериев эффективности, – объясняет профессор Инженерного департамента Политехнического института ДВФУ, заведующий лабораторией ИАПУ ДВО РАН Николай Луценко, – иногда наиболее предпочтительным может быть такой аккумулятор, в котором сохранится как можно больше проходящей через него энергии. В другом случае может понадобиться аккумулятор с наименьшим временем зарядки. Также в случае разрядки кому-то требуется аккумулятор, который отдает наибольший процент запасенной энергии, а для других может оказаться более полезным аккумулятор, поддерживающий максимально долго температуру газа на выходе не ниже требуемой».

С помощью специальной компьютерной программы ученые просчитали, что из-за постоянных смен нагрева и охлаждения, а как следствие расширения и сужения аккумуляторов, бóльшим преимуществом обладают цилиндрические накопители с прямыми стенками. Но для отдельных случаев и специальных условий может быть предпочтительной и другая форма аккумулятора.

Накопители тепловой энергии входят в состав аккумуляторов разных типов. Они необходимы, чтобы запасать энергию от традиционных электростанций ночью или же солнечных батарей и ветрогенераторов днем, которая будет отдаваться в моменты самого высокого потребления по более низкой цене.

Над проблемой «Как получить более дешевую энергию максимально эффективно?» также борются ученые из ИТМО. Они совместно с НПЦ «Прецизионная электромеханика» и Лабораторией гибридной нанофотоники и оптоэлектроники (Perolab) реализуют междисциплинарный проект по развертыванию «умной» микроэнергетической системы.

Фото: Модуль умного окна / Николай Поляков (ИТМО)

Процессы урбанизации и диджитализации значительно увеличивают нагрузку на городские электросети. Что закономерно ведет к сбоям в системе. Даже выход из строя одного элемента может повлечь за собой масштабные негативные последствия.

Чтобы предвосхитить нежелательные события и разгрузить городские системы, специалистами было предложено новое направление – «умное» управление энергообеспечением.

«У каждой системы есть циклограмма потребления энергии, – объясняет доцент факультета систем управления и робототехники Университета ИТМО Николай Поляков. – Возьмем, к примеру, офисное здание. Туда все приходят более или менее одновременно, включают компьютеры, ставят чайники – в этот момент в здании резко возрастает потребление энергии. Вскоре этот пик может сгладиться, ведь кто-то начнет активно работать, а кто-то уедет по делам, кто-то выскочит за кофе, кто-то пойдет на совещание. Тем не менее при проектировании традиционной системы всегда приходится делать расчет системы из условия работы на уровне пиковой нагрузки сети».

Логично, что это в итоге ведет к удорожанию всей энергетической инфраструктуры. К сожалению, нельзя просто из соображений экономии снижать выработку энергии к обеду.

Ученые ИТМО предлагают переход на микроэнергетические системы для отдельных зданий, которые могут в течение дня уменьшить нагрузку на инфраструктуру, адаптируясь под скачки энергопотребления. В данный момент специалисты собирают экспериментальные образцы «умных» силовых преобразователей для микроэнергетической системы общей мощностью 15 кВт – столько потребляет среднестатистический частный дом.

Предполагается, что комплекс интеллектуальных силовых преобразователей с накопителями энергии, датчиками и «умными» контроллерами будет анализировать выработку энергии в течение дня, чтобы в момент пиковой нагрузки в здании выйти на свою максимальную производительность, таким образом разгружая городскую сеть. Идеально с точки зрения экологии и эффективности система будет работать в комплекте с солнечной батареей или ветрогенератором, которые могут аккумулировать энергию в своих накопителях, отдавая ее в нужный момент.

Еще одна уникальная разработка Лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники ИТМО – модули умного окна. Как объяснил Николай Поляков: «Такое устройство должно выполнять три функции: пропускать солнечный свет как обычное окно, преобразовывать солнечный свет в электричество в дневное время суток и работать как светоизлучающий прибор с мягким диффузионным светом вечером и ночью, по желанию пользователя».

Главное в гибридных системах нового поколения – возможность контролировать и оптимизировать потоки энергии на принципиально ином уровне – в сочетании с альтернативными источниками и собственными накопителями. Если в будущем такими системами будут снабжены отдельные дома, скажем, одного поселка, то они смогут сохранить такой резерв мощности, что снизят энергопотребление всей инфраструктуры. Например, ветрогенераторы могут накопить энергию ночью, по дешевому тарифу, а расходовать ее днем. Или же электричество от умного окна сможет поступить в общую сеть через солнечный инвертор (еще одна разработка ученых ИТМО). В дополнение к вышесказанному «умные» системы в целом увеличат надежность системы электроснабжения.

