Pametne energetske mreže
Procjenjuje se da će globalna potražnja za energijom rasti za oko 2,2 posto godišnje. To znači da će se trenutna globalna potrošnja energije od preko 20 petavat sati povećati na 2030 petavat sata 33. godine. Istovremeno, naglasak se stavlja na korištenje energije efikasnije nego ikada prije.
1. Automatski u pametnoj mreži
Druge projekcije predviđaju da će transport trošiti više od 2050 posto potražnje za električnom energijom do 10. godine, uglavnom zbog rastuće popularnosti električnih i hibridnih vozila.
ako punjenje akumulatora električnih vozila ako se ne upravlja pravilno ili uopće ne radi samostalno, postoji rizik od vršnog opterećenja zbog previše baterija koje se pune u isto vrijeme. Potreba za rješenjima koja omogućavaju punjenje vozila u optimalno vrijeme (1).
Klasični elektroenergetski sistemi XNUMX. stoljeća, u kojima se električna energija proizvodila pretežno u centralnim elektranama i isporučivala potrošačima preko visokonaponskih dalekovoda i srednje- i niskonaponskih distributivnih mreža, nisu prilagođeni zahtjevima nove ere.
Posljednjih godina možemo vidjeti i brzi razvoj distribuiranih sistema, malih proizvođača energije koji svoje viškove mogu podijeliti s tržištem. Oni imaju značajan udio u distribuiranim sistemima. obnovljivi izvori energije.
Pojmovnik pametnih mreža
AMI - skraćenica za naprednu infrastrukturu mjerenja. Podrazumijeva infrastrukturu uređaja i softvera koji komuniciraju sa brojilima električne energije, prikupljaju podatke o energiji i analiziraju te podatke.
distribuirana generacija - proizvodnja energije od strane malih proizvodnih instalacija ili objekata povezanih direktno na distributivnu mrežu ili smještenih u elektroenergetskom sistemu primatelja (iza kontrolno-mjernih uređaja), obično proizvodeći električnu energiju iz obnovljivih ili netradicionalnih izvora energije, često u kombinaciji s proizvodnjom topline (distribuirana kogeneracija ). . Mreže distribuirane proizvodnje mogu uključivati, na primjer, potrošače, energetske zadruge ili općinske elektrane.
pametno brojilo – daljinsko brojilo električne energije koje ima funkciju automatskog prijenosa podataka mjerenja energije do dobavljača i na taj način nudi više mogućnosti za svjesno korištenje električne energije.
Mikro izvor napajanja – mala elektrana koja se obično koristi za vlastitu potrošnju. Mikroizvor mogu biti male domaće solarne, hidro ili vjetroelektrane, mikro turbine koje rade na prirodni plin ili bioplin, jedinice s motorima na prirodni plin ili bioplin.
Prijedlog – svjesni potrošač energije koji za svoje potrebe proizvodi energiju, na primjer, u mikroizvorima, a neiskorišteni višak prodaje distributivnoj mreži.
Dinamičke stope – tarife koje uzimaju u obzir dnevne promjene cijena energije.
Uočljivi prostor-vrijeme
Za rješavanje ovih problema (2) potrebna je mreža sa fleksibilnom infrastrukturom koja "razmišlja" koja će usmjeravati energiju tačno tamo gdje je potrebna. Takva odluka pametna energetska mreža – pametna električna mreža.
2. Izazovi sa kojima se suočava tržište energije
Uopšteno govoreći, pametna mreža je elektroenergetski sistem koji inteligentno integriše aktivnosti svih učesnika u procesima proizvodnje, prenosa, distribucije i korišćenja u cilju obezbeđivanja električne energije na ekonomičan, održiv i siguran način (3).
Njegova glavna premisa je povezanost svih učesnika na energetskom tržištu. Mreža povezuje elektrane, veliki i mali, i potrošači energije u jednoj strukturi. Može postojati i funkcionirati zahvaljujući dva elementa: automatizaciji izgrađenoj na naprednim senzorima i ICT sistemu.
Pojednostavljeno rečeno: pametna mreža "zna" gdje i kada se javljaju najveća potreba za energijom i najveća zaliha i može usmjeriti višak energije tamo gdje je najpotrebnija. Kao rezultat, takva mreža može poboljšati efikasnost, pouzdanost i sigurnost lanca snabdijevanja energijom.
