Разумныя энергетычныя сеткі
Паводле ацэнак, тэмпы росту сусветнага попыту на энергію складаюць каля 2,2 працэнта ў год. Гэта азначае, што бягучае глабальнае спажыванне энергіі, якое перавышае 20 петаватт-гадзін, павялічыцца ў 2030 годзе да 33 петаватт-гадзін. У той жа час робіцца ўпор на больш эфектыўнае выкарыстанне энергіі, чым калі-небудзь раней.
1. Аўта ў інтэлектуальнай сетцы
Іншыя прагнозы прадказваюць, што да 2050 года транспарт будзе спажываць больш за 10 працэнтаў попыту на электраэнергію, у асноўным з-за расце папулярнасці электрычных і гібрыдных аўтамабіляў.
Калі зарадка акумулятара электрамабіля не кіруецца належным чынам ці наогул не працуе сама па сабе, існуе рызыка пікавых нагрузак з-за адначасовай зарадкі занадта вялікай колькасці акумулятараў. Неабходнасць у рашэннях, якія дазваляюць ажыццяўляць зарадку транспартных сродкаў у аптымальны час (1).
Класічныя энергасістэмы XNUMX стагоддзі, у якіх электраэнергія выраблялася пераважна на цэнтральных электрастанцыях і дастаўлялася спажыўцам па высакавольтных лініях электраперадачы і размеркавальным сеткам сярэдняй і нізкай напругі, дрэнна спраўляюцца з патрабаваннямі новай эпохі.
У апошнія гады мы таксама можам назіраць бурнае развіццё размеркаваных сістэм, малых вытворцаў энергіі, якія могуць дзяліцца сваімі лішкамі з рынкам. Яны маюць значную долю ў размеркаваных сістэмах. аднаўляльныя крыніцы электраэнергіі.
Гласарый інтэлектуальных сетак
AMI - скарачэнне ад Advanced Metering Infrastructure. Азначае інфраструктуру прылад і праграмнага забеспячэння, якія забяспечваюць сувязь з лічыльнікамі электраэнергіі, збор даных аб энергіі і аналіз гэтых дадзеных.
Размеркаваная генерацыя - вытворчасць энергіі малымі генеравальнымі ўстаноўкамі або аб'ектамі, падключанымі непасрэдна да размеркавальных сетак або размешчанымі ў энергасістэме атрымальніка (за прыборамі кантролю і ўліку), звычайна вырабляюць электраэнергію з аднаўляльных або нетрадыцыйных крыніц энергіі, часта ў спалучэнні з вытворчасцю цяпла (размеркаваная кагенерацыя). . Сеткі размеркаванай генерацыі могуць уключаць, напрыклад, просьюмеров, энергетычныя кааператывы ці муніцыпальныя электрастанцыі.
Разумны лічыльнік – выдалены электралічыльнік, які мае функцыю аўтаматычнай перадачы даных уліку аб спажыванні энергіі пастаўшчыку і, такім чынам, прапануе больш магчымасцей для ўсвядомленага выкарыстання электраэнергіі.
Мікра крыніца энергіі – усталёўка па вытворчасці электраэнергіі малой магутнасці, звычайна выкарыстоўваная для ўласнага спажывання. Мікракрыніцай могуць быць невялікія хатнія сонечныя, гідра- або ветраныя электрастанцыі, мікратурбіны, якія працуюць на прыродным газе або біягазе, агрэгаты з рухавікамі на прыродным газе або біягазе.
Прашумер - свядомы спажывец энергіі, які вырабляе энергію для ўласных патрэб, напрыклад, у мікракрыніцах, а нявыкарыстаны лішак прадае ў размеркавальную сетку.
Дынамічныя тарыфы – тарыфы з улікам сутачнай змены коштаў на энерганосьбіты.
Назіраная прастора-час
Для вырашэння гэтых праблем (2) патрабуецца сетка з гнуткай "думае" інфраструктурай, якая будзе накіроўваць энергію менавіта туды, дзе яна патрэбна. Такое рашэнне інтэлектуальная энергетычная сетка - разумная сетка электразабеспячэння.
2. Праблемы, якія стаяць перад энергетычным рынкам
Наогул кажучы, інтэлектуальная сетка - гэта энергасістэма, якая разумна інтэгруе дзейнасць усіх удзельнікаў працэсаў вытворчасці, перадачы, размеркавання і выкарыстання, каб забяспечваць электраэнергію эканамічным, устойлівым і бяспечным спосабам (3).