Фото: altenergiya.ru

В «ЛЭТИ» тоже давно ведутся разработки с использованием солнечной энергетики: это и солнечные панели, и системы питания дронов и роботов, и «умные» системы освещения. На кафедре фотоники СПбГЭТУ регулярно проводят исследования по увеличению эффективности и снижению себестоимости различных солнечных элементов. Так, ученые «ЛЭТИ» предлагают внедрять солнечные электростанции на основе гибридных и мультикаскадных сложных систем на удаленные объекты и дома, не подключенные к центральной электросети.

На прошедшем 5 сентября в Гатчине Всероссийском фестивале энергосбережения и экологии «Вместе Ярче» были представлены лучшие изобретения и опытные образцы из Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета.

«Мы представили одни из самых современных солнечных панелей мирового уровня, выполненные по технологии HJT производства компании „Хэвел“, сотрудниками которой являются многие выпускники СПбГЭТУ „ЛЭТИ“. Такие панели позволяют вырабатывать солнечную энергию даже в пасмурную погоду. Мы показали наши самые важные с практической точки зрения разработки: энергетическую мини-электростанцию на основе солнечных элементов, воздушные и наземные дроны, питаемые от солнечных панелей, „солнечные“ фонари и другие разработки», – поделился ассистент кафедры фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Иван Игоревич Михайлов.

Важно отметить, что, кроме разработки передовых технологий в солнечной энергетике, университеты Проекта 5-100 занимаются обучением и повышением квалификации кадров для этой области. На базе ДВФУ давно существует Центр энергоэффективности, а также есть магистерские программы «Энергоэффективность и энергосбережение в электроэнергетических системах» и «Оптимизация развивающихся систем электроснабжения», в ИТМО есть курсы «Промышленная экология и чистое производство», а также «Биоэкономика и управление ресурсами», а в «ЛЭТИ» с 2011 года на кафедре фотоники при поддержке ГК «Роснанотех» функционирует магистерская программа «Солнечная гетероструктурная фотоэнергетика».

Эти университетские программы позволят достигнуть отличных результатов в рамках федерального проекта «Молодые профессионалы (Повышение конкурентоспособности профессионального образования)» национального проекта «Образование», а также обеспечат экономику России высококвалифицированными кадрами, активно развивающими альтернативную энергетику с заботой об экологии.

Энергетика будущего:

Человечество получает больше всего энергии, сжигая ископаемое топливо: нефть, газ и уголь. Это влияет на климат, он меняется, а вслед за ним и привычные для человека условия обитания. Тысячи специалистов по всему миру работают над решением этой проблемы. РБК в месяц энергетики будущего, каким объявлен октябрь в рамках Года науки и технологий, поговорил с Эмином Аскеровым, генеральным директором компании «РЭНЕРА» (отраслевой интегратор «Росатома» по системам накопления энергии, входит в состав Топливной компании ТВЭЛ). Аскеров рассказал, зачем атомной промышленности искусственный интеллект, и почему нужно отменить плату за электричество.

Какой будет энергетика будущего

Климат меняется — и это факт. Хотя это происходило на протяжении всей истории существования человека, в последние 100 лет изменения стали слишком стремительными. Уже сейчас осадки довольно непредсказуемы, что вызывает серьезные опасения у работников агросектора. В каких-то местах годовое количество осадков может значительно уменьшится, в других — остаться прежним, но выпадать они могут с большими интервалами, в виде гораздо более сильных и кратковременных ливней, вызывающих усиление засух и наводнений. Помимо этого возрастает опасность интенсивных штормов и ураганов. Поэтому очевидно, что это один из первоочередных вопросов в глобальной повестке.

К изменениям климата приводит парниковый эффект. Аэрозоли и вещества, выделяющиеся при горении топлива, не исчезают бесследно: они остаются в атмосфере. Когда свет солнца отражается от земной поверхности, он тут же отражается от бесконечного множества аэрозольных частиц. Еще планета отдает тепловую радиацию— длинноволновое инфракрасное излучение. Его не пропускают в космос парниковые газы, задерживая в атмосфере и таким образом повышая температуру на планете.

