Viedie enerģijas tīkli
Tiek lēsts, ka pieprasījums pēc enerģijas pasaulē pieaugs par aptuveni 2,2 procentiem gadā. Tas nozīmē, ka pašreizējais globālais enerģijas patēriņš, kas pārsniedz 20 petavatstundas, 2030. gadā palielināsies līdz 33 petavatstundām. Tajā pašā laikā uzsvars tiek likts uz efektīvāku enerģijas izmantošanu nekā jebkad agrāk.
1. Auto viedtīklā
Citas prognozes paredz, ka līdz 2050. gadam transports patērēs vairāk nekā 10 procentus no elektroenerģijas pieprasījuma, galvenokārt pateicoties pieaugošajai elektrisko un hibrīdautomobiļu popularitātei.
Ja elektromobiļa akumulatora uzlāde netiek pareizi pārvaldīts vai nedarbojas vispār, pastāv maksimālās slodzes risks, jo vienlaikus tiek uzlādēts pārāk daudz akumulatoru. Nepieciešamība pēc risinājumiem, kas ļauj transportlīdzekļus uzlādēt optimālā laikā (1).
Klasiskās XNUMX. gadsimta energosistēmas, kurās elektroenerģiju ražoja pārsvarā centrālajās elektrostacijās un piegādāja patērētājiem pa augstsprieguma pārvades līnijām un vidējā un zemsprieguma sadales tīkliem, nav piemērotas jaunā laikmeta prasībām.
Pēdējos gados ir vērojama arī dalīto sistēmu strauja attīstība, mazie enerģijas ražotāji, kas var dalīties ar savu pārpalikumu ar tirgu. Viņiem ir ievērojama daļa sadalītajās sistēmās. atjaunojamie enerģijas avoti.
Viedo tīklu glosārijs
AMI – Advanced Metering Infrastructure saīsinājums. Attiecas uz ierīču un programmatūras infrastruktūru, kas nodrošina saziņu ar elektroenerģijas skaitītājiem, enerģijas datu apkopošanu un šo datu analīzi.
izplatīta ražošana – enerģijas ražošana mazās ražošanas iekārtās vai iekārtās, kas ir tieši pieslēgtas sadales tīkliem vai atrodas saņēmēja energosistēmā (aiz kontroles un mērīšanas ierīcēm), parasti ražojot elektroenerģiju no atjaunojamiem vai netradicionāliem enerģijas avotiem, bieži vien kopā ar siltuma ražošanu (dalītā koģenerācija). ). . Sadalītie ražošanas tīkli var ietvert, piemēram, ražotājus, enerģijas kooperatīvus vai pašvaldību elektrostacijas.
viedais skaitītājs – attālināts elektroenerģijas skaitītājs, kam ir funkcija automātiski pārraidīt enerģijas patēriņa uzskaites datus piegādātājam un tādējādi piedāvā plašākas iespējas apzinātai elektroenerģijas izmantošanai.
Mikro barošanas avots – mazjaudas elektroenerģijas ražotne, ko parasti izmanto pašpatēriņam. Mikroavoti var būt nelielas mājas saules, hidroelektrostacijas vai vēja elektrostacijas, mikroturbīnas, kas darbojas ar dabasgāzi vai biogāzi, iekārtas ar dabasgāzes vai biogāzes dzinējiem.
Prosumer – apzināts enerģijas patērētājs, kas ražo enerģiju savām vajadzībām, piemēram, mikroavotos, un neizmantoto pārpalikumu pārdod sadales tīklam.
Dinamiskās likmes – tarifi, ņemot vērā enerģijas cenu ikdienas izmaiņas.
Vērojams laiks-telp
Lai atrisinātu šīs problēmas (2), ir nepieciešams tīkls ar elastīgu "domājošu" infrastruktūru, kas novirzīs enerģiju tieši tur, kur tā ir nepieciešama. Tāds lēmums viedais enerģijas tīkls – viedais barošanas tīkls.
