Pametna energetska omrežja
Svetovno povpraševanje po energiji naj bi raslo za približno 2,2 odstotka na leto. To pomeni, da se bo trenutna svetovna poraba energije, ki presega 20 petavatnih ur, leta 2030 povečala na 33 petavatnih ur. Hkrati je poudarek na učinkovitejši rabi energije kot kdaj koli prej.
1. Samodejno v pametnem omrežju
Druge projekcije predvidevajo, da bo promet do leta 2050 porabil več kot 10 odstotkov povpraševanja po električni energiji, predvsem zaradi naraščajoče priljubljenosti električnih in hibridnih vozil.
če polnjenje akumulatorja električnega avtomobila če se ne upravlja pravilno ali pa sploh ne deluje samostojno, obstaja nevarnost koničnih obremenitev zaradi prevelikega števila baterij, ki se hkrati polnijo. Potreba po rešitvah, ki omogočajo polnjenje vozil ob optimalnem času (1).
Klasični elektroenergetski sistemi XNUMX. stoletja, v katerih se je električna energija proizvajala pretežno v centralnih elektrarnah in odjemalcem dobavljala preko visokonapetostnih daljnovodov ter srednje- in nizkonapetostnih distribucijskih omrežij, so slabo prilagojeni zahtevam nove dobe.
V zadnjih letih lahko opazimo tudi hiter razvoj porazdeljenih sistemov, malih proizvajalcev energije, ki lahko svoje presežke delijo s trgom. Imajo pomemben delež v porazdeljenih sistemih. obnovljivi viri energije.
Slovarček pametnih omrežij
AMI - okrajšava za Advanced Metering Infrastructure. Pomeni infrastrukturo naprav in programske opreme, ki komunicirajo s števci električne energije, zbirajo podatke o energiji in te podatke analizirajo.
Porazdeljena generacija - proizvodnja energije v majhnih proizvodnih napravah ali objektih, ki so neposredno priključeni na distribucijska omrežja ali se nahajajo v elektroenergetskem sistemu prejemnika (za regulacijskimi in merilnimi napravami), ki običajno proizvajajo električno energijo iz obnovljivih ali netradicionalnih virov energije, pogosto v kombinaciji s proizvodnjo toplote (razpršena soproizvodnja). ). . Omrežja porazdeljene proizvodnje lahko na primer vključujejo proizvajalce, energetske zadruge ali občinske elektrarne.
pametni števec – daljinski števec električne energije, ki ima funkcijo avtomatskega posredovanja merilnih podatkov o energiji dobavitelju in tako ponuja več možnosti za ozaveščeno rabo električne energije.
Mikro vir energije – manjša elektrarna, ki se običajno uporablja za lastno porabo. Mikro vir so lahko male domače sončne, hidro ali vetrne elektrarne, mikro turbine na zemeljski plin ali bioplin, enote z motorji na zemeljski plin ali bioplin.
Predlog – ozaveščen porabnik energije, ki energijo proizvaja za lastne potrebe, na primer v mikro virih, neporabljene presežke pa prodaja v distribucijsko omrežje.
Dinamične stopnje – tarife, ki upoštevajo dnevne spremembe cen energije.
Opazen prostor-čas
Reševanje teh problemov (2) zahteva omrežje s fleksibilno "razmišljajočo" infrastrukturo, ki bo usmerjala energijo točno tja, kamor je potrebna. Takšna odločitev pametno energetsko omrežje – pametno električno omrežje.
2. Izzivi, s katerimi se sooča energetski trg
Na splošno je pametno omrežje energetski sistem, ki inteligentno združuje dejavnosti vseh udeležencev v procesih proizvodnje, prenosa, distribucije in rabe z namenom zagotavljanja električne energije na ekonomičen, trajnosten in varen način (3).
Njegova glavna premisa je povezava med vsemi udeleženci na energetskem trgu. Omrežje povezuje elektrarne, veliki in mali ter porabniki energije v eni strukturi. Lahko obstaja in deluje zaradi dveh elementov: avtomatizacije, zgrajene na naprednih senzorjih, in sistema IKT.
Preprosto povedano: pametno omrežje "ve", kje in kdaj se pojavi največja potreba po energiji in največja dobava, in lahko odvečno energijo usmeri tja, kjer je najbolj potrebna. Posledično lahko takšno omrežje izboljša učinkovitost, zanesljivost in varnost verige oskrbe z energijo.
