Секнин А.А., Менеджер решений для электроэнергетики и ЖКХ, компания Esri CIS, e-mail: aseknin@esri—cis.ru
GIS in Power Industry, Smart Grid
Развитие человечества в настоящее время напрямую связано с понятием энергии и энергетического потенциала. В целом для этой важнейшей области хозяйственно-экономической деятельности выбран красивый и емкий термин – Энергетика.
Энергетика в большей или меньшей степени всегда являлась локомотивом истории, но совершенно очевидно, что в последнее время ее роль постоянно усиливается. Человечество столкнулось с серьезным вызовом. Население земли неуклонно растет, при этом растет и удельное потребление энергии на душу населения, и все это на фоне того, что запасы основного источника энергии (органического топлива) неуклонно падают.
От того, будут ли найдены альтернативные источники энергии, а также от того, насколько эффективно общество будет использовать энергию, зависят перспективы устойчивого развития современной цивилизации. В связи с этим, энергоэффективность и энергосбережение является одним из 8 приоритетных направлений технологического развития России (Указ Президента РФ от 7 июля 2011 г. N 899 «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации»). Россия располагает масштабным недоиспользуемым потенциалом энергосбережения, и электроэнергетика, как неотъемлемая часть энергетики, обязана быть на передовом рубеже процесса изменения этого тренда, который может стать существенным фактором сдерживания экономического роста страны. Российская электроэнергетика на протяжении своей более чем столетней истории имеет немало достижений, ее уровню (в определенные моменты времени) могли позавидовать многие западные страны. Однако реальность такова, что глобальные энергетические вызовы, актуальные и для России, и то, что со времен распада СССР государство было занято исключительно социально-политическими реформами, а электроэнергетика, как, впрочем, и многие другие инфраструктурные отрасли, перестала ее интересовать, привели к текущей непростой ситуации.
Нельзя конечно категорично сказать, что ничего не делалось. Проведена колоссальная и болезненная реформа электроэнергетики (2000-2008 гг.), в настоящее время предпринимается ряд мер национального масштаба по повышению энергоэффективности и энергосбережению. Все эти инициативы так или иначе использовали, либо используют мировой опыт и глобальные тенденции. И хочется надеяться, что Россия теперь действительно становится частью единой глобальной экономико-социальной системы, а эксперименты по «изобретению велосипеда» остались в прошлом.
В последние годы на западе в электроэнергетике очень активно развивается концепция Smart Grid (интеллектуальные/умные сети). Прежде всего, она охватывает передачу и распределение, однако имеет некоторое отношение и к генерации. Термин Smart Grid стал известен с середины 2000-х и тут же стал настолько популярным, что оброс множеством разных свойств и значений. Сейчас это очень емкий, не без налета маркетингового блеска термин, который еще и трактуется по-разному в разных частях света. Это, скорее, некое видение того, какой должна стать электроэнергетика будущего, ее новая инновационная модель, во многом отличающаяся от современной как принципами функционирования, так и технологическим базисом.
В России идея Smart Grid в среде профессионалов энергетиков обычно понимается несколько иначе и трансформировалась в концепцию интеллектуальной активно-адаптивной сети, которую можно описать следующими признаками [1]:
- насыщенность сети активными элементами, позволяющими изменять топологические параметры сети;
- большое количество датчиков, измеряющих текущие режимные параметры для оценки состояния сети в различных режимах работы энергосистемы;
- система сбора и обработки данных (программно-аппаратные комплексы), а также средства управления активными элементами сети и электроустановками потребителей;
- наличие необходимых исполнительных органов и механизмов, позволяющих в режиме реального времени изменять топологические параметры сети, а также взаимодействовать со смежными энергетическими объектами;
- средства автоматической оценки текущей ситуации и построения прогнозов работы сети;
- высокое быстродействие управляющей системы и информационного обмена.
Определенное сужение термина, по сути, сводящее его к автоматизации и оптимизации работы транспорта вторичной энергии, по-видимому отражает текущие проблемы энергетического комплекса или, возможно, некоторые корпоративные интересы, но в любом случае даже решение этих задач даст ощутимые результаты. Автоматизация и оптимизация работы транспортной инфраструктуры – весьма важная и актуальная задача в связи с тем, что текущая ситуация весьма удручающая: от 10 до 14% (по разным оценкам) потерь в сетях при транспортировке конечному потребителю. В то же время мы приближаемся к барьеру выработки ресурсов основных фондов (до 2020г. произойдет массовое выбытие всего, что создавалось при взлете экономики в 60–80-е годы прошлого века) и должны решать эту проблему не просто путем ее восстановления, а с учетом современных, возросших требований по потреблению энергии.