2. Problēmas, ar kurām saskaras enerģijas tirgus
Vispārīgi runājot, viedais tīkls ir energosistēma, kas saprātīgi integrē visu ražošanas, pārvades, sadales un lietošanas procesu dalībnieku darbības, lai nodrošinātu elektroenerģiju ekonomiski, ilgtspējīgi un droši (3).
Tās galvenais priekšnoteikums ir saikne starp visiem enerģijas tirgus dalībniekiem. Tīkls savieno elektrostacijas, lieli un mazi, un enerģijas patērētāji vienā struktūrā. Tas var pastāvēt un darboties, pateicoties diviem elementiem: automatizācijai, kas balstīta uz progresīviem sensoriem un IKT sistēmai.
Vienkārši sakot: viedais tīkls “zina”, kur un kad rodas vislielākā nepieciešamība pēc enerģijas un vislielākā piegāde, un var novirzīt lieko enerģiju tur, kur tā visvairāk nepieciešama. Rezultātā šāds tīkls var uzlabot energoapgādes ķēdes efektivitāti, uzticamību un drošību.
3. Viedais tīkls - pamata shēma
4. Trīs viedo tīklu jomas, mērķi un no tiem izrietošie ieguvumi
Viedie tīkli ļauj attālināti veikt elektrības skaitītāju rādījumus, uzraudzīt pieņemšanas un tīkla statusu, kā arī enerģijas saņemšanas profilu, identificēt nelegālo enerģijas patēriņu, traucējumus skaitītājos un enerģijas zudumus, attālināti atslēgt / pieslēgt saņēmēju, pārslēgt tarifus, arhivēt un rēķins par nolasītajām vērtībām un citām darbībām (4).
Precīzi noteikt elektroenerģijas pieprasījumu ir grūti, tāpēc parasti sistēmai jāizmanto tā sauktā karstā rezerve. Izkliedētās ģenerācijas izmantošana (skat. Smart Grid Glossary) kombinācijā ar Smart Grid var ievērojami samazināt nepieciešamību nodrošināt lielu rezervju pilnvērtīgu darbību.
Pīlārs viedie tīkli ir plaša mērīšanas sistēma, inteliģenta uzskaite (5). Tas ietver telekomunikāciju sistēmas, kas pārraida mērījumu datus uz lēmumu pieņemšanas punktiem, kā arī viedo informāciju, prognozēšanas un lēmumu pieņemšanas algoritmus.
Jau tiek būvētas pirmās "viedo" mērīšanas sistēmu izmēģinājuma iekārtas, kas aptver atsevišķas pilsētas vai komūnas. Pateicoties viņiem, jūs, cita starpā, varat ieviest stundas samaksu atsevišķiem klientiem. Tas nozīmē, ka noteiktos diennakts laikos šādam atsevišķam patērētājam elektrības cena būs zemāka, tāpēc ir vērts ieslēgt, piemēram, veļas mašīnu.
Pēc dažu zinātnieku domām, piemēram, Marka Timma vadītā Vācijas Maksa Planka institūta Getingenā pētnieku grupa, miljoniem viedo skaitītāju nākotnē varētu izveidot pilnīgi autonomu. pašregulējošs tīkls, decentralizēta kā internets, un droša, jo tā ir izturīga pret uzbrukumiem, kuriem ir pakļautas centralizētās sistēmas.
Spēks no daudzveidības
Atjaunojamie elektroenerģijas avoti Nelielās vienības jaudas (RES) dēļ tiek izplatīti avoti. Pēdējie ietver avotus, kuru vienības jauda ir mazāka par 50–100 MW un kas uzstādīti tiešā enerģijas galapatērētāja tuvumā.
Taču praksē limits avotam, kas tiek uzskatīts par izkliedētu avotu, dažādās valstīs ir ļoti atšķirīgs, piemēram, Zviedrijā tas ir 1,5 MW, Jaunzēlandē 5 MW, ASV 5 MW, Lielbritānijā 100 MW. .
Ar pietiekami lielu avotu skaitu, kas izkliedēti nelielā energosistēmas teritorijā un pateicoties to sniegtajām iespējām viedie tīkli, kļūst iespējams un izdevīgi apvienot šos avotus vienā operatora kontrolētā sistēmā, izveidojot "virtuālo spēkstaciju".