3. Pametna mreža - osnovna šema
4. Tri oblasti pametnih mreža, ciljevi i koristi koje iz njih proizlaze
Pametne mreže omogućavaju vam daljinsko očitavanje brojila električne energije, praćenje statusa prijema i mreže, kao i profil prijema energije, identifikaciju nelegalne potrošnje energije, smetnje u brojilima i gubitke energije, daljinsko isključivanje/povezivanje primaoca, prebacivanje tarifa, arhiva i račun za očitane vrijednosti i druge aktivnosti (4).
Teško je precizno odrediti potražnju za električnom energijom, tako da obično sistem mora koristiti takozvanu vruću rezervu. Upotreba distribuirane proizvodnje (pogledajte Rečnik Smart Grid) u kombinaciji sa Smart Grid-om može značajno smanjiti potrebu za održavanjem velikih rezervi u potpunosti u funkciji.
Stub pametne mreže postoji ekstenzivni mjerni sistem, inteligentno računovodstvo (5). Uključuje telekomunikacione sisteme koji prenose merne podatke do tačaka odlučivanja, kao i inteligentne informacije, algoritme za predviđanje i donošenje odluka.
Prve pilot instalacije "inteligentnih" mjernih sistema su već u izgradnji, pokrivajući pojedine gradove ili općine. Zahvaljujući njima možete, između ostalog, uvesti satnicu za individualne klijente. To znači da će u određeno doba dana cijena struje za jednog takvog potrošača biti niža, pa se isplati uključiti, na primjer, mašinu za pranje veša.
Prema nekim naučnicima, kao što je grupa istraživača sa njemačkog Instituta Max Planck u Getingenu, koju vodi Mark Timm, milioni pametnih brojila bi u budućnosti mogli stvoriti potpuno autonomno samoregulirajuća mreža, decentralizovan poput interneta, i siguran jer je otporan na napade kojima su izloženi centralizovani sistemi.
Snaga iz množine
Obnovljivi izvori električne energije Zbog malog jediničnog kapaciteta (OIE) su distribuirani izvori. Potonji uključuju izvore jedinične snage manje od 50-100 MW, instalirane u neposrednoj blizini krajnjeg potrošača energije.
Međutim, u praksi, granična vrijednost za izvor koji se smatra distribuiranim uvelike varira od zemlje do zemlje, na primjer, u Švedskoj je 1,5 MW, na Novom Zelandu 5 MW, u SAD-u 5 MW, u Velikoj Britaniji 100 MW. .
Sa dovoljno velikim brojem izvora raspoređenih na malom području elektroenergetskog sistema i zahvaljujući mogućnostima koje pružaju pametne mreže, postaje moguće i isplativo kombinovati ove izvore u jedan sistem koji kontroliše operater, stvarajući "virtuelnu elektranu".
Njegov cilj je koncentrisati distribuiranu proizvodnju u jedan logički povezan sistem, povećavajući tehničku i ekonomsku efikasnost proizvodnje električne energije. Distribuirana proizvodnja koja se nalazi u neposrednoj blizini potrošača energije također može koristiti lokalne izvore goriva, uključujući biogoriva i obnovljivu energiju, pa čak i komunalni otpad.
Virtuelna elektrana povezuje mnoge različite lokalne izvore energije na određenom području (hidroelektrane, vjetroelektrane, fotonaponske elektrane, kombinirane turbine, generatore na motor, itd.) i skladišta energije (rezervoari za vodu, baterije) kojima daljinski upravlja široka IT mreža.sistem.
Važnu funkciju u stvaranju virtuelnih elektrana trebali bi imati uređaji za skladištenje energije koji vam omogućavaju da prilagodite proizvodnju električne energije dnevnim promjenama potražnje potrošača. Obično su takvi rezervoari baterije ili superkondenzatori; pumpne stanice mogu igrati sličnu ulogu.
Energetski uravnoteženo područje koje čini virtuelnu elektranu može se odvojiti od električne mreže pomoću modernih prekidača. Takav prekidač štiti, obavlja mjerne poslove i sinhronizuje sistem sa mrežom.
Svijet postaje pametniji
W pametne mreže trenutno investiraju sve najveće energetske kompanije u svijetu. U Evropi, na primjer, EDF (Francuska), RWE (Njemačka), Iberdrola (Španija) i British Gas (UK).
6. Pametna mreža kombinuje tradicionalne i obnovljive izvore
Važan element ovog tipa sistema je telekomunikaciona distributivna mreža, koja obezbeđuje pouzdan dvosmerni IP prenos između centralnih aplikativnih sistema i pametnih brojila električne energije koji se nalaze direktno na kraju elektroenergetskog sistema, kod krajnjih potrošača.
