Цифровой постимпериализм. Время определяемого будущего

2.5. Энергетика цифровой эпохи

Энергетика основа жизнедеятельности экономики наступившей цифровой эпохи во всех сферах ее функционирования, однако, учитывая ограничения по объему публикации, в разделе рассмотрены только несколько вопросов этой большой проблемы.

Мир меняется! И процесс этот неизбежный. Кем будешь ты завтра зависит от того, что ты сделаешь сегодня. Век компьютеров, гаджетов, девайсов, роботов-цифровая эпоха уже реальность. Завтрашний день многих процессов – организационных, общественных, экономических будет строится по принципу распределенных интеллектуальных сетей – платформ с применением технологии распределенных реестров – адаптивного блокчейна. Этот переход продиктован целесообразностью, эффективностью и будет способствовать прозрачности, автоматизации, оптимизации, контроля потребления и обмена всеми ресурсами. То есть платформенная цифровая технология[206] распределенных реестров – блокчейн и автоматизированного управления в рамках установленных алгоритмов с функциями искусственного интеллекта – это по сути сетевая организация общества с новой децентрализованной активно – адаптивной интеллектуальной экономикой, которую часто называют цифровой. Ясно, что для жизнеобеспечения граждан во всех системах экономики, непрерывно происходят процессы преобразования материальных и информационных ресурсов в необходимые товары и услуги с помощью соответствующих компетенций и энергоносителей, которые обеспечивает энергосистема – энергетика. Поэтому, одной из главных систем жизнеобеспечения цифровой экономики является ЦИФРОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА, которая вместе с информационной системой является основой инфраструктурой четвертой промышленной революции. [207] (Эне́ргия ἐνέργεια действие, деятельность, сила, мощь – скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие.) Это то, без чего невозможен передел природных ресурсов с помощью компетенций (технологий) в необходимые жизнеобеспечивающие товары и услуги.

Отметим, что в настоящее время мировая электроэнергетика переживает смену технологической парадигмы – энергетический переход от классических источников на базе ископаемого углеводородного сырья к экологически чистым возобновляемым. Существующая вертикально интегрированная энергетика, как комплексная мульти инфраструктурная система экономики, должна быть переформатирована в соответствии вызовами нового технологического уклада. Пандемия ускорила начавшийся до нее смену технологической парадигмы энергетики – энергетический переход от классических источников на базе ископаемого углеводородного сырья к экологически чистым возобновляемым[208].

Рост тарифов на электроэнергию вследствие исчерпания потенциала роста централизованных энергосистем и отсутствия реальной конкуренции на розничном рынке, неспособность существующих централизованных систем удовлетворить возрастающий спрос на энергию приводит к уходу потребителей от централизованного энергоснабжения к собственной генерации и развитию распределенной энергетики. Одновременно с этим идет процесс формирования локальных микросетей, которые успешно конкурируют с централизованной энергетикой за счет приближения производства электроэнергии к ее потреблению, что значительно сокращает затраты на транспорт энергии и, следовательно, ее стоимость. Необходимо учитывать, что по прогнозам к 2040 году мировое потребление энергии возрастет на треть, за счет роста населения до девяти миллиардов человек, роста экономики в полтора раза, урбанизации и роста количества автомобилей в мире на 1,3 млрд штук. А если учесть, что уже сегодня 40 % эмиссии тепличных газов формирует энергетика, то интеллектуальная «новая электроэнергетика» на основе активно-адаптивных «умных» решений с распределенной генерацией и использованием возобновляемых источников энергии становится одним из основных способов обеспечения устойчивого развития. Происходит энергетический переход, то есть смена классической электроэнергетики, основанной в основном на не возобновляемых экологически опасных углеводородных энергоносителях, на экологически чистые возобновляемые источники энергии (солнце, ветер, энергия водных потоков, тепло земли, биотопливо). Этому способствует существующая вертикально интегрированная энергетика предыдущего технологического уклада. Переход осуществляется в соответствии с «экологическими, социальными и управленческими» факторами (ESG).

Это было озвучено на 23 ВЭЛК, который состоялся 9–13 октября 2016 года в Стамбуле и где выступил под девизом «Охватывая новые горизонты». Там обсуждались вопросы внедрения инновационных решений в энергетику. Была сформулирована энергетическая трилемма[209], как сбалансированная модель устойчивого развития мировой энергетики на основе экологически чистых энергоносителей (www.worldenergy.org). Трилемма состоит из следующих блоков:

1) Энергетическая безопасность. Это осуществление бесперебойной поставки энергоносителей потребителям из национальных и зарубежных источников, надежная инфраструктура и способность поставщиков энергии удовлетворять текущий и будущий спрос.

2) Энергетическое равенство. Это наличие и доступность энергии для всех потребителей.

3) Экологическая устойчивость, которая определяет экологическую эффективность поставки и потребления энергии, а также применение возобновляемых и без углеродных источников для снижения эмиссии тепличных газов в атмосферу.

При этом процесс изменений в электроэнергетике должен одновременно включить преобразования:

– во-первых, архитектуры сети на цифровой технологической базе;

– во-вторых, источников и потребителей;

– в-третьих, потребительские сервисы, главным из которых является розничный рынок-биржа, совмещенная с биллинговым расчетным центром, желательно уполномоченный банк.