3. Pametno omrežje - osnovna shema
4. Tri področja pametnih omrežij, cilji in koristi, ki izhajajo iz njih
Pametna omrežja omogočajo oddaljeno odčitavanje števcev električne energije, spremljanje stanja sprejema in omrežja, pa tudi profil sprejema energije, ugotavljanje nezakonite porabe energije, motenj v števcih in izgube energije, daljinsko odklop / priključitev prejemnika, preklapljanje tarif, arhiv in obračun za prebrane vrednosti ter druge aktivnosti (4).
Potrebo po električni energiji je težko natančno določiti, zato mora sistem običajno uporabiti tako imenovano vročo rezervo. Uporaba porazdeljene proizvodnje (glej Slovarček Smart Grid) v kombinaciji s Smart Grid lahko znatno zmanjša potrebo po vzdrževanju velikih rezerv v celoti.
Steber pametna omrežja obstaja obsežen merilni sistem, inteligentno računovodstvo (5). Vključuje telekomunikacijske sisteme, ki prenašajo merilne podatke do odločitvenih točk, pa tudi inteligentne algoritme za informiranje, napovedovanje in odločanje.
Prve pilotne instalacije "inteligentnih" merilnih sistemov so že v izdelavi, ki pokrivajo posamezna mesta ali občine. Zahvaljujoč njim lahko med drugim vnesete urne postavke za posamezne stranke. To pomeni, da bo ob določenih urah dneva cena električne energije za takega posameznega porabnika nižja, zato se splača prižgati na primer pralni stroj.
Po mnenju nekaterih znanstvenikov, kot je skupina raziskovalcev z nemškega inštituta Max Planck v Göttingenu pod vodstvom Marka Timma, bi lahko milijoni pametnih števcev v prihodnosti ustvarili popolnoma avtonomno samoregulacijsko omrežje, decentraliziran kot internet in varen, ker je odporen na napade, ki so jim izpostavljeni centralizirani sistemi.
Moč iz množine
Obnovljivi viri električne energije Zaradi majhne zmogljivosti enote (OVE) so porazdeljeni viri. Med slednje spadajo viri z enotno zmogljivostjo manj kot 50-100 MW, nameščeni v neposredni bližini končnega porabnika energije.
Vendar se v praksi meja za vir, ki se obravnava kot porazdeljeni vir, močno razlikuje od države do države, na primer Švedska je 1,5 MW, Nova Zelandija 5 MW, ZDA 5 MW, Združeno kraljestvo 100 MW. .
Z dovolj velikim številom virov, razpršenih na majhnem območju elektroenergetskega sistema in zahvaljujoč priložnostim, ki jih ponujajo pametna omrežja, postane možno in donosno združiti te vire v en sistem, ki ga nadzoruje operater, in ustvariti "virtualno elektrarno".
Njegov cilj je koncentrirati porazdeljeno proizvodnjo v en logično povezan sistem, kar poveča tehnično in ekonomsko učinkovitost proizvodnje električne energije. Porazdeljena proizvodnja, ki se nahaja v neposredni bližini odjemalcev energije, lahko uporablja tudi lokalne vire goriva, vključno z biogorivi in obnovljivo energijo, in celo komunalne odpadke.
Virtualna elektrarna povezuje številne različne lokalne vire energije na določenem območju (hidro, vetrne, fotovoltaične elektrarne, kombinirane turbine, motorne generatorje itd.) in shranjevanje energije (rezervoarji za vodo, baterije), ki jih daljinsko upravlja obsežno IT omrežje.
Pomembno vlogo pri ustvarjanju virtualnih elektrarn bi morale imeti naprave za shranjevanje energije, ki omogočajo prilagajanje proizvodnje električne energije dnevnim spremembam povpraševanja potrošnikov. Običajno so takšni rezervoarji baterije ali superkondenzatorji; črpalne akumulacijske postaje lahko igrajo podobno vlogo.
Energetsko uravnoteženo območje, ki tvori virtualno elektrarno, je mogoče ločiti od električnega omrežja s pomočjo sodobnih stikal. Takšno stikalo ščiti, izvaja meritve in sinhronizira sistem z omrežjem.
Svet postaja pametnejši
W pametna omrežja trenutno vlagajo vse največje energetske družbe na svetu. V Evropi na primer EDF (Francija), RWE (Nemčija), Iberdrola (Španija) in British Gas (Združeno kraljestvo).
6. Pametno omrežje združuje tradicionalne in obnovljive vire
Pomemben element tovrstnega sistema je telekomunikacijsko distribucijsko omrežje, ki zagotavlja zanesljiv dvosmerni IP prenos med centralnimi aplikativnimi sistemi in pametnimi števci električne energije, ki se nahajajo neposredno na koncu elektroenergetskega sistema, pri končnih odjemalcih.
