Розумні енергетичні мережі
За оцінками, темпи зростання світового попиту на енергію становлять близько 2,2 відсотка на рік. Це означає, що поточне глобальне споживання енергії, що перевищує 20 петаватт-годин, збільшиться в 2030 році до 33 петаватт-годин. У той самий час робиться упор більш ефективне використання енергії, ніж будь-коли раніше.
1. Авто в інтелектуальній мережі
Інші прогнози передбачають, що до 2050 року транспорт споживатиме понад 10 відсотків попиту на електроенергію, в основному через популярність електричних і гібридних автомобілів.
Якщо заряджання акумулятора електромобіля не управляється належним чином або взагалі не працює сама по собі, існує ризик пікових навантажень через одночасне заряджання занадто великої кількості акумуляторів. Необхідність у рішеннях, що дозволяють здійснювати зарядку транспортних засобів у оптимальний час (1).
Класичні енергосистеми XNUMX століття, в яких електроенергія вироблялася переважно на центральних електростанціях і доставлялася споживачам по високовольтних лініях електропередачі та розподільних мереж середньої та низької напруги, погано справляються з вимогами нової епохи.
В останні роки ми також можемо спостерігати бурхливий розвиток розподілених систем, малих виробників енергії, які можуть ділитися надлишками з ринком. Вони мають значну частку у розподілених системах. відновлювані джерела електроенергії.
Глосарій інтелектуальних мереж
AMI - Скорочення від Advanced Metering Infrastructure. Означає інфраструктуру пристроїв та програмного забезпечення, які забезпечують зв'язок із лічильниками електроенергії, збирання даних про енергію та аналіз цих даних.
Розподілена генерація - Виробництво енергії малими генеруючими установками або об'єктами, підключеними безпосередньо до розподільних мереж або розташованими в енергосистемі одержувача (за приладами контролю та обліку), які зазвичай виробляють електроенергію з відновлюваних або нетрадиційних джерел енергії, часто у поєднанні з виробництвом тепла (розподілена когенерація). . Мережі розподіленої генерації можуть містити, наприклад, просьюмерів, енергетичні кооперативи або муніципальні електростанції.
Розумний лічильник – віддалений електролічильник, який має функцію автоматичної передачі даних обліку про споживання енергії постачальнику і таким чином пропонує більше можливостей для усвідомленого використання електроенергії.
Мікро джерело енергії – установка з виробництва електроенергії малої потужності, що зазвичай використовується для власного споживання. Мікроджерелом можуть бути невеликі домашні сонячні, гідро- або вітряні електростанції, мікротурбіни, що працюють на природному газі або біогаз, агрегати з двигунами на природному газі або біогаз.
Пропозиція – свідомий споживач енергії, який виробляє енергію для власних потреб, наприклад, у мікроджерелах, а невикористаний надлишок продає у розподільчу мережу.
Динамічні тарифи – тарифи з урахуванням добової зміни цін на енергоносії.
Спостережуваний простір-час
Для вирішення цих проблем (2) потрібна мережа з гнучкою «мислячою» інфраструктурою, яка спрямовуватиме енергію саме туди, де вона потрібна. Таке рішення інтелектуальна енергетична мережа - Розумна мережа електропостачання.
2. Проблеми, що стоять перед енергетичним ринком
Взагалі, інтелектуальна мережа — це енергосистема, яка розумно інтегрує діяльність усіх учасників процесів виробництва, передачі, розподілу та використання, щоб забезпечувати електроенергію економічним, стійким та безпечним способом (3).
Його основна причина – зв'язок між усіма учасниками енергетичного ринку. Мережа об'єднує електростанції, великих і малих і споживачів енергії в одну структуру. Він може існувати та функціонувати завдяки двом елементам: автоматизації, побудованій на передових датчиках, та системі ІКТ.
Простіше кажучи: інтелектуальна мережа «знає», де і коли виникає найбільша потреба в енергії та найбільше її постачання, і може спрямувати надлишки енергії туди, де вона найпотрібніша. В результаті така мережа може підвищити ефективність, надійність та безпеку ланцюжка енергопостачання.