Хотя следует признать, что на национальном уровне предусматриваются меры по развитию и других направлений, присущих концепции Smart Grid. В частности, согласно “Энергетической стратегии России до 2030” [2] в качестве направлений приоритетного развития электроэнергетики выделены следующие, так или иначе относящиеся к этой концепции:
- создание высокоинтегрированных интеллектуальных системообразующих и распределительных электрических сетей нового поколения в Единой энергетической системе России (интеллектуальные сети – Smart Grids);
- широкое развитие распределенной генерации;
- создание высокоинтегрированного информационно-управляющего комплекса оперативно-диспетчерского управления в режиме реального времени с экспертно-расчетными системами принятия решений;
- создание высоконадежных магистральных каналов связи между различными уровнями диспетчерского управления и дублированных цифровых каналов обмена информацией между объектами и центрами управления;
- создание и широкое внедрение централизованных систем противоаварийного управления, охватывающих все уровни Единой энергетической системы России;
- создание автоматизированных систем управления спросом на электроэнергию.
Стоит отметить, что в обоих списках упоминаются термины с корнем “информационный”, как впрочем и то, что использование информационных технологий (ИТ) по многим пунктам предполагается неявно. Приступая к раскрытию тезиса о важности ИТ, хотелось бы отметить, что сама концепция Smart Grid является частью более глобальных инициатив на основе принципа Smart (Smart Building, Smart City и т.д.). Если попытаться обобщить, все эти Smart призваны увеличить эффективность использования энергии, других коммодити (commodity (предмет потребления), в нашем контексте: вода, топливо и т.д.) и муниципальных сервисов, при этом повысив удовлетворенность граждан/организаций за счет возможности гибкого контроля потребления и более тесной связи с их производителями и поставщиками.
Как упомянуто выше, общее понимание путей реализации этой концепции так или иначе связанно с развитием технологической базы и ее составной части – информационных систем. Нельзя сказать, что автоматизация и информатизация в отрасли стала развиваться только лишь с появлением тематики Smart Grid. Новая концепция просто усилила ее роль, так как ее реализация предполагает увеличение информационных потоков в сотни раз, а значит требует более эффективных технологий управления этой информацией.
Что касается геоинформационных технологий (ГИС), то необходимость в их использовании для автоматизации бизнес-процессов в энергетике, в том числе и в электроэнергетике в той или иной степени признавалась всеми и до эпохи Smart Grid. Материалы этого номера ArcReview как раз и призваны осветить многообразие различных направлений и сценариев использования пространственных технологий и показать новые перспективы, открывающиеся в рамках тематики Smart Grid.
ГИС в электроэнергетике давно получила статус инфраструктурной технологии и рассматривается всеми ИТ-консультантами как базовая технология для построения корпоративной ИТ-архитектуры энергетических компаний. (Более детальное и системное исследования о месте ГИС-технологий в ИТ-ландшафте предприятия, а также степени их готовности к промышленному использованию с применением авторской методики построения Кривых зрелости приводится в отчете “Hype Cycle for Utility Industry IT and Business Processes” Gartner, 2011. С этим трудно поспорить, ведь почти 90% информации, используемой на предприятиях электроэнергетики (прежде всего, конечно, электросетевых) имеет пространственную привязку в силу географически распределенной природы основных активов: транспортные и распределительные электрические сети и вся сопутствующая инфраструктура. Надо признать, что этот очевидный тезис часто приходится доказывать. Профессионалы от энергетики зачастую хорошо понимают, для чего нужны технологические системы типа DMS (Distribution Management System), SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), EAM (Enterprise Asset Management), OMS (Outage management systems), WMS (Work management systems), CIS (Customer information system) и т.д., но далеко не всегда понимают, какие бизнес процессы должна обслуживать система, основанная на ГИС. Правильное понимание места и роли ГИС связано с общей ИТ-культурой и стратегией развития конкретной компании. Нужно обладать определенным чутьем, кругозором и системным взглядом на бизнес в целом, чтобы понимать место и роль ИТ-технологий в структуре конкретного предприятия и того, как они могут помочь трансформации бизнеса и повышению эффективности компании.