Tās mērķis ir koncentrēt dalīto ražošanu vienā loģiski savienotā sistēmā, paaugstinot elektroenerģijas ražošanas tehnisko un ekonomisko efektivitāti. Sadalītā ražošana, kas atrodas tiešā enerģijas patērētāju tuvumā, var izmantot arī vietējos degvielas resursus, tostarp biodegvielu un atjaunojamo enerģiju, un pat sadzīves atkritumus.
Virtuālā spēkstacija savieno daudzus dažādus lokālos enerģijas avotus noteiktā apgabalā (hidroelektrostacijas, vēja spēkstacijas, fotoelektriskās elektrostacijas, kombinētā cikla turbīnas, dzinēju darbināmus ģeneratorus utt.) un enerģijas uzkrāšanas avotus (ūdens tvertnes, akumulatori), ko attālināti kontrolē ar plašs IT tīkls.sistēma.
Būtiska funkcija virtuālo spēkstaciju izveidē būtu jāpilda enerģijas uzkrāšanas ierīcēm, kas ļauj pielāgot elektroenerģijas ražošanu ikdienas patēriņa izmaiņām. Parasti šādi rezervuāri ir baterijas vai superkondensatori; pārsūknēšanas stacijām var būt līdzīga loma.
Enerģētiski līdzsvarotu zonu, kas veido virtuālu elektrostaciju, var atdalīt no elektrotīkla, izmantojot modernus slēdžus. Šāds slēdzis aizsargā, veic mērījumu darbus un sinhronizē sistēmu ar tīklu.
Pasaule kļūst gudrāka
W viedie tīkli šobrīd investē visas lielākās enerģētikas kompānijas pasaulē. Eiropā, piemēram, EDF (Francija), RWE (Vācija), Iberdrola (Spānija) un British Gas (Apvienotā Karaliste).
6. Viedais tīkls apvieno tradicionālos un atjaunojamos avotus
Būtisks šāda veida sistēmas elements ir telekomunikāciju sadales tīkls, kas nodrošina uzticamu divvirzienu IP pārraidi starp centrālajām lietojumprogrammu sistēmām un viedajiem elektroenerģijas skaitītājiem, kas atrodas tieši energosistēmas galā, pie gala patērētājiem.
Šobrīd pasaulē lielākie telekomunikāciju tīkli vajadzībām Smart Grid no lielākajiem enerģijas operatoriem savās valstīs - piemēram, LightSquared (ASV) vai EnergyAustralia (Austrālija) - ražo, izmantojot Wimax bezvadu tehnoloģiju.
Turklāt pirmā un viena no lielākajām plānotajām AMI (Advanced Metering Infrastructure) sistēmas ieviešanām Polijā, kas ir neatņemama Energa Operator SA viedtīkla sastāvdaļa, ietver Wimax sistēmas izmantošanu datu pārraidei.
Būtiska Wimax risinājuma priekšrocība attiecībā pret citām enerģētikā izmantotajām tehnoloģijām datu pārraidei, piemēram, PLC, ir tāda, ka avārijas gadījumā nav nepieciešams atslēgt veselus elektrolīniju posmus.
7. Enerģētikas piramīda Eiropā
Ķīnas valdība ir izstrādājusi lielu ilgtermiņa plānu, lai ieguldītu ūdens sistēmās, modernizētu un paplašinātu pārvades tīklus un infrastruktūru lauku apvidos un viedie tīkli. Ķīnas valsts tīkla korporācija plāno tos ieviest līdz 2030. gadam.
Japānas Elektroenerģijas nozares federācija ar valdības atbalstu plāno līdz 2020. gadam izstrādāt ar saules enerģiju darbināmu viedo tīklu. Šobrīd Vācijā tiek īstenota valsts programma viedo tīklu elektroniskās enerģijas testēšanai.
ES valstīs tiks izveidots enerģētikas “supertīkls”, caur kuru tiks izplatīta atjaunojamā enerģija, galvenokārt no vēja parkiem. Atšķirībā no tradicionālajiem tīkliem, tā pamatā būs nevis maiņstrāva, bet gan līdzstrāva (DC).
