Текст книги "Интеллектуальная энергетика"

Второй аспект систем предоплаты связан с защищенностью информации. Поскольку средство охраны должно отвечать реальным угрозам информации, оценим подлинные угрозы в данном случае. Структура систем с предоплатой предполагает наличие некоего банковского учреждения, в котором установлены АРМ расчета задолженностей, приема платежей. По оплате на карте фиксируется электронная квитанция, которая также должна быть доставлена покупателем к счетчику для продолжения его работы.

Таким образом, в данном приложении карта не является средством платежа, а только средством доставки квитанций, автоматизирующим процесс ввода информации в счетчик. Существуют счетчики с клавиатурной панелью, на которой покупатель набирает цифровой код, распечатанный ему на бумаге в банковском учреждении. В этом случае роль электронной карточки выполняет лист бумаги с цифрами. Защищенность такого носителя никак не меньше чем карты в нашем случае и также определяется исключительно методами подготовки цифровой платежной квитанции.

Спрос на защиту систем со смарт-картами постоянно растет. Операторы услуг больше не отказываются от применения систем защиты (СЗ) не только в связи с ростом мошенничества, а также в связи требованиями государственных и международных законов, указывающих на необходимость применения соответствующих механизмов защиты. Во многих существующих системах при подтверждении идентификации, для получения услуг, а также для управления ими используется только персональный идентификационный номер (PIN) или пароль. Данная «слабая идентификация» – крайне ненадежна, поскольку велика вероятность подслушивания или замены PIN или пароля. Вместо этого целесообразнее использовать механизмы защиты, основанные на криптографических ключах и алгоритмах шифрования.

В качестве средства доставки сообщений электронная карта подвержена риску уничтожения информации (восстановить ее в этом случае не представляет проблемы в банковском учреждении), искажения также подмены информации на карте. Отметим важное обстоятельство: карта в платежной либо информационной системе является носителем денежных средств, ключом доступа к счету либо конфиденциальной информации, поэтому вскрытие ее представляет интерес для сторонних злоумышленников. В рассматриваемой системе сторонние злоумышленники в наименьшей степени заинтересованы в подделке и вскрытии карты, наибольший интерес она представляет именно для ее владельца. Для устранения угроз искажения и подмены информации цифровая электронная квитанция должна быть зашифрована. Шифрование и расшифровывание осуществляются никак не картой, а контроллером электронного счетчика, а также компьютером банковского центра по согласованным алгоритмам. Поэтому степень защищенности цифровой платежной квитанции может полностью определяться методами кодирования, но никак не типом носителя, каковым только также является электронная карта либо листок бумаги.

Современные методы кодирования позволяют определить, как изменение кода в процессе передачи, так и поползновения повторной подстановки одних и тех же кодов (повторное предъявление квитанции без другой оплаты). Следовательно, при использовании криптографических методов в электронном счетчике, а также компьютере банковского центра электронная разновидность платежной квитанция становится средством удобной доставки информации и ее облегченного ввода в счетчик. Отсюда видны потребности к такому устройству: достаточная емкость памяти, надежность и долголетие в бытовых условиях, бесхитростный и надёжный интерфейс. Непосредственно сама пластиковая карточка (смарт-карта) имеет такую же технологию, что и на картах Виза. Терминал оплаты, который состоит из компьютера, картридера для чтения и записи информации с карточки и специального программного обеспечения.

На терминалах оплаты информация о транзакциях оплаты за электроэнергию поступают непосредственно в банковские системы с дальнейшей распечаткой квитанции. После записи информации о предоплате в карточку, абонент приходит домой вставляет карточку в счетчик и на дисплеи высвечивается данные о приобретенной им энергии. Далее потребитель начинает использовать электроэнергию, и кредит начинает уменьшаться с каждым используемым киловаттом электрической энергии. После того как кредит закончиться счетчик блокирует электрический контур, и абонент остается без энергии до тех пор, пока он не оплатит электроэнергию за следующий расчетный период. Данные системы дисциплинируют потребителей к своевременной оплате и экономии энергии, и на прочь решают проблемы с неплательщиками.

