CeBIT 2014: Intel SmartGrid — энергетика будущего

Начали рассказ, как обычно, издалека — с самых общих слов о том, как важно экономить электроэнергию, как надо заботиться о природе, как всё это выгодно с точки зрения экономики, ну и всё в таком духе. Обязательный пункт программы — безопасность данных и работа с Big Data. В общем, вещи важные и вполне очевидные. А в чём же, собственно говоря, проблема? Проблема в том, что до сих пор многие страны не умеют эффективно использовать электроэнергию. И дело тут не во всяких энергосберегающих лампах и прочих штуках. Проблема на совсем ином уровне — никто не знает, когда, где и сколько именно понадобится энергии, чтобы заранее подготовиться к требуемым нагрузкам. В тотальное отсутствие хоть какого-то планирования верится с трудом, однако на примере Германии, где проводится эксперимент Intel, легко убедиться, что всё не так уж хорошо. Порядка 10% процентов генерируемой электроэнергии находится в резерве — на случай непредвиденных всплесков энергопотребления.

Фактически же пиковые нагрузки случаются не чаще четырёх дней в году. С другой стороны, в Германии есть множество дополнительных источников энергии, кроме традиционных электростанций, на которых можно относительно легко контролировать отдаваемую мощность — подсыпать угля в нужный момент или, наоборот, отключить пару турбин. Речь идёт о ветряках и солнечных батареях (более 1,3 млн установок), для которых предсказать точный объём вырабатываемой энергии хотя бы на несколько месяцев вперёд попросту невозможно. Не научились ещё делать столь точные и длительные прогнозы погоды, из-за которой, кстати говоря, планирование расходов тоже делать весьма непросто. При этом сейчас возобновляемые источники генерируют 23% от общего объёма энергии, а к 2030 году планируется довести этот показатель до 35%.

Причём более половины из этих источников принадлежат частным лицам. Идеальный вариант современной энергосистемы, который и планируется реализовать в будущем, — это полностью распределённая система, в которой каждый узел является и генератором, и потребителем, и, возможно, даже небольшим хранилищем электроэнергии. Такая система должна автоматически и в режиме реального времени оценивать текущие потребности в электроэнергии и самостоятельно распределять её между потребителями. Звучит — на первый взгляд — довольно просто, однако на пути создания подобной конструкции стоит множество преград. В той же Германии имеется около миллиона местных подстанций, которые понижают напряжение до привычных 220 вольт и отправляют энергию конечным потребителям. В жилых районах каждая такая подстанция обслуживает в среднем 100-150 клиентов.

Арифметика простая — мы получаем огромное количество счётчиков, с которых надо удалённо снимать показания в режиме реального времени и на основе этих данных строить прогнозы. А ведь у каждого клиента есть как минимум 10-15 электроприборов, которыми тоже неплохо было бы управлять. Например, некритичные задачи вроде стирки белья переносить на то время, когда доступна энергия из возобновляемых источников, или же просто запускать их тогда, когда электричество обходится дешевле. Или запретить включение оборудования, которое при старте требует большого количества энергии, в «часы пик». Хорошо-хорошо, не будем опускаться до уровня отдельных устройств. Пусть забота об их работе лежит на плечах конечного пользователя. Но ведь есть ещё одно важное обстоятельство — энергосистема отдельной страны не может существовать в некоем замкнутом пространстве. Она так или иначе взаимодействует с сетями соседних стран, да и в целом является частью общеевропейской энергосистемы.

Зачем, собственно говоря, понадобилось столь длинное и слегка пространное вступление? Ну хотя бы для того, чтобы понять масштаб проблемы и попытаться придумать, как её решать. Впрочем, нам-то как раз над решением думать не надо. Этим уже давно занимается компания Intel, да и не только она. Речь идёт о так называемых Smart Grids. Простого и короткого определения этого термина, кажется, нет, но и так несложно догадаться, что он означает. Давайте обозначим Smart Grid как просто «умную энергосеть». Концепция Smart Grid появилась не вчера, о подобных штуках стали задумываться ещё в прошлом веке, но, как это обычно и бывает, каждая крупная энергокомпания разрабатывала и тестировала слегка разные решения. Ну а теперь настал момент, когда стало понятно, что всю эту радость надо стандартизировать, умыть, причесать и хоть как-то привести к общему виду. Естественно, «потянуть» проект по созданию Smart Grid даже в пределах одной страны под силу только крупным игрокам. В Германии таким игроком стала Intel, которая вместе со своими партнёрами предложила решения для практически каждого этапа и уровня создаваемой энергосистемы нового поколения.