No Eiropas fondiem tika finansēta ar projektu saistīta pētniecības un apmācības programma MEDOW, kas apvieno universitātes un enerģētikas nozares pārstāvjus. MEDOW ir saīsinājums no angļu valodas nosaukuma "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".
Paredzēts, ka apmācības programma ilgs līdz 2017. gada martam. Radīšana atjaunojamās enerģijas tīkli kontinenta mērogā un efektīvam savienojumam ar esošajiem tīkliem (6) ir jēga atjaunojamās enerģijas specifisko īpašību dēļ, ko raksturo periodisks jaudas pārpalikums vai deficīts.
Programma Smart Peninsula, kas darbojas Helas pussalā, ir labi zināma Polijas enerģētikas nozarē. Tieši šeit Energa ir ieviesusi valstī pirmās izmēģinājuma attālās nolasīšanas sistēmas, un tai ir projektam atbilstoša tehniskā infrastruktūra, kas tiks turpināta uzlabot.
Šī vieta nav izvēlēta nejauši. Šai jomai raksturīgas lielas enerģijas patēriņa svārstības (liels patēriņš vasarā, daudz mazāks ziemā), kas rada papildu izaicinājumu enerģētikas inženieriem.
Ieviestā sistēma jāraksturo ne tikai ar augstu uzticamību, bet arī ar elastību klientu apkalpošanā, ļaujot optimizēt enerģijas patēriņu, mainīt elektroenerģijas tarifus un izmantot topošos alternatīvos enerģijas avotus (fotoelektriskos paneļus, mazās vēja turbīnas u.c.).
Pēdējā laikā arī parādījās informācija, ka Polskie Sieci Energetyczne vēlas enerģiju uzkrāt jaudīgos akumulatoros, kuru jauda ir vismaz 2 MW. Operators plāno Polijā būvēt enerģijas krātuves, kas atbalstīs elektrotīklu, nodrošinot piegādes nepārtrauktību, kad atjaunojamie enerģijas avoti (AER) pārtrauks darboties vēja trūkuma dēļ vai iestājoties tumsai. Pēc tam elektrība no noliktavas nonāks tīklā.
Risinājuma testēšana varētu sākties divu gadu laikā. Pēc neoficiālas informācijas, japāņi no Hitachi piedāvā PSE pārbaudīt jaudīgus akumulatoru konteinerus. Viens šāds litija jonu akumulators spēj nodrošināt 1 MW jaudu.
Noliktavas var arī samazināt vajadzību nākotnē paplašināt parastās spēkstacijas. Vēja parki, kam raksturīga liela jaudas mainība (atkarībā no meteoroloģiskajiem apstākļiem), piespiež tradicionālo enerģētiku saglabāt jaudas rezervi, lai vējdzirnavas jebkurā laikā varētu nomainīt vai papildināt ar samazinātu jaudu.
Operatori visā Eiropā iegulda enerģijas uzglabāšanā. Nesen briti uzsāka lielāko šāda veida instalāciju mūsu kontinentā. Iekārta Leighton Buzzard netālu no Londonas spēj uzglabāt līdz 10 MWh enerģijas un piegādāt 6 MW jaudu.
Aiz viņa ir S&C Electric, Samsung, kā arī UK Power Networks un Younicos. 2014. gada septembrī pēdējais uzņēmums uzbūvēja pirmo komerciālo enerģijas krātuvi Eiropā. Tas tika palaists Šverinā, Vācijā, un tā jauda ir 5 MW.
Dokumentā “Smart Grid Projects Outlook 2014” apkopoti 459 kopš 2002.gada īstenoti projekti, kuros jauno tehnoloģiju, IKT (teleinformācijas) iespēju izmantošana devusi ieguldījumu “viedā tīkla” izveidē.
Jāatzīmē, ka tika ņemti vērā projekti, kuros piedalījās (bija partneris) vismaz viena ES dalībvalsts (7). Tādējādi ziņojumā iekļauto valstu skaits ir 47.