При этом должна произойти коренная модернизация электроэнергетической отрасли путем ее переформатирования[210], в виде новой интеллектуальной активно-адаптивная энергосистемы, которую иногда называют «умная сеть». Отметим, что: активно-адаптивная энергосистема – интеллектуальная энергетическая система (далее – ИЭС) – умная сеть (далее – SmartGrid) – это сложная энергообеспечивающая народное хозяйство отрасль с возобновляемыми источниками энергии, построенная на базе сетевых технологий с вертикальными и горизонтальными связями между элементами системы. Отличие классической энергетики от «умной» можно сравнить с разницей между проводной телефонии и сотовой. «Новая электроэнергетика» позволяет оптимизировать производство и потребление энергоресурсов, повысить надежность и качество энергоснабжения, расширить использование экологически чистых возобновляемых источников энергии. Одним из свойств ИЭС является применение самовосстанавливающихся технологий, которые проводят диагностику и позволяют изолировать поврежденные участки и узлы системы и, если при этом имеется техническая возможность, автоматически восстанавливают работоспособность аварийного элемента ИЭС, изменяя маршрут передачи электроэнергии, информируя при этом ремонтный персонал.

При этом, умная сеть может быть основана на[211]:

• массовом использовании возобновляемых источников энергии;

• наличии у большинства потребителей индивидуальных децентрализованных источников электроэнергии;

• на применении сетевых активно-адаптивных информационных технологий для управления процессами потребления, распределении, генерации, аккумуляции, ценообразования, мониторинга и принятия решения в интеллектуальной энергосистеме;

• наличии в сети и у самих потребителей установок для аккумулирующих устройств различной природы;

• массовом использовании электротранспорта (электроавтомобили) с развитой инфраструктурой обеспечения мобильного электрифицированного подвижного состава необходимыми энергоносителями от сети с возможностью их рекуперации при необходимости;

• образовании.

Отметим, что при разработке предложения по созданию ИЭС в России было необходимо:

• ясно сформулировать цели и задачи в сфере производства и потребления энергии в рамках активно-адаптивных интеллектуальных энергетических систем, с учетом вызовов XXI века и смены технологического уклада жизнеобеспечения в условиях экологического и ресурсного кризиса в мире;

• обеспечить свободный доступ к энергоресурсам всех потребителей, в независимости от социального статуса и отношения к собственности;

• уйти от общего субсидирования потребителей, которое в перспективе приносит вред и снижает эффективность энергетики, и перейти к индивидуальной поддержке конкретных потребителей, которые имеют объективные ограничения по доступу к энергоресурсам;

• способствовать повышению эффективности потребления энергии и ее сбережению за счет управления спросом и сбалансированной тарифной политики;

• сократить эмиссию тепличных газов в атмосферу земли за счет существенного сокращения от огневой углеродной энергетики путем массового применения экологически чистых возобновляемых источников.

Если рассмотреть систему умных сетей, то ее можно представить, как совокупность автономных ячеек, объединенных общей электрической сетью. Ячейки системы это активно-адаптивные микросети на базе группы потребителей-источников энергии, связанными между собой электрическими сетями переменного и постоянного тока. По сути в каждом узле сети может происходить одновременно или выборочно: во-первых, генерация – производство, во-вторых, использование – потребление, в-третьих, обмен – транспорт, в-четвертых, хранение – аккумуляция энергоресурсов. Сетевую архитектуру сети можно рассматривать как двухмерную структуру с многочисленными связями узлов между собой, состоящей из технологических установок, устройств и сооружений с известными параметрами (hard) и заданными граничными условиями. Функционирование энергосистемы при этом должно осуществляться с минимальным расходом ресурсов, с получением заданных показателей не ниже некоторых пороговых величин посредством системы мониторинга и управления с помощью современных компетенций на базе информационных технологий (soft). Ясно, что мониторинг и принятие решения в ИЭС должно осуществляться «умным» активно – адаптивным центром управления. В основе такого управления лежит концепция минимизации транзакционных издержек. Для решения всех проблем реализации целевых функций необходимо разработать ее математическую модель, разработать и исследовать алгоритмы решений и составить программные продукты.

Одной из основных задач, возникающей в сети, является поставка электрической энергии потребителям по минимальной цене с учетом затрат на транспорт. Так, в активно-адаптивной интеллектуальной сети (далее – умная сеть) автоматизированная система по требованию потребителя ведет поиск источников заданного количества электроэнергии по минимальной цене в сети во всех ее узлах и уровнях и определяет минимальную плату за транспорт от источников к потребителю по участкам сети, используя плату за передачу одной единицы ресурса на единицу расстояния передачи. Помимо спотовых биржевых цен, могут использоваться прямые договора поставки между отдельными потребителями и поставщиками по договорным ценам. Плата за транспорт на каждом уровне сети может определятся различными способами от договорного до регулируемого независимым антимонопольным органом. Наиболее эффективным способом решения сформулированных задач развития системы является, по нашему мнению, представления сетевой системы в виде пространства Конторовича с решением задач ценообразования с помощью методов линейного программирования[212]. Необходимым условием постановки задачи линейного программирования являются ограничения на наличие ресурсов, величину спроса, производственные параметры поставщиков и потребителей. Сущность линейного программирования в нашем случае состоит в нахождении точек наименьшего значения целевой функции F = f(x)→mine – стоимости потребляемого ресурса при определенном наборе ограничений, налагаемых на аргументы и образующих систему ограничений.