Цифровизация энергетики: от «интеллектуальных» турбин до «умных» сетей

Редакция "Энергетики и промышленности России" проанализировала, насколько российская энергетика готова к цифровизации.

Никогда прежде мир не был так тесно связан и настолько «оцифрован», как сегодня. Дигитализация уже превратилась в неотъемлемую часть настоящего. При этом речь идет не об абстрактном параллельном существовании реального и виртуального миров, а о вещах, которые прочно вошли в нашу жизнь: мобильные приложения, транспорт, онлайн-покупки и многое другое. Значителен потенциал цифровой трансформации в быстро меняющихся сферах, где требуются повышенная гибкость и эффективное использование ресурсов. Поэтому цифровизация затрагивает все важнейшие области промышленности и экономики, в том числе и топливно-энергетический комплекс.

С этими же отраслями связаны перспективы дигитализации в России. Как и во всем мире, они ориентированы на повышение производительности труда компаний. Сегодня без применения на предприятиях надежных и зарекомендовавших себя цифровых технологий практически невозможно добиться технологического прорыва, поскольку именно цифровизация обеспечивает конкурентные преимущества. Ее ключевые результаты в энергетической отрасли – повышение эффективности, снижение себестоимости, ускорение процессов, создание новых интеллектуальных экосистем, которые ближе к потребителю. По мнению экспертов, конкуренция на мировых рынках растет, и дальнейшее развитие российской энергетики и смежных областей во многом будет зависеть от скорости внедрения цифровых технологий.

Понятие «цифровая энергетика» включает в себя модернизацию объектов не только по производству энергии, но и по передаче и распределению. Здесь речь идет о цифровых электростанциях (цифровой двойник реальной станции, объединяющий несколько объектов в систему), об «интеллектуальных» газовых турбинах, дистанционном техническом обслуживании с использованием больших данных (big data) и даже о цифровых месторождениях. Подобные проекты Siemens реализует в ОАЭ и Норвегии.

Внедрение цифровых технологий на отдельных энергетических объектах началось и в России. Так, совместно с Минпромторгом РФ компания Siemens начала реализацию программы по созданию единого цифрового пространства российской промышленности. Программа предполагает комплексное внедрение цифровых технологий на всех этапах и уровнях производства. Кроме этого, налажена работа в рамках Немецко-российской инициативы по цифровизации (НРИЦ). Речь идет о внедрении концепции «Цифровое предприятие», решений «Индустрия 4.0» и создании цифровых энергетических систем, в том числе с использованием технологий Smart Grid.

Именно цифровизация позволяет создавать распределенные энергосистемы в масштабе от нескольких станций до единой сети с тысячью возобновляемых источников энергии. Речь идет не только о цифровых подстанциях и «умных сетях», но и о возможности получать информацию из сетей и управлять процессом в режиме онлайн. В России уже реализуется ряд проектов с внедрением цифровых технологий в электросетевом комплексе: в Уфе и Санкт-Петербурге. К примеру, в столице Башкортостана продолжается комплексная модернизация электросетевого хозяйства города с использованием концепции интеллектуальных сетей. Для переоснащения энергетических объектов применяется высокотехнологичное оборудование Siemens, сборочное производство которого уже локализовано в регионе: это комплектные распределительные устройства среднего напряжения с элегазовой изоляцией (КРУЭ), устанавливаемые в распределительных и трансформаторных подстанциях. Оборудование позволяет осуществлять дистанционное управление, поможет снизить количество аварий в сетях, потери электроэнергии и обеспечить бесперебойность в электроснабжении потребителей. К 2020 г. Уфа полностью перейдет на управление электросетями в соответствии с концепцией интеллектуальных сетей (Smart Grid).