Яго асноўная перадумова - сувязь паміж усімі ўдзельнікамі энергетычнага рынку. Сетка аб'ядноўвае электрастанцыі, Вялікіх і малых, і спажыўцоў энергіі ў адну структуру. Ён можа існаваць і функцыянаваць дзякуючы двум элементам: аўтаматызацыі, пабудаванай на перадавых датчыках, і сістэме ІКТ.
Прасцей кажучы: інтэлектуальная сетка «ведае», дзе і калі ўзнікае найвялікае запатрабаванне ў энергіі і найвялікая яе пастаўка, і можа накіраваць лішкі энергіі туды, дзе яна патрэбней усяго. У выніку такая сетка можа павысіць эфектыўнасць, надзейнасць і бяспеку ланцужка энергазабеспячэння.
3. Разумная сетка - базавая схема
4. Тры вобласці інтэлектуальных сетак, мэты і выцякаючыя з іх выгады
Разумныя сеткі дазваляюць дыстанцыйна здымаць паказанні лічыльнікаў электраэнергіі, назіраць за станам прыёму і сеткі, а таксама за профілем прыёму энергіі, выяўляць незаконнае спажыванне энергіі, перашкоды ў лічыльніках і страты энергіі, дыстанцыйна адключаць/падключаць атрымальніка, перамыкаць тарыфы, архіваваць і выстаўленне рахункаў за прачытаныя значэнні і іншыя дзеянні (4).
Дакладнае вызначэнне патрэбнасці ў электраэнергіі абцяжарана, таму звычайна сістэма павінна выкарыстоўваць так званую гарачы рэзерв. Выкарыстанне размеркаванай генерацыі (гл. Гласарый інтэлектуальнай сеткі) у спалучэнні з інтэлектуальнай сеткай дазваляе значна зменшыць запатрабаванне ў падтрыманні ў поўнай гатовасці вялікіх рэзерваў.
слуп інтэлектуальныя сеткі маецца разгалінаваная вымяральная сістэма, інтэлектуальны ўлік (5). Яна ўключае ў сябе тэлекамунікацыйныя сістэмы, якія перадаюць дадзеныя вымярэнняў у кропкі прыняцця рашэнняў, а таксама інтэлектуальныя інфармацыйныя, алгарытмы прагназавання і прыняцця рашэнняў.
Ужо будуюцца першыя пілотныя ўстаноўкі "інтэлектуальных" вымяральных сістэм, якія ахопліваюць асобныя гарады або камуны. Дзякуючы ім вы зможаце, сярод іншага, увесці пагадзінную аплату для індывідуальных кліентаў. Гэта значыць, што ў пэўны час сутак кошт электраэнергіі для такога адзіночнага спажыўца будзе ніжэйшы, таму варта ўключыць, напрыклад, пральную машыну.
Па меркаванні некаторых навукоўцаў, напрыклад групы даследнікаў з нямецкага Інстытута Макса Планка ў Гётынгене пад кіраўніцтвам Марка Ціма, мільёны інтэлектуальных лічыльнікаў могуць у будучыні стварыць цалкам аўтаномную. самарэгулявальная сетка, дэцэнтралізаваным, як Інтэрнэт, і бяспечным, паколькі ён устойлівы да нападаў, якім падвяргаюцца цэнтралізаваныя сістэмы.
Сіла ад множнасці
Аднаўляльныя крыніцы электраэнергіі З-за малой адзінкавай магутнасці (ВІЭ) з'яўляюцца размеркаванымі крыніцамі. Да апошніх адносяцца крыніцы адзінкавай магутнасцю менш за 50-100 МВт, устаноўленыя ў непасрэднай блізкасці ад канчатковага спажыўца энергіі.
Аднак на практыцы лімітавае значэнне магутнасці крыніцы, разгляданай як размеркаванае, моцна адрозніваецца ў залежнасці ад краіны, напрыклад, у Швецыі яно складае 1,5 МВт, у Новай Зеландыі 5 МВт, у ЗША 5 МВт, у Вялікабрытаніі 100 МВт. .
Пры досыць вялікай колькасці крыніц, раззасяроджаных на невялікім пляцы энергасістэмы і дзякуючы якія прадстаўляюцца імі магчымасцям інтэлектуальныя сеткі, становіцца магчымым і выгадным аб'яднаць гэтыя крыніцы ў адну сістэму, якая кіруецца аператарам, стварыўшы «віртуальную электрастанцыю».
