Введение
Энергетическая отрасль Российской Федерации переживает период, когда проектные решения принимаются не на кальке и не в универсальных графических редакторах, а в специализированных программных комплексах, способных рассчитывать режимы работы сетей, моделировать переходные процессы и формировать трехмерные информационные модели объектов генерации и передачи электроэнергии. Федеральный закон от 26.03.2003 № 35-ФЗ «Об электроэнергетике» задает общие требования к надежности и безопасности энергоснабжения [1], а их техническая реализация невозможна без инструментов, позволяющих заранее, на стадии проекта, проверить устойчивость системы к авариям, перегрузкам, короткому замыканию. Применительно к проектированию электростанций и подстанций такая проверка перестала быть факультативной процедурой – она встроена в нормативные требования к цифровым питающим центрам, что закреплено, в частности, в стандарте ПАО «Россети» СТО 34.01-21-004-2019 [3].
Актуальность темы обусловлена несколькими обстоятельствами, действующими одновременно. Во-первых, российская энергетика проходит период технологического обновления: генерирующие мощности строились преимущественно в советский период, и их модернизация требует проектных решений нового качества. Во-вторых, с 2022 года зарубежные вендоры инженерного программного обеспечения – AutoCAD, Autodesk Revit, ряд решений Siemens и ABB – либо прекратили поддержку российских пользователей, либо ограничили доступ к обновлениям, что заставило проектные организации энергетического комплекса пересматривать программный инструментарий едва ли не в экстренном порядке. Опыт АО «Атомэнергопроект», перешедшего на платформу nanoCAD, показывает, насколько болезненным и одновременно необходимым оказался этот переход [11]. В-третьих, сама логика проектирования меняется: от статичных чертежей отрасль движется к информационным моделям и цифровым двойникам, которые сопровождают объект на протяжении всего жизненного цикла – от изысканий до демонтажа.
Можно заметить, что эти три обстоятельства не изолированы друг от друга, а усиливают друг друга: необходимость модернизации требует точных расчетных инструментов, уход зарубежных поставщиков заставляет искать отечественные или открытые альтернативы, а переход к информационному моделированию предъявляет новые требования к совместимости программных комплексов. Картина здесь неоднородная – в отдельных сегментах, например в расчетах установившихся режимов, отечественные разработки конкурентоспособны уже сейчас, тогда как в области полноценного BIM-проектирования энергетических объектов зависимость от зарубежных решений остается заметной.
Целью реферата является систематизация современных подходов к автоматизированному проектированию и моделированию энергетических объектов и систем, включая анализ классификации программных средств, их функциональных возможностей и перспектив развития в условиях технологических ограничений.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
– раскрыть роль и значение автоматизированного проектирования в современной энергетике;
– систематизировать программное обеспечение для моделирования энергетических систем по функциональному назначению;
– охарактеризовать возможности специализированных САПР применительно к проектированию электрических станций и подстанций;
– проанализировать применение технологий информационного моделирования в энергетическом строительстве;
– оценить состояние отечественного рынка инженерного программного обеспечения и вопросы технологического суверенитета;
– определить перспективы развития систем проектирования на основе искусственного интеллекта и больших данных.
Объектом рассмотрения выступает процесс автоматизированного проектирования энергетических объектов и систем, предметом – программные средства, применяемые для его реализации на различных этапах жизненного цикла. Методологическую основу составили сравнительный анализ функциональных возможностей программных комплексов, обобщение нормативных требований и анализ практического опыта российских организаций, отраженного в периодических изданиях профильной направленности – журнале «Электрические станции», сборнике «Architecture and Modern Information Technologies» и других источниках.
Структура работы включает шесть параграфов, последовательно раскрывающих теоретические основания автоматизированного проектирования, классификацию и функциональность программных средств, вопросы информационного моделирования, технологического суверенитета и перспектив применения искусственного интеллекта в энергетическом проектировании.
1. Роль и значение автоматизированного проектирования в современной энергетике
Проектирование энергетического объекта – будь то тепловая электростанция, подстанция 110 кВ или распределительная сеть – всегда решает одну и ту же задачу: обеспечить надежность при минимизации затрат. Разница между эпохами в том, каким инструментом эта задача решается. Ручной расчет установившихся режимов для сети из десяти узлов занимал у инженера несколько дней; для современной энергосистемы, где счет узлов идет на тысячи, подобная задача вручную в принципе не решается. Отсюда и возникла необходимость в автоматизированном проектировании – не как в модной технологии, а как в единственно возможном способе справиться с возросшей сложностью объекта.
Норенков в своем учебнике по основам автоматизированного проектирования формулирует суть процесса достаточно строго: САПР – это организационно-техническая система, объединяющая технические средства, программное обеспечение и действия проектировщика для выполнения проектирования с частичной или полной автоматизацией [5, с. 12]. Формулировка, на первый взгляд, сухая, но в ней заложен принципиальный момент: автоматизация не заменяет инженера полностью, она переносит на вычислительную систему рутинные и трудоемкие операции – многовариантные расчеты режимов, проверку устойчивости, компоновку оборудования, – оставляя за специалистом принятие решений и интерпретацию результата. П
…
