Все наши сети страдают одной и той же болезнью. Знает ли провайдер, когда умирает батарейка в вашем мобильном телефоне? Знает ли Google, когда виснет ваш компьютер? Может ли супермаркет узнать, когда у вас в холодильнике закончится сыр? На самом деле, да, по меньшей мере, в теории. Ко всем этим системам можно подключить сенсоры и устройства связи. Но, как ни странно, на практике такую способность первой приобретет старая добрая электрическая сеть.
Неудивительно, что «умными сетями» увлечены и коммунальные службы, и венчурные капиталисты, и промышленные гиганты, и министерства энергетики, раздающие исследовательские гранты. Они сулят большую выгоду. Потребители сэкономят на счетах, производители заработают на оборудовании и программном обеспечении, коммунальные службы оптимизируют свои активы. Но дело не только в этом. Чтобы понять, почему умные сети ждет безоблачное будущее, достаточно обратить внимание на две глобальных тенденции. Первая — это растущее потребление электричества. Вторая — появление необходимых технологий, и в самый нужный момент.
Начнем со спроса. Скажем, в США потребление электричества выросло за последние 30 лет на 75%, и Управление по информации в области энергетики (EIA) прогнозирует, что тенденция не изменится еще 30 лет. При этом потребление неэлектрической энергии по существу оставалось на одном уровне в течение трех десятилетий и останется прежним, — даже несмотря на то, что экономика США выросла и, по прогнозам, будет расти.
Неизбежный рост спроса на электричество означает, что его транспортировка и распределение будут еще важнее для все более информационно-ориентированной экономики. И решающее значение приобретет не только эффективное управление этим огромным количеством электроэнергии, но и обеспечение постоянного наличия напряжения в сети (особенно, если автомобили перейдут на питание электричеством). Притом что уже сейчас мировые расходы на инфраструктуру передачи и распределения электричества составляют $100 млрд в год.
Теперь о технологиях. С одной стороны, не так уж и сложно научить провода и счетчики обмениваться информацией через интернет. В конце концов, наделить электрическую лампочку или кондиционер интеллектом — это не человека на Марс послать. Google (продажи $25 млрд) и General Electric ($155 млрд) собираются сотрудничать, чтобы изменить электросети силой своих технологий. Сетевое оборудование GE и программное обеспечение Google способны на многое.
Но никакие системы управления и никакие приборы не позволят эффективно распределять электричество, не имея возможности эффективно, дешево и быстро сохранять ее на любом уровне иерархии сети. В конце концов, всемирная сеть интернет имеет сегодняшнюю архитектуру именно благодаря технологии, обеспечивающей хранение информации на всех уровнях. Если бы все данные приходилось создавать непосредственно в момент использования сети, интернета бы просто не существовало.
Сегодня электричество производится, транспортируется и используется в сети по сути без хранения. В 99% случаев энергия производится непосредственно в момент использования. С точки зрения умной сети это крайне неэффективно. Ключом к переменам должно стать производство непритязательных электрических аккумуляторов.
Передвижение и хранение электронов — дело невероятно более трудоемкое, чем хранение битов информации. Существует несколько разных способов хранения электрической энергии, но именно технология литиевых аккумуляторов должна заполнить промежуточное положение между потребителями и производителями электричества по всей огромной, расползшейся электросети. Неслучайно именно маленькие литиевые аккумуляторы сделали возможной революцию беспроводного интернета и портативных компьютеров.
Во всеобщей иерархической системе хранения электричества, подобно структуре систем коммуникации, аккумуляторы или их эквиваленты должны располагаться на четырех уровнях: на уровне нескольких домов (около 100 кВт/ч), местной линии связи (несколько мгВт/ч на микросетку), подстанции (десятки мгВт/ч) и, наконец, на уровне главной станции (вырабатывающей электроэнергию) — сотни мгВт/ч. Чтобы проще было оценить масштаб: батарея в вашем ноутбуке хранит около 0,05 кВт/ч. Нам понадобятся очень большие литиевые аккумуляторы. Пока что адекватные технологии аккумуляции существуют только на уровне электростанций (они основаны на увеличении давления воды и сжатии воздуха).
Снабженные накопителями электроэнергии, умные сети позволят эффективнее использовать и существующие источники энергии, особенно эпизодически работающие, такие как ветер и солнце. Хранение энергии будет жизненно необходимо и для распространения электромобилей, подзаряжающихся от сети.
На сегодняшний день на долю мирового бизнеса, занимающегося аккумуляторами для «умных» электросетей, приходятся жалкие $200 млн. Но, согласно исследованию, выполненному недавно Pike Research, к концу десятилетия этот рынок вырастет в 30 раз.
То, что для электросетей настала новая эра, ясно уже из имен компаний, которые принимают участие в гонке за создание умной сети: IBM, Cisco, Microsoft, Honeywell, ABB, Siemens, Motorola и даже Boeing. Кроме того, каждый день появляются новые фирмы, названия которых пока не на слуху, — Itron, EnerNOC, Comverge и стартапы Silver Spring Networks, eMeter, GridPoint, SmartSynch, Trilliant, Tendril. Все они заняты разработкой оборудования и программного обеспечения сетей на всем протяжении — от розетки до электростанции. По мнению руководителей Boeing, через несколько лет рынок одних коммуникаций для умных электросетей достигнет оборотов $20 млрд в год.
Благодаря интернету мы все заметили, что свойства сетей не сводятся к свойствам составляющих их элементов. Мощность и полезность сети, согласно постулату Роберта Меткалфа, растет пропорционально квадрату числа пользователей. Удвойте количество компьютеризированных умных приборов на сеть, и ее полезность увеличится в четыре раза. Растущая полезность соблазнит новых пользователей присоединиться к сети, и таким образом запустится цикл роста полезности сети для пользователей, рынков и поставщиков. Именно так происходило взрывное распространение интернета.
Вера, что закон Меткалфа применим и к электросетям, подкрепляется компаниями, которые стремятся стать участниками зарождающегося рынка. Cisco заявляет, что глобальная умная электросеть может быть и в 100 раз больше, чем интернет. Вполне возможно, что потребность такой сети в оборудовании, программном обеспечении, сенсорах и аккумуляторах изменит и привычные способы применения этих технологий. И тогда супермаркет научится наконец самостоятельно присылать вам сыр.