Яго мэта - сканцэнтраваць размеркаваную генерацыю ў адну, лагічна звязаную сістэму, павысіўшы тэхніка-эканамічную эфектыўнасць вытворчасці электраэнергіі. Размеркаваная генерацыя, размешчаная ў непасрэднай блізкасці ад спажыўцоў энергіі, таксама можа выкарыстоўваць мясцовыя паліўныя рэсурсы, у тым ліку біяпаліва і энергію з аднаўляльных крыніц, і нават муніцыпальныя адходы.
Віртуальная электрастанцыя злучае мноства розных лакальных крыніц электраэнергіі на вызначанай тэрыторыі (гідраэлектрастанцыі, ветраныя, фотаэлектрычныя электрастанцыі, парагазавыя турбіны, генератары з прывадам ад рухавіка і т. д.) і назапашвальнікі электраэнергіі (рэзервуары для вады, акумулятары), якія дыстанцыйна кіруюцца сістэма.
Важную функцыю пры стварэнні віртуальных электрастанцый павінны гуляць назапашвальнікі энергіі, якія дазваляюць падладжваць выпрацоўку электраэнергіі пад штодзённыя змены спажывецкага попыту. Звычайна такімі рэзервуарамі з'яўляюцца батарэі ці суперкандэнсатары; аналагічную ролю могуць гуляць і гідраакумулюючыя станцыі.
Энергетычна збалансаваная тэрыторыя, якая ўтварае віртуальную электрастанцыю, можа быць аддзелена ад энергасістэмы з дапамогай сучасных камутатараў. Такі камутатар абараняе, выконвае вымяральныя працы і сінхранізуе сістэму з сеткай.
Свет становіцца разумнейшым
W інтэлектуальныя сеткі у цяперашні час інвестуюць усе найбуйнейшыя энергетычныя кампаніі свету. У Еўропе, напрыклад, EDF (Францыя), RWE (Германія), Iberdrola (Іспанія) і British Gas (Вялікабрытанія).
6. Інтэлектуальная сетка аб'ядноўвае традыцыйныя і аднаўляльныя крыніцы
Важным элементам такога тыпу сістэм з'яўляецца тэлекамунікацыйная размеркавальная сетка, якая забяспечвае надзейную двухбаковую IP-перадачу паміж цэнтральнымі прыкладнымі сістэмамі і інтэлектуальнымі лічыльнікамі электраэнергіі, размешчанымі непасрэдна ў канцы энергасістэмы, у канчатковых спажыўцоў.
У цяперашні час найбуйнейшыя ў свеце тэлекамунікацыйныя сеткі для патрэб Smart Grid у найбуйнейшых энергетычных аператараў у сваіх краінах – такіх як LightSquared (ЗША) або EnergyAustralia (Аўстралія) – вырабляюцца па бесправадной тэхналогіі Wimax.
Акрамя таго, першае і адно з найбуйнейшых запланаваных укараненняў сістэмы AMI (Advanced Metering Infrastructure) у Польшчы, якая з'яўляецца неад'емнай часткай інтэлектуальнай сеткі Energa Operator SA, мяркуе выкарыстанне сістэмы Wimax для перадачы даных.
Важнай перавагай рашэння Wimax па стаўленні да іншых тэхналогій, выкарыстоўваным у энергетыцы для перадачы дадзеных, такім як PLC, з'яўляецца тое, што не трэба адключаць цэлыя ўчасткі ЛЭП у выпадку аварыйнай сітуацыі.
7. Энергетычная піраміда ў Еўропе
Кітайскі ўрад распрацаваў вялікі доўгатэрміновы план інвестыцый у водныя сістэмы, мадэрнізацыю і пашырэнне перадавальных сетак і інфраструктуры ў сельскай мясцовасці, а таксама разумныя сеткі. Кітайская дзяржаўная электрасеткавая карпарацыя плануе ўкараніць іх да 2030 года.
Японская федэрацыя электраэнергетычных кампаній плануе да 2020 года пры падтрымцы ўрада распрацаваць інтэлектуальную сетку, якая выкарыстоўвае сонечную энергію. Цяпер у Германіі рэалізуецца дзяржаўная праграма па тэсціраванню электроннай энергіі для інтэлектуальных сетак.
У краінах Еўрасаюза будзе створана энергетычная "суперсетка", па якой будзе размяркоўвацца аднаўляльная энергія, у асноўным ад ветраных электрастанцый. У адрозненне ад традыцыйных сетак, яна будзе заснавана не на пераменным, а на пастаянным электрычным току (DC).
