Интелигентни енергийни мрежи
Глобалното търсене на енергия се очаква да расте с около 2,2 процента годишно. Това означава, че текущата глобална консумация на енергия от над 20 петават часа ще се увеличи до 2030 петават часа през 33 г. В същото време се поставя акцент върху използването на енергията по-ефективно от всякога.
1. Автоматично в интелигентна мрежа
Други прогнози предвиждат, че транспортът ще консумира повече от 2050 процента от търсенето на електроенергия до 10 г., до голяма степен поради нарастващата популярност на електрическите и хибридните превозни средства.
ако зареждане на акумулатор на електрически автомобил не се управлява правилно или изобщо не работи самостоятелно, съществува риск от пикови натоварвания поради твърде много батерии, които се зареждат едновременно. Необходимостта от решения, които позволяват на превозните средства да се зареждат в оптимално време (1).
Класическите енергийни системи от XNUMX-ти век, в които електричеството се произвеждаше предимно в централни електроцентрали и се доставяше на потребителите чрез високоволтови преносни линии и разпределителни мрежи със средно и ниско напрежение, не са подходящи за изискванията на новата ера.
През последните години виждаме и бързото развитие на разпределени системи, малки производители на енергия, които могат да споделят излишъците си с пазара. Те имат значителен дял в разпределените системи. възобновяеми енергийни източници.
Речник на интелигентните мрежи
AMI - съкратено от Advanced Mering Infrastructure. Означава инфраструктура от устройства и софтуер, които комуникират с електромери, събират енергийни данни и анализират тези данни.
Разпределено поколение - производство на енергия от малки производствени инсталации или съоръжения, свързани директно към разпределителните мрежи или разположени в електроенергийната система на получателя (зад устройства за управление и измерване), обикновено произвеждащи електроенергия от възобновяеми или нетрадиционни енергийни източници, често в комбинация с производство на топлина (разпределено комбинирано производство на енергия ). . Мрежите за разпределено производство могат да включват например потребители, енергийни кооперации или общински електроцентрали.
интелигентен измервателен уред – дистанционен електромер, който има функцията автоматично да предава данни за измерване на енергията към доставчика и по този начин предлага повече възможности за съзнателно използване на електроенергия.
Микро източник на захранване – малка електроцентрала, обикновено използвана за собствена консумация. Микро източникът може да бъде малки домашни слънчеви, водни или вятърни електроцентрали, микротурбини, работещи с природен газ или биогаз, агрегати с двигатели, работещи с природен газ или биогаз.
Предложение – съзнателен потребител на енергия, който произвежда енергия за собствени нужди, например в микроизточници, и продава неизползвания излишък в разпределителната мрежа.
Динамични темпове – тарифи, отчитащи ежедневните промени в цените на енергията.
Наблюдаемо пространство-време
Решаването на тези проблеми (2) изисква мрежа с гъвкава "мислеща" инфраструктура, която ще насочва енергията точно там, където е необходима. Такова решение интелигентна енергийна мрежа – интелигентна електрическа мрежа.
2. Предизвикателства пред енергийния пазар
Най-общо казано, интелигентната мрежа е енергийна система, която интелигентно интегрира дейностите на всички участници в процесите на производство, пренос, разпределение и използване с цел осигуряване на електроенергия по икономичен, устойчив и безопасен начин (3).
Основната му предпоставка е връзката между всички участници на енергийния пазар. Мрежата свързва електроцентрали, големи и малки, и консуматори на енергия в една структура. Той може да съществува и функционира благодарение на два елемента: автоматизация, изградена върху усъвършенствани сензори и ИКТ система.
Казано по-просто: интелигентната мрежа „знае“ къде и кога възниква най-голямата нужда от енергия и най-голямото предлагане и може да насочи излишната енергия там, където е най-необходима. В резултат на това такава мрежа може да подобри ефективността, надеждността и сигурността на веригата за доставка на енергия.
