Цифровая трансформация и энергетический переход: симбиоз и синергия технологических трендов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 24-28-01796

НазваниеЦифровая трансформация и энергетический переход: симбиоз и синергия технологических трендов

Руководитель Ильин Игорь Васильевич, Доктор экономических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" , г Санкт-Петербург

Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 08 - Гуманитарные и социальные науки; 08-157 - Экономика предпринимательства, организация и управление предприятиями

Ключевые слова Энергетический переход, цифровая трансформация, экосистема, архитектура экосистемы, технологические тренды, цифровая архитектура, энергоэффективность, центр обработки данных

Код ГРНТИ06.01.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Главными тенденциями последнего десятилетия, радикально меняющими способы ведения бизнеса странами, регионами и миром, несомненно, являются цифровая трансформация и энергетический переход. На первый взгляд, это явления совершенно иной природы. Авторы настоящей заявки предлагают взглянуть на природу их взаимозависимости, проанализировать возможности сосуществования, предложить модели взаимовыгодного сопряжения и определить потенциальные эффекты от подобного технологического симбиоза. Энергетический переход требует эффективного управления энергосистемами, а для этого необходима информационно-технологическая поддержка, основанная на сборе и анализе больших массивов данных в режиме реального времени. Цифровая трансформация бизнеса также требует коренных изменений в бизнес-моделях, моделях взаимодействия и кооперации субъектов бизнеса, моделях информационного обмена, архитектуре управления предприятиями и ИТ-поддержке. Основными направлениями в области цифровой трансформации являются дистанционная работа, управление технологическими и бизнес-процессами в режиме реального времени, управление эффективностью активов, аналитика данных, кибербезопасность и др. Центры обработки данных (ЦОД) потребляют не менее 3% всей вырабатываемой электроэнергии, что делает их одним из существенных субъектов системы энергопотребления и производителей углеродного следа. Рациональное и бесперебойное энергоснабжение ЦОДов с соблюдением требований энергоэффективности и экологичности становится важным вопросом. В свою очередь, отмечаются следующие проблемы энергетических предприятий: с одной стороны, куда направлять излишки произведённой энергии, с другой – как обеспечить собственную эффективную ИТ-поддержку в части сбора, хранения и обработки данных в целях поддержки принятия решений в режиме реального времени и управления собственной энергоэффективностью. Видится перспективным реализация принципиально новой бизнес-модели, при которой энергетические компании являются одновременно поставщиками ресурса ЦОДов питающихся от их энергоресурсов, эффективно утилизирующих излишки произведённое энергии, как для самих себя, так и для крупных государственных и коммерческих объединений и корпораций. При этом в научно-исследовательском сообществе проблематика пока не получила должного отклика: не существует описанного методологического подхода к организации энергетико-цифровой экосистемы на базе энергетических предприятий, предлагающего принципы организации таких экосистем, их бизнес-модель, методику формирования их архитектур, подход к идентификации и оценке эффектов от реализации подобных экосистем. Авторы заявки видят научную проблему в отсутствии описанных моделей эффективного взаимодействия элементов энергетической и информационно-технологической/цифровой инфраструктур, совместно обеспечивающих информационные потребности и соблюдение требований энергоэффективности в рамках экономики 6-го технологического уклада. Целью настоящего исследования является разработка методологического подхода к организации экономически эффективного взаимодействия между элементами энергетической и цифровой инфраструктур социально-экономических систем (предприятий, отраслей, регионов) на основе модели архитектуры энергетико-цифровых экосистем. Научная значимость решаемой в настоящем проекте задачи видится в предложении отсутствующих на настоящий момент в отечественной и мировой практике теоретико-методологических основ проектирования и моделирования экосистемных архитектур, объединяющих требования и возможности современных энергетических систем и цифровых технологий.