Rețele energetice inteligente
Se estimează că cererea globală de energie va crește cu aproximativ 2,2% pe an. Aceasta înseamnă că actualul consum global de energie de peste 20 de petawați-oră va crește la 2030 de petawați-oră în 33. În același timp, se pune accent pe utilizarea energiei mai eficient decât oricând.
1. Auto în rețea inteligentă
Alte previziuni prevăd că transportul va consuma mai mult de 2050% din cererea de energie electrică până în 10, în mare parte datorită popularității tot mai mari a vehiculelor electrice și hibride.
Dacă încărcarea bateriei vehiculului electric nu este gestionat corespunzător sau nu funcționează deloc singur, există riscul unor sarcini de vârf din cauza încărcării prea multor baterii în același timp. Necesitatea unor soluții care să permită încărcarea vehiculelor la momente optime (1).
Sistemele electrice clasice din secolul al XX-lea, în care electricitatea a fost produsă predominant în centrale electrice centrale și livrată consumatorilor prin linii de transport de înaltă tensiune și rețele de distribuție de medie și joasă tensiune, sunt nepotrivite cerințelor noii ere.
În ultimii ani, putem observa și dezvoltarea rapidă a sistemelor distribuite, mici producători de energie care își pot împărți surplusurile cu piața. Au o pondere semnificativă în sistemele distribuite. surse regenerabile de energie.
Glosar de rețele inteligente
AMI - prescurtare pentru Advanced Metering Infrastructure. Înseamnă infrastructura dispozitivelor și software-ului care comunică cu contoarele de energie electrică, colectează date energetice și analizează aceste date.
generație distribuită - producția de energie prin mici instalații de generare sau instalații conectate direct la rețelele de distribuție sau situate în sistemul energetic al beneficiarului (în spatele dispozitivelor de control și contorizare), producând de obicei energie electrică din surse de energie regenerabile sau netradiționale, adesea în combinație cu producția de căldură (cogenerare distribuită); ). . Rețelele de generare distribuită pot include, de exemplu, prosumatori, cooperative energetice sau centrale electrice municipale.
contor inteligent – un contor de energie electrică la distanță care are funcția de a transmite automat datele de măsurare a energiei către furnizor și oferă astfel mai multe oportunități de utilizare conștientă a energiei electrice.
Micro sursă de alimentare – o centrală mică de producere a energiei, folosită de obicei pentru consum propriu. Microsursele pot fi mici centrale solare, hidro sau eoliene casnice, microturbine care funcționează pe gaz natural sau biogaz, unități cu motoare care funcționează pe gaz natural sau biogaz.
Propoziție – un consumator de energie conștient care produce energie pentru propriile nevoi, de exemplu, în microsurse, și vinde surplusul neutilizat rețelei de distribuție.
Tarife dinamice – tarife ținând cont de modificările zilnice ale prețurilor la energie.
Observabil spațiu-timp
Rezolvarea acestor probleme (2) necesită o rețea cu o infrastructură flexibilă „de gândire” care va direcționa energia exact acolo unde este nevoie. O astfel de decizie rețea de energie inteligentă – rețea electrică inteligentă.
2. Provocări cu care se confruntă piața energiei
În general, o rețea inteligentă este un sistem energetic care integrează în mod inteligent activitățile tuturor participanților la procesele de producție, transport, distribuție și utilizare pentru a furniza energie electrică într-un mod economic, durabil și sigur (3).
Premisa sa principală este legătura dintre toți participanții de pe piața energiei. Rețeaua conectează centralele electrice, mari și mici și consumatori de energie într-o singură structură. Poate exista și funcționa datorită a două elemente: automatizare construită pe senzori avansați și un sistem TIC.
Pentru a spune simplu: rețeaua inteligentă „știe” unde și când apare cea mai mare nevoie de energie și cea mai mare aprovizionare și poate direcționa excesul de energie acolo unde este cel mai necesar. Ca rezultat, o astfel de rețea poate îmbunătăți eficiența, fiabilitatea și securitatea lanțului de aprovizionare cu energie.
3. Rețea inteligentă - schemă de bază
4. Trei domenii ale rețelelor inteligente, obiective și beneficii care decurg din acestea
Rețele inteligente vă permit să luați de la distanță citiri ale contoarelor de energie electrică, să monitorizați starea recepției și rețelei, precum și profilul recepției energiei, să identificați consumul ilegal de energie, interferența în contoare și pierderile de energie, deconectarea/conectarea de la distanță a destinatarului, schimbarea tarifelor, arhivarea și factura pentru valori citite și alte activități (4).