Trenutno največja svetovna telekomunikacijska omrežja za potrebe Smart Grid največjih energetskih operaterjev v svojih državah – kot sta LightSquared (ZDA) ali EnergyAustralia (Avstralija) – se proizvajajo z uporabo brezžične tehnologije Wimax.
Poleg tega prva in ena največjih načrtovanih uvedb sistema AMI (Advanced Metering Infrastructure) na Poljskem, ki je sestavni del pametnega omrežja Energa Operator SA, vključuje uporabo sistema Wimax za prenos podatkov.
Pomembna prednost rešitve Wimax v primerjavi z drugimi tehnologijami, ki se uporabljajo v energetskem sektorju za prenos podatkov, kot je PLC, je, da v nujnih primerih ni treba izklapljati celih odsekov daljnovodov.
7. Energetska piramida v Evropi
Kitajska vlada je razvila velik dolgoročni načrt za vlaganje v vodne sisteme, nadgradnjo in širitev prenosnih omrežij in infrastrukture na podeželskih območjih ter pametna omrežja. Kitajska State Grid Corporation jih namerava uvesti do leta 2030.
Japonsko združenje za električno industrijo načrtuje razvoj pametnega omrežja na sončno energijo do leta 2020 z vladno podporo. Trenutno se v Nemčiji izvaja državni program za testiranje elektronske energije za pametna omrežja.
V državah EU bo vzpostavljeno energetsko “super omrežje”, prek katerega se bo distribuirala obnovljiva energija, predvsem iz vetrnih elektrarn. Za razliko od tradicionalnih omrežij ne bo temeljilo na izmeničnem, temveč na enosmernem električnem toku (DC).
Iz evropskih sredstev je bil financiran projektni raziskovalni in izobraževalni program MEDOW, ki združuje univerze in predstavnike energetike. MEDOW je okrajšava angleškega imena "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".
Program usposabljanja bo predvidoma potekal do marca 2017. Ustvarjanje omrežja obnovljivih virov energije v celinskem obsegu in učinkovita povezava z obstoječimi omrežji (6) je smiselna zaradi specifičnosti obnovljive energije, za katero so značilni občasni presežki ali pomanjkanja zmogljivosti.
Program Smart Peninsula, ki deluje na polotoku Hel, je dobro znan v poljski energetski industriji. Tukaj je Energa uvedla prve poskusne sisteme za daljinsko branje v državi in ima ustrezno tehnično infrastrukturo za projekt, ki se bo še nadgrajevala.
Ta kraj ni bil izbran po naključju. Za to področje so značilna velika nihanja porabe energije (velika poraba poleti, precej manj pozimi), kar predstavlja dodaten izziv za inženirje energetike.
Izvedeni sistem naj ne bo značilna le visoka zanesljivost, temveč tudi fleksibilnost pri storitvah za stranke, ki jim omogoča optimizacijo porabe energije, spreminjanje tarif električne energije in uporabo nastajajočih alternativnih virov energije (fotovoltaične plošče, male vetrne turbine itd.).
Nedavno so se pojavile tudi informacije, da želi Polskie Sieci Energetyczne hraniti energijo v močnih baterijah z zmogljivostjo najmanj 2 MW. Upravljavec namerava na Poljskem zgraditi skladišča energije, ki bodo podpirala električno omrežje z zagotavljanjem neprekinjene oskrbe, ko obnovljivi viri energije (OVE) prenehajo delovati zaradi pomanjkanja vetra ali po temi. Elektrika iz skladišča bo nato šla v omrežje.
Testiranje rešitve bi se lahko začelo v dveh letih. Po neuradnih informacijah Japonci iz Hitachija ponujajo PSE za testiranje zmogljivih baterijskih posod. Ena takšna litij-ionska baterija je sposobna oddati 1 MW moči.
Skladišča lahko tudi zmanjšajo potrebo po širitvi običajnih elektrarn v prihodnosti. Vetrne elektrarne, za katere je značilna velika variabilnost izhodne moči (odvisno od meteoroloških razmer), prisilijo tradicionalno energijo, da vzdržuje rezervo moči, tako da je mogoče vetrne mline kadar koli zamenjati ali dopolniti z zmanjšano izhodno močjo.
Operaterji po vsej Evropi vlagajo v shranjevanje energije. Pred kratkim so Britanci zagnali največjo tovrstno instalacijo na naši celini. Objekt v Leighton Buzzardu blizu Londona je sposoben shraniti do 10 MWh energije in zagotoviti 6 MW moči.
