Умные энергетические сети
Технологии

Умные энергетические сети

По оценкам, темпы роста мирового спроса на энергию составляют около 2,2 процента в год. Это означает, что текущее глобальное потребление энергии, превышающее 20 петаватт-часов, увеличится в 2030 году до 33 петаватт-часов. В то же время делается упор на более эффективное использование энергии, чем когда-либо прежде.

1. Авто в интеллектуальной сети

Другие прогнозы предсказывают, что к 2050 году транспорт будет потреблять более 10 процентов спроса на электроэнергию, в основном из-за растущей популярности электрических и гибридных автомобилей.

Если зарядка аккумулятора электромобиля не управляется должным образом или вообще не работает сама по себе, существует риск пиковых нагрузок из-за одновременной зарядки слишком большого количества аккумуляторов. Необходимость в решениях, позволяющих осуществлять зарядку транспортных средств в оптимальное время (1).

Классические энергосистемы XNUMX века, в которых электроэнергия производилась преимущественно на центральных электростанциях и доставлялась потребителям по высоковольтным линиям электропередачи и распределительным сетям среднего и низкого напряжения, плохо справляются с требованиями новой эпохи.

В последние годы мы также можем наблюдать бурное развитие распределенных систем, малых производителей энергии, которые могут делиться своими излишками с рынком. Они имеют значительную долю в распределенных системах. возобновляемые источники электроэнергии.

Глоссарий интеллектуальных сетей

AMI – сокращение от Advanced Metering Infrastructure. Означает инфраструктуру устройств и программного обеспечения, которые обеспечивают связь со счетчиками электроэнергии, сбор данных об энергии и анализ этих данных.

Распределенная генерация – производство энергии малыми генерирующими установками или объектами, подключенными непосредственно к распределительным сетям или расположенными в энергосистеме получателя (за приборами контроля и учета), обычно производящими электроэнергию из возобновляемых или нетрадиционных источников энергии, часто в сочетании с производством тепла (распределенная когенерация). . Сети распределенной генерации могут включать, например, просьюмеров, энергетические кооперативы или муниципальные электростанции.

Умный счетчик – удаленный электросчетчик, который имеет функцию автоматической передачи данных учета о потреблении энергии поставщику и, таким образом, предлагает больше возможностей для осознанного использования электроэнергии.

Микро источник энергии – установка по производству электроэнергии малой мощности, обычно используемая для собственного потребления. Микроисточником могут быть небольшие домашние солнечные, гидро- или ветряные электростанции, микротурбины, работающие на природном газе или биогазе, агрегаты с двигателями на природном газе или биогазе.

Просумент – сознательный потребитель энергии, который производит энергию для собственных нужд, например, в микроисточниках, а неиспользованный излишек продает в распределительную сеть.

Динамические тарифы – тарифы с учетом суточного изменения цен на энергоносители.

Наблюдаемое пространство-время

Для решения этих проблем (2) требуется сеть с гибкой «мыслящей» инфраструктурой, которая будет направлять энергию именно туда, где она нужна. Такое решение интеллектуальная энергетическая сеть – умная сеть электроснабжения.

2. Проблемы, стоящие перед энергетическим рынком

Вообще говоря, интеллектуальная сеть — это энергосистема, которая разумно интегрирует деятельность всех участников процессов производства, передачи, распределения и использования, чтобы обеспечивать электроэнергию экономичным, устойчивым и безопасным способом (3).

Его основная предпосылка – связь между всеми участниками энергетического рынка. Сеть объединяет электростанции, больших и малых, и потребителей энергии в одну структуру. Он может существовать и функционировать благодаря двум элементам: автоматизации, построенной на передовых датчиках, и системе ИКТ.

Проще говоря: интеллектуальная сеть «знает», где и когда возникает наибольшая потребность в энергии и наибольшая ее поставка, и может направить излишки энергии туда, где она нужнее всего. В результате такая сеть может повысить эффективность, надежность и безопасность цепочки энергоснабжения.