3. Интелигентна мрежа – основна схема
4. Три области на интелигентни мрежи, цели и произтичащи от тях ползи
Интелигентни мрежи ви позволява да правите отдалечено показания на електромери, да наблюдавате състоянието на приемане и мрежата, както и профила на приемане на енергия, да идентифицирате незаконна консумация на енергия, смущения в измервателните уреди и загуби на енергия, дистанционно изключване / свързване на получателя, превключване на тарифи, архив и сметка за прочетени стойности и други дейности (4).
Трудно е да се определи точно търсенето на електроенергия, така че обикновено системата трябва да използва така наречения горещ резерв. Използването на разпределено генериране (вижте речника на Smart Grid) в комбинация със Smart Grid може значително да намали необходимостта от поддържане на големи резерви напълно работещи.
полюс интелигентни мрежи има разширена система за измерване, интелигентно счетоводство (5). Той включва телекомуникационни системи, които предават данни от измерване до точките за вземане на решения, както и интелигентна информация, прогнозиране и алгоритми за вземане на решения.
Първите пилотни инсталации на "интелигентни" измервателни системи вече са в процес на изграждане, обхващащи отделни градове или общини. Благодарение на тях можете, наред с други неща, да въведете почасово заплащане за индивидуални клиенти. Това означава, че в определени часове на деня цената на електроенергията за такъв един потребител ще бъде по-ниска, така че си струва да включите например пералня.
Според някои учени, като група изследователи от германския институт Макс Планк в Гьотинген, водени от Марк Тим, милиони интелигентни измервателни уреди биха могли в бъдеще да създадат напълно автономна саморегулираща се мрежа, децентрализиран като Интернет и сигурен, защото е устойчив на атаките, на които са изложени централизираните системи.
Сила от множество
Възобновяеми източници на електроенергия Поради малкия единичен капацитет (ВЕИ) са разпределени източници. Последните включват източници с единична мощност под 50-100 MW, инсталирани в непосредствена близост до крайния потребител на енергия.
На практика обаче граничната стойност за източник, считан за разпределен, варира значително в различните страни, например в Швеция е 1,5 MW, в Нова Зеландия 5 MW, в САЩ 5 MW, във Великобритания 100 MW. .
С достатъчно голям брой източници, разпръснати върху малка площ от енергийната система и благодарение на възможностите, които предоставят интелигентни мрежи, става възможно и изгодно да се комбинират тези източници в една система, контролирана от оператора, създавайки "виртуална електроцентрала".
Целта му е да концентрира разпределеното производство в една логически свързана система, повишавайки техническата и икономическата ефективност на производството на електроенергия. Разпределеното производство, разположено в непосредствена близост до потребителите на енергия, може също да използва местни горивни ресурси, включително биогорива и възобновяема енергия, и дори битови отпадъци.
Виртуална електроцентрала свързва много различни локални източници на енергия в определен район (хидро, вятърни, фотоволтаични електроцентрали, турбини с комбиниран цикъл, генератори, задвижвани от двигател и др.) и съхранение на енергия (резервоари за вода, батерии), които се управляват дистанционно от обширна ИТ мрежа.система.
Важна функция при създаването на виртуални електроцентрали трябва да играят устройствата за съхранение на енергия, които ви позволяват да коригирате производството на електроенергия към ежедневните промени в потребителското търсене. Обикновено такива резервоари са батерии или суперкондензатори; помпените станции за съхранение могат да играят подобна роля.
Енергийно балансирана зона, която образува виртуална електроцентрала, може да бъде отделена от електрическата мрежа с помощта на съвременни ключове. Такъв превключвател защитава, извършва измервателна работа и синхронизира системата с мрежата.
Светът става все по-умен
W интелигентни мрежи в момента се инвестира от всички най-големи енергийни компании в света. В Европа например EDF (Франция), RWE (Германия), Iberdrola (Испания) и British Gas (Обединеното кралство).
6. Интелигентната мрежа съчетава традиционни и възобновяеми източници
Важен елемент от този тип система е телекомуникационната разпределителна мрежа, която осигурява надеждно двупосочно IP предаване между централните приложни системи и интелигентните електромери, разположени директно в края на електроенергийната система, при крайните консуматори.
