Применение IoT (интернет вещей) в энергетике

ВВЕДЕНИЕ
Интернет вещей сегодня является одной из самых перспективных технологий, которая используется не только в «умных» домах, но и в сфере энергетики. В России применение таких разработок только начинается, при этом существует целый спектр проблем, связанных с развитием и распространением программного обеспечения, устройств и их систем.


Глава 1. Применение IoT в энергетике: понятие и опыт
Интернет вещей (Internet of things – IoT) как концепция, позволяющая разрешать проблемы автоматизации процессов, которые либо не имели решения ранее, либо решались недостаточно эффективно, существует достаточно давно.
В период с 1999 года – момента осознания перспектив развития – непосредственная реализация IoT не могла быть осуществлена ввиду отсутствия реальных технологий, позволяющих результативно выстраивать взаимодействие на уровне устройства с устройством (Machine to Machine – M2M) с использованием сети Интернет.
Долгое время эта концепция существовала по большей части умозрительно, в том числе в сфере энергетики, однако начиная с 2010 года отрасль снова привлекла интерес инвесторов, разработчиков программного обеспечения и изготовителей систем. Вновь приобретенная популярность позволила в последние несколько лет не только расширить список сфер, в которых такие технологии могут использоваться, но и масштабно начать применять на практике технологические достижения специалистов IoT.
На текущий момент использование Интернета вещей в повседневной жизни ассоциируется в основном с технологиями, в целом характеризуемыми как «умный дом», то есть с вещами, с которыми человек сталкивается постоянно, но использование их в разрезе IoT должно стать более удобным и персонализированным. Постепенно такие технологии проникают в нашу жизнь, иногда самым неожиданным образом, который мог бы еще пару лет назад показаться совершенно невозможным.
Так, «умная» колонка, оснащенная голосовым ассистентом, среагировала на ссору между супругами и на фразу «Ты звонила в полицию?» хоть и случайно, но вызвала отряд стражей порядка [1].
Тем не менее Интернет вещей предназначен и для поиска ответов на более глобальные задачи, в том числе задачи энергетической сферы.
Указ Президента РФ «О Стратегии развития информационного общества в Российской Федерации на 2017–2030 годы» предусматривает планомерную интеграцию IoT в российскую действительность – как в промышленность, так и в энергетику, определяя Интернет вещей как концепцию вычислительной сети, соединяющей вещи (физические предметы), оснащенные встроенными информационными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой без участия человека.
Процессы, осуществляемые без участия людей посредством технологии M2M-коммуникации, позволяют высвобождать большое количество человеческих ресурсов, а также оперативно реагировать на изменения в подконтрольных системах с целью обеспечения безопасности как самой системы, так и потребителей тех или иных услуг и товаров. Однако нельзя ассоциировать M2M-технологии как равнозначное понятие для IoT. Принципиальное различие заключается в понятиях, характеризующих устройства, относящиеся к данным технологиям.
Термин «M2M-устройство» охватывает как традиционные средства телеметрии и телеуправления, так и средства, независимые от сетей и приложений устройства Интернета вещей. В свою очередь, под устройствами IoT понимаются только устройства, имеющие возможность через свободное IP-подключение взаимодействовать с различными системами телеуправления и телеметрии, реализованными в виде облачных и онлайн-сервисов.
Ввиду указанного Интернет вещей – это облачные телеметрия и телеуправление [2]. Таким образом, IoT-система строится следующим образом: устройства устанавливают связь на уровне M2M, данные с этих устройств передаются в серверную онлайн-инфраструктуру, а уже инфраструктура обрабатывает полученные данные и передает указания как устройствам, так и людям.
Концептуально IoT может применяться (и применяется) в сфере энергетики в двух глобальных направлениях – снижение потребления ресурсов и отслеживание технического состояния оборудования с целью проведения своевременного технического обслуживания, а также предупреждения аварийных ситуаций. В энергетике сенсоры и датчики, подключенные к сети Интернет, используются для построения «умных» электросетей и инфраструктуры Smart Grids.
К примеру, самая крупная энергетическая организация Эстонии Elektrilevi установила совместно с компанией Ericsson 300 тысяч «умных» счетчиков потребления электроэнергии [3].
По заявлению генерального директора компании «КРОК» Бориса Бобровникова, в Москве уже действует сеть для сбора данных о потреблении энергоресурсов домохозяйствами на основе подключенных к специализированной беспроводной сети адаптированных счетчиков электроэнергии, воды и газа [4].
Так, в 2017 году Мособлгаз установил более 27 тысяч «умных» счетчиков, а в 2018 году планируется более широкое внедрение IoT-устройств с возможностью блокирования подачи газа в случае обнаружения утечки автоматизированными запорными системами [5].
Кроме того, постепенно прогрессирует и законода тельная база. Массив нормативных правовых актов, регулирующих связанные с IoT отношения (в том числе в энергетической сфере), стал расширяться в течение последних десяти лет. В основном развитие идет в части норм технического регулирования, определяющих требования к самим устройствам, а также сферам их применения.
Так, в ст. 9, 10 Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» предусмотрена обязанность организаций, эксплуатирующих опасные производственные объекты, создавать системы производственного контроля, наблюдения, оповещения, связи и поддержки действий в случае аварии и поддерживать указанные системы в пригодном к использованию состоянии, что в полной мере может быть реализовано лишь при использовании технологий IoT.
Непосредственные требования к таким системам описаны в актах технического регулирования, однако их положения пока не идут в ногу со временем. Например, ГОСТ Р 54983-2012 предусматривает обязанность газораспределительных организаций использовать автоматизированные системы управления различными технологическими процессами, однако сами требования к таким системам сформулированы в ГОСТ Р 8.596-2002, который был введен в действие в 2002 году.