3. Розумна мережа – базова схема
4. Три області інтелектуальних мереж, цілі та витікаючі з них вигоди
Розумні мережі дозволяють дистанційно знімати показання лічильників електроенергії, спостерігати за станом прийому та мережі, а також за профілем прийому енергії, виявляти незаконне споживання енергії, перешкоди в лічильниках та втрати енергії, дистанційно відключати/підключати одержувача, перемикати тарифи, архівувати та виставляти рахунки за прочитані значення та інші дії (4).
Точне визначення потреби в електроенергії утруднене, тому зазвичай система повинна використовувати так званий гарячий резерв. Використання розподіленої генерації (див. Глосарій інтелектуальної мережі) у поєднанні з інтелектуальною мережею дозволяє значно знизити потребу у підтримці повної готовності великих резервів.
Столб інтелектуальні мережі є розгалужена вимірювальна система, інтелектуальний облік (5). Вона включає телекомунікаційні системи, що передають дані вимірювань в точки прийняття рішень, а також інтелектуальні інформаційні, алгоритми прогнозування і прийняття рішень.
Вже будуються перші пілотні установки «інтелектуальних» вимірювальних систем, що охоплюють окремі міста чи комуни. Завдяки ним ви зможете, серед іншого, ввести погодинну оплату для індивідуальних клієнтів. Це означає, що у певний час доби ціна електроенергії для такого одиночного споживача буде нижчою, тому варто включити, наприклад, пральну машину.
На думку деяких учених, наприклад, групи дослідників з німецького Інституту Макса Планка в Геттінгені під керівництвом Марка Тімма, мільйони інтелектуальних лічильників можуть у майбутньому створити повністю автономну саморегулююча мережа, децентралізованим, як Інтернет, та безпечним, оскільки він стійкий до атак, яким піддаються централізовані системи.
Сила від множинності
Відновлювані джерела електроенергії Через малу одиничну потужність (ВІЕ) є розподіленими джерелами. До останніх відносяться джерела одиничною потужністю менше 50-100 МВт, встановлені у безпосередній близькості від кінцевого споживача енергії.
Однак на практиці граничне значення потужності джерела, що розглядається як розподілене, сильно відрізняється в залежності від країни, наприклад, у Швеції воно становить 1,5 МВт, у Новій Зеландії 5 МВт, США 5 МВт, у Великобританії 100 МВт. .
При досить великій кількості джерел, розосереджених на невеликій площі енергосистеми та завдяки наданим ними можливостям інтелектуальні мережі, Становиться можливим і вигідним об'єднати ці джерела в одну систему, керовану оператором, створивши «віртуальну електростанцію».
Його мета – сконцентрувати розподілену генерацію в одну, логічно пов'язану систему, підвищивши техніко-економічну ефективність виробництва електроенергії. Розподілена генерація, розташована в безпосередній близькості від споживачів енергії, також може використовувати місцеві паливні ресурси, включаючи біопаливо та енергію з відновлюваних джерел, а також муніципальні відходи.
Віртуальна електростанція з'єднує безліч різних локальних джерел електроенергії на певній території (гідроелектростанції, вітряні, фотоелектричні електростанції, парогазові турбіни, генератори з приводом від двигуна і т. д.) і накопичувачі електроенергії (резервуари для води, акумулятори), які дистанційно керовані система.
Важливу функцію під час створення віртуальних електростанцій мають відігравати накопичувачі енергії, що дозволяють підлаштовувати вироблення електроенергії під щоденні зміни споживчого попиту. Зазвичай такими резервуарами є батареї чи суперконденсатори; аналогічну роль можуть грати і гідроакумулюючі станції.
Енергетично збалансована територія, що утворює віртуальну електростанцію, може бути відокремлена від енергосистеми за допомогою сучасних комутаторів. Такий комутатор захищає, виконує вимірювальні роботи та синхронізує систему з мережею.
Світ стає розумнішим
W інтелектуальні мережі нині інвестують усі найбільші енергетичні компанії світу. У Європі, наприклад, EDF (Франція), RWE (Німеччина), Iberdrola (Іспанія) та British Gas (Великобританія).
6. Інтелектуальна мережа поєднує традиційні та відновлювані джерела
Важливим елементом такого типу систем є телекомунікаційна розподільна мережа, що забезпечує надійну двосторонню IP-передачу між центральними прикладними системами та інтелектуальними лічильниками електроенергії, розташованими безпосередньо наприкінці енергосистеми, у кінцевих споживачів.
