Išmanieji energijos tinklai
Apskaičiuota, kad pasaulinis energijos poreikis per metus išaugs apie 2,2 proc. Tai reiškia, kad dabartinis daugiau nei 20 petavatvalandžių energijos suvartojimas pasaulyje padidės iki 2030 petavatvalandžių 33 m. Tuo pačiu metu akcentuojamas efektyvesnis nei bet kada anksčiau energijos naudojimas.
1. Automatinis išmaniajame tinkle
Kitos prognozės numato, kad iki 2050 m. transportas sunaudos daugiau nei 10 procentų elektros energijos, daugiausia dėl augančio elektrinių ir hibridinių transporto priemonių populiarumo.
jei elektromobilio akumuliatoriaus krovimas nėra tinkamai valdomas arba visiškai neveikia savarankiškai, kyla didžiausių apkrovų pavojus, nes vienu metu įkraunama per daug baterijų. Sprendimų, leidžiančių transporto priemones įkrauti optimaliu laiku, poreikis (1).
Klasikinės XX amžiaus elektros sistemos, kuriose elektra daugiausia buvo gaminama centrinėse elektrinėse ir tiekiama vartotojams aukštos įtampos perdavimo linijomis bei vidutinės ir žemos įtampos skirstomaisiais tinklais, netinkamai atitinka naujosios eros poreikius.
Pastaraisiais metais taip pat matome sparčią paskirstytų sistemų plėtrą, smulkius energijos gamintojus, kurie savo pertekliumi gali pasidalinti su rinka. Jie turi didelę dalį paskirstytose sistemose. atsinaujinančių energijos šaltinių.
Išmaniųjų tinklų žodynas
AMI - trumpinys iš Advanced Metering Infrastructure. Reiškia įrenginių ir programinės įrangos infrastruktūrą, kuri palaiko ryšį su elektros skaitikliais, renka energijos duomenis ir analizuoja šiuos duomenis.
paskirstyta generacija - energijos gamyba mažuose gamybos įrenginiuose arba įrenginiuose, tiesiogiai prijungtuose prie skirstomųjų tinklų arba esančių gavėjo elektros sistemoje (už valdymo ir apskaitos prietaisų), dažniausiai gaminant elektros energiją iš atsinaujinančių arba netradicinių energijos šaltinių, dažnai kartu su šilumos gamyba (paskirstyta kogeneracija). ). . Paskirstytieji gamybos tinklai gali apimti, pavyzdžiui, gamintojus, energetikos kooperatyvus arba savivaldybių elektrines.
išmanusis skaitiklis – nuotolinis elektros skaitiklis, turintis automatinio energijos apskaitos duomenų perdavimo tiekėjui funkciją ir suteikiantis daugiau galimybių sąmoningam elektros energijos panaudojimui.
Mikro maitinimo šaltinis – nedidelė elektrinė, dažniausiai naudojama savo reikmėms. Mikro šaltinis gali būti mažos buitinės saulės, vandens ar vėjo jėgainės, gamtinėmis dujomis ar biodujomis veikiančios mikro turbinos, agregatai su varikliais, veikiančiais gamtinėmis dujomis arba biodujomis.
Prosumer – sąmoningas energijos vartotojas, kuris gamina energiją savo reikmėms, pavyzdžiui, mikro šaltiniuose, o nepanaudotą perteklių parduoda skirstomajam tinklui.
Dinaminiai tarifai – tarifai, atsižvelgiant į kasdienius energijos kainų pokyčius.
Stebimas erdvėlaikis
Norint išspręsti šias problemas (2), reikalingas tinklas su lanksčia „mąstymo“ infrastruktūra, kuri nukreips energiją tiksliai ten, kur jos reikia. Toks sprendimas išmanusis energijos tinklas – išmanusis elektros tinklas.
2. Iššūkiai, su kuriais susiduria energijos rinka
Paprastai tariant, išmanusis tinklas – tai elektros sistema, sumaniai integruojanti visų gamybos, perdavimo, skirstymo ir naudojimo procesų dalyvių veiklą, kad elektros energija būtų tiekiama ekonomiškai, tvariai ir saugiai (3).