3. Умная сеть — базовая схема

4. Три области интеллектуальных сетей, цели и вытекающие из них выгоды

Умные сети позволяют дистанционно снимать показания счетчиков электроэнергии, наблюдать за состоянием приема и сети, а также за профилем приема энергии, выявлять незаконное потребление энергии, помехи в счетчиках и потери энергии, дистанционно отключать/подключать получателя, переключать тарифы, архивировать и выставление счетов за прочитанные значения и другие действия (4).

Точное определение потребности в электроэнергии затруднено, поэтому обычно система должна использовать так называемую горячий резерв. Использование распределенной генерации (см. Глоссарий интеллектуальной сети) в сочетании с интеллектуальной сетью позволяет значительно снизить потребность в поддержании в полной готовности больших резервов.

Столб интеллектуальные сети имеется разветвленная измерительная система, интеллектуальный учет (5). Она включает в себя телекоммуникационные системы, передающие данные измерений в точки принятия решений, а также интеллектуальные информационные, алгоритмы прогнозирования и принятия решений.

Уже строятся первые пилотные установки «интеллектуальных» измерительных систем, охватывающие отдельные города или коммуны. Благодаря им вы сможете, среди прочего ввести почасовую оплату для индивидуальных клиентов. Это значит, что в определенное время суток цена электроэнергии для такого одиночного потребителя будет ниже, поэтому стоит включить, например, стиральную машину.

По мнению некоторых ученых, например группы исследователей из немецкого Института Макса Планка в Геттингене под руководством Марка Тимма, миллионы интеллектуальных счетчиков могут в будущем создать полностью автономную саморегулирующаяся сеть, децентрализованным, как Интернет, и безопасным, поскольку он устойчив к атакам, которым подвергаются централизованные системы.

Сила от множественности

Возобновляемые источники электроэнергии Из-за малой единичной мощности (ВИЭ) являются распределенными источниками. К последним относятся источники единичной мощностью менее 50-100 МВт, установленные в непосредственной близости от конечного потребителя энергии.

Однако на практике предельное значение мощности источника, рассматриваемого как распределенное, сильно различается в зависимости от страны, например, в Швеции оно составляет 1,5 МВт, в Новой Зеландии 5 МВт, в США 5 МВт, в Великобритании 100 МВт. .

При достаточно большом количестве источников, рассредоточенных на небольшой площади энергосистемы и благодаря предоставляемым ими возможностям интеллектуальные сети, становится возможным и выгодным объединить эти источники в одну систему, управляемую оператором, создав «виртуальную электростанцию».

Его цель — сконцентрировать распределенную генерацию в одну, логически связанную систему, повысив технико-экономическую эффективность производства электроэнергии. Распределенная генерация, расположенная в непосредственной близости от потребителей энергии, также может использовать местные топливные ресурсы, включая биотопливо и энергию из возобновляемых источников, и даже муниципальные отходы.

Виртуальная электростанция соединяет множество различных локальных источников электроэнергии на определенной территории (гидроэлектростанции, ветряные, фотоэлектрические электростанции, парогазовые турбины, генераторы с приводом от двигателя и т. д.) и накопители электроэнергии (резервуары для воды, аккумуляторы), которые дистанционно управляются разветвленная ИТ-система.

Важную функцию при создании виртуальных электростанций должны играть накопители энергии, позволяющие подстраивать выработку электроэнергии под ежедневные изменения потребительского спроса. Обычно такими резервуарами являются батареи или суперконденсаторы; аналогичную роль могут играть и гидроаккумулирующие станции.

Энергетически сбалансированная территория, образующая виртуальную электростанцию, может быть отделена от энергосистемы с помощью современных коммутаторов. Такой коммутатор защищает, выполняет измерительные работы и синхронизирует систему с сетью.

Мир становится умнее

W интеллектуальные сети в настоящее время инвестируют все крупнейшие энергетические компании мира. В Европе, например, EDF (Франция), RWE (Германия), Iberdrola (Испания) и British Gas (Великобритания).

6. Интеллектуальная сеть объединяет традиционные и возобновляемые источники

Важным элементом такого типа систем является телекоммуникационная распределительная сеть, обеспечивающая надежную двустороннюю IP-передачу между центральными прикладными системами и интеллектуальными счетчиками электроэнергии, расположенными непосредственно в конце энергосистемы, у конечных потребителей.

