Механизмы взаимодействия экономических агентов в интеллектуальных энергетических системах

Ирина ВОЛКОВА
Профессор, д. э. н.,
Высшая школа бизнеса НИУ ВШЭ
e-mail: iovolkova@hse.ru

Егор БУРДА
Преподаватель, к. э. н.,
Высшая школа бизнеса НИУ ВШЭ
e-mail: yburda@hse.ru

Елизавета ГАВРИКОВА
Преподаватель,
Высшая школа бизнеса НИУ ВШЭ
e-mail: egavrikova@hse.ru

Взаимодействие экономических агентов в цепочке создания ценности в энергетическом секторе

Энергопереход к низкоуглеродной энергетике и создание интеллектуальных энергосистем началось в ведущих развитых странах в противоречивых условиях, поскольку энергокомпании изначально не поддерживали ни развитие ВИЭ, ни участие потребителей в энергосистемах, но не предлагали при этом решения проблем экологии и устойчивого развития без роста цен на энергию и рисков энергоснабжения. Однако постепенно позиции сближаются, происходит поиск компромиссных и приемлемых решений, что также продвигает трансформацию энергосистем, бизнес-­моделей и стратегий участников и развивает механизмы взаимодействия и «правила игры» в целом.
Традиционная цепочка создания ценностей в энергетическом секторе состоит из однонаправленного пути «генерация – передача – распределение – сбыт» от энергоносителя (обычно топливного) к точке потребления. Энергетический и информационный потоки также имеют одно направление и все, кроме крупнейших участников, играют пассивную роль в этом процессе.
Внедрение различных интеллектуальных технологий добавляет сложности в эту систему: создаются многонаправленные потоки энергии и информации, а сама система создает благоприятные возможности для функционирования новых участников и бизнес-­моделей (см. рис. 1).

Цепочка создания ценности расширяется и включает более разнообразный состав участников, которые ранее не были прямыми элементами этой цепочки. Потребители, которые ранее выступали в роли пассивных получателей электрической энергии становятся активными участниками энергетической системы, что требует их интеграции в сеть. И энергетический и информационный потоки (последний как таковой отсутствовал в рамках традиционной цепочки) становятся многонаправленными и создают благоприятные условия для экспоненциального роста различных бизнес-­моделей, основанных на использовании подобных данных. Распределенные ресурсы (генерация, накопители, электромобили) начинают играть существенную роль как в базовом функционировании системы, так и в создании дополнительной ценности – а в перспективе могут разрушить ту ценность, которая в настоящее время все еще создается традиционными участниками цепочки [1].
Ценностная модель теперь представлена комбинацией из двух элементов [2]: той ценности, которую получает конечный потребитель (надежные поставки электрической энергии по оправданной цене) и обратной ценности (периодическая выручка) от подобных потребителей.
Потребители становятся более требовательными к поставщикам электрической энергии. Теперь, помимо выполнения базовых условий (надежность поставки и разумность тарифа), потребители хотят получать больше контроля над собственными расходами и влиянием на окружающую среду, а также получать информацию в отношении потребления электрической энергии [3]. Одновременно с повышением требований, потребители теперь могут предложить гораздо больше со своей стороны помимо базовой оплаты выбранной электрической энергии (см. рис. 2).

Некоторые из элементов «обратной ценности» носят операционный характер (управление спросом, гибкость профиля нагрузки, распределенная генерация и накопители – когда потребители их применяют) и позволяют повышать эффективность системы и использование активов. Прочие элементы (информация в отношении паттернов потребления, общая информация в отношении поведения потребителей, доступ к личным подключениям / сетям) являются основой для формирования новых потоков генерации выручки компаниями, способными использовать подобную информацию.
Изменения цепочки создания ценности приводят не только к формированию новых типов «обратной ценности», но меняют ее характер – с дискретного на непрерывный. По мере роста количества и частоты подобных двусторонних обменов увеличивается сложность энергетической системы и ценность, доступная ее участникам для извлечения.
Потоки и объем информации, создаваемые в рамках подобной системы сами по себе представляют ценность – по мере накопления определенного их объема.

