info@iqfos.com 1  

Создание научно-технического центра по разработке волоконно-оптических систем

контроля и измерений

Современные тенденции

2  

Энергетика сегодня- объединение электростанций сетями и системой управления во все более мощные энергосистемы, постепенно охватившие целые страны и достигшие трансконтинентальных масштабов.

Энергонасыщенность промышленных технологий возрастает с каждым годом, это в свою очередь предъявляет к электрическим сетям, обеспечивающим связь потребителей с генерацией, повышенные требования по надежности и экономичности. Для решения этих задач необходимы современные технические средства корректировки параметров электрических сетей, наряду с новыми системами сбора, п е р е д а ч и и о б р а б о т к и и н ф о р м а ц и и , быстродействующими программами для мониторинга состояния сети, прогнозирования возможных проблемных мест энергосистемы и надежной системой управления всеми ее элементами.

Обзор рынка энергетики в России и мировые рынки

3  

•  Генерация •  Согласно генеральному плану размещения мощности МинЭнерго РФ Россия планирует построить 170ГВт до 2030

•  Уголь ~40 GWt •  Газ ~70 GWt •  Ядерная ~40 GWt •  ВИЭ из них: ~20 GWt

•  30% установленных мощностей старше 40 лет, как правило эти станции имеют особенно низкие КПД

•  Средний КПД по всем генерирующим мощностям – 37%

•  Транспортировка •  Электрические сети - 17% потерь (~177 ТВт-ч потерь в год)

•  Незначительный прирост новых мощностей •  4-8 млрд. долл. США программа модернизации мощностей

Мировые рынки

•  Генерация –  Рынок энергии все больше становится рынком

потребителя, а не производителя. Появляется спрос на качественно новые услуги и «цифровую энергию»

–  В США 5 лет подряд, а в Европе – уже в течение 9 лет ветровая энергетика занимает второе место в объеме ввода новых генерирующих мощностей. В 2009 г. в чистую энергетику в мире инвестировано 139,1 млрд. долл.

•  Транспортировка –  Парадигма децентрализации, «умные сети» и

накопители энергии

•  Потребление –  Мобилизация энергосберегающих технологий для

потребителей, например “пассивные” дома и “умные города”

–  Чистый транспорт: гибридные и электрические автомобили, электрификация общественного транспорта

ИСТОЧНИК: Министерство энергетики РФ; Холдинг МРСК; ФСК ЕЭС ; Центр стратегий «Северо-Запад».

«Создание электрической сети нового поколения является стратегически важным направлением и для Федеральной сетевой компании,— рассказывает председатель правления ФСК Олег Бударгин (Коммерсант, 25.01.2010). Активно-адаптивная, или интеллектуальная, сеть качественно новое состояние ЕНЭС, которое позволит вывести надежность электроснабжения на принципиально новый уровень, одновременно обеспечив высокую экономическую эффективность работы всей энергосистемы».

Энергетическая стратегия России до 2030 года предполагает:

4  

�  Интеграция  всех  видов  генерации  (в  том  числе  малую  генерацию)  и  любых  типов  потребителей   (от  домашних  хозяйств  до  крупной  промышленности)  для  ситуационного    управления  спросом  на  их  услуги  и  для  активного  участия  в  работе  энергосистемы;  

�  Изменение   в   режиме   реального   времени   параметров   и  топологии   сети   по   текущим   режимным   условиям,   исключая  возникновение  и  развитие  аварий;  

�  Расширение   рыночных   возможностей   инфраструктуры   путем  взаимного   оказания   широкого   спектра   услуг   субъектами   рынка                                                                и  инфраструктурой;  

�  Минимизация   потерь,   расширение   самодиагностики   и  самовосстановления   при   соблюдении   условий   надежности   и  качества  электроэнергии;  

�  Интеграция    электросетевой    и  информационной  инфраструктуры    для   создания   всережимной   системы   управления   с  полномасштабным  информационным  обеспечением.  

«создание высокоинтегрированных интеллектуальных системообразующих и распределительных электрических сетей нового поколения в Единой энергетической системе России (интеллектуальные сети - Smart Grids)»* * Базой для данной системы является получение информации в цифровом стандарте, которое на сегодняшний момент может быть реализовано на базе волоконно-оптических систем контроля и измерений.

ИСТОЧНИК: Министерство энергетики РФ; Холдинг МРСК; ФСК ЕЭС ; Центр стратегий «Северо-Запад».

