Большая часть территории России не подключена к электросетям, поэтому многие населенные пункты получают энергию максимально затратным и наименее экологичным путем – с помощью дизельных генераторов. При этом как раз в таких регионах в избытке имеются доступные природные ресурсы: солнце и ветер. Мало кто знает, что Иркутск по количеству солнечных дней обгоняет Сочи.

Однако недостаточно просто поставить в Якутии или на Дальнем Востоке ветрогенератор или ферму солнечных батарей. Важно точно рассчитать, как обеспечить этими дешевыми, но непостоянными источниками надежное и стабильное энергопотребление. Такие расчеты можно провести экспериментально, и, начиная с сегодняшнего дня, это будет происходить в новой лаборатории Сколтеха. Единственная  в своем роде в России лаборатория по изучению интеллектуальных микро-сетей открылась в Центре энергетических систем Сколковского института науки и технологий. Накануне открытия директор Центра профессор Януш Биалек рассказал Sk.ru о том, какие задачи будет решать лаборатория Smart Grids.

Разговор, впрочем, вышел за рамки информационного повода и коснулся того, чем в целом занимается Центр энергетических систем, включая масштабный проект создания Азиатского энергетического кольца. Ниже выдержки из интервью.

-Примерно половина читателей, которые прочтут это интервью, сделают это на дисплеях своих смартфонов. Еще десять лет назад нельзя было предвидеть, что энергопотребление гаджетов в мире превысит энергетические нужды целых государств и даже возникнет термин gadgiwatts. В чем суть работы Центра? Вы думаете о будущем энергопотреблении человечества, решаете конкретные проблемы сегодняшнего дня или занимаетесь и тем, и другим одновременно?

-Мой Центр не случайно называется Центром энергетических систем, из чего следует, что главное для нас – это холистический взгляд на всю энергетическую систему. Это предполагает  комплексный подход ко всей энергетической цепочке – от производства энергии до ее потребления, включая проблемы передачи энергии. Наш главный фокус – электрическая энергия, но мы также занимаемся взаимосвязанными энергетическими инфраструктурами.

Мы изучаем, как ведет себя вся система, и как в случае с любой системой, очень важно ответить на вопрос, как поддерживать ее стабильность, в данном случае, как сделать так, чтобы свет не гас, потому что внутри энергосистемы существуют очень сложные взаимосвязи, которые чреваты в случае каких-то нарушений блэкаутом. Сравните эту ситуацию с автомобильным топливом. Если на отдельно взятой бензоколонке закончился бензин, без бензина останутся местные жители. Если нечто подобное произойдет в электросистеме, вся система обрушится именно из-за эффекта, который создает взаимосвязанная энергетическая инфраструктура. Добавьте к этому поведение потребителей, передающих сетей, генерирующих мощностей – все это взаимосвязано. Теоретически любое действие в любом из этих элементов может оказывать влияние на всю систему. Это очень сложный феномен, и он нас больше всего занимает. Такого рода анализ требует применения сложных математических инструментов, вот почему наш Центр носит междисциплинарный характер; мы тесно сотрудничаем, в том числе, с математиками и физиками.

На прошлой неделе Совет учредителей Сколтеха утвердил вступление университета в Международную организацию по кооперации и сотрудничеству в создании глобальной энергетической сети (GEIDCO). Насколько известно, организация создана по инициативе Китая . В чем смысл участия Сколтеха в GEIDCO?

-Организация действительно представляет собой реализацию китайской инициативы, которая отражает мировой тренд сегодняшнего дня. Каждая страна, каждый регион имеют свою энергетическую систему, действующую независимо от других. Тренд заключается в том, что многие страны стремятся соединить их между собой. Китай, как большая страна, заинтересована в возобновляемых источниках энергии. Китайцы используют много угля для генерации электроэнергии, а это ведет к выбросам парниковых газов, что оказывает влияние на глобальное изменение климата. Значительная часть китайского населения живет в низинах вблизи морского побережья, и повышение уровня океана угрожает сотням миллионов человек в этой стране, чего власти КНР не хотели бы  допустить.

Главная техническая проблема возобновляемых источников энергии заключается в их непостоянности: ветер то дует, то не дует, солнце то светит, то нет. Каждый из таких локальных процессов генерации подвержен вариациям, и для того, чтобы пользоваться возобновляемыми источниками энергии, их требуется поддерживать с помощью резервных мощностей, что очень дорого. С другой стороны, если брать планету в целом, где-то в любой данный момент обязательно светит солнце. Таким образом, соединяя различные части энергосистемы с различными характеристиками, на которые по-разному оказывают воздействие солнце, ветер и т.д., можно добиться надежных поставок энергии, которые будут не слишком зависеть от местных атмосферных условий. Это то, что касается драйвера в области возобновляемой энергии.