Формирование экосистемы взаимосвязанных агентов

До настоящего момента у энергетического сектора не было стимулов для трансформации и формирования экосистемы взаимосвязанных экономических агентов – доставка продукта представляла собой исключительно физический процесс, энергетические и информационные потоки были однонаправленными, а типичный потребитель отличался низкой степенью вовлеченности в процесс взаимодействия с поставщиками.
В данный момент ситуация меняется, что подтверждается приведенной выше информацией. Так, по оценкам IBM [1] в ближайшие годы можно ожидать масштабной перестройки энергетического сектора из традиционной цепочки в экосистему. Прогнозируется, что элементы станут более интегрированными, внимание сместится в сторону рассмотрения вопросов взаимодействия этих элементов (см. рис. 3).

Энергетическая система нового типа будет отличаться большей степенью интеллектуальности и взаимосвязью между элементами в режиме реального времени, а также большим упором на чистые и устойчивые технологии [5]. Традиционные участники помимо выполнения устоявшихся функций будут вынуждены предлагать потребителям дополнительную ценность:
владельцы сетевой инфраструктуры расширяют спектр своих практик и внедряют технологии, позволяющие активно и гибко задействовать свои активы (к примеру, перенаправлять потоки электрической энергии в случае возникновения пика или аварии на определенном участке);
традиционные генераторы помимо обеспечения базовой нагрузки теперь обращают внимание на различные способы снижения пиков и выравнивания общего профиля потребления своих клиентов с целью оптимизации издержек.
В то же время система нового типа включает в свой состав:
потребителей (которые теперь играют активную роль – «просьюмеры», имеющие техническую возможность не только управлять собственным потреблением, но и осуществлять выдачу собственных излишков электрической энергии в общую сеть);
новых игроков (ниже будут приведены примеры подобных групп агентов);
микро-сети (которые одновременно взаимодействуют с традиционными сетями и замещают их в тех случаях, когда ряд потребителей отключается от единой сети);
накопители (позволяющие сглаживать профили нагрузки за счет замещения выбора электроэнергии из сети на расходование ранее накопленной электрической энергии);
управление спросом (основной целью которого является снижение пиков потребления в дневные часы);
распределенные источники генерации (снижающие нагрузку на традиционные генерирующие установки).
В рамках экосистемы энергетического сектора традиционным игрокам необходимо рассматривать вопросы создания ценности не в парадигме отдельных элементов, а в парадигме их взаимодействия – как более глубокие знания о характере и механизмах трансформации системы могут создать добавленную стоимость для конечных потребителей. Новым участникам нужно учиться встраиваться в сложившиеся взаимодействия – только так можно избежать риска создания «островных активов» и нарушения этих взаимодействий [4].

Примеры и тенденции развития механизмов взаимодействия экономических агентов в интеллектуальных энергетических системах

Механизмы взаимодействия экономических агентов в интеллектуальных энергосистемах базируются на принципах обмена, сотрудничества, кооперации, интеграции, конкуренции. Широкое распространение получают сетевые формы взаимодействия, которые дополняют и значительно меняют прежнюю вертикальную иерархическую структуру управления в электроэнергетике (см. таблицу 1).

Расширение состава участников энергосистемы сопровождается ростом центров принятия решений в разных сегментах и на разных уровнях, каждый из которых имеет разный вес, но при этом обладает значимостью для интеллектуальной системы.
В течение десяти лет ожидаются следующие изменения качественных характеристик потребителей электроэнергии [6]:
новая социализация (соцсети и мобильная связь, большие данные, интеллектуальный учет);
доступный выбор поставщиков услуг, новых сервисов и товаров (в том числе чистой энергии), платежных опций;
информированность и рост компетенций для управления своим энергоснабжением;
рост требований и условий для долгосрочного сотрудничества с поставщиками услуг энергоснабжения;
применение технологий, влияющих на энергетическую инфраструктуру (распределенная генерация, умные счетчики, интеллектуальные устройства и электромобили).
В этих условиях возникают разнообразные задачи в сфере коммуникаций и сотрудничества. Для реализации задач по кастомизации и клиентоориентированности энергокомпаниям и инновационным предприятиям необходимы новые каналы связи и подходы для построения долгосрочного взаимодействия, в том числе сетевые партнерства; социальные медиа; мобильные приложения; таргетированные (целевые) группы; массовые опросы [6]. Это требует значительных инвестиций от энергокомпаний, при этом затраты на такую трансформацию могут увеличить стоимость услуг для потребителей, что в большинстве стран рассматривается как проблема, поскольку это негативно отражается на конкурентоспособности, экономике и качестве жизни.
При этом необходим глубокий уровень проникновения телекоммуникационных и интернет-­технологий, то есть уровень цифровизации экономики и развитие экосистем высокотехнологичных компаний в секторе связи должно находиться уже на зрелых уровнях развития.
Интеллектуальные технологии выводят на новый уровень стратегическое и оперативное управление в интеллектуальной энергосистеме [7] (см. рис. 4).