Za njim so S&C Electric, Samsung, pa tudi UK Power Networks in Younicos. Slednje podjetje je septembra 2014 zgradilo prvo komercialno skladišče energije v Evropi. Izstrelili so ga v Schwerinu v Nemčiji in ima zmogljivost 5 MW.
Dokument "Smart Grid Projects Outlook 2014" vsebuje 459 projektov, izvedenih od leta 2002, v katerih je uporaba novih tehnologij, IKT (teleinformacijskih) zmogljivosti prispevala k oblikovanju "pametnega omrežja".
Treba je opozoriti, da so bili upoštevani projekti, pri katerih je sodelovala (bila partnerica) vsaj ena država članica EU (7). Tako se je število držav, zajetih v poročilu, povečalo na 47.
Za te projekte je bilo doslej namenjenih 3,15 milijarde evrov, čeprav jih 48 odstotkov še ni dokončanih. R&R projekti trenutno porabijo 830 milijonov evrov, testiranje in implementacija pa 2,32 milijarde evrov.
Med njimi, na prebivalca, največ vlaga Danska. Francija in Združeno kraljestvo pa izvajata projekte z najvišjimi proračuni, povprečno 5 milijonov evrov na projekt.
V primerjavi s temi državami so se vzhodnoevropske države odrezale veliko slabše. Po poročilu ustvarijo le 1 odstotek celotnega proračuna vseh teh projektov. Po številu izvedenih projektov je prvih pet: Nemčija, Danska, Italija, Španija in Francija. Poljska je na lestvici zasedla 18. mesto.
Pred nami je bila Švica, za njo pa Irska. Pod sloganom pametnega omrežja se marsikje po svetu izvajajo ambiciozne, skoraj revolucionarne rešitve. načrtuje posodobitev elektroenergetskega sistema.
Eden najboljših primerov je Projekt pametne infrastrukture Ontario (2030), ki je bil pripravljen v zadnjih letih in naj bi trajal do 8 let.
8. Načrt za uvedbo pametnega omrežja v kanadski provinci Ontario.
Energetski virusi?
Vendar, če energijsko omrežje postane kot internet, morate upoštevati, da se lahko sooči z enakimi grožnjami, s katerimi se srečujemo v sodobnih računalniških omrežjih.
9. Roboti, zasnovani za delo v energetskih omrežjih
Laboratoriji F-Secure so pred kratkim opozorili na novo kompleksno grožnjo za sisteme industrijskih storitev, vključno z električnimi omrežji. Imenuje se Havex in uporablja izjemno napredno novo tehniko za okužbo računalnikov.
Havex ima dve glavni komponenti. Prva je trojanska programska oprema, ki se uporablja za daljinsko upravljanje napadenega sistema. Drugi element je strežnik PHP.
Trojanskega konja so napadalci priključili na programsko opremo APCS/SCADA, ki je odgovorna za spremljanje napredka tehnoloških in proizvodnih procesov. Žrtve prenašajo takšne programe s specializiranih spletnih mest, ne da bi se zavedali grožnje.
Žrtve Havexa so bile predvsem evropske institucije in podjetja, ki se ukvarjajo z industrijskimi rešitvami. Del kode Havex namiguje, da bi njeni ustvarjalci poleg tega, da bi želeli ukrasti podatke o proizvodnih procesih, vplivali tudi na njihov potek.
10. Področja pametnih omrežij
Avtorje te zlonamerne programske opreme so zanimala predvsem energetska omrežja. Morda prihodnji element pametni energetski sistem bodo tudi roboti.
Nedavno so raziskovalci na Tehnološki univerzi v Michiganu razvili model robota (9), ki dovaja energijo na mesta, ki jih prizadenejo izpadi električne energije, na primer tiste, ki jih povzročijo naravne nesreče.
Stroji te vrste bi lahko na primer obnovili napajanje telekomunikacijske infrastrukture (stolpov in baznih postaj), da bi lahko učinkoviteje izvajali reševalne akcije. Roboti so avtonomni, sami izberejo najboljšo pot do cilja.
Lahko imajo baterije na krovu ali sončne kolektorje. Lahko se hranijo drug drugega. Pomen in funkcije pametna omrežja presegajo energijo (10).
Tako ustvarjeno infrastrukturo je mogoče uporabiti za ustvarjanje novega mobilnega pametnega življenja prihodnosti, ki temelji na najsodobnejših tehnologijah. Zaenkrat si lahko samo predstavljamo prednosti (pa tudi slabosti) tovrstne rešitve.