Līdz šim šiem projektiem atvēlēti 3,15 miljardi eiro, lai gan 48 procenti no tiem vēl nav pabeigti. Pētniecības un attīstības projekti šobrīd patērē 830 miljonus eiro, savukārt testēšana un ieviešana izmaksā 2,32 miljardus eiro.
No tiem, rēķinot uz vienu iedzīvotāju, Dānija iegulda visvairāk. Savukārt Francijai un Apvienotajai Karalistei ir vislielākie projekti, kuru budžets ir vidēji 5 miljoni eiro vienam projektam.
Salīdzinot ar šīm valstīm, Austrumeiropas valstīm klājās daudz sliktāk. Saskaņā ar ziņojumu tie veido tikai 1 procentu no visu šo projektu kopējā budžeta. Pēc realizēto projektu skaita pirmajā pieciniekā ir Vācija, Dānija, Itālija, Spānija un Francija. Polija rangā ieņēma 18. vietu.
Mums priekšā bija Šveice, kam sekoja Īrija. Ar viedā tīkla saukli daudzviet pasaulē tiek īstenoti ambiciozi, teju revolucionāri risinājumi. plāno modernizēt energosistēmu.
Viens no labākajiem piemēriem ir Ontario viedās infrastruktūras projekts (2030), kas ir sagatavots pēdējos gados un paredzēts līdz 8 gadiem.
8. Plāns Smart Grid izvietošanai Kanādas Ontario provincē.
Enerģijas vīrusi?
Tomēr, ja enerģijas tīkls kļūt kā internets, jārēķinās, ka tas var saskarties ar tiem pašiem draudiem, ar kuriem saskaramies mūsdienu datortīklos.
9. Roboti, kas paredzēti darbam energotīklos
F-Secure Laboratories nesen brīdināja par jauniem sarežģītiem draudiem nozares pakalpojumu sistēmām, tostarp elektrotīkliem. To sauc par Havex, un tajā tiek izmantota ļoti progresīva jauna tehnika, lai inficētu datorus.
Havex ir divas galvenās sastāvdaļas. Pirmā ir Trojas programmatūra, kas tiek izmantota, lai attālināti kontrolētu uzbrukuma sistēmu. Otrais elements ir PHP serveris.
Trojas zirgu uzbrucēji pievienoja APCS/SCADA programmatūrai, kas ir atbildīga par tehnoloģisko un ražošanas procesu progresa uzraudzību. Upuri lejupielādē šādas programmas no specializētām vietnēm, neapzinoties draudus.
Havex upuri galvenokārt bija Eiropas iestādes un uzņēmumi, kas bija iesaistīti rūpnieciskos risinājumos. Daļa no Havex koda liecina, ka tā veidotāji ne tikai vēlas zagt datus par ražošanas procesiem, bet arī varētu ietekmēt viņu gaitu.
10. Viedo tīklu zonas
Šīs ļaunprogrammatūras autorus īpaši interesēja enerģijas tīkli. Iespējams, nākotnes elements viedā energosistēma to darīs arī roboti.
Nesen Mičiganas Tehniskās universitātes pētnieki izstrādāja robota modeli (9), kas piegādā enerģiju vietām, kuras skāruši elektroenerģijas padeves pārtraukumi, piemēram, dabas katastrofu izraisīti.
Šāda veida mašīnas varētu, piemēram, atjaunot elektroenerģiju telekomunikāciju infrastruktūrai (torņiem un bāzes stacijām), lai efektīvāk veiktu glābšanas darbus. Roboti ir autonomi, viņi paši izvēlas labāko ceļu uz savu galamērķi.
Viņiem var būt baterijas vai saules paneļi. Viņi var barot viens otru. Nozīme un funkcijas viedie tīkli sniedzas daudz tālāk par enerģiju (10).
Šādi izveidoto infrastruktūru var izmantot, lai radītu jaunu nākotnes mobilo viedo dzīvi, kas balstīta uz vismodernākajām tehnoloģijām. Pagaidām varam tikai iedomāties šāda veida risinājumu priekšrocības (bet arī trūkumus).