Микротурбины  и  накопители  

Интеллектуальная  сеть    (интегрирующая  роль)  

Генерация  и  альтернативные  

источники  

Интеллектуальный  сетевой  элемент  

Потребители,    промышленные  

установки  

Цифровые  подстанции  

Перспективы по созданию волоконно- оптических систем контроля и измерений

5  

Одним из наиболее перспективных путей решения вышеуказанных задач является создание измерительных систем, систем мониторинга генерирующих и передающих устройств на основе волоконной оптики, которая позволит реализовать в этих системах высокую точность , помехозащищенность, гальваническую развязку, пожаро- и взрывозащищенность , позволит повысить уровень промышленной безопасности. Условия промышленной эксплуатации требуют применения специфической элементной базы, для чего необходимо создание специальных оптических волокон и других оптических компонентов, способных сохранять свои характеристики в широком диапазоне эксплуатационных условий. Именно эти задачи и будут решаться в рамках компании АйКью Системс.

О волоконно- оптических измерительных комплексах и специальных оптических волокнах

Волоконно-оптические измерительные комплексы- устройства, использующие в своем составе оптические волокна, в том числе и специальные, как для передачи оптического излучения к первичным преобразователям измеряемых физических величин в параметры оптического излучения, так и применяемые в качестве первичных преобразователей (датчиков).* Специальные оптические волокна могут быть использованы для получения информации о внешней среде (датчики тока, напряжения, температуры, давления, влажности, излучения и т.п.), а также для обработки оптического сигнала (компенсаторы дисперсии , поляризующие волокна, активные волокна). * Идеология подобных измерительных комплексов заключается в оптических методах съема и обработки информации. Поэтому наряду с волокном они включают системы обработки параметров оптического излучения и преобразования их в форму приемлемую для потребителей.

6  

Планы по реализации поставленных задач

7  

Объеди н е н и е у с и л и й п р и к л а д н о й н а у к и , инжиниринговых, производственных компаний в области лазерных и оптоволоконных технологий в рамках научно-технического центра АйКью Системс. Разработка на базе научно-технического центра комплексных решений, доведение этих разработок до коммерческой реализации и их внедрение в инфраструктуру энергетической промышленности;

Разработка специальных оптических волокон и исследование их свойств;

Решение прикладных задач по измерению и мониторингу параметров технологических процессов на основе волоконно-оптических приборов и комплексов.

Формирующие элементы компании

АйКью Системс

Использование современного технологического оборудования

Заказы на разработку производственным и

инженерным компаниям

Заказы на НИР и НИОКР

по волоконно- оптическим технологиям

ИРЭ РАН ИФМ РАН Научная База

Привлечение ведущих зарубежных специалистов

8  

Федеральная Сетевая Компания

Холдинг МРСК

ИПФ РАН ФГУП СКБ ИРЭ РАН

Изменение структуры рынка специальных волокон

9  

2000 г. 2005 г. 2011 г.

Планы по разработке специальных волокон

Поляризационно-чувствительные оптические волокна §  Применяются для измерения напряженности магнитного поля, что необходимо для измерения силы электрического тока.

Высокотемпературные оптические волокна §  Способны работать при экстремальных температурах, что важно для измерения высоких или низких температур.

Широкоапертурные оптические волокна §  Способны передавать большую оптическую мощность (сотни ватт) на расстояния в десятки километров (волокна с большим диаметром жилы, которые могут быть сделаны на основе плазмохимических способов изготовления заготовок).

10  

Планы по разработке волоконно-оптических систем контроля и измерений

Волоконно-оптический датчик напряжения. • Согласовано Техническое задание на НИОКР с ОАО «ФСК ЕЭС» по теме: «Разработка, изготовление и испытания опытного образца оптического трансформатора напряжения 220кВ с поддержкой протокола IEC 61850-9.2»; • Работа включена в перечень приоритетных на 2012 год; • Планируется заключение договора на выполнение этой работы; • Завершение работ по НИОКР планируется в декабре 2013 года. Комплексные системы измерения параметров ЛЭП (температуры жилы кабелей, частичных разрядов (ЧР), токов транспозиции экранов); • Имеются пилотные внедрения отдельных элементов системы на объектах ОАО «Холдинга МРСК», получены положительные отзывы; •  Активно ведутся переговоры и проводятся совещания в ОАО «ФСК ЕЭС» по возможному применению подобных систем на объектах сетевой компании; • Формируется ТЗ на разработку комплексной системы ориентированной на нужды ОАО «ФСК ЕЭС». В рамках работы планируется разработать полностью Российский продукт. • Принято решение совместными усилиями провести эксперимент с целью определения возможностей применения системы для мониторинга температуры ВТСП (высокотемпературной сверх проводимости) кабелей на полигоне в НТЦ «ФСК ЕЭС»; Фотовольтаические преобразователи. •  Считается перспективным направлением для научной деятельности компании. Может быть востребовано на объектах с электронными приборами и устройствами, требующими гальванической развязки, например на высоковольтных объектах.

