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 petavatt sati povećati na 2030 petavatt sata 33. godine. Istodobno, naglasak se stavlja na korištenje energije učinkovitije nego ikad prije.
1. Automatski u pametnoj mreži
Druge projekcije predviđaju da će prijevoz trošiti više od 2050 posto potražnje za električnom energijom do 10. godine, uglavnom zbog sve veće popularnosti električnih i hibridnih vozila.
Ako punjenje akumulatora električnog automobila ako se ne upravlja pravilno ili uopće ne radi samostalno, postoji opasnost od vršnog opterećenja zbog previše baterija koje se istovremeno pune. Potreba za rješenjima koja omogućuju punjenje vozila u optimalno vrijeme (1).
Klasični elektroenergetski sustavi XNUMX. stoljeća, u kojima se električna energija proizvodila pretežno u središnjim elektranama i isporučivala potrošačima preko visokonaponskih dalekovoda i srednje i niskonaponskih distribucijskih mreža, nisu prilagođeni zahtjevima novog doba.
Posljednjih godina možemo vidjeti i brzi razvoj distribuiranih sustava, malih proizvođača energije koji svoje viškove mogu podijeliti s tržištem. Oni imaju značajan udio u distribuiranim sustavima. obnovljivi izvori energije.
Rječnik pametnih mreža
AMI - skraćenica za Advanced Metering Infrastructure. Označava infrastrukturu uređaja i softvera koji komuniciraju s brojilima električne energije, prikupljaju podatke o energiji i analiziraju te podatke.
distribuirana generacija - proizvodnju energije malim proizvodnim postrojenjima ili postrojenjima koja su izravno povezana s distribucijskom mrežom ili se nalaze u elektroenergetskom sustavu primatelja (iza regulacijskih i 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 gradske elektrane.
pametno brojilo – daljinsko brojilo električne energije koje ima funkciju automatskog prijenosa mjernih podataka o energiji opskrbljivaču i time nudi više mogućnosti za svjesno korištenje električne energije.
Mikro izvor napajanja – malo postrojenje za proizvodnju električne energije, obično za vlastitu potrošnju. Mikroizvor mogu biti male domaće solarne, hidro ili vjetroelektrane, mikroturbine na prirodni plin ili bioplin, jedinice s motorima na prirodni plin ili bioplin.
Prijedlog – svjestan potrošač energije koji proizvodi energiju za vlastite potrebe, npr. u mikroizvorima, a neiskorišteni višak prodaje u distribucijsku mrežu.
Dinamičke stope – tarife uzimajući u obzir dnevne promjene cijena energije.
Uočljivi prostor-vrijeme
Za rješavanje ovih problema (2) potrebna je mreža s fleksibilnom infrastrukturom koja "razmišlja" koja će usmjeriti energiju točno tamo gdje je potrebna. Takva odluka pametna energetska mreža – pametna električna mreža.
2. Izazovi s kojima se suočava tržište energije
Općenito govoreći, pametna mreža je elektroenergetski sustav koji inteligentno integrira aktivnosti svih sudionika u procesima proizvodnje, prijenosa, distribucije i korištenja kako bi se električna energija osigurala na ekonomičan, održiv i siguran način (3).
Njegova glavna pretpostavka je povezanost svih sudionika na energetskom tržištu. Mreža povezuje elektrane, veliki i mali, te potrošači energije u jednoj strukturi. Može postojati i funkcionirati zahvaljujući dvama elementima: automatizaciji izgrađenoj na naprednim senzorima i ICT sustavu.
Pojednostavljeno rečeno: pametna mreža "zna" gdje i kada se javlja najveća potreba za energijom i najveća zaliha te može usmjeriti višak energije tamo gdje je najpotrebnija. Kao rezultat, takva mreža može poboljšati učinkovitost, pouzdanost i sigurnost lanca opskrbe energijom.
3. Pametna mreža - osnovna shema
4. Tri područja pametnih mreža, ciljevi i koristi koje iz njih proizlaze
Pametne mreže omogućuju vam daljinsko uzimanje očitanja brojila električne energije, praćenje statusa prijema i mreže, kao i profil prijema energije, prepoznavanje nezakonite potrošnje energije, smetnji u brojilima i gubitaka energije, daljinsko isključivanje / povezivanje primatelja, prebacivanje tarifa, arhiva i račun za očitane vrijednosti i druge aktivnosti (4).
Teško je točno odrediti potražnju za električnom energijom, pa obično sustav mora koristiti takozvanu vruću pričuvu. Korištenje distribuirane proizvodnje (vidi pojmovnik Smart Grid) u kombinaciji s Smart Grid može značajno smanjiti potrebu za održavanjem velikih rezervi u potpunosti u funkciji.
stub pametne mreže postoji opsežan mjerni sustav, inteligentno računovodstvo (5). Uključuje telekomunikacijske sustave koji prenose mjerne podatke do točaka odlučivanja, kao i inteligentne algoritme za informacije, predviđanje i donošenje odluka.