Глава 2. Применение и перспективы Интернет вещей
На сегодняшний день в российской энергетике IoT-технологии (Internet of Things) применяются в двух основных направлениях: снижение энергопотребления и контроль технической исправности оборудования для предотвращения аварийных ситуаций. Технологии интернета вещей основаны на телеметрии и телеуправлении, поэтому используются в отрасли для построения «умных» сетей и инфраструктуры Smart Grids при помощи датчиков и сенсоров, подключенных к общему облачному или онлайн-сервису.
Увеличивающееся с каждым днем количество подключенных к интернету датчиков и распространение беспроводных технологий и облачных сервисов существенно влияет на преобразование отрасли энергетики. Компании получили возможность с большой точностью собирать данные об объеме потребленных ресурсов и создавать на их основе новые клиентоориентированные сервисы.
Пока проникновение Интернета вещей в российскую энергетику находится на начальном уровне, говорится в исследовании компании PwC. Тем не менее новые технологии очень актуальны в нашей стране, обладающей исторически сложившейся масштабной централизованной системой энергоснабжения, а это свыше 2,5 млн км линий электропередач, около 500 тыс. подстанций, 700 электростанций мощностью более 5 МВт.
Использование Интернета вещей может привести к значительным изменениям, трансформируя традиционную электромеханическую систему энергетики в цифровую. В электроэнергетике в данном контексте речь идет об умных сетях (smart grids) и интеллектуальных счетчиках.
Одной из отечественных компаний, которые активно используют подобные технологии, является Московская объединенная энергетическая компания (МОЭК). Совместно с МТС предприятие с 2009 года реализует проект мониторинга расхода энергоресурсов, в рамках которого создана единая автоматизированная система контроля и учета передачи тепловой энергии и горячей воды. Для этого МОЭК установила 47 тыс. счетчиков потребления в муниципальных домах и объектах социальной сферы, около половины узлов учета оборудовано SIM-картами МТС, которые непрерывно передают данные на сервер Центральной системы учета энергоресурсов МОЭК.
Компания также запустила систему, позволяющую удаленно, через интернет, снимать показания о расходе тепловой энергии в жилых домах Москвы. Такие счетчики установлены на 23000 объектов МОЭК. Там, где нет фиксированного интернета, данные передаются по сотовому каналу. Система позволяет энергетикам быстро узнавать о сбоях в теплоснабжении и прогнозировать возможные поломки.
На уровне управления системой цифровизация активов дает возможность более оптимально планировать загрузку генерирующих мощностей и их объем. Также это позволяет снизить потребление электроэнергии благодаря управлению спросом.
Внедрение интеллектуальных технологий с учетом протяженности линейных объектов приводит к повышению надежности и снижению операционных расходов. Это позволяет перейти к управлению сетью «по состоянию», а не проводить ремонты в соответствии с жесткими регламентными сроками.
МОЭК реализует технологии Интернета вещей на трех уровнях. Первый относится к жилым помещениям, когда с помощью датчиков и платформ для обработки данных компания имеет возможность персонализировать свои услуги для каждого конкретного потребителя.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод о том, что Интернет вещей находится в стадии активного развития, однако эволюционный пик еще далеко впереди, поскольку существует множество проблем, которые будут решаться не одним поколением специалистов отрасли.
Конкретные IoT-устройства применяются в энергетике уже сейчас, однако полноценная реализация всего потенциала технологий Интернета вещей будет возможна только при наличии единых стандартов отрасли, установленных на национальном или международном уровне либо же разработанных самими участниками рынка.
До тех пор, пока не поставлена точка в обсуждении действия принципа сетевого нейтралитета, нельзя быть уверенным в том, что данные, передающиеся в рамках IoT-систем, будут достигать конечной цели. Кроме того, уровень информационной безопасности, предоставляемой изготовителями устройств, не слишком высок, что останавливает развитие рынка и технологий Интернета вещей.