Цифровая прозрачность позволит создать «умные электростанции»

Цифровая трансформация, Индустрия 4.0, интернет вещей, «умные» системы — в последнее время об этом говорится очень много, но как обстоят дела на практике? Насколько близко мы подошли к тому, что называют новой технологической революцией? Особенно актуален этот вопрос для ключевых сфер промышленности, таких как электроэнергетика. Глава Института Энергетических Систем и его бизнес-подразделения Лаборатории ПРОСТОР Михаил Королев рассказывает, какие проблемы помогают решить «умные электростанции», и что для этого нужно сделать.

Прикладная философия

Михаил Леонидович, начнем с глобального: зачем вообще нужна цифровизация?

Под цифровизацией я лично понимаю измерение окружающей действительности и доступного нам мира, построение математических моделей. Для лучшего понимания окружающей действительности, благоустройства человеческой жизни в городах, на предприятиях, в целом на нашей планете, без оцифровывания не обойтись. Создавая математические модели сложных промышленных объектов, мы лучше понимаем как они работают, что позволяет нам сделать их эффективней и безопасней.

Михаил Леонидович, а цифровизация в электроэнергетике чем полезна?

Энергетической отрасли жизненно необходимо развитие на базе интеллектуальных ИТ-систем. Основная цель — это повышение эффективности работы объектов, снижение операционных затрат. Наша концепция «умной» электростанции предлагает видение того, как правильно должны быть настроены все IT-системы на современной ЭС. Электростанция — сложный промышленный объект, при эксплуатации которого в режиме реального времени приходится решать разные технологические задачи. Cейчас на серверах электростанций работает множество программных комплексов независимо друг от друга, не располагая информацией о задачах, которые параллельно решаются другими программами. Главное отличие «умной» электростанции как раз и заключается в учете общего контекста протекающих на объекте процессов. Когда каждая из программ учитывает деятельность «коллег». К сожалению, такой подход почти нигде не реализован.

Это столь критично? 

Погружение в контекст происходящего нужно именно для того, чтобы обычная электростанция стала «умной». Наглядный пример, возьмем ту же нейросеть: предположим, она умеет распознавать дорожные знаки, делать соответствующие выводы и на их основании выдавать какие-то рекомендации для движущегося автомобиля. Но одно дело, когда нейросеть видит и распознает знак на обочине дороги, а совсем другое — когда тот же знак, допустим, изображен в книге. Задача одна — распознать графический образ, она решается успешно, но контекст совершенно разный. Соответственно, и выводы будут разными. Традиционная система АСУТП (автоматизированная система управления технологическими процессами, – ред.) не собирает контекст, а лишь решает конкретную определенную проектным решением задачу: выработка управляющих воздействий при получении определенных сигналов от управляемой установки. Системы АСУТП изначально так выстроены (а начинали их создавать более полувека назад), что вообще не предназначены для передачи контекста. Они изолированы, не связаны с другими системами, тогда как нужен некий единый «биом». 

А вот в рамках УЭС алгоритмы управления становятся умнее, более того, появляется возможность их самообучения. Практический, экономический эффект заключается в экономии топлива, ресурсов на эксплуатацию и ремонты, в повышении надежности (предиктивный анализ с помощью «поумневших» алгоритмов позволяет прогнозировать, что и когда выйдет из строя). Кроме того, «умная» электростанция исключает дублирование сбора измерений одного и того же параметра в разные системы. А такое дублирование не только занимает машинные ресурсы, под него ведь еще монтируются датчики, прокладываются кабели — и это самое дорогое. Причем бывает и так, что дополнительные датчики вносят искажения в измеряемые параметры, и в результате точность передаваемых данных может снижаться. 

Как избежать «цифрового феодализма»

Проблемы текущей архитектуры заключаются в следующем: на одной электростанции может присутствовать системы АСУТП разных производителей на разных блоках, которые общаются по разным протоколам. Все это часто называется «зоопарк», которого стараются избежать сотрудники на электростанциях. «Зоопарк» приводит к высокой стоимости, замедлению или невозможности информационного обмена между системами и уровнями. Однако, пытаясь избежать «зоопарка» систем, собственники попадают в ловушку одного поставщика АСУТП, который делает все возможное, чтобы закрыть доступ на стацию другим поставщикам и увеличить цены. Это называют «цифровой феодализм».

Персонал электростанции также участвует в большом количестве бизнес-процессов, связанных с работой на рынках электроэнергии и мощности, рынке системных услуг. В связи с этим на электростанции существуют десятки уже сейчас хорошо формализованных и описанных технологических задач, которые не везде автоматизированы или автоматизированы частично. Эти задачи решаются отдельными независимыми системами, но с течением времени количество связей между ними возрастает, что приводит так же к высокой стоимости, замедлению или невозможности информационного обмена. Кроме того, сам перечень задач постоянно расширяется, возникают новые типовые задачи (например, связанные с экологическим мониторингом и меняющимися требованиями технического надзора или с появлением новых возможностей для анализа данных, например построение систем предиктивной аналитики). В результате, как правило, эти задачи решаются созданием изолированных систем, которые почти не связаны с другими системами, дублируют сбор одних и тех же данных.

Без открытых стандартизованных протоколов дальнейшая цифровизация невозможна. Все новые компоненты цифрового ландшафта должны иметь стандартные открытые протоколы для обеспечения максимально простого и понятного информационного обмена между различными компонентами и системами. Как известно, повсеместный переход на единые стандарты дает мощный кумулятивный эффект. При этом, не обязательно демонтировать старые датчики, достаточно оборудовать их конвертерами, обеспечивающими преобразование старых протоколов в открытые.