Другой важной особенностью является то, что экономические агенты могут выступать во взаимодействии с интеллектуальными энергосистемами или отдельными экономическими агентами в разных ипостасях, меняя их в зависимости от ситуации, своих предпочтений и возможностей (производить или потреблять энергию, мощность, информационные продукты, торговать, оказывать системные или рыночные услуги и т. п.). Таким образом, усложняется характеристика экономических агентов в энергосистеме, их стратегии становятся динамичными и адаптивными, при этом увеличивается количество взаимосвязей с другими агентами, а сетевые формы сотрудничества получают распространение дополнительно к иерархическим. Иначе говоря, экономические агенты получают возможность более легко входить в интеллектуальные энергосистемы, обучаться и развиваться, гибко менять свою стратегию и роль в энергосистеме.
В интеллектуальной системе меняется сама коммуникационная среда и формируется экосистема участников, взаимодействие с коммуникативной средой киберфизического мира (интернет вещей (Internet of things, IoT), Internet of service (IoS), машинное взаимодействие (M2M).
Взаимодействие в электроэнергетической интеллектуальной системе значительно усложняется, формируются потоки больших данных, значительно больше управляющих процессов приближены к реальному времени, система управления становится более децентрализованной. В этих условиях инновационная деятельность происходит более динамично, разнонаправленно и насыщенно. В новых условиях необходимо решать проблемы безопасности, неприкосновенности частной жизни (приватность) и идентичности активов [9]. Это поднимает вопросы кибербезопасности, а также выдвигает новые задачи в области регулирования и развития права.
Механизмы взаимодействия в интеллектуальной энергосистеме развиваются как в условиях рыночной среды, так и нерыночной. Примечательно, что соотношение этих сред может быть разным, и это в значительной степени определено общим характером и способностью к адаптивности и креативности институциональной среды страны.

Механизмы организации и координации взаимодействия экономических агентов интеллектуальных энергетических систем

В условиях интеллектуальной энергетики требования к координации между экономическими агентами меняются в силу новых технических и технологических возможностей, активных и адаптивных стратегий участников, мультиагентного управления, динамического контроля, развития рыночных отношений при общем усложнении структуры и состава энергосистемы и ее открытого характера.
Координация для экономического агента происходит в разных направлениях и на разных уровнях: с другим экономическим агентом или их сетью, с сегментом энергосистемы, ­каким-либо рынком на базе интеллектуальной системы, регулятором, внешней средой. В разных областях интеллектуальной энергосистемы она может базироваться на принципах кооперации и индивидуализации, централизации и децентрализации, их гибридного сочетания, зависимости и независимости, быть в сфере регулирования или саморегулирования, быть статичной или динамичной, случайной, краткосрочной или долгосрочной. Сложная среда вызывает необходимость разработки гибких стратегий у экономических агентов и формирует условия для сложных динамических игр между ними.
В зависимости от качеств институциональной системы страны, определение областей, где действуют разные условия координации, могут отличаться. Определяющую роль для развития механизмов координации играют:
конфигурация энергосистемы;
правила игры в ней для участников;
уровень технического развития;
условия деловой среды;
уровень доверия и готовность к взаимодействию и сотрудничеству экономических агентов в экономике.
В зависимости от того, есть ли у участников системы внутренняя мотивация и созданы ли экономике стимулирующие механизмы, совместные действия экономических агентов могут получить распространение.
В целом развитие механизмов координации в условиях интеллектуальных энергосистем будет осуществляться преимущественно на базе рыночных цен и отношений, высокого уровня автоматизации, применения технологий искусственного интеллекта и машинного взаимодействия, интернета энергии, самообучаемости и адаптивности многоуровневой системы мультиагентного управления, при применении различных форм сетевого сотрудничества и бизнес-­моделей.
На базе механизмов координации развиваются инструменты по гибкому управлению ресурсами и спросом потребителей (demand response, demand-side management), предотвращения и снижения масштабов аварий, обеспечения безопасности и кибербезопасности, развития и распространения лучших практик, внедрения многих технологий 3D и т. д.
Непрерывный характер обмена информацией выводит на новый уровень возможности для адаптации как экономических агентов, так и интеллектуальной системы в целом, формирует для них новые правила игры, что стимулирует развитие новых бизнес-­моделей и стратегий.
Особое значение приобретают экономические агенты, которые выполняют роль операторов процессов в энергосистеме, причем в интеллектуальной системе они действуют на всех уровнях и во всех секторах (активный конечный потребитель, агрегатор, генератор, диспетчер и т. д.).
Все это, что повышает устойчивость функционирования системы и уровень интеллектуализации управления в ней, но в условиях мультиагентного управления, динамичного характера многих процессов одновременно усложняются задачи развития, особенно долгосрочных решений в секторе централизованной генерации и сетевом комплексе.
Инклюзивность интеллектуальных энергосистем, сложность ее структуры и разные варианты взаимодействия (конкуренция, интеграция, сотрудничество, кооперация, мониторинг, исследование, консалтинг и т. д.) формируют широкий диапазон требований для развития механизмов координации, но одновременно выдвигают задачи в области развития и гармонизации технических и теоретических стандартов, законодательной и нормативной базы, средств управления, измерения и наблюдения, взаимной адаптивности развития энергетики и экономики с учетом условий внешней среды.
По опыту теории реформ требуется особая среда, где своевременно происходит согласование интересов экономических агентов на перспективу, определяются пути развития, где все участники получают выигрыш. В частности, в сложных случаях, к каким относится создание интеллектуальных систем, целесообразным может оказаться создание промежуточных решений, которые приемлемы для всех стейкхолдеров, чтобы сохранить их доверие и поддержку проводимым изменениям.
Координация между экономическими агентами имеет эффекты для их деятельности по следующим направлениям (см. таблицу 2).