11  

Волоконно-оптический датчик напряжения Назначение: Измерение величины напряжения с высокой точностью, передача полученных данных на устройств релейной защиты, автоматики и коммерческого учета электроэнергии. Область применения: Предприятия электроэнергетического комплекса, промышленные компании с энергоёмким производством. Взамен морально устаревших измерительных трансформаторов напряжения. Отличительные особенности: § Отсутствие жидких диэлектриков в конструкции; § Меньшие массогабаритные показатели; § Высокая степень помехоустойчивости; § Высокая степень электробезопасности.

Интерес со стороны заказчиков: Заказ на НИОКР от ОАО «ФСК ЕЭС»

12  

Разработка волоконно-оптических измерительных комплексов

Ко м п л е к с н а я с и ст е м а и зм е р е н и я температуры силовых кабелей и проводов ЛЭП, контроль частичных разрядов (ЧР), контроль токов экранов Назначение: Контроль температуры проводников с целью определения оптимального режима работы линии электропередачи. Контроль ЧР и токов экранов. Область применения: Магистральные и распределительные электрические сети. Воздушные и кабельные линии электропередач. Подстанции. Отличительные особенности: Измерение температуры в реальном времени, вдоль всей линии одновременно. Непрерывный контроль частичных разрядов и токов экранов. Интерес со стороны заказчиков: ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «Холдинг МРСК»

13  

Разработка волоконно-оптических измерительных комплексов

Изоляция

Жила: 73.5 C

Экран: 69.9 C

Оболочка: 68.7 C

Оптическое волокно: 68.7 C

Превышение допустимых значений ведет к снижению срока службы кабеля или АВАРИИ !

Фотовольтаические преобразователи Назначение: Передача световой энергии по оптическим волокнам с дальнейшим преобразованием в электрическую энергию. Область применения: Объекты с электронными приборами и устройствами, требующими гальванической развязки. Отличительные особенности: Позволяет передавать энергию для питания электронных устройств по оптическому волокну. КПД преобразователя до50%, выходная электрическая мощность более 1Вт; в перспективе- десятки Вт. Интерес со стороны заказчиков: § ВПК § Электроэнергетика- питание контроллеров на объектах

14  

Разработка волоконно-оптических измерительных комплексов

Инновационные технологии АйКью Системс

Научно-технический центр будет оснащен современным оборудованием ведущих мировых производителей (Nextrom, Photon Kinetics, Fujikura и др.) Оборудование даст возможность разрабатывать принципиальные технологические решения специальных оптических волокон, получения опытных образцов, позволит описать технологию для серийного изготовления изделия, позволит сократить сроки внедрения новых технологических решений в производство.

MCVD/FCVD Система химического осаждения из газовой фазы для изготовления высококачественных оптических заготовок

Башня вытяжки для получения специализированных волокон из оптических заготовок

Специальные системы для намотки и тестирования волокна

Специализированные системы для измерения параметров оптических волокон

15  

Результаты реализации проекта Объединение исследовательских, кадровых и

инфраструктурных возможностей в рамках компании АйКью Системс обеспечит научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую поддержку инновационным технологиям;

§  Разработка и внедрение инновационных волоконно-оптических систем измерения и контроля в электроэнергетику.

§ Максимальное использование российского научно-исследовательского потенциала;

§  Привлечение к работе над проектами ведущих зарубежных ученых и специалистов в области опто-волоконных технологий; сотрудничество с иностранными компаниями – лидерами в соответствующих научных и промышленных направлениях.

§  Подготовка на базе компании АйКью Системс высококвалифицированных молодых специалистов , стажировка студентов профильных ВУЗов, прохождение конкретной профессионально-образовательной программы, а также подготовка кадров высшей квалификации: кандидатов и докторов наук; §  Обеспечение эффективного управления проектами в области разработки волоконно-оптических систем контроля и измерений.

16  

Спасибо за внимание info@iqfos.com 17