Trenutno najveće svjetske telekomunikacione mreže za potrebe Smart Grid od najvećih energetskih operatera u svojim zemljama – kao što su LightSquared (SAD) ili EnergyAustralia (Australija) – proizvode se pomoću bežične tehnologije Wimax.
Osim toga, prva i jedna od najvećih planiranih implementacija AMI (Advanced Metering Infrastructure) sistema u Poljskoj, koji je sastavni dio pametne mreže Energa Operator SA, uključuje korištenje Wimax sistema za prijenos podataka.
Važna prednost Wimax rješenja u odnosu na druge tehnologije koje se koriste u energetskom sektoru za prijenos podataka, kao što je PLC, je to što nema potrebe za isključivanjem cijelih dijelova dalekovoda u slučaju nužde.
7. Energetska piramida u Evropi
Kineska vlada razvila je veliki dugoročni plan za ulaganje u vodovodne sisteme, nadogradnju i proširenje prenosnih mreža i infrastrukture u ruralnim područjima, i pametne mreže. Kineska državna grid korporacija planira ih uvesti do 2030. godine.
Japanska federacija električne industrije planira razviti pametnu mrežu na solarni pogon do 2020. uz podršku vlade. Trenutno se u Njemačkoj provodi državni program za testiranje elektronske energije za pametne mreže.
U zemljama EU biće stvorena energetska „super mreža“ preko koje će se distribuirati obnovljiva energija, uglavnom iz vetroelektrana. Za razliku od tradicionalnih mreža, neće se zasnivati na naizmeničnom, već na jednosmernoj električnoj struji (DC).
Evropski fondovi finansirali su projektno istraživanje i program obuke MEDOW, koji okuplja univerzitete i predstavnike energetske industrije. MEDOW je skraćenica od engleskog naziva "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".
Očekuje se da će program obuke trajati do marta 2017. godine. Kreacija mreže obnovljivih izvora energije na kontinentalnom nivou i efikasno povezivanje na postojeće mreže (6) ima smisla zbog specifičnih karakteristika obnovljive energije koju karakterišu periodični viškovi ili manjkovi kapaciteta.
Program Smart Peninsula koji djeluje na poluotoku Hel dobro je poznat u poljskoj energetskoj industriji. Ovde je Energa implementirala prve probne sisteme daljinskog očitavanja u zemlji i ima odgovarajuću tehničku infrastrukturu za projekat, koja će se dalje nadograđivati.
Ovo mjesto nije slučajno odabrano. Ovo područje karakteriziraju velike fluktuacije u potrošnji energije (velika potrošnja ljeti, znatno manja zimi), što stvara dodatni izazov za inženjere energetike.
Implementirani sistem treba da se odlikuje ne samo visokom pouzdanošću, već i fleksibilnošću u korisničkom servisu, omogućavajući im da optimizuju potrošnju energije, promene tarife električne energije i koriste nove alternativne izvore energije (fotonaponski paneli, male vetroturbine, itd.).
Nedavno su se pojavile i informacije da Polskie Sieci Energetyczne želi skladištiti energiju u snažnim baterijama kapaciteta najmanje 2 MW. Operater planira izgraditi skladišta energije u Poljskoj koja će podržavati električnu mrežu, osiguravajući kontinuitet snabdijevanja kada obnovljivi izvori energije (OIE) prestanu funkcionisati zbog nedostatka vjetra ili nakon mraka. Struja iz skladišta će tada ići u mrežu.
Testiranje rješenja moglo bi početi u roku od dvije godine. Prema nezvaničnim informacijama, Japanci iz Hitachija nude PSE za testiranje moćnih kontejnera za baterije. Jedna takva litijum-jonska baterija je sposobna da isporuči 1 MW snage.
Skladišta također mogu smanjiti potrebu za proširenjem konvencionalnih elektrana u budućnosti. Vjetroelektrane, koje karakterizira velika varijabilnost u izlaznoj snazi (ovisno o meteorološkim uvjetima), prisiljavaju tradicionalnu energiju da održava rezervu snage tako da se vjetrenjače mogu zamijeniti ili dopuniti u bilo kojem trenutku sa smanjenom izlaznom snagom.
Operateri širom Evrope ulažu u skladištenje energije. Nedavno su Britanci pokrenuli najveću instalaciju ovog tipa na našem kontinentu. Postrojenje u Leighton Buzzardu u blizini Londona može skladištiti do 10 MWh energije i isporučiti 6 MW snage.