В момента най-големите телекомуникационни мрежи в света за нуждите Смарт Grid от най-големите енергийни оператори в техните страни - като LightSquared (САЩ) или EnergyAustralia (Австралия) - се произвеждат с помощта на безжична технология Wimax.
В допълнение, първото и едно от най-големите планирани реализации на системата AMI (Advanced Metering Infrastructure) в Полша, която е неразделна част от интелигентната мрежа на Energa Operator SA, включва използването на системата Wimax за предаване на данни.
Важно предимство на решението Wimax спрямо други технологии, използвани в енергийния сектор за предаване на данни, като PLC, е, че няма нужда да се изключват цели участъци от електропроводи в случай на авария.
7. Енергийната пирамида в Европа
Китайското правителство разработи голям дългосрочен план за инвестиране във водни системи, надграждане и разширяване на преносните мрежи и инфраструктура в селските райони, и интелигентни мрежи. Китайската държавна мрежова корпорация планира да ги въведе до 2030 г.
Японската федерация на електрическата индустрия планира да разработи интелигентна мрежа, захранвана от слънчева енергия до 2020 г. с държавна подкрепа. В момента в Германия се изпълнява държавна програма за тестване на електронна енергия за интелигентни мрежи.
В страните от ЕС ще бъде създадена енергийна „супер мрежа“, чрез която ще се разпределя възобновяема енергия, предимно от вятърни паркове. За разлика от традиционните мрежи, тя ще се основава не на променлив, а на постоянен електрически ток (DC).
Европейските фондове финансираха свързаната с проекти изследователска и обучителна програма MEDOW, която обединява университети и представители на енергийната индустрия. MEDOW е съкращение от английското име "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".
Очаква се програмата за обучение да продължи до март 2017 г. Създаване възобновяеми енергийни мрежи в континентален мащаб и ефективното свързване със съществуващи мрежи (6) има смисъл поради специфичните характеристики на възобновяемата енергия, която се характеризира с периодични излишъци или недостиг на капацитет.
Програмата Smart Peninsula, която работи на полуостров Хел, е добре позната в полската енергийна индустрия. Именно тук Енерга внедри първите в страната пробни системи за дистанционно четене и разполага с необходимата техническа инфраструктура за проекта, която ще бъде допълнително надграждана.
Това място не е избрано случайно. Тази област се характеризира с големи колебания в консумацията на енергия (висока консумация през лятото, много по-малко през зимата), което създава допълнително предизвикателство за енергийните инженери.
Внедрената система трябва да се характеризира не само с висока надеждност, но и с гъвкавост в обслужването на клиентите, което им позволява да оптимизират потреблението на енергия, да променят тарифите за електроенергия и да използват нововъзникващи алтернативни източници на енергия (фотоволтаични панели, малки вятърни турбини и др.).
Наскоро се появи и информация, че Polskie Sieci Energetyczne иска да съхранява енергия в мощни батерии с капацитет от поне 2 MW. Операторът планира да изгради съоръжения за съхранение на енергия в Полша, които ще поддържат електрическата мрежа, като гарантират непрекъснатост на доставките, когато възобновяемите енергийни източници (ВЕИ) спрат да функционират поради липса на вятър или след тъмно. Тогава електричеството от склада ще отиде в мрежата.
Тестването на решението може да започне до две години. По неофициална информация японците от Hitachi предлагат PSE за тестване на мощни батерии. Една такава литиево-йонна батерия е в състояние да достави 1 MW мощност.
Складовете също могат да намалят необходимостта от разширяване на конвенционалните електроцентрали в бъдеще. Вятърните паркове, които се характеризират с голяма променливост на мощността (в зависимост от метеорологичните условия), принуждават традиционната енергия да поддържа резерв от мощност, така че вятърните мелници да могат да бъдат заменени или допълнени по всяко време с намалена мощност.
Операторите в цяла Европа инвестират в съхранение на енергия. Наскоро британците пуснаха най-голямата инсталация от този тип на нашия континент. Съоръжението в Leighton Buzzard близо до Лондон е в състояние да съхранява до 10 MWh енергия и да доставя 6 MW мощност.