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Первый год работ по проекту состоит из аналитического и методологического этапа. Первый призван предоставить исходные данные для формирования последующей методологии, второй – разработать методологические основы решения поставленной задачи. В 2024 г. в соответствии с планом были решены следующие задачи: - идентификация, описание и анализ технологических трендов в энергетической сфере, выделение актуальных цифровых технологий для обеспечения эффективного энергетического перехода предприятий, отраслей, регионов; - идентификация, описание и анализ потребностей экономики 6-го технологического уклада в мощностях по сбору, передаче, хранению, обработке данных и энергетические потребности таких ЦОД-мощностей; - формулировка принципов взаимодействия энергетической и цифровой подсистем экосистемы, создаваемой на базе энергогенерирующих компаний их обхединений; - разработка принципиально новой бизнес-модели энергетическо-цифровой экосистемы; - формирование методики анализа потребностей и оценки возможностей сопряжённой трансформации энергетически и цифровых технологий. Ключевыми трендами последнего десятилетия, коренным образом меняющими уклад хозяйственной деятельности стран, регионов, мирового сообщества, безусловно, являются цифровая трансформация и энергетический переход. На первый взгляд, это феномены совершенно различной природы. Авторы статьи предлагают взглянуть на природу их взаимозависимости, проанализировать возможности сосуществования, предложить модели взаимовыгодного сопряжения и определить потенциальные эффекты от подобного технологического симбиоза. В энергетической стратегии Российской Федерации до 2035 года особое внимание уделено вопросам повышения эффективности отрасли ТЭК, что соответствует общемировым трендам. Определяющим фактором в этом направлении является цифровая трансформация, включающая помимо прочего построение глубоких предиктивных моделей по ключевым элементам генерации и дистрибуции энергии на базе больших данных. Таким образом, как банки уже де-факто стали ИТ-компаниями с банковской лицензией, так и компании в области энергетики в хорошем смысле обречены на трансформацию в сторону управляемых на основе больших данных ИТ компаний с лицензией Минэнерго. На физическом уровне, системы требуемой для решения подобных задач процессинговой мощности разворачиваются в центрах обработки данных (ЦОД). Выбор «владеть или арендовать» в случае предприятий ТЭК имеет ряд дополнительных преимуществ в пользу первого варианта. Решая собственные задачи в собственном ЦОД, компания может получать дополнительную выручку за счет предоставления услуги collocation \ IaaS \ SaaS и пр. по конкурентным ценам, в том числе благодаря собственной генерации дешевой энергии, доля которых в единице операционных затрат ЦОД максимальна. Также, собственный ЦОД как существенный потребитель питания позволит частично покрывать погрешность прогнозирования баланса генерации и потребления энергии. Видится перспективным реализация принципиально новой бизнес-модели, при которой энергетические компании создают экосистему на стыке энергетики и ИТ, в рамках которой реализуют цифровые сервисы на базе собственной сети ЦОД как под внутренние потребности цифровой трансформации, так и для крупных государственных и коммерческих объединений и корпораций по конкурентным ценам за счет собственных мощностей энергогенерации и дистрибуции. В первый год исследования была предложена подобная бизнес-модель. Были выделены ЦОДы (центры обработки данных) и впоследствии гиперскейлеры, интеллектуальные сети, технологии анализа данных и прогнозирования как ключевые технологии для развития энергетической отрасли. Информацию о проекте можно найти по ссылке: https://greenlab.spbstu.ru/24_28_01796/