Проблему выбросов парниковых газов решить возможно — в этом направлении ведутся разработки уже не одно десятилетие. Известно, что большую часть парниковых газов выбрасывает энергетический сектор — около 80 процентов. Нужно учесть, что сюда входят выбросы от получения энергии автомобилем (то есть сжигания бензина), отопление домов и освещение городов. Поэтому если человечество найдет способ сделать энергетику «зеленой», то есть безуглеродной или низкоуглеродной, то это будет значимым шагом на пути к остановке изменения климата.

В перестройке энергетики в этом направлении приходится решать множество задач, одна из которых довольно парадоксальна: как снизить экологический урон от самих «зеленых» источников энергии? Солнечные батареи и турбины, получающие энергию с помощью ветра, человечество умеет перерабатывать почти на 100 процентов. К работе гидростанций же есть вопросы: например, из-за них может изменится экосистема рек. Атомная энергетика похожа на солнечную и ветряную: весь вопрос в том, как вы утилизируете отходы. Сейчас Госкорпорация Росатом как раз работает над тем, чтобы сделать производство практически безотходным, используя ядерные отходы повторно.

Это часть последовательной деятельности «Росатома» по созданию энергетики будущего, в основании которой лежит «зеленый квадрат». Он предполагает развитие технологий, при которых тепловые выбросы и образование углекислого газа близки к нулю: солнечные, ветровые, атомные и гидроэлектростанции не используют химическую реакцию горения.

Кроме минимизации экологического вреда, для энергетики будущего характерно использование передовых компьютерных технологий. Уже сейчас компания Атомэнергопромсбыт создала искусственный интеллект, который управляет накопителями энергии в автономном режиме, и сам решает, когда его заряжать, а когда разряжать. Эмин Аскеров объясняет: «…[искусственный интеллект] знает, что происходит на рынке электроэнергии и что нужно потребителю. Он анализирует, сколько стоит энергия на рынке. Дешевая? Берем от рынка. Дорогая? Берем из накопителя».

Но это было бы невозможно без особых накопителей. Эмин Аскеров руководит компанией «РЭНЕРА», отраслевым интегратором «Росатома» по системам накопления энергии. Один из его проектов — разработка литий-ионных батарей.

«Долгое время мы жили в парадигме, что энергию нельзя хранить, — объясняет Аскеров, — и все энергосистемы были построены таким образом, чтобы мы потребляли электроэнергию в момент ее производства. Накопитель энергии эту парадигму меняет: электроэнергию можно хранить портативно и долго — и ничего с ней не случится. Мы можем построить принципиально другую энергосистему: небольшую, распределенную, умную».

Смартфон без литий-ионной батареи — это исключение из правил, и не случайное. Она маленькая и достаточно долго хранит электроэнергию. Эти же аккумуляторы используют в электромобилях — сейчас на них можно проехать до 500 километров без подзарядки. По мнению Эмина Аскерова ключевую роль в распространении электромобилей сыграют литий-ионные аккумуляторы: «. ..литий-ион станет новой нефтью».

Настоящее будущее

В 2016 году 196 стран приняли Парижское соглашение, главная задача которого — снизить выбросы так, чтобы температура Земли не повышалась более чем на два градуса. Эмин Аскеров считает, что «…это достаточно беспрецедентная история, когда весь мир объединяется, чтобы бороться с единой угрозой, и все понимают, что всем надо что-то с этим делать».

Уже сейчас Дания почти полностью перешла на возобновляемые источники энергии, в стране развивается система для комфортного использования электротранспорта. Китай, лидер по выбросам, планирует прийти к углеродной нейтральности к 2050 году. Правительство Российской Федерации недавно утвердило концепцию развития электромобилей в России. По прогнозам к 2030 году в России должно производиться не менее 200 тысяч электромобилей. А Евросоюз к 2030 планирует вообще отказаться от двигателей внутреннего сгорания. Поэтому повсеместные электромобили — это только вопрос времени.

Эмин Аскеров оценивает перспективы «зеленой» энергетики очень оптимистично. По его мнению, она не только остановит изменения климата, но и энергии от ее использования «…может быть больше, чем мы сможем использовать. Я думаю мы научимся добывать энергию так, чтобы не наносить ущерб окружающей среде, эту задачу можно решить. И когда мы это сделаем, то энергия станет избыточной».