Такое понимание, как правило, становится основой очень важного документа (ИТ-стратегия) с подробным описанием ИТ-инфраструктуры и ИТ-архитектуры предприятия. Их формирование стало важным направлением в ИТ-менеджменте со своими методиками и научными подходами и является неотъемлемой частью процесса стратегического управления предприятием.
Стандартов и четких правил, какая именно роль будет отведена ГИС-компоненту в ИТ-архитектуре конкретного предприятия, нет. Если обобщить западный опыт и лучшие практики в сфере Utilities (энергетических компаний и компаний коммунальных сетей), то ГИС, как инфраструктурная технология, обеспечивающая поддержку бизнес процессов на базовом уровне, должна выполнять роль системы управления пространственно-распределенными активами и технической паспортизации. Эта роль в промышленности традиционно и заслуженно принадлежала EAM-системам, однако эти системы, хотя и очень развитые функционально, как правило, используют иерархическую модель для описания активов и не поддерживают сетевую топологию. А поддержка сетевой топологии и удобных средств для ее создания и редактирования является весьма критичной функцией, например, для описания распределительных сетей, конфигурация которых очень часто меняется в результате оперативных переключений. Системы класса DMS предусматривают поддержку сетевой модели и, как правило, предоставляют достаточно удобный и традиционно понятный интерфейс по работе с информацией на основе схематических представлений, однако и у них есть определенные минусы. Схематическое представление (принципиальные, однолинейные, полнолинейные, схемы кабельных трасс и т.д.), как правило, выполняется вне масштаба и не имеет полноценной координатной привязки. В случае их использования для моделирования сети в задачах диспетчеризации и ремонтно-эксплуатационного обслуживания проблем обычно не возникает. Однако, когда речь идет о корпоративном подходе и вероятных дополнительных выгодах от синергии за счет совместного использования различных данных и систем, известен пожалуй единственный естественный способ обеспечить это – использование географических систем координат и точной пространственной привязки данных к территории в качестве общего, универсального знаменателя. Действительно, как выполнить совместный анализ и отображение имущественных данных (земельный кадастр), данных об инженерных сетях да еще с привлечением внешних данных, таких как данные о прохождения других инженерных сетей, метеорологические данные и др., не используя единую систему координат и функции пространственного анализа? Только ГИС по плечу выполнение подобных задач, собственно для этого они изначально и предназначены.
С другой стороны, ГИС – это не супер-система и не большая красная кнопка, не панацея от всех возможных сложностей, которая одна все заменит и автоматизирует. Речь скорее идет о целостном интеграционном ИТ-решении на основе веб-сервисов и стандартизированных интерфейсов межсистемного взаимодействия (CIM-модель). Практика технологической конвергенции систем, когда на основе какой-либо одной из них ставится задача создать супер-систему, крайне редко бывает оправданной. Например, зачастую технологические системы включают в себя географические представления и функции по работе с ними, однако такой подход обычно не лучшим образом отражается на общей функциональности. Более правильно расширять функциональность за счет интеграции, и технологически платформа Esri ArcGIS открыта для этого. Хороший пример такого подхода демонстрирует компания IBM, продвигая COTS (Commercially available Off-The-Shelf ) – готовый к работе продукт Maximo Spatial Asset Management, созданный на основе интеграции EAM-системы Maximo и серверных технологий Esri.
Вернемся к рассмотрению роли технологии геоинформационных систем (ГИС) с учетом приведенных выше рассуждений. Предполагается, что внедряемая на предприятии ГИС должна использоваться как система управления активами (с акцентом на техническую паспортизацию) и моделирования сетевой топологии, фиксируя текущее состояние инженерной сети (как построено). Системы проектирования, расчетов режимов работы, диспетчерские и бизнес-приложения (ERP, EAM, CIS и др.) и пр. должны получать данные о пространственном положении и сетевой топологии из корпоративной ГИС и, используя транзакционные механизмы и четкие регламенты, возвращать изменения, предусмотренные логикой их работы и характером обслуживаемых бизнес-процессов: оперативные переключения, вывод оборудования из эксплуатации, его замена и т.д. Такая конструкция позволяет избежать избыточного дублирования, когда модели данных и сами данные одновременно хранятся в разных ИС. Такой подход в западной практике получил название Single Version of Truth (SVOT), когда на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ) – проектирование, строительство, эксплуатация – в качестве источника информации об инженерной сети используется единая база данных (БД).