Но цифровые технологии должны внедряться не только в распределении электроэнергии, но и в генерации, при производстве энергии. Ключевую роль в этом вопросе сможет сыграть программа модернизации тепловой энергетики, которая получила название «ДПМ-2». Она призвана не только реконструировать существующие мощности теплоэнергетики, но и оживить рынок энергетического машиностроения. Программа ДПМ-2 в первую очередь нацелена на модернизацию ТЭС. Накопленный опыт, компетенции и локальные площадки по производству энергетического оборудования, которыми располагает Siemens, позволяют ему стать надежным партнером для российских компаний в рамках ДПМ-2. Компания уже доказала свою компетентность в области модернизации российских паровых электростанций. Так, блок Киришской ГРЭС был преобразован в эффективную паро-газовую установку благодаря применению двух новых газовых турбин SGT5-4000F с сохранением существующей, модернизированной под ПГУ паровой турбины. Данный проект позволил повысить выходную мощность блока с 300 до 800 МВт.

Демонстрируя заинтересованность в долгосрочном развитии всех направлений деятельности, связанных с газовыми турбинами в России, в этом году на заводе «Сименс Технологии Газовых Турбин» (СТГТ) был запущен новый цех по восстановлению лопаток турбин. Новая площадка позволит проводить все виды ремонта газовых турбин в России. Благодаря данному цеху на предприятии будут проводить модернизацию лопаток турбин по технологии Si3D™ с нанесением новейших металлических, керамических и термобарьерных покрытий в зависимости от типа газовой турбины, концепции технического обслуживания и ремонта. Это позволит сократить сроки ремонтов оборудования, повысить безопасность, надежность и эффективность энергообъектов.

Для эффективного технического обслуживания оборудования на базе СТГТ создан Удаленный мониторинговый центр (УМЦ). На сервисной площадке производится удаленная диагностика работы газотурбинного оборудования электростанций в режиме реального времени, выполняется хранение и обработка данных. Для анализа технического состояния турбин, используемых в России, применяются данные всего парка газотурбинных установок Siemens, эксплуатирующихся по всему миру, а это более 400 SGT5-2000E и более 300 SGT5-4000F. Это позволяет предотвращать внештатные ситуации работы ГТУ, сократить сроки обслуживания и повысить надежность работы оборудования.

«Сименс» обладает серьезной экспертизой в области дигитализации и готов делиться своими решениями. Именно для совместной исследовательской деятельности с российскими партнерами в этом году концерн и Московский энергетический институт открыли лабораторию цифровой энергетики «Сименс – МЭИ» на базе кафедры тепловых электрических станций. Лаборатория представляет собой информационный класс, оснащенный современными компьютерами и симулятором электростанции ПГУ с оборудованием «Сименс». Симулятор моделирует деятельность электростанции комбинированного цикла парогазового блока (ПГУ) с целью получения различных рабочих характеристик объекта. Имитационный блок ПГУ аналогичен тому, который используется в Дрезденском техническом университете для обучения студентов и специалистов. Результаты работ будут применяться как в России, так и за рубежом в высокотехнологичных областях – таких как нефтегазовый комплекс, городская инфраструктура, производство электроэнергии. Это еще один шаг в развитии локальных цифровых проектов, которые на сегодняшний день являются для компании одними из приоритетных.
Несмотря на инициативы, в этом направлении многое еще предстоит сделать, и  компания является одной из немногих, предлагающих объединить реальный и цифровой миры с помощью своих программных решений. К примеру, компания SIEMENS PLM Software реализует совместно с заказчиками, в том числе и российскими, проекты по разработке виртуальной интеллектуальной модели, на базе которой в дальнейшем производится изделие на реальном оборудовании, но с минимизированными затратами. Существенного сокращения затрат удается достигнуть за счет исключения этапа создания прототипа изделия. «Сименс»  активно внедряет свои разработки на собственных производствах. Например, на заводе программируемых логических контроллеров (ПЛК) SIMATIC в Амберге (Германия) мы добились автоматизации производства более чем на 75%. Сегодня экономика всего мира стоит на пороге серьезных преобразований – близится четвертая революция в промышленности, которую принято называть «Индустрией 4.0». Мы говорим о цифровизации, включающей в себя современные тенденции отрасли: дигитализацию производства, использование «умных технологий», создание «цифровых двойников» и многое другое. Россия является неотъемлемой частью глобальной экономики и полноправным участником технологического прогресса. Модернизация и внедрение цифровых технологий сможет стать двигателем для развития российской промышленности, локализации и укрепления конкурентоспособности локальных предприятий.