Зад него са S&C Electric, Samsung, както и UK Power Networks и Younicos. През септември 2014 г. последната компания изгради първото търговско хранилище на енергия в Европа. Той беше пуснат в Шверин, Германия и има мощност от 5 MW.
Документът “Smart Grid Projects Outlook 2014” съдържа 459 проекта, реализирани от 2002 г. насам, в които използването на нови технологии, ИКТ (телевизионни) възможности допринесе за създаването на “интелигентна мрежа”.
Трябва да се отбележи, че бяха взети предвид проекти, в които е участвала (беше партньор) поне една държава-членка на ЕС (7). Така броят на страните, обхванати в доклада, достига 47.
До момента за тези проекти са отпуснати 3,15 милиарда евро, въпреки че 48 процента от тях все още не са завършени. Проектите за научноизследователска и развойна дейност в момента консумират 830 милиона евро, докато тестването и внедряването струват 2,32 милиарда евро.
Сред тях, на глава от населението, Дания инвестира най-много. Франция и Обединеното кралство, от друга страна, изпълняват проекти с най-висок бюджет, средно 5 милиона евро на проект.
В сравнение с тези страни, страните от Източна Европа се справиха много по-зле. Според доклада те генерират само 1% от общия бюджет на всички тези проекти. По брой реализирани проекти първите пет са: Германия, Дания, Италия, Испания и Франция. Полша зае 18-о място в класацията.
Швейцария беше пред нас, следвана от Ирландия. Под лозунга на интелигентна мрежа, амбициозни, почти революционни решения се прилагат на много места по света. планира да модернизира енергийната система.
Един от най-добрите примери е Проектът за интелигентна инфраструктура в Онтарио (2030 г.), който е изготвен през последните години и има очаквана продължителност до 8 години.
8. План за внедряване на Smart Grid в канадската провинция Онтарио.
Енергийни вируси?
Ако обаче енергийна мрежа стане като интернет, трябва да вземете предвид, че той може да се сблъска със същите заплахи, с които сме изправени в съвременните компютърни мрежи.
9. Роботи, предназначени за работа в енергийни мрежи
Лабораториите на F-Secure наскоро предупредиха за нова сложна заплаха за индустриалните системи за обслужване, включително електрическите мрежи. Нарича се Havex и използва изключително усъвършенствана нова техника за заразяване на компютри.
Havex има два основни компонента. Първият е троянски софтуер, който се използва за дистанционно управление на атакуваната система. Вторият елемент е PHP сървърът.
Троянският кон беше прикрепен от нападатели към софтуера APCS/SCADA, отговорен за наблюдение на напредъка на технологичните и производствени процеси. Жертвите изтеглят такива програми от специализирани сайтове, без да знаят за заплахата.
Жертвите на Havex са предимно европейски институции и компании, занимаващи се с индустриални решения. Част от кода на Havex предполага, че създателите му, освен че искат да откраднат данни за производствените процеси, също биха могли да повлияят на техния ход.
10. Области на интелигентни мрежи
Авторите на този зловреден софтуер се интересуваха особено от енергийните мрежи. Вероятно бъдещ елемент интелигентна енергийна система роботите също.
Наскоро изследователи от Технологичния университет в Мичиган разработиха модел на робот (9), който доставя енергия на места, засегнати от прекъсвания на тока, като тези, причинени от природни бедствия.
Машини от този тип биха могли например да възстановят захранването на телекомуникационната инфраструктура (кули и базови станции), за да извършват спасителните операции по-ефективно. Роботите са автономни, те сами избират най-добрия път до местоназначението си.
Те могат да имат батерии на борда или слънчеви панели. Те могат да се хранят взаимно. Значение и функции интелигентни мрежи отиват далеч отвъд енергията (10).
Създадената по този начин инфраструктура може да се използва за създаване на нов мобилен интелигентен живот на бъдещето, базиран на най-съвременни технологии. Засега можем само да си представяме предимствата (но и недостатъците) на този тип решение.