Iza njega su S&C Electric, Samsung, kao i UK Power Networks i Younicos. U septembru 2014. godine, potonja kompanija izgradila je prvo komercijalno skladište energije u Evropi. Lansiran je u Schwerinu u Njemačkoj i ima kapacitet od 5 MW.
Dokument „Smart Grid Projects Outlook 2014“ sadrži 459 projekata realizovanih od 2002. godine, u kojima je korišćenje novih tehnologija, ICT (teleinformacionih) mogućnosti doprinelo stvaranju „pametne mreže“.
Treba napomenuti da su uzeti u obzir projekti u kojima je učestvovala (bila partner) najmanje jedna država članica EU (7). Time je broj zemalja obuhvaćenih izvještajem porastao na 47.
Do sada je za ove projekte izdvojeno 3,15 milijardi eura, iako 48 posto njih još nije završeno. Projekti istraživanja i razvoja trenutno troše 830 miliona eura, dok testiranje i implementacija koštaju 2,32 milijarde eura.
Među njima, po glavi stanovnika, Danska najviše ulaže. Francuska i Velika Britanija, s druge strane, imaju projekte s najvećim budžetom, u prosjeku 5 miliona eura po projektu.
U poređenju sa ovim zemljama, zemlje istočne Evrope su prošle mnogo lošije. Prema izvještaju, oni generiraju samo 1 posto ukupnog budžeta svih ovih projekata. Po broju realizovanih projekata, prvih pet su: Nemačka, Danska, Italija, Španija i Francuska. Poljska je zauzela 18. mjesto na rang listi.
Ispred nas je bila Švicarska, a za njom Irska. Pod sloganom pametne mreže, ambiciozna, gotovo revolucionarna rješenja implementiraju se na mnogim mjestima širom svijeta. planira modernizaciju elektroenergetskog sistema.
Jedan od najboljih primjera je Projekt pametne infrastrukture u Ontariju (2030.), koji je pripremljen posljednjih godina i ima procijenjeno trajanje do 8 godina.
8. Plan za implementaciju Smart Grid-a u kanadskoj provinciji Ontario.
Energetski virusi?
Međutim, ako energetska mreža Ako postanete poput Interneta, morate uzeti u obzir da se on može suočiti sa istim prijetnjama s kojima se suočavamo u modernim kompjuterskim mrežama.
9. Roboti dizajnirani za rad u energetskim mrežama
F-Secure laboratorije su nedavno upozorile na novu složenu prijetnju industrijskim uslužnim sistemima, uključujući električne mreže. Zove se Havex i koristi izuzetno naprednu novu tehniku za zarazu računara.
Havex ima dvije glavne komponente. Prvi je trojanski softver koji se koristi za daljinsko upravljanje napadnutim sistemom. Drugi element je PHP server.
Trojanskog konja su napadači priključili na APCS/SCADA softver odgovoran za praćenje napretka tehnoloških i proizvodnih procesa. Žrtve preuzimaju takve programe sa specijalizovanih sajtova, nesvesne pretnje.
Žrtve Havexa bile su prvenstveno evropske institucije i kompanije uključene u industrijska rješenja. Deo Havex koda sugeriše da bi njegovi kreatori, osim što žele da ukradu podatke o proizvodnim procesima, mogli uticati i na njihov tok.
10. Područja pametnih mreža
Autore ovog zlonamjernog softvera posebno su zanimale energetske mreže. Moguće budući element pametni sistem napajanja će i roboti.
Nedavno su istraživači sa Tehnološkog univerziteta u Michigenu razvili model robota (9) koji isporučuje energiju na mjesta pogođena nestankom struje, poput onih uzrokovanih prirodnim katastrofama.
Mašine ovog tipa mogle bi, na primjer, vratiti struju u telekomunikacionu infrastrukturu (tornjevi i bazne stanice) kako bi se spasilačke operacije izvele efikasnije. Roboti su autonomni, sami biraju najbolji put do odredišta.
Mogu imati baterije na brodu ili solarne panele. Mogu se hraniti. Značenje i funkcije pametne mreže idu daleko dalje od energije (10).
Ovako stvorena infrastruktura može se koristiti za kreiranje novog mobilnog pametnog života budućnosti, zasnovanog na najsavremenijim tehnologijama. Za sada možemo samo zamišljati prednosti (ali i nedostatke) ovog tipa rješenja.