Анализируя большой ряд вариантов развития коммерческого учета и возможные способы оплаты за электроэнергию, можно прийти к выводу о необходимости развития и внедрения карточной (картридер) предоплатой системы. Именно эти системы оплаты займут в будущем доминирующее положение на розничном рынке продажи электроэнергии.

Весь мир весьма уверенно переходит на карточную систему безналичных оплат. Оплата всевозможных услуг, выдача зарплаты, купля-продажа во всех магазинах, даже крупные взаиморасчеты производятся карточками. Переход на карточную систему оплаты стало следствием массового открытия индивидуальных банковских счетов населением. Расчеты за электроэнергию не исключение. Америка, передовые страны Европы, Япония, Китай уже широко внедрили эту систему, имеют соответствующие счетчики и весьма успешные программы обеспечения этого метода. По этому пути, с учетом опыта зарубежных стран необходимо двигаться и России.

Список используемой литературы

1. О функционировании розничных рынков электрической энергии, полном и (или) частичном ограничении режима потребления электрической энергии: постановление Правительства РФ от 04 мая 2012 г. № 442. – URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_130498 (дата обращения: 10.02.2020).

2. АО «Астарис»: официальный сайт. – URL: https://actaris.nt-rt.ru/ (дата обращения: 10.02.2020).

3. Федеральный закон об электроэнергетике от 26 марта 2003 года. – Москва: ЭНАС, 2017. – 112 с. – Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. – URL: https://e.lanbook.com/book/104499 (дата обращения: 10.02.2020).

4. ФЗ № 522 ОТ 27.12.2018 г. о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в связи с развитием систем учета электрической энергии (мощности) в Российской Федерации. – URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_314661 (дата обращения: 10.02.2020).

5. Зарубежная электроэнергетика / Ассоциация «НП Совет рынка» http://www.np-sr.ru/market/cominfo/foreign/index/html (дата обращения: 10.02.2020).

6. Предоплатные счётчики. – URL: https://www.elec.ru/viewer?url=/files/2014/10/22/energomera.pdf (дата обращения: 10.02.2020).

7. Стратегия развития электросетевого комплекса. – URL: https://www.rosseti.ru/about/mission/511R.pdf (дата обращения: 10.02.2020).

8. «Компьютерные технологии в энергетика», Всерос. Конф. (2001; Москва). Сборник докладов Всероссийской конференции «Компьютерные технологии в энергетика» (10–15 сентября. 2001 г.). [Текст] / – М., 2001. – 523 с.

9. Правила устройства электроустановок [Текст]/ Минэнерго РФ. – 7-е изд., перераб. И доп. Введ. с 01.01.2003. – Москва: Альвис, 2014.

10. РД 34.11.114-98 Учет электрической энергии и мощности на энергообъектах. Автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии и мощности. Основные нормируемые метрологические характеристики. Общие требования [Текст]. Введ. с 01.03.1998. -Москва: ЗАО «Издательство НЦ ЭНАС», 1998.

Информация об авторах

Дорохов А. С. – студент группы 8Э(з)-81, Сташко В. И. – к.т.н., доцент, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.

Анализ развития энергетической отрасли в РФ

Зыкин Алексей Михайлович, [email protected]

Сташко Василий Иванович, [email protected]

Развитие энергетической отрасли имеет огромное значение для любой страны. Чтобы объективно оценить состояние энергетики сегодня и определить направление ее развития в РФ, необходимо рассмотреть неоднозначные поворотные моменты, которые и определили ее становление.

До 1990 года в СССР ежегодный прирост мощности в энергетике составлял не более 15 ГВт.

Анализ динамики прироста мощности энергетики показал, что в период с 1970 по 1990 гг. его падение произошло фактически в два раза.

Начиная с 1990 года, в стране в среднем ежегодно вводили не более 0,3 ГВт. В 1990 году в СССР, по существу, были заморожены работы, направленные на наращивание мощностей генерации энергии. В то время как, например, в США начали ежегодно вводить по 16 ГВт, Китай же вышел на цифру 20 ГВт (рисунок 2). Таким образом, еще в начале XXI века сложилось колоссальное отставание отечественной энергетики от мировой.