В настоящее время крупнейшие в мире телекоммуникационные сети для нужд Smart Grid у крупнейших энергетических операторов в своих странах — таких как LightSquared (США) или EnergyAustralia (Австралия) — производятся по беспроводной технологии Wimax.

Кроме того, первое и одно из крупнейших запланированных внедрений системы AMI (Advanced Metering Infrastructure) в Польше, которая является неотъемлемой частью интеллектуальной сети Energa Operator SA, предполагает использование системы Wimax для передачи данных.

Важным преимуществом решения Wimax по отношению к другим технологиям, используемым в энергетике для передачи данных, таким как PLC, является то, что не нужно отключать целые участки ЛЭП в случае аварийной ситуации.

7. Энергетическая пирамида в Европе

Китайское правительство разработало большой долгосрочный план инвестиций в водные системы, модернизацию и расширение передающих сетей и инфраструктуры в сельской местности, а также умные сети. Китайская государственная электросетевая корпорация планирует внедрить их к 2030 году.

Японская федерация электроэнергетических компаний планирует к 2020 году при поддержке правительства разработать интеллектуальную сеть, использующую солнечную энергию. В настоящее время в Германии реализуется государственная программа по тестированию электронной энергии для интеллектуальных сетей.

В странах Евросоюза будет создана энергетическая «суперсеть», по которой будет распределяться возобновляемая энергия, в основном от ветряных электростанций. В отличие от традиционных сетей, она будет основана не на переменном, а на постоянном электрическом токе (DC).

Европейские фонды профинансировали связанную с проектом исследовательскую и обучающую программу MEDOW, которая объединяет университеты и представителей энергетической отрасли. MEDOW — это аббревиатура английского названия «Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind».

Ожидается, что программа обучения продлится до марта 2017 года. Создание сети возобновляемой энергии в континентальном масштабе и эффективное соединение с существующими сетями (6) имеет смысл в связи со специфическими характеристиками возобновляемой энергии, для которой характерны периодические излишки или дефициты мощности.

Программа «Умный полуостров», действующая на полуострове Хель, известна в польской энергетической отрасли. Именно здесь «Энерга» внедрила первые в стране пробные системы дистанционного считывания и имеется соответствующая для проекта техническая инфраструктура, которая будет дополнительно модернизирована.

Это место было выбрано не случайно. Эта область характеризуется высокими изменениями в потреблении энергии (высокое потребление летом, значительно меньше зимой), что создает дополнительную проблему для инженеров-энергетиков.

Внедряемая система должна характеризоваться не только высокой надежностью, но и гибкостью в обслуживании клиентов, позволяя им оптимизировать энергопотребление, изменять тарифы на электроэнергию и использовать появляющиеся альтернативные источники энергии (фотоэлектрические панели, малые ветряки и т.д.).

В последнее время также появилась информация о том, что Polskie Sieci Energetyczne хочет хранить энергию в мощных батареях мощностью не менее 2 МВт. Оператор планирует построить в Польше хранилища энергии, которые будут поддерживать энергосистему, обеспечивая непрерывность поставок, когда возобновляемые источники энергии (ВИЭ) перестают функционировать из-за отсутствия ветра или после наступления темноты. Электричество со склада затем пойдет в сеть.

Испытания решения могут начаться в течение двух лет. По неофициальной информации, японцы из Hitachi предлагают PSE протестировать мощные аккумуляторные контейнеры. Одна такая литий-ионная батарея способна обеспечить мощность 1 МВт.

Склады также могут снизить потребность в расширении обычных электростанций в будущем. Ветровые электростанции, для которых характерна высокая изменчивость отдаваемой мощности (в зависимости от метеорологических условий), вынуждают традиционную энергетику поддерживать резерв мощности, чтобы в любой момент можно было заменить или дополнить снижение отдаваемой мощности ветряные мельницы.

Операторы по всей Европе инвестируют в накопление энергии. Недавно англичане запустили самую крупную установку такого типа на нашем континенте. Объект в Лейтон-Баззард недалеко от Лондона способен хранить до 10 МВтч энергии и обеспечивать мощность 6 МВт.