Pagrindinė jos prielaida – ryšys tarp visų energijos rinkos dalyvių. Tinklas jungia elektrines, dideli ir maži, ir energijos vartotojai vienoje struktūroje. Jis gali egzistuoti ir veikti dėl dviejų elementų: automatikos, pagrįstos pažangiais jutikliais, ir IRT sistemos.
Paprasčiau tariant: išmanusis tinklas „žino“, kur ir kada atsiranda didžiausias energijos poreikis ir didžiausias tiekimas, ir gali nukreipti energijos perteklių ten, kur jos labiausiai reikia. Dėl to toks tinklas gali pagerinti energijos tiekimo grandinės efektyvumą, patikimumą ir saugumą.
3. Išmanusis tinklas – pagrindinė schema
4. Trys išmaniųjų tinklų sritys, tikslai ir iš jų kylanti nauda
Išmanieji tinklai leidžia nuotoliniu būdu paimti elektros skaitiklių rodmenis, stebėti priėmimo ir tinklo būklę bei energijos priėmimo profilį, nustatyti neteisėtą energijos suvartojimą, trukdžius skaitikliams ir energijos nuostolius, nuotoliniu būdu atjungti / prijungti gavėją, perjungti tarifus, archyvuoti ir sąskaita už skaitytų verčių ir kitą veiklą (4).
Sunku tiksliai nustatyti elektros energijos poreikį, todėl dažniausiai sistema turi naudoti vadinamąjį karštąjį rezervą. Paskirstytos gamybos naudojimas (žr. Smart Grid Glossary) kartu su Smart Grid gali žymiai sumažinti poreikį išlaikyti didelius rezervus visiškai veikiančius.
Stolb išmanieji tinklai yra plati matavimo sistema, protinga apskaita (5). Tai apima telekomunikacijų sistemas, kurios perduoda matavimo duomenis į sprendimo taškus, taip pat intelektualią informaciją, prognozavimo ir sprendimų priėmimo algoritmus.
Jau statomi pirmieji bandomieji „išmaniųjų“ apskaitos sistemų įrengimai, apimantys atskirus miestus ar bendruomenes. Jų dėka, be kita ko, galite įvesti valandinį atlygį individualiems klientams. Tai reiškia, kad tam tikru paros metu tokiam vienam vartotojui elektros kaina bus mažesnė, todėl verta įjungti, pavyzdžiui, skalbimo mašiną.
Pasak kai kurių mokslininkų, pavyzdžiui, Marko Timmo vadovaujamos Vokietijos Maxo Plancko instituto Getingene tyrėjų grupės, milijonai išmaniųjų skaitiklių ateityje galėtų sukurti visiškai autonominį. savireguliacinis tinklas, decentralizuotas kaip internetas ir saugus, nes yra atsparus atakoms, su kuriomis susiduria centralizuotos sistemos.
Jėga iš daugybės
Atsinaujinantys elektros energijos šaltiniai Dėl mažos vieneto talpos (AEI) yra paskirstyti šaltiniai. Pastariesiems priskiriami šaltiniai, kurių vieneto galia mažesnė nei 50–100 MW, įrengti arti galutinio energijos vartotojo.
Tačiau praktikoje paskirstytu šaltiniu laikomo šaltinio riba įvairiose šalyse labai skiriasi, pavyzdžiui, Švedijoje – 1,5 MW, Naujojoje Zelandijoje – 5 MW, JAV – 5 MW, JK – 100 MW. .
Su pakankamai dideliu šaltinių skaičiumi, išsklaidytu nedideliame elektros sistemos plote ir dėl jų teikiamų galimybių išmanieji tinklai, tampa įmanoma ir pelninga sujungti šiuos šaltinius į vieną operatoriaus valdomą sistemą, sukuriant „virtualią elektrinę“.