Este dificil să se determine cu exactitate cererea de energie electrică, așa că de obicei sistemul trebuie să folosească așa-numita rezervă fierbinte. Utilizarea generației distribuite (a se vedea Glosarul Smart Grid) în combinație cu Smart Grid poate reduce semnificativ nevoia de a menține rezerve mari pe deplin operaționale.
pol retele inteligente există un sistem extins de măsurare, contabilitate inteligentă (5). Include sisteme de telecomunicații care transmit date de măsurare către punctele de decizie, precum și informații inteligente, algoritmi de prognoză și de luare a deciziilor.
Primele instalații pilot de sisteme de contorizare „inteligente” sunt deja în construcție, care acoperă orașe sau comune individuale. Datorită acestora, puteți, printre altele, să introduceți plata orară pentru clienții individuali. Aceasta înseamnă că, în anumite momente ale zilei, prețul energiei electrice pentru un astfel de singur consumator va fi mai mic, așa că merită să pornești, de exemplu, o mașină de spălat.
Potrivit unor oameni de știință, cum ar fi un grup de cercetători de la Institutul german Max Planck din Göttingen, condus de Mark Timm, milioane de contoare inteligente ar putea crea în viitor un sistem complet autonom. rețea de autoreglare, descentralizat ca Internetul și sigur pentru că este rezistent la atacurile la care sunt expuse sistemele centralizate.
Puterea din pluralitate
Surse regenerabile de energie electrică Datorită capacității unitare mici (SRE) sunt surse distribuite. Acestea din urmă includ surse cu o capacitate unitară mai mică de 50-100 MW, instalate în imediata apropiere a consumatorului final de energie.
Cu toate acestea, în practică, valoarea limită pentru o sursă considerată distribuită variază foarte mult de la o țară la alta, de exemplu, în Suedia este de 1,5 MW, în Noua Zeelandă 5 MW, în SUA 5 MW, în Marea Britanie 100 MW. .
Cu un număr suficient de mare de surse dispersate pe o zonă mică a sistemului de alimentare și datorită oportunităților pe care le oferă retele inteligente, devine posibilă și profitabilă combinarea acestor surse într-un singur sistem controlat de operator, creând o „centrală electrică virtuală”.
Scopul său este de a concentra producția distribuită într-un sistem conectat logic, sporind eficiența tehnică și economică a producției de energie electrică. Generația distribuită situată în imediata apropiere a consumatorilor de energie poate folosi și resursele locale de combustibil, inclusiv biocombustibili și energie regenerabilă, și chiar deșeuri municipale.
O centrală electrică virtuală conectează multe surse de energie locale diferite într-o anumită zonă (centrale hidro, eoliene, fotovoltaice, turbine cu ciclu combinat, generatoare acționate de motor etc.) și stocarea energiei (rezervoare de apă, baterii) care sunt controlate de la distanță de un retea IT extinsa.sistem.
O funcție importantă în crearea centralelor electrice virtuale ar trebui să fie jucată de dispozitivele de stocare a energiei, care permit ajustarea producerii de energie electrică la schimbările zilnice ale cererii consumatorilor. De obicei, astfel de rezervoare sunt baterii sau supercondensatori; stațiile de stocare cu pompare pot juca un rol similar.
O zonă echilibrată energetic, formând o centrală electrică virtuală, poate fi separată de rețeaua electrică folosind întrerupătoare moderne. Un astfel de comutator protejează, efectuează lucrări de măsurare și sincronizează sistemul cu rețeaua.
Lumea devine mai inteligentă
W retele inteligente investit în prezent de toate cele mai mari companii energetice din lume. În Europa, de exemplu, EDF (Franța), RWE (Germania), Iberdrola (Spania) și British Gas (Marea Britanie).
6. Rețeaua inteligentă combină sursele tradiționale și regenerabile
Un element important al acestui tip de sistem este rețeaua de distribuție a telecomunicațiilor, care asigură o transmisie IP bidirecțională fiabilă între sistemele centrale de aplicație și contoare inteligente de energie electrică situate direct la capătul sistemului de alimentare, la consumatorii finali.