«На одной конференции, — рассказывает Аскеров, — я сказал, что поддерживаю отмену платы за электроэнергию. Почему? Это не моя идея, а Джереми Рифкина, апологета зеленой энергетики. Он сравнивает энергетику на возобновляемых источниках с дорогами, строительством и ремонтом которых занимается государство. Мы за них не платим отдельно, только налогами. На поддержание нормального состояния дорог не нужно ежедневных трат. Да, при их строительстве нужны капитальные вложения, не переменные издержки очень малы. Вам выгодно построить это раз и использовать долго. Электроэнергия, вырабатываемая на возобновляемых источниках, имеет те же характеристики. Вы один раз построили АЭС, ГЭС или ВЭС — и долго получаете энергию, практически не неся затрат».

«Все, чем мы пользуемся в жизни, — продолжает Аскеров, — это результат развития науки. Не было такого, чтобы мы слепо поверили, что у нас будет автомобиль — и он появился. Нет, это результат долгой кропотливой, упорной работы применения научного подхода к той или иной проблеме. Именно это позволяет человечеству достичь каких-то следующих, следующих улучшений даже тогда, когда кажется, что уже вроде бы ничего нельзя сделать и мы бессильны».

Цифровая электростанция будущего

Статья (7 страниц)

Как и многие другие отрасли, электроэнергетика становится все более цифровой. Тем не менее, многие игроки только сейчас предпринимают шаги по созданию ценности благодаря технологическим инициативам и внедрению новых методов работы. Фактически глобальных сквозных случаев цифровизации в электроэнергетике нет; даже самые технологически продвинутые игроки реализовали лишь небольшое количество изолированных вариантов использования цифровых технологий, которые часто не связаны напрямую с ценностью для бизнеса.

1. Что важнее? Шесть приоритетов для руководителей в неспокойные времена

2. Женщины на рабочем месте 2022

3. Десять правил роста

4. Даже в метавселенной женщины остаются заблокированными на руководящих должностях.

5. Возможности чистого водорода для богатых углеводородами стран

Аудио

Прослушать эту статью

Проще говоря, энергетические компании далеко не так продвинуты, как могли бы быть, поэтому затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание выше, чем могли бы быть. Еще больше усложняет ситуацию то, что ценовое давление на тепловые активы, а именно на уголь и газ, продолжает расти из-за продолжающейся либерализации рынка электроэнергии и широкомасштабного внедрения различных возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая, в Европе и США. Аналогичные изменения ожидаются и на азиатских рынках, например, в Японии. Эти условия привели к постоянным и серьезным ловушкам на разных рынках.

Трансформация с помощью технологий сочетает в себе новые технологии с традиционными улучшениями и может принести большую пользу в четырех ключевых областях: операции; техническое обслуживание; энергоэффективность; и здоровье, безопасность, безопасность и окружающая среда (HSSE). В этой статье мы объясняем, как выглядит успешная цифровая трансформация в четырех областях, а также наиболее важные темы для создания ценности.

Цифровая трансформация электростанций сталкивается с распространенными ошибками

Тепловая генерация по-прежнему доминирует в мировом топливном балансе: уголь и газ сегодня составляют 62 процента, что составляет 16 петаватт-часов (PWh). Наши исследования показывают, что вклад угля и газа в топливный баланс будет оставаться постоянным до 2030 года, после чего он уменьшится к 2050 году (рис. 1).

Экспонат 1

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту. Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]

Из-за снижения затрат в связи с недавним переходом на возобновляемые источники энергии некоторые коммунальные предприятия завершили несколько раундов программ бережливого преобразования, чтобы повысить конкурентоспособность своих активов. Хотя эти «традиционные» программы были успешными в краткосрочной перспективе, наше исследование показывает, что сквозная цифровизация может обеспечить дополнительную среднюю прибыль до вычета процентов, налогов, износа и амортизации (EBITDA) в размере 20–30 процентов.

Тем не менее, те, кто отправляется в путь трансформации, сталкиваются с пятью распространенными ловушками.

Отсутствие определенного видения и новых ролей

Многие компании из разных отраслей не могут сформулировать четкое видение своих цифровых преобразований. В результате работникам часто приходится гадать, как цифровые технологии и аналитика могут улучшить их повседневные задачи; некоторые могут даже воспринимать трансформацию как угрозу, а не как возможность (например, они могут полагать, что автоматизация сделает их рабочие места излишними). Когда дело доходит до трансформации силовых установок, многие компании совершают одну и ту же ошибку.