За ним стоят S&C Electric, Samsung, а также UK Power Networks и Younicos. В сентябре 2014 года последняя компания построила первое в Европе коммерческое хранилище энергии. Он был запущен в Шверине, Германия, и имеет мощность 5 МВт.

В документе «Smart Grid Projects Outlook 2014» собраны 459 реализованных с 2002 года проектов, в которых использование новых технологий, возможностей ИКТ (телеинформации) способствовало созданию «умной сети».

Следует отметить, что учитывались проекты, в которых хотя бы одно государство-член ЕС участвовало (было партнером) (7). Таким образом, количество стран, охваченных в отчете, возросло до 47.

Пока на эти проекты выделено 3,15 миллиарда евро, хотя 48 процентов из них еще не завершены. В настоящее время проекты R&D потребляют 830 миллионов евро, а тестирование и внедрение — 2,32 миллиарда евро.

Среди них, на душу населения, Дания инвестирует больше всего. Франция и Великобритания, с другой стороны, реализуют проекты с самыми высокими бюджетами — в среднем 5 миллионов евро на проект.

По сравнению с этими странами в странах Восточной Европы дела обстоят намного хуже. Согласно отчету, они генерируют лишь 1 процент от общего бюджета всех этих проектов. По количеству реализованных проектов в пятерку лидеров входят: Германия, Дания, Италия, Испания и Франция. Польша заняла 18-е место в рейтинге.

Нас опередила Швейцария, за ней последовала Ирландия. Под лозунгом smart grid во многих местах по всему миру внедряются амбициозные, почти революционные решения. планирует модернизировать энергосистему.

Одним из лучших примеров является проект по созданию интеллектуальной инфраструктуры в канадской провинции Онтарио (2030), подготовленный в последние годы и рассчитанный на период до 8 года.

8. План развертывания Smart Grid в канадской провинции Онтарио.

Энергетические вирусы?

Однако, если энергетическая сеть стать похожим на Интернет, вы должны принять во внимание, что он может столкнуться с теми же угрозами, которые мы встречаем в современных компьютерных сетях.

9. Роботы, предназначенные для работы в энергетических сетях

Специалисты лабораторий F-Secure не так давно предупредили о появлении новой сложной угрозы для отраслевых сервисных систем, в том числе для сетей электроснабжения. Он называется Havex и использует чрезвычайно продвинутую новую технику для заражения компьютеров.

Havex состоит из двух основных компонентов. Первый — это троянское ПО, которое используется для удаленного управления атакуемой системой. Второй элемент — это PHP-сервер.

Троянский конь был прикреплен злоумышленниками к программному обеспечению АСУ ТП/SCADA, отвечающему за контроль за ходом технологических и производственных процессов. Жертвы скачивают такие программы со специализированных сайтов, не подозревая об угрозе.

Жертвами Havex стали в первую очередь европейские учреждения и компании, занимающиеся промышленными решениями. Часть кода Havex предполагает, что его создатели, помимо желания украсть данные о производственных процессах, могли еще и повлиять на их ход.

10. Области интеллектуальных сетей

Авторов этой вредоносной программы особенно интересовали энергетические сети. Возможно будущий элемент умная энергосистема роботы тоже станут.

Недавно исследователи из Технологического университета в Мичигане разработали модель робота (9), доставляющего энергию в места, пострадавшие от перебоев в подаче электроэнергии, например, из-за стихийных бедствий.

Машины этого типа могли бы, например, восстанавливать питание телекоммуникационной инфраструктуры (вышки и базовые станции), чтобы более эффективно проводить спасательные работы. Роботы автономны, они сами выбирают лучший путь к месту назначения.

Они могут иметь батареи на борту или системы солнечных батарей. Они могут кормить друг друга. Значение и функции умные сети выйти далеко за пределы энергии (10).

Созданная таким образом инфраструктура может быть использована для создания новой мобильной умной жизни будущего, основанной на самых современных технологиях. Пока мы можем только представить преимущества (но и недостатки) такого типа решения.

Добавить комментарий