Новое измерение: почему энергетики переходят на «оптику»
19 июня «Роснано» объявило о старте продаж 99,9% акций портфельной компании «Профотек». Предприятие выпускает цифровые измерители тока и напряжения, предназначенные для объектов энергетики. Они должны стать одним из ключевых элементов цифровой энергетики, заменив аналоговые электромагнитные устройства и повысив точность измерений. «Известия» изучили, как рождалась новая технология, чем она лучше обычных трансформаторов и почему на «оптику» переходят энергетики во всем мире.
От идеи к серийному продукту
Над решениями цифрового учета электроэнергии работают ведущие мировые компании — ABB, Siemens, General Electric и Arteche. Последняя потратила на свои разработки более $100 млн, чтобы довести продукт до рыночной стадии. Siemens еще только на пути к промышленному образцу.
Технологию, которая используется в цифровых трансформаторах «Профотека», создали российские ученые, сотрудники Фрязинского института радиотехники и электроники. Итог их труда — специальное оптоволокно и детектор, позволяющий измерить угол вращения и определить силу тока. При поддержке «Роснано», оказанной в 2010 году, эти научные исследования удалось довести до конечного продукта.
Сейчас «Профотек» владеет всей цепочкой производства: от создания оптоволокна и уникальных алгоритмов обработки данных до выпуска серийных приборов. Опыт компании в области фотоники, разработки в части электроники и программирования позволили изготовить особенные измерители. Они не уступают продуктам зарубежных конкурентов и даже по некоторым параметрам превосходят их.
«В начале пути технология была только в головах ученых, — поясняет генеральный директор «Профотека» Олег Рудаков. — Все наши первые образцы производились с их участием. Конечно, приятно наблюдать, когда профессор или кандидат технических наук крутят гайки на приборах или объектах. Они с удовольствием приезжали к нам на опытную эксплуатацию, монтажные работы, когда мы еще только делали первые пилоты. Мы перед собой поставили задачу описать технологию, довести ее конструкторскую и технологическую документацию, сформировать и разработать инструкции по эксплуатации. Эта работа была очень важной, мы понимали, что она откроет для нас рынок промышленных поставок продукции. После 2015 года начались коммерческие продажи на крупные сетевых объектах, «Профотек» перешел на новый этап».
По закону Фарадея
«Профотек» использует в своих трансформаторах уникальную технологию, основанную на магнитночувствительном оптическом волокне.
Обычные трансформаторы всё меньше отвечают потребностям современной энергетики в эпоху цифровизации и морально устаревают. У них много конструктивных недостатков. К примеру, стальной сердечник и медная обмотка традиционных приборов при постоянном нагревании со временем теряют свои свойства — это ухудшает точность измерений. К тому же аналоговые устройства могут загореться или взорваться от перенапряжения, а сбои в их работе не всегда можно заметить сразу.
«Обычные трансформаторы тока подвержены эффектам, в результате которых у них возникают большие погрешности измерений. То есть они дают релейной защите, автоматике неправильный сигнал, на который она ошибочно реагирует. В отрасли были прецеденты, когда из-за измерителей сбоила защита автоматики на крупных электростанциях и сетевых подстанциях сверхвысокого напряжения. Это приводило к крупным отключениям и ограничениям энергоснабжения конечных потребителей», — отмечает технический директор компании «Теквел» Александр Головин.
Цифровые трансформаторы «Профотека» устраняют эти недостатки. Они безопасны с точки зрения возгораний, дольше служат и обеспечивают бесперебойную работу. Как? Дело в конструкции.
В технологии используется эффект Фарадея. Внутри устройства находится проводник, вокруг которого намотан световод (оптоволокно). Если в проводнике нет тока, световые волны распространяются с одинаковой скоростью, если есть, то плоскость распространения света вращается. Угол вращения и позволяет точно измерить ток. Для этого в трансформаторе есть специальный детектор.
Устройство почти не стареет — оптоволокно сохраняет свои свойства десятилетиями. Его может повредить только вода или механическое воздействие, но при надежной защите это исключено. Важное преимущество — цифровой трансформатор следит за своим состоянием и передает информацию о неисправности.
«Встроенная система самодиагностики способна сигнализировать о каких-то странностях или деградации оборудования, которые в будущем могут создать проблемы. Это существенное отличие от традиционных приборов. Например, цифровое устройство может заметить ухудшение точности измерений», — продолжает Головин.
Точность — главное достоинство трансформаторов «Профотека». Крупным потребителям это позволяет более четко вести учет электроэнергии, не платить лишнее за технические потери, энергетикам — обеспечивать слаженную и бесперебойную работу по поставке электроэнергии. Ведь из-за сбоев обычных измерителей могут пострадать энергообъекты, которые в том числе снабжают важные элементы промышленной и социальной инфраструктуры.
Вызовы цифровизации
Появление отечественных оптических трансформаторов стало ответом на актуальные потребности российских энергокомпаний и предприятий. Активно обсуждаемый проект цифровизации государственных «Россетей» оценивается в 1,3 трлн рублей до 2030 года, помимо базовой инвестиционной программы. Ключевой ее элемент — создание цифровых подстанций, в которых используются оптические измерители тока и напряжения. Реализация этих планов без отечественных конкурентоспособных решений представляется сложной в условиях тарифных ограничений. Поэтому закупочная политика Федеральной сетевой компании (ФСК ЕЭС) нацелена на импортозамещение высокотехнологичного оборудования. Компания уже внедрила решение «Профотека» на первой цифровой подстанции высокого напряжения «Тобол» (500 кВ).
По словам представителя сетевой монополии, 85% закупок оборудования приходится на российскую продукцию. Планируется, что к 2030 году эта цифра достигнет 95%. «Доля российских измерителей тока и напряжения достигает 70% в закупках ФСК. В проектах нового строительства и реконструкции применяются преимущественно российские продукты. В целом цифровые решения не являются обособленными, их внедрение происходит постепенно в ходе возведения новых объектов и переоборудования с плановой заменой оборудования», — отметили в пресс-службе ФСК ЕЭС.
Сейчас цифровые трансформаторы «Профотека» используют ведущие российские энергокомпании. Решения компании установлены на множестве энергообъектов, среди которых: «Газпром Энергохолдинг» — системы измерения на Волховской ГЭС, ТЭЦ-11, «Транснефть» — обеспечение энергоснабжения нефтепровода, ОЭК — защита кабельно-воздушных линии, «РусГидро» — проект цифровой подстанции. Кроме того, продукция «Профотека» успешно применяется для качественного энергоснабжения энергоемких производств, таких как «Русал», «Норникель», ВСМПО «Ависма», Казахстанский электролизный завод (группа ERG).
На международном рынке партнерами «Профотека» выступают швейцарская компания Condis (бывшая Maxwell) и португальская корпорация EFACEC. Технологические решения АО «Профотек» успешно применяются на подстанциях в Швейцарии (Group-E, SwissGrid), Италии (Terna), Франции (EDF) и Канаде (IREQ, HydroQuebec). В структуре выручки компании доля международных проектов составляет более 15% и постоянно увеличивается. В перспективе компания также намерена выйти на китайский, индийский и американский рынки. Ведь после успешных зарубежных пилотов спрос может вырасти лавинообразно. Уже сейчас «Профотек» понимает, что ее производственные мощности площадью 1 тыс. кв. м скоро придется расширять.