Для развития интеллектуальных энергосистем и инновационных направлений энергетики во многих развитых странах были созданы стимулы, имеющие нерыночный характер (фиксированные цены (тарифы) для «зеленой» генерации, льготные условия для подключения домохозяйств-­просьюмеров, бесплатная или льготная для потребителей установка интеллектуальных счетчиков, широкая пропаганда энергоперехода (с акцентами на риски энергобезопасности, не всегда достоверными) и т. д.), однако по мере быстрого роста этих сегментов, наблюдается и быстрое эволюционирование механизмов поддержки, которые меняются в сторону более рыночных. То есть общий тренд на развитие рыночной среды и рыночных механизмов для интеллектуальной системы сохраняется.
Энергетика и экономика при этом продолжают быть открытыми для конкуренции различных решений по развитию таких систем. Это часто связано с тем, что многие важные регуляторные решения для развития интеллектуальной энергетики принимаются на уровне городов или регионов, а не только на национальном уровне. Ярким примером является энергетика США, где в настоящее время действуют несколько региональных моделей рынков электроэнергии, на базе которых возникают различные варианты модернизации бизнес-­моделей и стратегий энергокомпаний, потребителей, регуляторов и других участников.

Заключение

В статье показана эволюция взаимодействия экономических агентов в цепочке создания ценности в энергетическом секторе, а также описаны примеры и тенденции развития механизмов взаимодействия экономических агентов в интеллектуальных энергосистемах. Рассмотрены различные механизмы организации и координации взаимодействия экономических агентов в интеллектуальных системах с учетом технологических и институциональных изменений, возникающих при трансформации электроэнергетики, в том числе активном участии потребителей.
В развивающихся странах в целом меньше усилий по активизации потребителей в энергосистемах, механизмы поддержки развития инновационных секторов и энергосистем часто заимствуются из зарубежного опыта, ориентированы на энергокомпании (отечественные или зарубежные), остаются нерыночными и неизменными долгое время. При этом участники применяют много решений на основе импорта капитала, технологий, оборудования, перекладывая риски на потребителей. Развитие новых условий деловой среды и рыночных механизмов для интеллектуальных энергосистем идет медленнее в таких условиях, эффективность системы потенциально ниже, чем в описанном выше случае для развитых стран.
Однако в ряде случаев развивающиеся страны становятся площадками для зарубежных энергокомпаний, которые реализуют экспериментальные проекты по развитию инновационных проектов ВИЭ и альтернативной энергетики, интеллектуальных микроэнергетических систем. Это способствует не только внедрению передовых технологических решений, но и культурному обмену, повышению качества решений по развитию энергосистем.
По всей видимости, можно ожидать, что в крупных странах будет более развита диверсификация механизмов взаимодействия экономических агентов в интеллектуальных энергосистемах, поскольку там более разнообразны социально-­экономические, географические и климатические условия.