Что вы конкретно предлагаете?

В первую очередь саму концепцию, которая описывает, как должны быть связаны IT-системы и функциональные задачи на «умной» электростанции, и каким образом этого добиться. И уже в рамках этой концепции мы предлагаем комплекс программного обеспечения ПРОСТОР для решения некоторых (не всех) задач. 

Разрабатывая свою концепцию и продукты, мы старались учесть все точки зрения: персонала, который занимается автоматизацией на электростанциях, IT-разработчиков, эксплуатирующего персонала, компаний, производящих тиражируемые продукты для электроэнергетики. Параллельно мы уже используем и обучаем станции новым технологиям: Индустрия 4.0, интернет вещей, машинное обучение, передовые средства аналитики.

На какую целевую аудиторию рассчитаны ваши технологии?

Актуальны для всех, кто занимается цифровизацией электростанций. Это в первую очередь IT-директора холдингов и отдельных ЭС. Если смотреть шире, то это, конечно, государственные структуры. Прежде всего Минэнерго, так как наша концепция нацелена в первую очередь на повышение эффективности российской электроэнергетики, она будет способствовать в том числе тому, чтобы средства на цифровую трансформацию использовались максимально эффективно. Кроме того, концепция помогает избежать лишних затрат и самим заказчикам.

До вас никто такого не предлагал? Есть ли вообще у Лаборатории ПРОСТОР конкуренты на этом поприще?

Нам не известно, чтобы кто-то занимался такой же разработкой концепции УЭС. На сегодня наш подход уникален. В дальнейшем конкуренты обязательно появятся, придут те, кто будет пытаться нас копировать. Нас это не пугает, мы в любом случае впереди на несколько шагов, им придется нас догонять.

Теория, практика и стандарты

Кстати, почему никто раньше подобного не делал? Ведь разговоры об «умных электростанциях» ведутся уже давно.

На данный момент ситуацию можно назвать своеобразным фронтиром. Действительно, говорят об «умных» электростанциях периодически, но в основном в рамках каких-то чисто маркетинговых сюжетов. Однако на сегодня нет даже базы —   стандарта «умной» электростанции, где приводится четкая формулировка, что это вообще такое, какие характеристики должна иметь УЭС, какие задачи выполнять. Пока даже статей на эту тему — единицы, да и те, что есть, не охватывают проблему полностью. 

При этом скопировать стандарты у Запада не получается — просто потому, что никто до конца не понимает, как должна воплощаться идея «умной» электростанции. 

Характерный пример: от многих клиентов поступают запросы на цифровизацию, но чего хотят конкретно либо вообще не могут объяснить, либо у каждого свое собственное представление о том, как должна выглядеть цифровизация. Кто-то говорит о цифровом двойнике электростанции, кто-то — о предиктивной аналитике, а кто-то нацелен на цифровой энерготрейдинг. То есть подходы исключительно частные, а общего взгляда на проблематику нет.

УЭС подразумевает использование инструментов Индустрии 4.0, а они стали доступны относительно недавно и пока не до конца освоены. «Искусственный интеллект» — это, безусловно, звучит красиво. Но как он в реальности изменит работу начальника смены станции никто не представляет. Для того, чтобы понять, какие перспективы эти инструменты открывают, нужны годы. 

Индустрия 4.0 подразумевает применение новейших технологий, таких как искусственный интеллект, интернет вещей и т.д. Она предполагает создание «умных» предприятий и систем, в которых устройства обмениваются данными между собой. При этом сотрудник-оператор полностью включен в процесс. Такие системы называют киберфизическими, и, по словам Михаила Королева, они способны наделить человека в прямом смысле сверхспособностями: речь идет не только о виртуальной и дополненной реальности, но и о так называемом «машинном зрении» и «машинном слухе» (применение цифровых и виртуальных камер и датчиков, а также ПО для обработки изображения и звуковых сигналов).

Почему вообще возникла проблема стандартов?

В период реформирования электроэнергетической отрасли вообще перестали создавать новые стандарты в энергетике. Такое положение вещей сохранялось около десяти лет, затем стандарты начали обновлять. В первую очередь «цифровые» стандарты появились для сетей, со станциями процесс шел сложнее. Если сети, в целом, остались во владении государства, то генерация большей частью перешла в частные руки. А частные компании к разработке и применению стандартов мотивированы слабо. Плюс на ранке было сильным присутствие иностранных поставщиков ПО, которым стандартизация только помешала бы.

И как решить проблему отсутствия стандартов?

Например, в Германии есть сообщество немецких инженеров: собираются отраслевики и объединяют лучшие практики эксплуатации электростанций, обмениваются опытом. Есть даже специальный гроссбух-мануал на тысячи страниц, как лучше управлять электростанциями. У нас, к сожалению, такого даже близко нет, никто ни с кем не делится. 

Институт энергетических систем планирует предложить Техническому комитету 016 (техкомитет Росстандарта, занимающийся электроэнергетикой, – ред.), в работе которого участвует входит и  серию стандартов по «умной» электростанции. Сам по себе процесс их принятия небыстрый, мы рассчитываем, будет здорово если они будут введены в 2026-2027 гг.

Предположим, что стандарты уже внедрены. Возможно ли ваш концепт тиражировать на другие отрасли?

Безусловно. Когда будет отработана сфера электроэнергетики, мы сможем перейти на другие отрасли, предлагая тот же подход. Речь идет об отраслях, где присутствуют сложные промышленные объекты: нефтегазовая промышленность, металлургия, химия.

А выход на зарубежные рынки планируете?

Планируем. Когда поднакопим сил и ресурсов, обязательно пойдем за рубеж.