Prve pilot instalacije "inteligentnih" mjernih sustava već su u izgradnji, koje pokrivaju 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 takvog jednog potrošača biti niža, pa se isplati uključiti npr. perilicu rublja.
Prema nekim znanstvenicima, kao što je skupina istraživača s njemačkog Max Planck Instituta u Göttingenu na čelu s Markom Timmom, milijuni pametnih brojila bi u budućnosti mogli stvoriti potpuno autonomno samoregulirajuća mreža, decentraliziran poput interneta i siguran jer je otporan na napade kojima su izloženi centralizirani sustavi.
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 ograničenje za izvor koji se smatra distribuiranim izvorom uvelike varira od zemlje do zemlje, na primjer Švedska je 1,5 MW, Novi Zeland 5 MW, SAD 5 MW, Velika Britanija 100 MW. .
S dovoljno velikim brojem izvora raspršenih na malom području elektroenergetskog sustava i zahvaljujući mogućnostima koje pružaju pametne mreže, postaje moguće i isplativo kombinirati te izvore u jedan sustav koji kontrolira operater, stvarajući "virtualnu elektranu".
Njegov cilj je koncentrirati distribuiranu proizvodnju u jedan logički povezan sustav, povećavajući tehničku i ekonomsku učinkovitost 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.
Virtualna elektrana povezuje mnoge različite lokalne izvore energije na određenom području (hidroelektrane, vjetroelektrane, fotonaponske elektrane, kombinirane turbine, generatore na motor, itd.) i pohranu energije (spremnici vode, baterije) kojima daljinski upravlja opsežna IT mreža.sustav.
Važnu ulogu u stvaranju virtualnih elektrana trebali bi imati uređaji za pohranu energije koji vam omogućuju prilagodbu proizvodnje električne energije dnevnim promjenama potražnje potrošača. Obično su takvi rezervoari baterije ili superkondenzatori; pumpne stanice mogu imati sličnu ulogu.
Energetski uravnoteženo područje, koje tvori virtualnu elektranu, može se odvojiti od električne mreže pomoću modernih prekidača. Takav prekidač štiti, obavlja mjerni rad i sinkronizira sustav s mrežom.
Svijet postaje pametniji
W pametne mreže trenutno ulažu sve najveće energetske tvrtke na svijetu. U Europi, na primjer, EDF (Francuska), RWE (Njemačka), Iberdrola (Španjolska) i British Gas (UK).
6. Pametna mreža kombinira tradicionalne i obnovljive izvore
Važan element ovog tipa sustava je telekomunikacijska distribucijska mreža koja osigurava pouzdan dvosmjerni IP prijenos između središnjih aplikacijskih sustava i pametnih brojila električne energije smještenih izravno na kraju elektroenergetskog sustava, kod krajnjih potrošača.
Trenutno najveće svjetske telekomunikacijske mreže za potrebe Pametna mreža 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) sustava u Poljskoj, koji je sastavni dio pametne mreže Energa Operator SA, uključuje korištenje Wimax sustava za prijenos podataka.
Važna prednost Wimax rješenja u odnosu na druge tehnologije koje se koriste u energetskom sektoru za prijenos podataka, poput PLC-a, je to što nema potrebe za isključivanjem cijelih dijelova dalekovoda u slučaju nužde.
7. Energetska piramida u Europi
Kineska vlada razvila je veliki dugoročni plan za ulaganje u vodne sustave, nadogradnju i proširenje prijenosnih mreža i infrastrukture u ruralnim područjima, te 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 državnu potporu. Trenutno se u Njemačkoj provodi državni program za ispitivanje elektroničke energije za pametne mreže.
U zemljama EU stvorit će se energetska “super mreža” kroz koju će se distribuirati obnovljiva energija, uglavnom iz vjetroelektrana. Za razliku od tradicionalnih mreža, neće se temeljiti na izmjeničnom, već na istosmjernoj električnoj struji (DC).
Europskim fondovima financiran je projektni program istraživanja i usavršavanja MEDOW, koji okuplja sveučilišta 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 ožujka 2017. Stvaranje mreže obnovljivih izvora energije na kontinentalnoj razini i učinkovito povezivanje na postojeće mreže (6) ima smisla zbog specifičnosti obnovljive energije koju karakteriziraju povremeni viškovi ili manjkovi kapaciteta.
Program Smart Peninsula koji djeluje na poluotoku Hel dobro je poznat u poljskoj energetskoj industriji. Ovdje je Energa implementirala prve probne sustave za daljinsko očitavanje u zemlji i ima odgovarajuću tehničku infrastrukturu za projekt, 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 sustav trebao bi se odlikovati ne samo visokom pouzdanošću, već i fleksibilnošću u službi za korisnike, što im omogućuje optimizaciju potrošnje energije, promjenu tarifa električne energije i korištenje novih alternativnih izvora energije (fotonaponske ploče, male vjetroturbine, itd.).