Объяснение того, как это влияет на различные роли на электростанции, показывает работникам, что успешные цифровые преобразования позволяют разумно использовать данные и эффективные способы работы, чтобы сосредоточиться на повышении производительности. Это означает, что цифровизация приведет к обновлению ролей, а не к сокращению численности персонала. Некоторые из этих обновленных ролей включают следующее:

• Оператор диспетчерской. Цифровые технологии могут сократить бумажную работу для документации и отчетности, а также количество обходов для проверки оборудования, наблюдения за производительностью или обнаружения технических проблем.
• Планировщик простоев и технического обслуживания. Analytics может поддерживать приоритизацию и последовательность работ по техническому обслуживанию.
• Начальник электростанции. Цифровые технологии и аналитика могут в реальном времени отображать состояние активов, включая финансовые последствия снижения производительности.

Выбор вариантов использования и приоритизация не основаны на значении

Для электростанций сквозная цифровая трансформация состоит из вариантов использования, которые разработаны, построены, опробованы и развернуты. Тем не менее, многие компании отдают приоритет вариантам использования, основываясь исключительно на личных интересах, а не на ценности для бизнеса. Например, одна европейская коммунальная служба отдала приоритет инструменту для поддержки операторов во время инспекционных проверок. Хотя этот инструмент стандартизирует процесс проверки обходов оператора, он не создает большой ценности для бизнеса из-за своей узкой применимости. В то же время большие возможности в стратегии технического обслуживания и ее реализации часто остаются неиспользованными после того, как они изначально упускаются из виду и теряют приоритетность.

Сосредоточьтесь на решениях, а не на способах работы

Многие энергетические компании сосредоточены на внедрении новых инструментов, но пренебрегают новыми методами работы. Инструменты иногда не принимаются и в конечном итоге отходят на второй план. Однако за счет интеграции новых способов работы процессы и стандарты не только принимаются, но и становятся стандартной процедурой. Например, усовершенствованная модель оптимизации теплового режима помогает повысить производительность установки, предоставляя операторам в режиме реального времени рекомендации по калибровке наиболее важных параметров. В дополнение к построению модели расширенной аналитики необходимо адаптировать рабочие процедуры, чтобы операторы могли следовать предложениям инструмента. Что еще более важно, конфигурация модели должна быть создана совместно с операторами, чтобы создать доверие к инструменту с самого начала, что может помочь обеспечить использование рекомендаций в повседневных операциях.

Доступность и структура данных

Для многих случаев использования наличие непротиворечивых данных имеет решающее значение. В зависимости от ситуации наблюдаются различные недостатки: 1) недостаточное качество данных, включая частоту и детализацию собираемых данных, 2) данные не стандартизированы по активам внутри одной компании и 3) данные недоступны за пределами предприятия .

Все эти факторы усложняют быстрое проектирование и развертывание вариантов использования расширенной аналитики. Чтобы преодолеть эти проблемы, часто реализуется двухскоростная архитектура данных и ИТ, которая удовлетворяет конкретные потребности приоритетных вариантов использования. Таким образом, можно доказать и зафиксировать ценность для бизнеса, а более трудоемкий переход на новую всеобъемлющую систему данных и ИТ можно отложить, не мешая ходу реализации варианта использования.

Хотите узнать больше о нашей практике в области электроэнергетики и природного газа?

Использование небольших разрозненных ИТ-команд

Нехватка цифровых талантов является одним из самых больших препятствий на пути цифровых преобразований, независимо от отрасли. В энергетических компаниях преобразованиями часто руководят небольшие ИТ-команды, что исключает участие инженеров в эксплуатации и обслуживании. Наше исследование показывает, что успешная трансформация силовых установок делает упор на наращивание цифровых возможностей по всей организации на ранних этапах процесса переквалификации или повышения квалификации внутренних ресурсов. Это служит как мотивации, так и повышению уверенности в себе для организации и может привести к устойчивым изменениям.

Недостаток внимания к созданию модели электростанции в начале

Компании, которые пренебрегают моделированием трансформации, могут внедрять цифровые решения для нескольких различных активов, что впоследствии ограничивает роль каждого актива в трансформации. Эта стратегия может иметь свои преимущества в других отраслях, но преобразование электростанций требует более комплексного и избирательного подхода на раннем этапе: одна или две электростанции должны быть выбраны в качестве «маяков» для преобразования. Выбор этих модельных станций должен осуществляться с учетом критических факторов, таких как ценность варианта использования и поддержка со стороны руководства станции. Потенциал создания стоимости должен быть достаточно значительным, чтобы влиять на портфолио завода, а руководство завода должно быть мотивировано для внедрения.