Jos tikslas – sutelkti paskirstytą gamybą į vieną logiškai sujungtą sistemą, didinant techninį ir ekonominį elektros gamybos efektyvumą. Arti energijos vartotojų esanti paskirstyta gamyba taip pat gali naudoti vietinius kuro išteklius, įskaitant biokurą ir atsinaujinančią energiją, ir net komunalines atliekas.
Virtuali elektrinė jungia daugybę skirtingų vietinių energijos šaltinių tam tikroje srityje (hidro, vėjo, fotovoltinės elektrinės, kombinuoto ciklo turbinos, variklių varomi generatoriai ir kt.) ir energijos kaupimo (vandens rezervuarus, akumuliatorius), kurie yra nuotoliniu būdu valdomi platus IT tinklas.sistema.
Svarbią funkciją kuriant virtualias elektrines turėtų atlikti energijos kaupimo įrenginiai, leidžiantys priderinti elektros gamybą prie kasdienių vartotojų paklausos pokyčių. Paprastai tokie rezervuarai yra baterijos arba superkondensatoriai; siurblinės gali atlikti panašų vaidmenį.
Energetiškai subalansuota zona, formuojanti virtualią elektrinę, gali būti atskirta nuo elektros tinklo naudojant modernius jungiklius. Toks jungiklis apsaugo, atlieka matavimo darbus ir sinchronizuoja sistemą su tinklu.
Pasaulis darosi protingesnis
W išmanieji tinklai šiuo metu investuoja visos didžiausios pasaulio energetikos bendrovės. Pavyzdžiui, Europoje EDF (Prancūzija), RWE (Vokietija), Iberdrola (Ispanija) ir British Gas (JK).
6. Išmanusis tinklas sujungia tradicinius ir atsinaujinančius šaltinius
Svarbus tokio tipo sistemos elementas yra telekomunikacijų skirstomasis tinklas, užtikrinantis patikimą dvipusį IP perdavimą tarp centrinių taikomųjų sistemų ir išmaniųjų elektros skaitiklių, esančių tiesiai elektros sistemos gale, prie galutinių vartotojų.
Šiuo metu didžiausių pasaulyje telekomunikacijų tinklų poreikius Smart Tinklelis iš didžiausių savo šalių energetikos operatorių – tokių kaip LightSquared (JAV) ar EnergyAustralia (Australija) – gaminami naudojant Wimax belaidę technologiją.
Be to, pirmasis ir vienas didžiausių planuojamų AMI (Advanced Metering Infrastructure) sistemos įdiegimų Lenkijoje, kuri yra neatsiejama „Energa Operator SA“ išmaniojo tinklo dalis, apima „Wimax“ sistemos naudojimą duomenų perdavimui.
Svarbus Wimax sprendimo privalumas, palyginti su kitomis energetikos sektoriuje naudojamomis duomenų perdavimo technologijomis, tokiomis kaip PLC, yra tai, kad avarinės situacijos atveju nereikia išjungti ištisų elektros linijų ruožų.
7. Energijos piramidė Europoje
Kinijos vyriausybė parengė didelį ilgalaikį planą investuoti į vandens sistemas, atnaujinti ir plėsti perdavimo tinklus ir infrastruktūrą kaimo vietovėse ir išmanieji tinklai. Kinijos valstybinė tinklo korporacija planuoja juos pristatyti iki 2030 m.
Japonijos elektros pramonės federacija planuoja iki 2020 m. sukurti saulės energija varomą išmanųjį tinklą su vyriausybės parama. Šiuo metu Vokietijoje vykdoma valstybinė išmaniųjų tinklų elektroninės energijos testavimo programa.
ES šalyse bus sukurtas energetinis „super tinklas“, per kurį bus skirstoma atsinaujinanti energija, daugiausia iš vėjo jėgainių. Skirtingai nuo tradicinių tinklų, jis bus pagrįstas ne kintamąja, o nuolatine elektros srove (DC).