Период с 1990 и по 2000 года в России был 10-летием повсеместных неплатежей. При условиях низких тарифов не обеспечивался минимальный уровень обслуживания генерирующего оборудования при его эксплуатации, оплата топлива. Это был период непринятия должных мер и уверенности, что энергетика даже без серьезных вложений сможет и в будущем обеспечивать страну электроэнергией. С 2000 года поиск причин кризиса энергетической отрасли и принятие кардинальных решений с целью ее восстановления начался с московской энергетической системы. В тот момент ОАО «Мосэнерго» объявляло о кризисном состоянии, о росте потребления в пределах до 1 МВт ежегодно, причем без ввода мощностей, и о катастрофической потере резервов, которые были созданы до 1990 года. И, в конечном счете, в 2002 году компания исчерпала весь свой резерв.

Логическим завершением углубления кризиса явилась авария 2005 года. Она отключила примерно половину мощности в г. Москве и захватила соседние области. Около шести электростанций «сели» на ноль или потеряли половину мощности и были на грани полного обесточивания. Однако ситуацию удалось взять под контроль, и через сутки восстановить мощность аварийных источников.

Окончательно переломный момент наступил в январе – феврале 2006 года, когда произошло смягчение климата. Однако, в течение отопительного периода имело место продолжительное стояние температур наружного воздуха ниже – 30 С. Такая ситуация сыграла критическую роль при теплоснабжении абонентов. Через 3–5 суток происходило выхолаживание зданий, температура в отапливаемых помещениях опускалась существенно ниже уровня комфортности пребывания, и жители начинают самостоятельно включать электрообогреватели. Это дополнительное электропотребление «разваливало» энергосистему и лишало ее возможности обеспечивать надежное электроснабжение. Как вынужденная мера, наступил период принудительного отсекания от энергосистемы некоторых электропотребителей, которое очень негативно оценивается общественностью.

Причин в сложившейся ситуации несколько. Прежде всего, в основе современной электроэнергетики лежит использование органического топлива: природного газа, нефти и угля. Их запасы настолько быстро расходуются, что совершенно реально можно ожидать их исчерпания в ближайшие десятилетия (кроме угля, запасов которого хватит на несколько сотен лет). Поэтому внимание правительственных органов, промышленности, науки, при рассмотрении условий создания надежного энергоснабжения для будущих поколений, требует принятия мер по энергоснабжению и созданию альтернативных видов производства электроэнергии. Ими являются гидро– и атомная энергетика: ресурсы гидроэнергетики возобновляются, а атомной хватит на несколько сотен лет.

К основным событиям, которые произошли с 2006 по 2016 г. можно отнести следующие:

1) В 2009 году на реке Бурее в Амурской области было завершено строительство Бурейской ГЭС, мощностью 2010 МВт. Первый камень в её основание был заложен еще в 1978 году. Из станций, возведение которых началось в постсоветский период, ток дали Аушигерская ГЭС (мощность 60 МВт), Кашхатау ГЭС (65 МВт), Юмагузинская ГЭС (45 МВт), Толмачевский каскад (45 МВт), Гельбахская ГЭС (44 МВт);

2) Летом 2013 года в селе Яйлю Турочакского района Республики Алтай началась эксплуатация автономной дизель-солнечной электростанции мощностью 100 кВт. В дневное время электроснабжение ведется за счет фотоэлектрических батарей, в ночное – от аккумулятора и дизельного электрогенератора. Этот проект интересен автономностью, опыт которого позволит надежно электрифицировать отдаленные поселения;

3) В начале декабря 2015 г. произошла интеграция энергосистемы Крыма в Единую энергосистему России, позволившая сократить более 60 % дефицита мощности в регионе и обеспечить до 18–20 часов подачи электроэнергии;

4) В 2016 г. произошло завершение строительства энергомоста в Крым. Это обеспечило надежное прохождение курортного и осенне-зимнего периодов. В 2016 году было введено 4,3 ГВт новой генерации. Среди введенных энергоблоков есть уникальные объекты. В 2017 г. ведется строительство объектов третьего этапа энергомоста и объектов генерации.