Ну и конечно, Intel не преминула поделиться результатами своей деятельности в рамках небольшой пресс-конференции на CeBIT 2014. Ведущим мероприятия был вице-президент и глава компании в регионе EMEA Кристиан Моралес (Christian Morales), который и рассказал о решениях Intel для Smart Grid. Прямо сейчас проходит небольшой эксперимент — на двух подстанциях компании Westfalen Weser Energie установлены промышленные ПК с CPU Intel Core i5, которые собирают с датчиков данные о текущем состоянии подстанции, а это порядка 200 разных параметров, и передают их в SCADA-систему. Рассказчик упомянул, что выбор пал на Core i5 по той простой причине, что для этих CPU доступна технология Intel Active Management Technology (AMT) для удалённого управления ПК и его починки в случае возникновения каких-то проблем. Решение разумное, так как инженеры посещают подстанции раз в несколько лет, да и то лишь для плановой проверки или в нештатных ситуациях. Впрочем, ПК на подстанции — это всего лишь промежуточное звено между клиентами и дата-центром энергетической компании, куда стекаются все данные от подстанций, энергопотребителей или даже отдельных устройств в составе «умного дома».

Здесь, как обычно, всплывает модное словосочетание Big Data, то есть работа с большими объёмами данных, их обработка и принятие решений по результатам итогового анализа. Ну а раз уж речь зашла о серверных технологиях, то нельзя было не вспомнить про недавно обновившиеся процессоры Intel Xeon E7 v2 IvyTown. Чтобы не вдаваться лишний раз в подробности, процитируем кусочек рассказа об этих CPU: «Если же сравнивать с процессорами Xeon предыдущего поколения, то среднее быстродействие выросло в два раза <…> Чипы Xeon E7 v2 нацелены в первую очередь на высокопроизводительные серверы <…> для поддержания работы объёмных баз данных и планирования бизнес-ресурсов».

На противоположном конце всей этой «умной» цепочки находятся абонентские устройства. Ну конечно, и в этом секторе у Intel тоже есть готовые решения. В частности, публике был продемонстрирован роутер Hitron CGN3, который используется в эксперименте с Westfalen Weser Energie. Это не совсем новинка — устройство было анонсировано больше года назад. Однако у нас оно практически неизвестно, так как используется для подключения к DOCSIS-сетям. В основе его лежит SoC серии Puma 6MG на базе процессора Atom с частотой 1,2 ГГц, а на его плечи взвалено не только обеспечение доступа в Интернет, но и мультимедийные функции, и работа с ТВ, и обеспечение безопасности, и, конечно же, управление электроприборами в доме. Вот тут вскользь упоминается поддержка VT-x, а радиоинтерфейсы для подключения к датчикам, по-видимому, реализуются через дополнительные адаптеры.

Для промышленных задач, в которых неразумное использование энергоресурсов может вылиться в кругленькую сумму, у Intel тоже есть решение. На пресс-конференции показали прототип шлюза на базе чипсета Intel Quark SoC X1000 (400 МГц). Да-да, того самого, который используется в нашумевшем недавно микро-ПК Edison, который умещается в корпусе стандартной SD-карты, и Arduino-совместимой плате Galileo. Прототип отличается от домашних решений тем, что у него имеются порты RS232 и RS485 (активно используются в промышленности), а также некий аналоговый интерфейс, тоже, видимо, использующийся для подключения управляемого шлюзом оборудования. Кроме того, на плате, обозначенной как CrossHill, имеются съёмные модуль Wi-Fi Intel Centrino Advanced-N 6205 и 3G-модем Telit HE910. Впрочем, оба они воткнуты в слоты Mini PCI-E, так что их можно легко поменять на что-нибудь другое. (В качестве эксперимента подобное оборудование уже установлено на одной из фабрик DePuy Synthes, где доказало свою полезность — «общая [энерго]эффективность повысилась на 25%», что бы это в данном случае ни значило.)

Наконец, последний, но от того не менее важный аспект, который был затронут в выступлении, — это вопрос компьютерной безопасности. Все элементы Smart Grid так или иначе объединены в одну сеть. В будущем мы, скорее всего, так или иначе придём к Интернету вещей, когда у любого устройства в доме будет свой, например, IPv6-адрес. Как минимум надо иметь защищённые канал и ПО на пути данных от домашнего шлюза до дата-центра. Лишний раз объяснять всю важность защиты Smart Grid не стоит — в памяти ещё свежи впечатления от результатов диверсионной работы червей Stuxnet и Duqu. Что же, и на это у Intel есть ответ — виртуализация для изоляции отдельных частей ПО, а также встраиваемые решения McAfee и WindRiver. Впрочем, прежде чем что-то внедрять, надо сначала разработать стандарты на аппаратное и программное обеспечение. Именно этим занимаются участники программы EEBus, к которой недавно присоединилась Intel. Если все задачи получится вовремя реализовать, то Германию, кажется, ждёт очень светлое и тёплое энергетическое будущее. А вот будет ли оно таковым у нас?