Еўрапейскія фонды прафінансавалі звязаную з праектам даследчую і навучальную праграму MEDOW, якая аб'ядноўвае ўніверсітэты і прадстаўнікоў энергетычнай галіны. MEDOW - гэта абрэвіятура ангельскай назвы "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".
Чакаецца, што праграма навучання працягнецца да сакавіка 2017 года. Стварэнне сеткі аднаўляльнай энергіі у кантынентальным маштабе і эфектыўнае злучэнне з існуючымі сеткамі (6) мае сэнс у сувязі са спецыфічнымі характарыстыкамі аднаўляльнай энергіі, для якой характэрны перыядычныя лішкі ці дэфіцыты магутнасці.
Праграма «Разумны паўвостраў», якая дзейнічае на паўвостраве Хель, вядома ў польскай энергетычнай галіне. Менавіта тут "Энерга" ўкараніла першыя ў краіне пробныя сістэмы дыстанцыйнага счытвання і ёсць адпаведная для праекта тэхнічная інфраструктура, якая будзе дадаткова мадэрнізавана.
Гэтае месца было абрана не выпадкова. Гэтая вобласць характарызуецца высокімі зменамі ў спажыванні энергіі (высокае спажыванне ўлетку, значна менш узімку), што стварае дадатковую праблему для інжынераў-энергетыкаў.
Укараняемая сістэма павінна характарызавацца не толькі высокай надзейнасцю, але і гнуткасцю ў абслугоўванні кліентаў, дазваляючы ім аптымізаваць энергаспажыванне, змяняць тарыфы на электраэнергію і выкарыстоўваць альтэрнатыўныя крыніцы энергіі (фотаэлектрычныя панэлі, малыя ветракі і г.д.).
У апошні час таксама з'явілася інфармацыя аб тым, што Polskie Sieci Energetyczne хоча захоўваць энергію ў магутных батарэях магутнасцю не менш за 2 МВт. Аператар плануе пабудаваць у Польшчы сховішчы энергіі, якія будуць падтрымліваць энергасістэму, забяспечваючы бесперапыннасць паставак, калі аднаўляльныя крыніцы энергіі (ВІЭ) перастаюць функцыянаваць з-за адсутнасці ветра ці пасля наступлення цемры. Электрычнасць са склада затым пойдзе ў сетку.
Выпрабаванні рашэння могуць пачацца на працягу двух гадоў. Па неафіцыйнай інфармацыі, японцы з Hitachi прапануюць PSE пратэставаць магутныя акумулятарныя кантэйнеры. Адна такая літый-іённая батарэя здольная забяспечыць магутнасць 1 МВт.
Склады таксама могуць знізіць запатрабаванне ў пашырэнні звычайных электрастанцый у будучыні. Ветравыя электрастанцыі, для якіх характэрна высокая зменлівасць якая аддаецца магутнасці (у залежнасці ад метэаралагічных умоў), змушаюць традыцыйную энергетыку падтрымліваць рэзерв магутнасці, каб у любы момант можна было замяніць ці дапоўніць паніжэнне якая аддаецца магутнасці вятракі.
Аператары па ўсёй Еўропе інвестуюць у назапашванне энергіі. Нядаўна ангельцы запусцілі самую буйную ўстаноўку такога тыпу на нашым кантыненце. Аб'ект у Лейтан-Баззард недалёка ад Лондана здольны захоўваць да 10 МВтч энергіі і забяспечваць магутнасць 6 МВт.
За ім стаяць S&C Electric, Samsung, а таксама UK Power Networks і Younicos. У верасні 2014 года апошняя кампанія пабудавала першае ў Еўропе камерцыйнае сховішча энергіі. Ён быў запушчаны ў Швэрыне, Германія, і мае магутнасць 5 МВт.
У дакуменце "Smart Grid Projects Outlook 2014" сабраны 459 рэалізаваных з 2002 года праектаў, у якіх выкарыстанне новых тэхналогій, магчымасцяў ІКТ (тэлеінфармацыі) спрыяла стварэнню "разумнай сеткі".
Варта адзначыць, што ўлічваліся праекты, у якіх хаця б адна дзяржава-член ЕС удзельнічала (было партнёрам) (7). Такім чынам, колькасць краін, ахопленых у справаздачы, узрасла да 47.