Рассмотрим основные показатели развития энергетической отрасли России в 2016 г. по данным, Министерства энергетики России: выработка электроэнергии составила 1071,8 млрд кВтч, электропотребление – 1054,5 млрд кВтч, установленная мощность – 244,1 ГВт, максимум нагрузки – 154,3 ГВт, вводы генерирующих мощностей – 4,29 ГВт.

На конец 2016 года в составе ЕЭС России работали семь Объединенных энергосистем (ОЭС). Параллельно работают ОЭС Центра, Средней Волги, Урала, Северо-Запада, Юга и Сибири. Параллельно работающие в составе ОЭС Востока энергосистемы образуют отдельную синхронную зону, точки раздела которой по транзитам 220 кВ с ОЭС Сибири устанавливаются оперативно в зависимости от складывающегося баланса обоих энергообъединений.

29 декабря 2016 года функции оперативно-диспетчерского управления электроэнергетическим режимом на территории Крымского полуострова, приняты Филиалом АО «СО ЕЭС» (Системный оператор Единой энергетической системы) «Региональное диспетчерское управление энергосистемы Крыма и города Севастополя» (Черноморское РДУ).

В настоящее время электроэнергетический комплекс ЕЭС (Европейское экономическое сообщество) России входит около 700 электростанций мощностью свыше 5 МВт. На начало 2017 г. общая установленная мощность электростанций ЕЭС России составила 236,34 ГВт.

Государственное регулирование сферы энергетики.

Задача государственных органов заключается в сбалансированном применении прямых и косвенных методов регулирования.

Нужно отметить, что 15 апреля 2014 г. постановлением Правительства Российской Федерации № 321 утверждена разработанная Минэнерго России государственная программа Российской Федерации «Энергоэффективность и развитие энергетики». Ее цель – надежное обеспечение страны топливно-энергетическими ресурсами, повышение эффективности их использования и снижение антропогенного воздействия ТЭК на окружающую среду.

Государственная программа является основой бюджетного планирования Минэнерго России и разрабатывается параллельно и в увязке с подготовкой федерального закона о бюджете.

В ходе подготовки документ прошел активное обсуждение на площадке Аналитического центра при Правительстве Российской Федерации с привлечением представителей заинтересованных органов исполнительной власти и экспертного сообщества, а также в Общественном совете при Минэнерго России.

В целях приведения государственной программы в соответствие с федеральными законами о федеральном бюджете и исполнение ряда поручений Президента Российской Федерации В. В. Путина и Правительства Российской Федерации с 2014 года по настоящее время в государственную программу внесен ряд изменений. В том числе, было увеличено количество показателей (индикаторов) государственной программы с 37 до 62, а ее структура дополнена основными мероприятиями, направленными на:

– строительство, модернизацию, реконструкцию нефтегазохимических предприятий;

– расширение использования природного газа в качестве моторного топлива;

– развитие добычи торфа;

– инновационное развитие организаций топливно-энергетического комплекса;

– развитие международного сотрудничества.

Для обеспечения опережающего развития Дальневосточного федерального округа в государственной программе дополнительно выделены конкретные проекты, индикаторы и ключевые показатели эффективности в части развития электроэнергетики, нефтепереработки, газовой отрасли и угольной промышленности в регионе.

В соответствии с Бюджетным кодексом Российской Федерации государственная программа дополнена правилами предоставления субсидий из федерального бюджета бюджетам субъектов Российской Федерации на ликвидацию перекрестного субсидирования в электроэнергетике, и правилами предоставления субсидий из федерального бюджета бюджету Чукотского автономного округа на компенсацию гарантирующим поставщикам и (или) энергосбытовым (энергоснабжающим) организациям разницы между экономически обоснованными и установленными тарифами на электрическую энергию (мощность) для потребителей Чукотского автономного округа.