В даний час найбільші у світі телекомунікаційні мережі для потреб Smart Grid у найбільших енергетичних операторів у своїх країнах – таких як LightSquared (США) або EnergyAustralia (Австралія) – виробляються за бездротовою технологією Wimax.
Крім того, перше та одне з найбільших запланованих впроваджень системи AMI (Advanced Metering Infrastructure) у Польщі, яка є невід'ємною частиною інтелектуальної мережі Energa Operator SA, передбачає використання системи Wimax для передачі даних.
Важливою перевагою рішення Wimax по відношенню до інших технологій, що використовуються в енергетиці передачі даних, таким як PLC, є те, що не потрібно відключати цілі ділянки ЛЕП у разі аварійної ситуації.
7. Енергетична піраміда у Європі
Китайський уряд розробив великий довгостроковий план інвестицій у водні системи, модернізацію та розширення передавальних мереж та інфраструктури у сільській місцевості, а також розумні мережі. Китайська державна електромережна корпорація планує запровадити їх до 2030 року.
Японська федерація електроенергетичних компаній планує до 2020 року за підтримки уряду розробити інтелектуальну мережу, яка використовує сонячну енергію. В даний час у Німеччині реалізується державна програма з тестування електронної енергії для інтелектуальних мереж.
У країнах Євросоюзу буде створено енергетичну «супермережу», за якою розподілятиметься відновлювана енергія, переважно від вітряних електростанцій. На відміну від традиційних мереж, вона буде заснована не на змінному, а постійному електричному струмі (DC).
Європейські фонди профінансували пов'язану з проектом дослідницьку та навчальну програму MEDOW, яка об'єднує університети та представників енергетичної галузі. MEDOW - це абревіатура англійської назви Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind.
Очікується, що програма навчання триватиме до березня 2017 року. створіння мережі відновлюваної енергії у континентальному масштабі та ефективне з'єднання з існуючими мережами (6) має сенс у зв'язку зі специфічними характеристиками відновлюваної енергії, для якої характерні періодичні надлишки або дефіцити потужності.
Програма «Розумний півострів», що діє на півострові Хель, відома у польській енергетичній галузі. Саме тут «Енерга» запровадила перші в країні пробні системи дистанційного зчитування та є відповідна для проекту технічна інфраструктура, яка буде додатково модернізована.
Це місце було обрано невипадково. Ця область характеризується високими змінами споживання енергії (високе споживання влітку, значно менше взимку), що створює додаткову проблему для інженерів-енергетиків.
Система, що впроваджується, повинна характеризуватись не тільки високою надійністю, але й гнучкістю в обслуговуванні клієнтів, дозволяючи їм оптимізувати енергоспоживання, змінювати тарифи на електроенергію і використовувати альтернативні джерела енергії (фотоелектричні панелі, малі вітряки тощо).
Останнім часом також з'явилася інформація, що Polskie Sieci Energetyczne хоче зберігати енергію в потужних батареях потужністю не менше 2 МВт. Оператор планує побудувати в Польщі сховища енергії, які підтримуватимуть енергосистему, забезпечуючи безперервність поставок, коли відновлювані джерела енергії (ВІЕ) перестають функціонувати через відсутність вітру або після настання темряви. Електрика зі складу потім піде у мережу.
Випробування рішення можуть розпочатися протягом двох років. За неофіційною інформацією, японці з Hitachi пропонують PSE протестувати потужні акумуляторні контейнери. Одна така літій-іонна батарея здатна забезпечити потужність 1 МВт.
Склади також можуть знизити потребу у розширенні звичайних електростанцій у майбутньому. Вітрові електростанції, для яких характерна висока мінливість потужності, що віддається (залежно від метеорологічних умов), змушують традиційну енергетику підтримувати резерв потужності, щоб у будь-який момент можна було замінити або доповнити зниження потужності, що віддається вітряки.
Оператори по всій Європі інвестують у накопичення енергії. Нещодавно англійці запустили найбільшу установку такого типу на нашому континенті. Об'єкт у Лейтон-Баззард неподалік Лондона здатний зберігати до 10 МВтч енергії і забезпечувати потужність 6 МВт.