În prezent, cele mai mari rețele de telecomunicații din lume pentru nevoi Retea inteligenta de la cei mai mari operatori energetici din țările lor - precum LightSquared (SUA) sau EnergyAustralia (Australia) - sunt produse folosind tehnologia wireless Wimax.
În plus, prima și una dintre cele mai mari implementări planificate ale sistemului AMI (Advanced Metering Infrastructure) în Polonia, care este parte integrantă a rețelei inteligente a Energa Operator SA, implică utilizarea sistemului Wimax pentru transmiterea datelor.
Un avantaj important al soluției Wimax în raport cu alte tehnologii utilizate în sectorul energetic pentru transmiterea datelor, precum PLC, este că nu este nevoie să opriți secțiuni întregi de linii electrice în caz de urgență.
7. Piramida energetică în Europa
Guvernul chinez a dezvoltat un plan amplu pe termen lung pentru a investi în sistemele de apă, pentru a moderniza și extinde rețelele de transport și infrastructura în zonele rurale și retele inteligente. China State Grid Corporation plănuiește să le introducă până în 2030.
Federația Japoneză a Industriei Electrice intenționează să dezvolte o rețea inteligentă alimentată cu energie solară până în 2020, cu sprijin guvernamental. În prezent, în Germania este implementat un program de stat pentru testarea energiei electronice pentru rețelele inteligente.
În țările UE va fi creată o „super rețea” energetică, prin care va fi distribuită energie regenerabilă, în principal din parcuri eoliene. Spre deosebire de rețelele tradiționale, aceasta se va baza nu pe curent electric alternativ, ci pe curent electric continuu (DC).
Fondurile europene au finanțat programul de cercetare și formare în cadrul proiectului MEDOW, care reunește universități și reprezentanți ai industriei energetice. MEDOW este o abreviere a numelui englezesc „Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind”.
Programul de formare este de așteptat să se desfășoare până în martie 2017. Creare rețele de energie regenerabilă la scară continentală și conectarea eficientă la rețelele existente (6) are sens datorită caracteristicilor specifice energiei regenerabile, care se caracterizează prin excedente periodice sau deficite de capacitate.
Programul Smart Peninsula care operează în Peninsula Hel este bine cunoscut în industria energetică poloneză. Aici Energa a implementat primele sisteme de citire la distanță de probă din țară și are infrastructura tehnică adecvată pentru proiect, care va fi modernizată în continuare.
Acest loc nu a fost ales întâmplător. Această zonă se caracterizează prin fluctuații mari ale consumului de energie (consum mare vara, mult mai puțin iarna), ceea ce creează o provocare suplimentară pentru inginerii energetici.
Sistemul implementat ar trebui să se caracterizeze nu numai prin fiabilitate ridicată, ci și prin flexibilitate în serviciul clienților, permițându-le să optimizeze consumul de energie, să modifice tarifele la energie electrică și să utilizeze surse alternative de energie emergente (panouri fotovoltaice, turbine eoliene mici etc.).
Recent, au apărut și informații că Polskie Sieci Energetyczne dorește să stocheze energie în baterii puternice, cu o capacitate de cel puțin 2 MW. Operatorul intenționează să construiască în Polonia instalații de stocare a energiei care să susțină rețeaua electrică prin asigurarea continuității aprovizionării atunci când sursele de energie regenerabilă (SRE) încetează să funcționeze din cauza lipsei vântului sau după întuneric. Electricitatea din depozit va merge apoi în rețea.
Testarea soluției ar putea începe în doi ani. Potrivit unor informații neoficiale, japonezii de la Hitachi oferă PSE să testeze containere puternice pentru baterii. O astfel de baterie litiu-ion este capabilă să furnizeze 1 MW de putere.
Depozitele pot reduce, de asemenea, necesitatea extinderii centralelor electrice convenționale în viitor. Parcurile eoliene, care se caracterizează printr-o mare variabilitate a puterii de ieșire (în funcție de condițiile meteorologice), forțează energia tradițională să mențină o rezervă de putere, astfel încât morile de vânt să poată fi înlocuite sau completate în orice moment cu putere redusă.
Operatorii din Europa investesc în stocarea energiei. Recent, britanicii au lansat cea mai mare instalație de acest tip de pe continentul nostru. Instalația de la Leighton Buzzard lângă Londra este capabilă să stocheze până la 10 MWh de energie și să livreze 6 MW de energie.