Другой драйвер связан с доступностью первичных источников энергии, таких, как уголь, газ и вода. В этом отношении российская Сибирьимеет значительный потенциал для производства электрической энергии; взять, например, гидроэлектростанции. Но этот потенциал в настоящий момент используется не полностью. В то же время Япония, в особенности после катастрофы на АЭС Фукусима, испытывает существенную нехватку электроэнергии; цены на электроэнергию в Японии, если не ошибаюсь, в два-три раза выше, чем в России. Схожая ситуация в Южной Корее. Россия как страна заинтересована в том, чтобы «распечатать» свои неиспользуемые энергетические ресурсы и экспортировать электричество в Японию и Южную Корею.

Однако в отсутствие сухопутных границ с этими странами, электроэнергия должна поставляться в них или по дорогостоящему подводному кабелю, или пройти транзитом через территорию других государств; в частности, в случае с Южной Кореей – через китайскую территорию или территорию Северной Кореи. Таким образом, в российских национальных интересах может быть создание энергосоединений между странами Северо-Восточной Азии: России, Китая, Монголии, стран Корейского полуострова, Японии и, возможно, Казахстана.

-Вы имеете в виду проект Азиатского энергетического кольца, который, в частности, разрабатывает Сколтех?

-Именно его. Мы начали этот проект около трех лет назад в коллаборации с Институтом систем энергетики Сибирского отделения РАН в Иркутске. Мы провели ряд исследований, оценили баланс затрат и прибыли от реализации такого проекта и пришли к выводу, что если такое энергокольцо будет построено в регионе, экономический эффект может колебаться в пределах 10-20 млрд долл. в год – это значительная сумма.

-Вы имеете в виду совокупный финансовый эффект для  всего региона?

-Да. Разумеется, важно понять, что именно получит каждый из участников. Это очень важный – и деликатный – политический вопрос, и, разумеется, экономический вопрос. Мы как раз занимаемся тем, чтобы определить выгоды для каждой страны, которая станет участвовать в этом проекте. Очевидно, что выгоды и потери не будут распределяться в равной мере, но общая выгода региона несомненна. С политической точки зрения, очень важно найти механизмы перераспределения доходов.

-На Ваш взгляд, этот проект в принципе можно реализовать, или он носит, прежде всего, политический декларативный характер?

-С технической точки зрения, нет никаких сомнений в том, что это можно сделать; технологии так называемой высоковольтной электропередачи постоянного тока (high-voltage DC transmission)  уже существуют. Главная проблема – именно политическая. Мы должны связать энергетическим кольцом страны, между которыми существуют очень непростые отношения.

-Речь идет о Северной Корее?

-Северная Корея – наиболее очевидный пример, но не единственный. Через эту страну проходит наиболее короткий маршрут в Южную Корею. Изначально мы считали, что преодолеть политические разногласия будет невозможно. Но когда мы стали обсуждать идею с южно-корейской стороной, оказалось, что в случае, если Северная Корея согласится на участие в проекте, политические выгоды для Сеула будут даже более важными, нежели экономические. Усадить северных корейцев за стол переговоров для реализации такого проекта само по себе будет стабилизирующим фактором с точки зрения их южных соседей.

Полагаю, что соображения такого порядка побудили президента РФ Владимира Путина назвать  проект Азиатского энергетического кольца «важнейшим региональным проектом». Эти слова были произнесены в сентябре с.г. на Восточном экономическом форуме во Владивостоке, на котором я присутствовал.

Так что, помимо сугубо экономического эффекта, проект сулит несомненные политические выгоды, поскольку он сближает страны региона. Не забудем, что технически Россия все еще находится в состоянии войны с Японией, мирный договор до сих пор не подписан, а территориальный спор из-за Курильских островов – не урегулирован.  Главное в таких ситуациях – побудить стороны сесть за стол переговоров и обсуждать любой двусторонний проект. Сближение США и Китая, как известно, началось с так называемой «дипломатии пинг-понга».  Кстати, это относится и к двусторонним отношениям между Китаем и Японией и Кореей и Японией: их отношения со времен Второй мировой войны очень сложные, а сейчас их еще более осложняют взаимные территориальные претензии. Так что я вижу в качестве главных препятствий на пути реализации проекта энергетического кольца именно политические факторы. Но в то же самое время, с моей точки зрения, политические выгоды от его реализации будут выше, чем прямые финансовые прибыли. Потому что, в конечном счете, самое важное – сохранить мир и стабильность в этом регионе.