Электростанция будущего: как выглядит успешная цифровая трансформация

Ознакомившись с распространенными ловушками, энергетические компании и операторы электростанций могут сосредоточиться на переходе от традиционной электростанции к цифровой электростанции. Эта трансформация должна происходить в четырех ключевых областях: эксплуатация, техническое обслуживание, энергоэффективность и ОЗТОС (Иллюстрация 2).

Экспонат 2

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту. Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: McKinsey_Website_Accessibility@mckinsey. com

Операции

Полностью оцифрованная электростанция будет направлена ​​на оптимизацию производительности в режиме реального времени, а также на безопасную и стабильную работу, поддерживаемую автоматическими отчетами, управляемым решением проблем и оцифрованными контрольными обходами.

Эффективность процесса. Мобильные устройства могут помочь стандартизировать обходы операторов и автоматизировать документирование. Кроме того, время проверки может быть сокращено с помощью радиочастотной идентификации (RFID), которая может отправлять автоматические push-уведомления о производительности оборудования и истории ремонта. Процессы также могут поддерживаться ИТ-отделом с мониторингом ключевых показателей эффективности в режиме реального времени, а также отслеживанием мер по улучшению и планированием смены оператора с помощью ИТ-поддержки.

Гибкость. Анализ и оптимизация параметров эффективности предприятия должны основываться на легкодоступных данных во время запуска и времени, необходимом для разгона. Это может поддерживаться стандартизированными процедурами с рекомендациями для операторов в режиме реального времени. Наконец, можно отслеживать эффективность отдельных пусковых операций по сменам, чтобы выявлять и продвигать передовой опыт.

Полностью оцифрованная электростанция будет направлена ​​на оптимизацию производительности в режиме реального времени, а также на безопасную и стабильную работу при поддержке автоматизированных
отчетность, управляемое решение проблем и оцифрованные контрольные прогулки.

Техническое обслуживание

Надежность мирового класса должна поддерживаться при одновременном сокращении запланированного времени простоя и затрат на техническое обслуживание. Аналитика данных и поддержка цифровых процессов являются ключевыми.

Стратегия обслуживания. Оборудование можно контролировать с помощью расширенной аналитики в режиме реального времени, чтобы сократить время обслуживания и увеличить профилактическое обслуживание. Кроме того, интеллектуальные датчики, напрямую подключенные к цифровому двойнику, могут обеспечить лучшее понимание состояния предприятия, управление запасными частями может быть интегрировано на основе рабочих заданий и состояния оборудования, а циклы простоя могут планироваться в соответствии с передовой международной практикой.

Отключение и выполнение проекта. Цифровые диспетчерские пункты могут отслеживать запланированные и незапланированные отключения, чтобы отслеживать ход выполнения в режиме реального времени и автоматизировать расчет потенциальных задержек. Совещания диспетчерского пункта на основе ключевых показателей эффективности могут дополнительно выявить потенциальные задержки и определить наиболее эффективные контрмеры, чтобы избежать дальнейших сбоев. Дроны могут проводить проверки во время простоев, что снижает потребность в строительных лесах вокруг труднодоступных мест, таких как стены котлов или градирни.

Надежность. Программы недобросовестных действий, которые выявляют пробелы в стратегиях обеспечения надежности, могут собирать данные из распределенной системы управления, цифровых двойников или других источников и быстро вычислять любое влияние на производительность предприятия. Оценка первопричин с использованием расширенной аналитики, анализа тенденций и обнаружения аномалий может помочь найти лучшее решение.

Энергоэффективность

Потери тепла и другие показатели эффективности должны не только регулярно анализироваться и основываться на отчетах о производительности, но и визуализироваться в режиме реального времени. В результате могут быть инициированы определенные немедленные действия для скорейшего решения проблем.

Потери тепла и другие показатели эффективности должны не только регулярно анализироваться и основываться на отчетах о производительности, но и визуализироваться в режиме реального времени.

Топливная экономичность. Цифровые двойники установок могут быть построены на основе комплексных термодинамических моделей всех установок. Это может обеспечить автоматический анализ параметров установки в режиме реального времени и сравнение с оптимальными условиями для выработки рекомендаций для операторов установки. Цифровая приборная панель в диспетчерской может обеспечить полную прозрачность рычагов улучшения и финансового воздействия, а виртуальный бункер может обеспечить оптимальное смешивание топлива на основе состояния завода в режиме реального времени и рыночных цен.