Europos lėšomis buvo finansuojama su projektu susijusi mokslinių tyrimų ir mokymo programa MEDOW, kuri vienija universitetus ir energetikos pramonės atstovus. MEDOW yra angliško pavadinimo „Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind“ santrumpa.
Numatoma, kad mokymų programa vyks iki 2017 m. kovo mėn. Kūrimas atsinaujinančios energijos tinklai žemyno mastu ir veiksmingas prijungimas prie esamų tinklų (6) yra prasmingas dėl specifinių atsinaujinančios energijos savybių, kurioms būdingas periodiškas pajėgumų perteklius arba trūkumas.
„Smart Peninsula“ programa, veikianti Helo pusiasalyje, yra gerai žinoma Lenkijos energetikos pramonėje. Būtent čia „Energa“ įdiegė pirmąsias šalyje bandomąsias nuotolinio nuskaitymo sistemas ir turi projektui tinkamą techninę infrastruktūrą, kuri bus toliau atnaujinama.
Ši vieta pasirinkta neatsitiktinai. Šiai sričiai būdingi dideli energijos suvartojimo svyravimai (vasarą suvartojama daug, o žiemą daug mažiau), o tai sukuria papildomą iššūkį energetikos inžinieriams.
Įdiegta sistema turėtų pasižymėti ne tik dideliu patikimumu, bet ir lankstumu aptarnaujant klientus, leidžiančius optimizuoti energijos suvartojimą, keisti elektros energijos tarifus ir naudoti atsirandančius alternatyvius energijos šaltinius (fotovoltines plokštes, mažas vėjo jėgaines ir kt.).
Neseniai taip pat pasirodė informacija, kad Polskie Sieci Energetyczne nori kaupti energiją galinguose akumuliatoriuose, kurių galia ne mažesnė kaip 2 MW. Operatorius Lenkijoje planuoja statyti energijos saugyklas, kurios palaikys elektros tinklą, užtikrindamas tiekimo tęstinumą, kai atsinaujinantys energijos šaltiniai (AEI) nustos veikti dėl vėjo trūkumo arba sutemus. Tada elektra iš sandėlio pateks į tinklą.
Sprendimo bandymai galėtų prasidėti per dvejus metus. Neoficialiomis žiniomis, japonai iš Hitachi siūlo PSE išbandyti galingus akumuliatorių konteinerius. Viena tokia ličio jonų baterija gali tiekti 1 MW galios.
Sandėliai taip pat gali sumažinti poreikį ateityje plėsti įprastas elektrines. Vėjo jėgainės, pasižyminčios dideliu galios kintamumu (priklausomai nuo meteorologinių sąlygų), verčia tradicinę energetikos pramonę išlaikyti galios rezervą, kad vėjo malūnus bet kada būtų galima pakeisti ar papildyti sumažinta galia.
Operatoriai visoje Europoje investuoja į energijos kaupimą. Neseniai britai paleido didžiausią tokio tipo instaliaciją mūsų žemyne. Leighton Buzzard netoli Londono esantis įrenginys gali sukaupti iki 10 MWh energijos ir tiekti 6 MW galios.
Už jo yra „S&C Electric“, „Samsung“, taip pat „UK Power Networks“ ir „Younicos“. Pastaroji bendrovė 2014 metų rugsėjį pastatė pirmąją Europoje komercinę energijos saugyklą. Jis buvo paleistas Šverine, Vokietijoje, jo galia yra 5 MW.
Dokumente „Smart Grid Projects Outlook 2014“ yra pateikti 459 nuo 2002 metų įgyvendinti projektai, kuriuose naujų technologijų, IKT (teleinformacijos) galimybių panaudojimas prisidėjo prie „išmaniojo tinklo“ sukūrimo.
Pažymėtina, kad buvo atsižvelgta į projektus, kuriuose dalyvavo (buvo partnerė) bent viena ES valstybė narė (7). Tai padidina ataskaitoje aptartų šalių skaičių iki 47.