Публикации

1. Кади-Оглы Е.Ф., Коровкин Н.В., Ильин И.В. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ, ТОКОВ И ПОТЕРЬ В ТРАНСПОНИРОВАННЫХ СТЕРЖНЯХ ОБМОТКИ ЯКОРЯ Известия Российской Академии Наук. Энергетика, Номер 3 (2024), с. 81-95 (год публикации - 2024)
10.31857/S0002331024030054

2. Джабер А.И., Самохвалов Д.В., Мохаммед Х.Д., Ильин И.В. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ВЕТРОТУРБИНОЙ В РЕЖИМЕ ПОДДЕРЖАНИЯ МАКСИМУМА МОЩНОСТИ Электричество, Номер 7 (2024), с. 81-88 (год публикации - 2024)
10.24160/0013-5380-2024-7-81-88

3. Ильин И.В., Лёвина А.И., Дубгорн А.С., Фролов К.В., Ершова А.С., Чикирёв С. The Role of Enterprise Architecture in the Digital Transformation of Energy Understanding the Digital Transformation of Socio-Economic-Technological Systems. Lecture Notes in Networks and Systems, Springer, Cham. , vol 951 (год публикации - 2024)
10.1007/978-3-031-56677-6_5

4. Ильин И.В., Безручко Д.С., Рукина П.А. Development of a Methodology for Assessing the Investment Needs of the Low-Carbon Economy Springer, Cham, Lecture Notes in Networks and Systems, vol 1244, pp 3-14 (год публикации - 2025)
10.1007/978-3-031-80710-7_1

5. Безручко Д.С., Ильин И.В., Служаев А.С., Эссер М. Methodology for Assessing the Economic Efficiency of Internal Investment Projects in Energy Sector Companies Springer, Cham, Lecture Notes in Networks and Systems, vol 1244, pp. 47-58 (год публикации - 2025)
10.1007/978-3-031-80710-7_4

6. Безручко Д.С., Ильин И.В., Кудрявцева Т.Ю., Гугутишвили Д.М. Economic Efficiency Evaluation of Digital Projects Management Improvement Springer, Cham, Lecture Notes in Networks and Systems, vol 1244, pp. 111-124 (год публикации - 2025)
10.1007/978-3-031-80710-7_9

7. Тарасова Т., Лёвина А.И., Щеников Е.М., Эссер М. Energy System Architecture Incorporating the Internet of Energy Solution Springer, Cham, Lecture Notes in Networks and Systems, vol 1244, pp. 275-289 (год публикации - 2025)
10.1007/978-3-031-80710-7_20

8. Калязина С.Е., Ильин И.В., Лёвина А.И. A Multi-Agent System in the IT Architecture of Project Portfolio Management of an Energy Company Springer, Cham, Lecture Notes in Networks and Systems, vol 1244, pp. 261-273 (год публикации - 2025)
10.1007/978-3-031-80710-7_19