Снижение расхода химикатов. Рекомендуемые уровни использования химикатов могут быть автоматизированы на основе цифровой модели водного цикла и свойств растения. Прогнозы изменения параметров воды также могут быть сделаны для автоматизации химического зондирования, дозирования и анализа, помогая избежать пиковых выбросов.

Эффективность вспомогательной мощности. Рекомендации по оптимальным рабочим точкам оборудования могут быть автоматизированы по заводским рабочим точкам. Информационные панели могут предоставлять данные о вспомогательном энергопотреблении и автоматизированную, основанную на аналитике оценку моделей использования. Инструкции по вспомогательному оборудованию могут быть стандартизированы и выполняться всеми операторами.

Здоровье, безопасность, защита и окружающая среда

Сквозная цифровизация процессов ОТОСБ может быть достигнута с помощью автоматизированного мониторинга и документирования, что поможет как в анализе основных причин, так и в создании превентивных мер.

Цифровые технологии могут предоставить информационную панель в режиме реального времени о выбросах и ограничениях предприятия, а также поддерживать автоматический мониторинг инцидентов, документацию, анализ основных причин и меры по предотвращению.

Несмотря на то, что многие коммунальные предприятия в последние годы улучшили производительность электростанций, чтобы справиться с новой рыночной средой и конкуренцией, мы видим, что сквозная цифровая трансформация электростанций может по-прежнему приносить большую прибыль коммунальным предприятиям. . Чтобы добиться успеха, в ближайшем будущем руководителям необходимо будет провести тройную трансформацию.

Этот подход требует, чтобы руководители уделяли одинаковое внимание преобразованию бизнеса, технологий и организации. Это гарантирует, что варианты использования будут не только разработаны и реализованы, но и привязаны к ценности. Двухскоростная архитектура ИТ и данных может стать основой для быстрого развертывания. А обновленное управление, роли и навыки будут определять новые способы работы, помогая разработать план перехода в соответствии с дорожной картой бизнеса.

Недавние технологические достижения сделали возможной оцифровку электростанций, а давление рынка сделало ее актуальной. Те, кто делают правильные шаги, могут создать ценность в краткосрочной перспективе и устойчивые изменения в долгосрочной перспективе, и то, и другое поможет освоить следующую S-образную кривую производительности активов, что необходимо во все более сложных рыночных условиях для угольных и газовых электростанций. .

Как изменится наше электроснабжение в будущем?

Почему в будущем мы будем использовать больше электроэнергии?

Сжигание ископаемого топлива для выработки электроэнергии исторически было одним из крупнейших источников выбросов CO ₂ и, следовательно, одной из основных причин глобального потепления. Кроме того, многие из наших повседневных действий, таких как приготовление пищи и отопление, работают на газе, который также является основным источником выбросов CO ₂ .

Чтобы достичь нуля, нам необходимо значительно сократить использование этих видов топлива и заменить их «более чистыми» источниками энергии, такими как возобновляемые источники энергии .

Использование возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнечная энергия, является одним из самых быстрорастущих способов получения экологически чистой электроэнергии. Это означает, что для сокращения выбросов CO ₂ и достижения нулевого уровня выбросов необходимо, чтобы больше аспектов нашей жизни, которые ранее зависели от ископаемого топлива, начали использовать электричество.
 

В 2020 г. ископаемые виды топлива составляли 84% мирового энергетического баланса ¹ , но к 2050 г. эта цифра должна снизиться до уровня менее 20%, чтобы достичь чистого нуля. По оценкам, потребление электроэнергии в Великобритании и США увеличится примерно на 50 % к 2036 г. и более чем удвоится к 2050 г.

Может ли наша электросеть справиться с возросшим спросом?

Сеть, которая транспортирует электроэнергию от места ее создания к месту ее использования, в основном к нашим домам и предприятиям, известна как «электросеть». Самый простой способ представить это как дорожную сеть; но вместо автомобилей по нему проходит электричество.

• Сеть передачи подобна автомагистралям, по которым электричество транспортируется по всей стране.

• Распределительная сеть подобна местным дорогам, по которым электричество от сети передачи доставляется в наши дома и на предприятия.