Пакуль на гэтыя праекты выдаткавана 3,15 мільярда еўра, хаця 48 працэнтаў з іх яшчэ не завершаны. У цяперашні час праекты R&D спажываюць 830 мільёнаў еўра, а тэсціраванне і ўкараненне – 2,32 мільярда еўра.
Сярод іх, на душу насельніцтва, Данія інвесціруе больш за ўсё. Францыя і Вялікабрытанія, з іншага боку, рэалізуюць праекты з самымі высокімі бюджэтамі - у сярэднім 5 мільёнаў еўра на праект.
У параўнанні з гэтымі краінамі ў краінах Усходняй Еўропы справы ідуць нашмат горш. Згодна са справаздачай, яны генеруюць толькі 1 працэнт ад агульнага бюджэту ўсіх гэтых праектаў. Па колькасці рэалізаваных праектаў у пяцёрку лідэраў уваходзяць Германія, Данія, Італія, Іспанія і Францыя. Польшча заняла 18 месца ў рэйтынгу.
Нас апярэдзіла Швейцарыя, за ёй рушыла ўслед Ірландыя. Пад лозунгам smart grid у многіх месцах па ўсім свеце ўкараняюцца амбіцыйныя, амаль рэвалюцыйныя рашэнні. плануе мадэрнізаваць энергасістэму.
Адным з лепшых прыкладаў з'яўляецца праект па стварэнню інтэлектуальнай інфраструктуры ў канадскай правінцыі Антарыё (2030), падрыхтаваны ў апошнія гады і разлічаны на перыяд да 8 года.
8. План разгортвання Smart Grid у канадскай правінцыі Антарыё.
Энергетычныя вірусы?
Аднак, калі энергетычная сетка стаць падобным да Інтэрнэту, вы павінны прыняць да ўвагі, што ён можа сутыкнуцца з тымі ж пагрозамі, якія мы сустракаем у сучасных кампутарных сетках.
9. Робаты, прызначаныя для працы ў энергетычных сетках
Адмыслоўцы лабараторый F-Secure нядаўна папярэдзілі аб з'яўленні новай складанай пагрозы для галіновых сэрвісных сістэм, у тым ліку для сетак электразабеспячэння. Ён называецца Havex і выкарыстоўвае надзвычай прасунутую новую тэхніку для заражэння кампутараў.
Havex складаецца з двух асноўных кампанентаў. Першы - гэта траянскае ПА, якое выкарыстоўваецца для выдаленага кіравання атакаванай сістэмай. Другі элемент - гэта PHP-сервер.
Траянскі конь быў прымацаваны зламыснікамі да праграмнага забеспячэння АСК ТП/SCADA, які адказвае за кантроль за ходам тэхналагічных і вытворчых працэсаў. Ахвяры спампоўваюць такія праграмы са спецыялізаваных сайтаў, не падазраючы аб пагрозе.
Ахвярамі Havex сталі ў першую чаргу еўрапейскія ўстановы і кампаніі, якія займаюцца прамысловымі рашэннямі. Частка кода Havex мяркуе, што яго стваральнікі, апроч жадання скрасці дадзеныя аб вытворчых працэсах, маглі яшчэ і паўплываць на іх ход.
10. Галіны інтэлектуальных сетак
Аўтараў гэтай шкоднаснай праграмы асабліва цікавілі энергетычныя сеткі. Магчыма будучы элемент разумная энергасістэма робаты таксама стануць.
Нядаўна даследнікі з Тэхналагічнага ўніверсітэта ў Мічыгане распрацавалі мадэль робата (9), які дастаўляе энергію ў месцы, пацярпелыя ад перабояў у падачы электраэнергіі, напрыклад, з-за стыхійных бедстваў.
Машыны гэтага тыпу маглі б, напрыклад, аднаўляць харчаванне тэлекамунікацыйнай інфраструктуры (вышкі і базавыя станцыі), каб больш эфектыўна праводзіць выратавальныя работы. Робаты аўтаномныя, яны самі выбіраюць лепшы шлях да месца прызначэння.
Яны могуць мець батарэі на борце або сістэмы сонечных батарэй. Яны могуць карміць адно аднаго. Значэнне і функцыі разумныя сеткі выйсці далёка за межы энергіі (10).
Створаная такім чынам інфраструктура можа быць скарыстана для стварэння новага мабільнага разумнага жыцця будучыні, заснаванай на самых сучасных тэхналогіях. Пакуль мы можам толькі ўявіць перавагі (але і недахопы) такога тыпу рашэння.