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
За отчётный период по проекту «Цифровая трансформация и энергетический переход: симбиоз и синергия технологических трендов» (№24-28-01796) реализованы ключевые работы по проектированию и моделированию архитектуры энергетическо-цифровой экосистемы и по оценке эффектов от внедрения ИТ- и цифровых решений в энергетике. Сформирована система требований и ограничений архитектуры энергетическо-цифровой экосистемы. Система охватывает заинтересованных сторон, драйверы, оценки, цели, принципы, функциональные и нефункциональные требования, а также регуляторные, физические и организационные ограничения. В описании уделено внимание требованиям к функциональной структуре, сквозным процессам, ИТ-поддержке и технологической инфраструктуре: мониторинг и управление активами, поддержка больших потоков телеметрии, обеспечение низких задержек для критичных каналов, требования к формату и семантике данных, а также требованиям к надёжности, сертификации и кибербезопасности. Для практического использования подготовлен табличный базис и модель мотивационного расширения в Archi (ArchiMate Motivation View), связывающая драйверы с целями, требованиями и ограничениями. Разработана мета-модель архитектуры энергетическо-цифровой экосистемы - абстрактный каркас сущностей, отношений и правил, универсальный для разных технологических реализаций. Мета-модель опирается на жизненный цикл «генерация → распределение → потребление» и включает физико-технический слой (активы, сенсоры, сети), слой данных и цифровых двойников (телеметрия, семантика, цифровые двойники), прикладной слой (SCADA/EMS, платформы данных, аналитика, ИИ-сервисы) и технологический слой (облачные/edge-решения, сети, хранилища, средства защиты). Мета-модель задаёт правила интеграции слоёв, точки обмена данными и ключевые сквозные контуры управления, обеспечивая воспроизводимость архитектурных решений. На основе мета-модели создана референтная модель архитектуры энергогенерирующей компании как отраслевой, тиражируемой структуры, фокусированной на ядре «генерация» и связях с распределением и потреблением. Референтная модель фиксирует инварианты: управление физическими активами и цифровыми двойниками, сбор и хранение телеметрии, слои аналитики и ИИ, интеграционные шины, переферийная и облачная инфраструктура, бизнес-процессы и регуляторные контуры. Для разных типов генерации (ТЭС, ГЭС, АЭС, ВИЭ) предложены специфические варианты исполнения элементов референта - от топливной логистики ТЭС до гидрологических моделей ГЭС и массово распределённых edge-систем ВИЭ. В части оценки эффектов предложен интегрированный подход, объединяющий три взаимосвязанных компонента: методику расчёта инвестиционных потребностей при переходе к низкоуглеродной экономике, методику инвестиционной оценки внутренних ИТ-проектов энергетических компаний и подход к управлению проектной деятельностью и портфелем. Методика расчёта инвестиционных потребностей основана на экономико-математическом моделировании секторального баланса и учитывает как прямые («первого порядка») затраты на мощности, так и вторичные инвестиции в производство этих мощностей; в модель встроены механизмы оценки эффективности и чувствительности к входным параметрам. Методика оценки внутренних ИТ-проектов использует KPI-деревья, традиционные инструменты инвестиционного анализа и анализ чувствительности для более корректной валидации проектов, которые не всегда генерируют прямой доход, но повышают надёжность и эффективность. Подход к управлению проектами рекомендовано адаптировать стандарты PMBOK/ISO-21500 с введением роли service design manager и применением мультиагентных систем (MAS) для ИТ-поддержки управления портфелем, что повышает гибкость и координацию при множестве параллельных инициатив. Методы и инструменты исследования включают анализ и синтез, архитектурное моделирование (Archi/ArchiMate), сервис-ориентированный анализ социо-экономических систем, моделирование данных, экономико-математическое моделирование, KPI-деревья и анализ чувствительности. Результаты оформлены в табличных и графических артефактах, сопровождаются публикациями в сборнике Lecture Notes in Networks and Systems (2025) и доступны для практической валидации и тиражирования. Для заинтересованных лиц доступна дополнительная информация и материалы проекта по ссылке: https://greenlab.spbstu.ru/24_28_01796/ Результаты исследований формируют методологическую основу для проектирования и оценки цифровых трансформаций в энергетике, обеспечивая связку стратегических целей декарбонизации с архитектурными решениями, инвестиционными расчётами и управлением проектной деятельности.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта имеют высокую практическую значимость для экономики и социальной сферы РФ, формируя научные и технологические заделы для перехода к высокотехнологичной, устойчивой и низкоуглеродной энергетике. Создание технологического фундамента для цифровизации: Разработанная мета-модель архитектуры энергетическо-цифровой экосистемы создает универсальный каркас, который обеспечивает совместимость архитектурных решений, создаваемых разными организациями и в разные периоды. Это формирует технологический задел для унификации цифровых платформ в масштабах страны, снижая затраты на интеграцию и повышая связность инфраструктуры. Обеспечение экономического роста через эффективность: Предложенные архитектурные модели позволяют минимизировать OPEX и CAPEX в долгосрочной перспективе за счет системного подхода к проектированию и отказу от фрагментарного развития ИТ-систем. Внедрение методологии мотивационного расширения позволяет выявлять противоречия между требованиями и ограничениями на ранних стадиях, что повышает экономическую эффективность проектов. Социальное развитие и надежность инфраструктуры: Практическое использование системы требований и ограничений (включая требования по кибербезопасности и надежности) напрямую влияет на социальную стабильность, обеспечивая устойчивое энергоснабжение и снижение рисков техногенных аварий на критически важных объектах. Поддержка низкоуглеродной экономики: Разработанная методика расчета инвестиционных потребностей при переходе к низкоуглеродной экономике позволяет государственным и корпоративным структурам обоснованно планировать развитие мощностей с учетом экологических целей (снижение выбросов), что способствует улучшению качества жизни и выполнению национальных целей развития.