Iki šiol šiems projektams skirta 3,15 mlrd. eurų, nors 48 procentai jų dar nebaigti. MTEP projektai šiuo metu sunaudoja 830 milijonų eurų, o bandymai ir įgyvendinimas kainuoja 2,32 milijardo eurų.
Tarp jų, vienam gyventojui, daugiausiai investuoja Danija. Kita vertus, Prancūzija ir JK vykdo projektus, kurių biudžetas yra didžiausias – vienam projektui skiriama vidutiniškai 5 mln.
Palyginti su šiomis šalimis, kur kas prasčiau sekėsi Rytų Europos šalims. Anot pranešimo, jie generuoja tik 1 procentą viso visų šių projektų biudžeto. Pagal įgyvendintų projektų skaičių geriausiųjų penketukas yra Vokietija, Danija, Italija, Ispanija ir Prancūzija. Lenkija reitinge užėmė 18 vietą.
Mus lenkė Šveicarija, po jos – Airija. Pagal išmaniojo tinklo šūkį daug kur pasaulyje diegiami ambicingi, kone revoliuciniai sprendimai. planuoja modernizuoti elektros sistemą.
Vienas geriausių pavyzdžių – pastaraisiais metais parengtas Ontarijo išmaniosios infrastruktūros projektas (2030), kuris, kaip tikimasi, truks iki 8 metų.
8. Planas diegti Smart Grid Kanados Ontarijo provincijoje.
Energetiniai virusai?
Tačiau, jei energijos tinklas tapti kaip internetas, turite atsižvelgti į tai, kad jis gali susidurti su tomis pačiomis grėsmėmis, su kuriomis susiduriame šiuolaikiniuose kompiuterių tinkluose.
9. Robotai, skirti dirbti energetikos tinkluose
„F-Secure Laboratories“ neseniai perspėjo apie naują sudėtingą grėsmę pramonės paslaugų sistemoms, įskaitant elektros tinklus. Jis vadinamas Havex ir naudoja itin pažangią naują techniką kompiuteriams užkrėsti.
Havex turi du pagrindinius komponentus. Pirmasis yra Trojos arklys, naudojamas nuotoliniu būdu valdyti užpultą sistemą. Antrasis elementas yra PHP serveris.
Trojos arklį užpuolikai prijungė prie APCS/SCADA programinės įrangos, atsakingos už technologinių ir gamybos procesų eigos stebėjimą. Aukos tokias programas atsisiunčia iš specializuotų svetainių, nežinodamos apie grėsmę.
„Havex“ aukos pirmiausia buvo Europos institucijos ir įmonės, susijusios su pramoniniais sprendimais. Dalis „Havex“ kodo rodo, kad jo kūrėjai, be to, kad nori pavogti duomenis apie gamybos procesus, taip pat gali turėti įtakos jų eigai.
10. Išmaniųjų tinklų sritys
Šios kenkėjiškos programos autoriai ypač domėjosi energijos tinklais. Galbūt ateities elementas išmanioji elektros sistema robotai taip pat.
Neseniai Mičigano technikos universiteto mokslininkai sukūrė roboto modelį (9), kuris tiekia energiją į vietas, kuriose nutrūko elektros tiekimas, pavyzdžiui, dėl stichinių nelaimių.
Tokio tipo mašinos galėtų, pavyzdžiui, atkurti maitinimą telekomunikacijų infrastruktūrai (bokštams ir bazinėms stotims), kad gelbėjimo operacijos būtų vykdomos efektyviau. Robotai yra autonomiški, jie patys pasirenka geriausią kelią į savo tikslą.
Juose gali būti baterijų arba saulės baterijų. Jie gali vienas kitą maitinti. Reikšmė ir funkcijos išmanieji tinklai viršyti energijos (10).
Taip sukurta infrastruktūra gali būti panaudota kuriant naują mobilų išmanųjį ateities gyvenimą, paremtą pažangiausiomis technologijomis. Kol kas galime tik įsivaizduoti šio tipo sprendimų privalumus (bet ir trūkumus).