Однако рассматривать ГИС только как систему для описания инженерной сети тоже неверно с точки зрения ее инфраструктурной природы. Она может и должна использоваться как серьезный аналитический инструмент для интеллектуального анализа данных (Data Mining) и бизнес аналитики (BI). Вообще говоря, развернутая и работающая сервис-ориентированная архитектура (SOA), используя парадигму бизнес-мэшапинга, позволит создавать достаточно быстро комплексные приложения различной функциональной направленности для разных категорий сотрудников: от линейного персонала, работающего в поле, до руководства компании. Платформа ArcGIS как раз и может стать таким интеграционным решением – прежде всего как развитая среда визуализации, а также за счет широкой поддержки SOA, различных API и активно развивающихся в последнее время технологий быстрого прототипирования приложений. В этом смысле уместно говорить даже не об архитектуре, как о некой определенной позиции ГИС в ИТ-инфраструктуре компании, а о жизненном цикле развития самой ГИС на предприятии (рис. 1).
Рис. 1. Жизненный цикл корпоративного внедрения ГИС.
Основанные на ГИС решения для электроэнергетики на рынке продвигаются несколькими крупными вендорами и многочисленными независимыми компаниями. Текущая мировая рыночная ситуация наиболее глубоко и полно освещена в отчете компании Gartner Inc., вышедшем 22 марта 2011г. (MarketScope for Energy and Utility Geographic Information Systems) под редакцией Рэнди Родеса.
Помимо того, что в этом отчете (как, впрочем, и в отчете за 2009) дана наивысшая оценка деятельности компании Esri, в нем подчеркнуты и основные отличительные черты политики этой компании (рис. 2).В отличие от многих компаний, предлагающих конечные приложения и вертикальные решения, Esri сфокусирована на развитии мощной ГИС-платформы – единой системы ArcGIS. Для конечного пользователя она предлагает беспрецедентно широкий набор универсальных инструментов, программных интерфейсов и поддерживаемых IT-стандартов. Такая гибкость означает разнообразные возможности реализации различных стратегий и разработки конечных приложений на платформе Esri: от создания приложений, настроенных под конкретные нужды и бизнес процессы (средствами собственных IT-подразделений или за счет аутсорсинга), до использования готовых решений (COTS), которые активно развиваются партнерами Esri (Solution Partners) для разных прикладных областей.
Рис. 2. Оценка/рейтинг вендоров на рынке ГИС для предприятий электроэнергетики и ЖКХ. (Аналитический отчет Gartner, 2011)
В отчете Gartner отмечена явная тенденция на рынке Utilities (электроэнергетика и коммунальный сектор), которая, по сути, совпадает со стратегией компании Esri. В нем говорится: ”Изначально ГИС рассматривались как отдельный класс систем, разработанный для автоматизированного картографирования и управления сетевым оборудованием и технологическими установками (AM/FM/GIS). Сейчас роль ГИС рассматривается гораздо шире, они формируют программную платформу, которая покрывает широкий круг задач предприятий….”, и “Предприятия, которые заинтересованы в использовании ГИС-технологий, должны ориентироваться на выбор всеобъемлющего платформенного решения для обеспечения информационной поддержки различных бизнес-процессов. Включая управление имущественным комплексом, управление инженерными активами, диспетчеризацию, техническое обслуживание, работу с потребителями, работу с регуляторами и финансовое управление”.
Мы надеемся, что материалы этого номера и ознакомление с основными концепциями и технологическими трендами поможет вам получить общее представление о перспективах использования технологий ГИС как в сфере энергетики в целом, так и на вашем конкретном предприятии. Мы искренне считаем, что они будут интересны вне зависимости от того, кто Вы: руководитель, инженер, мастер участка, представитель ИТ-службы и т.д.; и что ГИС-технологии будут полезны для решения многих конкретных производственных задач. А главное, что совместно используя пространственные данные, каждый на своем рабочем месте, вы улучшаете производственные показатели и эффективность компании, а также качество обслуживания потребителей столь важного ресурса, каковым является электроэнергия.
Литература
- Дорофеев В.В., Макаров А.А. Активно-адаптивная сеть – новое качество ЕЭС России // Энергоэксперт, 2009, № 4 (15).
- “Энергетическая стратегия России на период до 2030 года // Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. # 1715-р.