Ежегодно ход реализации государственной программы и предложения по ее корректировке проходит общественное и экспертное обсуждение на заседаниях Комитета Государственной Думы по энергетике, Комитета Совета Федерации по федеративному устройству, региональной политике, местному самоуправлению и делам Севера, в рамках Общественного совета при Минэнерго России.

Несмотря на поддержку государства, развитие электроэнергетики сдерживается следующими факторами:

1. Изношенность оборудования. Согласно данным профессора Л. А. Хоменко, средний возраст оборудования ТЭС более 30 лет, причем свыше 60 % турбин свой номинальный ресурс выработали. Средний возраст ГЭС – свыше 35 лет, на которых только около 70 % оборудования рассчитано на более длительную работу, а половина турбин уже свое отслужила.

Это приводит к резкому падению КПД, который колеблется на ТЭС, к примеру, в районе 35,5 %. Для сравнения, в мире этот показатель равен 41,5 %. А у паротурбинных блоков КПД еще в полтора раза ниже. Согласно данным профессора, уже в ближайшие годы большинство энергоблоков свой ресурс исчерпают, и российскую энергетику ожидает резкий коллапс. Если ничего не предпринимать, разумеется.

2. Нехватка генерирующих мощностей и слабое развитие электросетей. Даже выработанное электричество невозможно эффективно передавать потребителям. Промышленный потребитель, в свою очередь, использует энергоемкие технологии (затратность экономики России в 2,3 раза выше среднемировой) – и это третья глобальная проблема.

3. Сокращение объема инвестиций и неэффективное управление ими. Производственные мощности страны в состоянии обеспечить отрасль трансформаторами и генераторами. Однако отток специалистов и отсутствие научных разработок уже проявили некоторое отставание и здесь.

Ошибкой стала приватизация РАО ЕЭС (Российское акционерное общество «Единая Энергетическая Система»). Частные собственники не оправдали ожиданий власти: вместо включения объектов инвестирования в процесс модернизации и переоснащения, они выжимают остатки ресурса из устаревшего оборудования. Их интересует быстрая прибыль в ущерб будущему. Получается абсурдная ситуация, когда государство вкладывает до 90 % инвестиций, желая спасти российскую энергетику, а прибыль забирает собственник.

В связи с существующими проблемами в энергетической отрасли в РФ можно выделить стратегические направления ее развития на ближайшие 10–30 лет.

1) Развитие строительства АЭС и ГЭС при базовом использовании углеводородных ресурсов на ТЭС.

2) Ликвидация дефицита мощности в электропотреблении, с чем уже столкнулись филиалы «Мосэнерго», «Ленэнерго» и «Тюменьэнерго». Россия уже не может догнать Китай, который собирается ввести в ближайшее время 70 ГВт новых мощностей, в том числе 25 % на гидростанциях, но необходимо пытаться наверстывать потерянное за 15 лет и, прежде всего, свой приоритет в энергомашиностроении.

Сегодня, к сожалению, парогазовые установки создаются на основе закупленных лицензий, или просто покупаются у зарубежных фирм. А без перехода на новую технику нельзя обеспечить энергоэффективность, энергосбережение, увеличение КПД с 30–40 % до 55–80 %.

Одной из главных специфических проблем российской энергетики является соотношение цен на энергетическое топливо: газ, мазут и уголь. Самым привлекательным по своим качествам при использовании является газ: он экологически чист, обеспечивает более высокий КПД парогенераторов, система приготовления газа к сжиганию требует наименьших затрат среди прочих топливных хозяйств.

Мазут загрязняет поверхности теплообмена топок котлов, содержит серу, вызывает коррозию трубных пучков, загрязняет атмосферу. Уголь содержит золу и влагу, требует размола, сложной подготовки топлива, золоулавливания и создания золоотвалов. Однако, в то же время, мазут стоит в 2–3 раза, а уголь в 1,5–2 раза дороже газового топлива. В период пиковых зимних нагрузок генерирующие компании, как правило, несут убытки из-за вынужденного использования резервного мазутного топлива высокой стоимости.