За ним стоять S&C Electric, Samsung, а також UK Power Networks та Younicos. У вересні 2014 року остання компанія збудувала перше в Європі комерційне сховище енергії. Він був запущений у Шверіні, Німеччина, і має потужність 5 МВт.
У документі Smart Grid Projects Outlook 2014 зібрано 459 реалізованих з 2002 року проектів, в яких використання нових технологій, можливостей ІКТ (телеінформації) сприяло створенню «розумної мережі».
Слід зазначити, що враховувалися проекти, в яких хоча б одна держава-член брала участь (була партнером) (7). Таким чином кількість країн, охоплених у звіті, зросла до 47.
Поки що на ці проекти виділено 3,15 мільярда євро, хоча 48 відсотків із них ще не завершено. В даний час проекти R&D споживають 830 мільйонів євро, а тестування та впровадження - 2,32 мільярда євро.
Серед них, на душу населення, Данія найбільше інвестує. Франція та Великобританія, з іншого боку, реалізують проекти з найвищими бюджетами – у середньому 5 мільйонів євро на проект.
Порівняно з цими країнами в країнах Східної Європи справи набагато гірші. Відповідно до звіту, вони генерують лише 1 відсоток загального бюджету всіх цих проектів. За кількістю реалізованих проектів до п'ятірки лідерів входять: Німеччина, Данія, Італія, Іспанія та Франція. Польща посіла 18 місце у рейтингу.
Нас випередила Швейцарія, за нею пішла Ірландія. Під гаслом smart grid у багатьох місцях у всьому світі впроваджуються амбітні, майже революційні рішення. планує модернізувати енергосистему.
Одним із найкращих прикладів є проект зі створення інтелектуальної інфраструктури в канадській провінції Онтаріо (2030), підготовлений останніми роками та розрахований на період до 8 років.
8. План розгортання Smart Grid у канадській провінції Онтаріо.
Енергетичні віруси?
Однак, якщо енергетична мережа стати схожим на Інтернет, ви повинні взяти до уваги, що він може зіткнутися з тими ж загрозами, що ми зустрічаємо у сучасних комп'ютерних мережах.
9. Роботи, призначені для роботи в енергетичних мережах
Фахівці лабораторій F-Secure нещодавно попередили про появу нової складної загрози для галузевих сервісних систем, зокрема для мереж електропостачання. Він називається Havex і використовує надзвичайно сучасну нову техніку для зараження комп'ютерів.
Havex і двох основних компонентів. Перший - це троянське ПЗ, яке використовується для віддаленого управління системою, що атакується. Другий елемент – це PHP-сервер.
Троянський кінь був прикріплений зловмисниками до програмного забезпечення АСУ ТП/SCADA, яке відповідає за контроль за перебігом технологічних та виробничих процесів. Жертви завантажують такі програми зі спеціалізованих сайтів, не підозрюючи про загрозу.
Жертвами Havex стали насамперед європейські установи та компанії, що займаються промисловими рішеннями. Частина коду Havex припускає, що його творці, окрім бажання вкрасти дані про виробничі процеси, могли ще й вплинути на їх перебіг.
10. Області інтелектуальних мереж
Авторів цієї шкідливої програми особливо цікавили енергетичні мережі. Можливо майбутній елемент розумна енергосистема роботи теж стануть.
Нещодавно дослідники з Технологічного університету в Мічигані розробили модель робота (9), що доставляє енергію в місця, що постраждали від перебоїв у подачі електроенергії, наприклад через стихійні лиха.
Машини цього типу могли б, наприклад, відновлювати живлення телекомунікаційної інфраструктури (вишки та базові станції), щоб ефективніше проводити рятувальні роботи. Роботи автономні, вони самі обирають найкращий шлях до місця призначення.
Вони можуть мати батареї на борту або системи сонячних батарей. Вони можуть годувати одне одного. Значення та функції розумні мережі вийти далеко за межі енергії (10).
Створена таким чином інфраструктура може бути використана для створення нового мобільного розумного життя майбутнього, заснованого на найсучасніших технологіях. Поки що ми можемо лише уявити переваги (але й недоліки) такого типу рішення.