-Какова роль Сколтеха в этом уравнении?

-Эта роль двояка. Прежде всего, мы проводим исследования с целью определения баланса затрат и выгод для каждого из участников. И одновременно мы действуем как честный брокер во всем этом процессе. Конечно, помимо нас, в нем задействованы и другие игроки, включая такие российские компании, как Россети, РАО ЭС Востока, Ен Плюс и другие. Но это – коммерческие компании, и их первая забота – извлечение прибыли, что естественно. Мы являемся независимой стороной, нас финансирует российское правительство, и мы делаем то, что, по нашему мнению, является наилучшим для человечества в целом и конкретно для России. Мы соединяем между собой людей, и никто не может обвинить нас в необъективном подходе. Именно поэтому российское правительство три года назад обратилось к нам с предложением изучить данный вопрос, чем мы и занимаемся по сей день, регулярно информируя правительство о полученных результатах.

-Теперь к новой лаборатории, которую сегодня открывает Центр энергетических систем. В чем ее смысл и предназначение?

-Для ее характеристики мы попеременно используем два термина: smart grid и micro grid. Как я уже говорил, мы в нашем Центре изучаем всю энергетическую цепочку. Но в последнее время упор делается на нужды индивидуальных потребителей, и малых регионов. Вот это звено общей цепочки и есть micro grid.

На Западе уже достаточно давно занимаются темой micro grid, и главным драйвером такого интереса является генерация возобновляемой энергии. Если в распределительные сети включить ветровые или солнечные фермы, которые находятся поблизости от потребителя, это будет означать создание миниатюрных, локальных энергосистем, и они будут работать независимо от главных систем поставки электроэнергии. При любых перебоях, возникающих в основных сетях, – а таких примеров много, в частности, в Соединенных Штатах, достаточно вспомнить последствия урагана Катрина, который оставил людей без электричества на протяжении многих дней, – локальные системы смогут их хотя бы частично заменить. Вот это, собственно, и есть микросети, или micro grid.

В России драйверы несколько иные. Интерес к возобновляемым источникам энергии не столь силен, как в остальном мире, и на то есть две причины. Главной причиной, естественно, является обилие нефти и газа в стране. Вторая причина заключается в том, что датой, с которой начинается отсчет большинства инициатив в отношении парниковых газов, является 1990 год. То есть все цели по сокращению выброса парниковых газов ставятся по отношению к уровню 1990 г. Но в том году произошел коллапс советской тяжелой промышленности, вследствие чего объем выброса парниковых газов снизился на 40%. Поэтому Россия сегодня не превышает своей квоты выбросов, а стало быть, на нее в этом отношении не осуществляется столь сильного международного давления в этом отношении, как на другие страны, несмотря на то, что Россия – один из крупнейших в мире загрязнителей атмосферы.

С другой стороны, если взглянуть на карту, основные высоковольтные электросети проходят через Центральную Россию, а затем идут по южной части страны. Значительная часть территории России не подключена к электросетям, имея в виду малонаселенные районы Сибири и Дальнего Востока. Между тем в этих регионах есть города, деревни, и вот они могли бы стать естественными бенефициарами micro grid. Как поставлять туда энергию? Типичное решение – завозить туда мазут, но это очень дорого, и к тому же, неэкологично. Гораздо умнее было бы использовать доступные природные ресурсы – ветер и солнце. Недостающую энергию можно было бы восполнять дизелем.

Это, в свою очередь, ставит вопрос о том, как обеспечить надежность и непрерывность подачи энергии, когда вы используете различные ее  источники, включая такую составную часть системы micro grid, как накопители энергии. Кстати, одно из направлений работы нашего Центра в Сколтехе – исследования в области накопителей энергии. Если бы накопители энергии были дешевы, этой проблемы бы не существовало, но это пока не так. Поэтому обеспечение стабильности в микросистемах – важная задача.

Что же такое в этом случае  smart grid? Мир переживает взрыв коммуникационных технологий, у каждого из нас есть смартфон, и сегодня с помощью смартфона можно контролировать освещение или отопление в доме. Так что мы также изучаем влияние, которое эти дополнительные возможности оказывают на локальном уровне, когда повсюду имеется множество девайсов, сенсоров: как более надежно, более эффективно управлять такой системой?