3) Разработка эффективных альтернативных источников. Разработки ведутся в разных направлениях и находятся на различных стадиях своего развития. Тем не менее, уже можно выделить ряд технологий, которые способны положить начало инновационной энергетике.

Вихревые теплогенераторы. Такие установки используются достаточно давно, найдя свое применение в теплоснабжении домов. Прокачиваемая через систему трубопроводов рабочая жидкость нагревается до 90 С. Несмотря на все преимущества технологии, она еще далека от окончательного завершения разработок. Например, в последнее время активно изучается возможность использования в качестве рабочей среды не жидкости, а воздуха.

Холодный ядерный синтез. Эта технология известна с конца 80-х годов прошлого века. В ее основе лежит идея получения ядерной энергии без сверхвысоких температур. Пока направление находится на стадии лабораторных и практических исследований.

Магнитомеханические усилители мощности. На стадии промышленных образцов используют магнитное поле Земли. Под его воздействием увеличивается мощность генератора и увеличивается количество получаемой электроэнергии.

Динамическая сверхпроводимость. Суть идеи проста – при определенной скорости возникает динамическая сверхпроводимость, позволяющая генерировать мощное магнитное поле. Исследования в этой области идут довольно давно, накоплен немалый теоретический и практический материал.

4) Разработка и внедрение инновационных технологий:

– нанопроводниковые аккумуляторы;

– технологии беспроводной передачи энергии;

– атмосферная электроэнергетика и пр.

Нанопроводниковый аккумулятор является видом литий-ионного аккумулятора. Суть изобретения состоит в замене традиционного графитового анода аккумулятора на анод из нержавеющей стали, покрытый кремниевым нанопроводником. Благодаря способности кремния удерживать в 10 раз больше лития, чем графит, стало возможно создавать значительно большую плотность энергии на аноде.

Появление такого вида аккумулятора может означать начало реального вытеснения двигателя внутреннего сгорания и расширение поля применения автономных электронных устройств. Начавшие распространяться в наши дни беспроводные зарядные устройства для всевозможных гаджетов демонстрируют возрождение интереса к беспроводной передаче электроэнергии. Перспективы этого направления колоссальны. Именно в наши дни кризис новой когда-то электроэнергетики делает работы в направление беспроводной передачи электричества чрезвычайно актуальными и ценными.

Атмосферная электроэнергетика объединяет различные способы и проекты получения накапливаемой в атмосфере электрической энергии. Наиболее очевидный путь состоит в захвате колоссальной энергии молний. Атмосферная электроэнергетика может в ближайшие десятилетия стать ведущим направлением в группе технологий, призванных обновить энергетику. Соответствующие работы сейчас активно ведутся в Массачусетском технологическом институте (Massachusetts Institute of Technology – MIT), есть также и российские разработки. Бесспорным является революционный характер исследований в области получения атмосферного электричества. При этом источник энергии зачастую оценивается как почти безграничный, а затраты по ее получению должны оказаться минимальными.

Таким образом, главным направлением в развитии данной отрасли может быть внедрение новой энергетики, которая обладает огромным потенциалом. Следует ожидать, что в ближайшие годы появятся и другие технологии, разработка которых позволит отказаться от использования углеводородов и, что немаловажно, снизить себестоимость энергии

Список используемой литературы

1. Азнабаева Д. В., Нургалеев Э. Р., Хайбуллина Э. З. Проблемы энергетики в России и за рубежом // Символ науки. – 2017. – Т. 3. № 3. – С. 35–39.

2. Герич А. А., Кашапова И. М. Развитие энергетики в России: экологическая и экономическая перспектива // Вестник современной науки. – 2015. – № 12-1 (12). – С. 61–63.

3. Дускабилова З. Т. Электроэнертегика России: проблемы и стратегические направления развития отрасли // Экономика: вчера, сегодня, завтра. – 2016. – № 9. – С. 116–128.

Информация об авторах

Зыкин А. М. – студент группы 8Э(з)-81, Сташко В. И. – к.т.н., доцент, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.