Наши дорожные сети способны управлять сегодняшним количеством и потоком транспортных средств, но значительное увеличение числа вызовет заторы и значительно замедлит движение. Точно так же наша электросеть должна быть способна передавать больше электроэнергии в будущем, поэтому она постоянно расширяется и модернизируется, чтобы быть уверенной, что она готова справиться с этим увеличением.

Важно помнить, что увеличение спроса не произойдет в одночасье; это будут постепенные изменения, и мы следим за тем, чтобы сетка развивалась в соответствии с изменениями. Это включает в себя модернизацию физической инфраструктуры, такой как воздушные линии электропередач, подстанции и распределительное оборудование, а также принятие мер для обеспечения того, чтобы электричество было доступно там и тогда, когда оно нам нужно.
 

Доставка электроэнергии в нужные места в нужное время

Уровень спроса на электроэнергию никогда не бывает постоянным; она меняется в течение дня и года. Например: когда мы возвращаемся домой с работы, включаем телевизор и готовим ужин, он поднимается вверх; когда мы ложимся спать, он падает; а когда мы просыпаемся, включаем свет и готовим завтрак, он снова загорается.

Энергетическая промышленность увеличивает или уменьшает количество электроэнергии, производимой для удовлетворения потребностей страны. Обычно это простой процесс при использовании ископаемого топлива для производства электроэнергии; сжигать больше топлива, чтобы производить больше электроэнергии. Однако при использовании возобновляемых источников энергии для производства электроэнергии все немного сложнее, поскольку мы, очевидно, не можем контролировать ветер или солнце, чтобы производить больше энергии ветра или солнца, когда нам это нужно.

Это означает, что необходимо обеспечить большую «гибкость» в способах использования и хранения электроэнергии, чтобы получить максимальную отдачу от наших возобновляемых источников энергии и обеспечить постоянное достаточное предложение для удовлетворения спроса.
 

Как сделать наше электроснабжение более гибким?

Гибкость может проявляться в разных формах:

1. Быть более гибкими в использовании энергии

Изучаются различные методы, которые помогут нам перенести потребление электроэнергии на периоды, когда сеть наиболее чистая и дешевая. Но не волнуйтесь, это не значит, что нам нужно будет готовить ужин посреди ночи!

Интеллектуальная зарядка электромобилей , например, позволяет производить зарядку, когда в сети меньше спроса или когда доступно более возобновляемое (и, следовательно, более дешевое) электричество. Это означает, что независимо от того, в какое время вы подключаете свой автомобиль к розетке, он может автоматически приостанавливать зарядку во время тех пиковых нагрузок, когда потребность в сети самая высокая, а энергия самая дорогая.

Аналогично, тарифы на время использования предлагают более дешевые цены на электроэнергию, когда спрос и цены на энергию самые низкие. Они работают вместе с вашим интеллектуальным счетчиком для мониторинга цен и используют данные для перевода некоторых видов энергии на более дешевые периоды, избегая пиковых цен, а также помогая сбалансировать спрос в сети.
 

2. Хранение энергии на тот случай, когда она нам понадобится позже

Иногда возобновляемые источники энергии производят больше электроэнергии, чем на самом деле требуется в данный момент времени. Вместо того, чтобы позволить ей пропадать зря, энергию можно хранить и высвобождать позже, когда она понадобится.

Технология хранения аккумуляторов может принимать различные формы; от крупномасштабных систем хранения, которые помогают электросети обеспечивать надежное снабжение возобновляемой энергией, до бытовых хранилищ, таких как Tesla Powerwall, которые заряжаются от солнечных батарей в течение дня и сохраняют энергию, когда она нужна дому.

Подробнее о аккумуляторном накопителе

Существует также прокачиваемый аккумулятор , который по сути похож на огромную «водяную батарею». Когда вода переливается из одного водоема в другой, энергия, создаваемая потоком, используется для выработки электричества. Одним из примеров этого является электростанция Dinorwig в Уэльсе.
 

3. Совместное использование энергии между разными странами

Огромные высоковольтные кабели, называемые межсоединителями , позволяют нам делиться возобновляемой энергией с соседними странами или регионами. Когда мы производим избыточную энергию, мы можем делиться ею с нашими соседями через соединительные линии, а когда нам нужно больше энергии, мы можем импортировать ее от них.

Интерконнекторы Великобритании импортируют более доступную электроэнергию из Европы, что снижает счета конечных пользователей и к 2024 году сэкономит потребителям миллионы фунтов стерлингов в год9.