În spatele lui se află S&C Electric, Samsung, precum și UK Power Networks și Younicos. În septembrie 2014, această din urmă companie a construit primul depozit comercial de energie din Europa. A fost lansat la Schwerin, Germania și are o capacitate de 5 MW.
Documentul „Smart Grid Projects Outlook 2014” conține 459 de proiecte implementate începând cu anul 2002, în care utilizarea noilor tehnologii, capabilități TIC (teleinformații) au contribuit la crearea unei „smart grid”.
Trebuie menționat că au fost luate în considerare proiecte la care a participat cel puțin un stat membru al UE (a fost partener) (7). Acest lucru duce la 47 de țări vizate de raport.
Până acum, pentru aceste proiecte au fost alocate 3,15 miliarde de euro, deși 48 la sută dintre ele nu au fost încă finalizate. Proiectele de cercetare și dezvoltare consumă în prezent 830 de milioane de euro, în timp ce testarea și implementarea costă 2,32 miliarde de euro.
Dintre acestea, pe cap de locuitor, Danemarca investește cel mai mult. Franța și Marea Britanie, pe de altă parte, realizează proiecte cu cele mai mari bugete, cu o medie de 5 milioane de euro pe proiect.
În comparație cu aceste țări, țările din Europa de Est s-au descurcat mult mai rău. Potrivit raportului, acestea generează doar 1 la sută din bugetul total al tuturor acestor proiecte. După numărul de proiecte implementate, primele cinci sunt: Germania, Danemarca, Italia, Spania și Franța. Polonia a ocupat locul 18 în clasament.
Elveția a fost în fața noastră, urmată de Irlanda. Sub sloganul rețelei inteligente, în multe locuri din lume sunt implementate soluții ambițioase, aproape revoluționare. planuri de modernizare a sistemului energetic.
Unul dintre cele mai bune exemple este Proiectul Ontario Smart Infrastructure (2030), care a fost pregătit în ultimii ani și are o durată estimată de până la 8 ani.
8. Planifică implementarea Smart Grid în provincia canadiană Ontario.
Viruși energetici?
Cu toate acestea, dacă retea energetica devenit ca Internetul, trebuie să țineți cont de faptul că acesta se poate confrunta cu aceleași amenințări cu care ne confruntăm în rețelele moderne de calculatoare.
9. Roboți proiectați să funcționeze în rețele energetice
F-Secure Laboratories a avertizat recent despre o nouă amenințare complexă la adresa sistemelor de servicii din industrie, inclusiv a rețelelor electrice. Se numește Havex și folosește o tehnică nouă extrem de avansată pentru a infecta computerele.
Havex are două componente principale. Primul este software-ul troian, care este folosit pentru a controla de la distanță sistemul atacat. Al doilea element este serverul PHP.
Calul troian a fost atașat de atacatori la software-ul APCS/SCADA responsabil cu monitorizarea progresului proceselor tehnologice și de producție. Victimele descarcă astfel de programe de pe site-uri specializate, neștiind amenințarea.
Victimele Havex au fost în primul rând instituții europene și companii implicate în soluții industriale. O parte a codului Havex sugerează că creatorii săi, pe lângă faptul că doresc să fure date despre procesele de producție, le-ar putea influența și cursul.
10. Zone de rețele inteligente
Autorii acestui malware au fost interesați în special de rețelele energetice. Posibil un element de viitor sistem de alimentare inteligent roboții o vor face și ei.
Recent, cercetătorii de la Michigan Tech University au dezvoltat un model de robot (9) care furnizează energie în locurile afectate de pene de curent, cum ar fi cele cauzate de dezastrele naturale.
Mașinile de acest tip ar putea, de exemplu, reda puterea infrastructurii de telecomunicații (turnuri și stații de bază) pentru a efectua operațiunile de salvare mai eficient. Roboții sunt autonomi, ei înșiși aleg calea cea mai bună către destinație.
Pot avea baterii la bord sau panouri solare. Se pot hrăni unul pe altul. Semnificație și funcții retele inteligente trece cu mult dincolo de energie (10).
Infrastructura creată în acest fel poate fi folosită pentru a crea o nouă viață mobilă inteligentă a viitorului, bazată pe tehnologii de ultimă generație. Până acum, ne putem imagina doar avantajele (dar și dezavantajele) acestui tip de soluție.