Nedavno su se pojavile i informacije da Polskie Sieci Energetyczne želi pohranjivati energiju u moćne baterije kapaciteta najmanje 2 MW. Operater planira izgraditi skladišta energije u Poljskoj koja će podržavati električnu mrežu osiguravajući kontinuitet opskrbe kada obnovljivi izvori energije (OIE) prestanu funkcionirati 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 neslužbenim informacijama, Japanci iz Hitachija nude PSE za testiranje moćnih spremnika za baterije. Jedna takva litij-ionska baterija sposobna je isporučiti 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 nadopuniti u bilo kojem trenutku sa smanjenom izlaznom snagom.
Operateri diljem Europe ulažu u skladištenje energije. Nedavno su Britanci pokrenuli najveću instalaciju ovog tipa na našem kontinentu. Postrojenje u Leighton Buzzardu u blizini Londona sposobno je pohraniti do 10 MWh energije i isporučiti 6 MW snage.
Iza njega su S&C Electric, Samsung, kao i UK Power Networks i Younicos. U rujnu 2014. potonja tvrtka izgradila je prvo komercijalno skladište energije u Europi. Pokrenut je u Schwerinu u Njemačkoj i ima kapacitet od 5 MW.
Dokument „Smart Grid Projects Outlook 2014“ sadrži 459 projekata provedenih od 2002. godine, u kojima je korištenje novih tehnologija, ICT (teleinformacijskih) mogućnosti pridonijelo stvaranju „pametne mreže“.
Treba napomenuti da su uzeti u obzir projekti u kojima je sudjelovala (bila partner) barem jedna država članica EU (7). Time je broj zemalja obuhvaćenih izvješćem porastao na 47.
Do sada je za te projekte izdvojeno 3,15 milijardi eura, iako njih 48 posto još nije dovršeno. Projekti istraživanja i razvoja trenutno troše 830 milijuna eura, dok testiranje i implementacija koštaju 2,32 milijarde eura.
Među njima, po glavi stanovnika, najviše ulaže Danska. Francuska i Velika Britanija, s druge strane, imaju projekte s najvećim proračunom, u prosjeku 5 milijuna eura po projektu.
U usporedbi s tim zemljama, zemlje istočne Europe prošle su puno lošije. Prema izvješću, oni generiraju samo 1 posto ukupnog proračuna svih ovih projekata. Po broju realiziranih projekata prvih pet su: Njemačka, Danska, Italija, Španjolska i Francuska. Poljska je zauzela 18. mjesto na ljestvici.
Ispred nas je bila Švicarska, a za njom Irska. Pod sloganom pametne mreže, ambiciozna, gotovo revolucionarna rješenja provode se na mnogim mjestima diljem svijeta. planira modernizaciju elektroenergetskog sustava.
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 pokrajini Ontario.
Energetski virusi?
Međutim, ako energetska mreža Ako postanete poput Interneta, morate uzeti u obzir da se on može suočiti s istim prijetnjama s kojima se susrećemo u modernim računalnim mrežama.
9. Roboti dizajnirani za rad u energetskim mrežama
F-Secure Laboratories nedavno je upozorio na novu složenu prijetnju industrijskim uslužnim sustavima, uključujući električne mreže. Zove se Havex i koristi iznimno naprednu novu tehniku za zarazu računala.
Havex ima dvije glavne komponente. Prvi je trojanski softver koji se koristi za daljinsko upravljanje napadnutim sustavom. Drugi element je PHP poslužitelj.
Trojanskog konja napadači su priključili na softver APCS/SCADA zadužen za praćenje napretka tehnoloških i proizvodnih procesa. Žrtve preuzimaju takve programe sa specijaliziranih stranica, nesvjesni prijetnje.
Žrtve Havexa bile su prvenstveno europske institucije i tvrtke uključene u industrijska rješenja. Dio Havex koda sugerira da bi njegovi tvorci, osim što bi željeli ukrasti podatke o proizvodnim procesima, mogli utjecati i na njihov tijek.
10. Područja pametnih mreža
Autore ovog zlonamjernog softvera posebno su zanimale energetske mreže. Moguće budući element pametni energetski sustav će i roboti.
Nedavno su istraživači s Tehnološkog sveučilišta Michigan razvili model robota (9) koji isporučuje energiju na mjesta pogođena nestankom struje, kao što su prirodne katastrofe.
Strojevi ovog tipa mogli bi, na primjer, vratiti struju u telekomunikacijsku infrastrukturu (tornjevi i bazne stanice) kako bi se učinkovitije izvele akcije spašavanja. Roboti su autonomni, sami biraju najbolji put do odredišta.
Mogu imati baterije na brodu ili solarne ploče. Mogu se hraniti jedni druge. Značenje i funkcije pametne mreže idu daleko dalje od energije (10).
Ovako stvorena infrastruktura može se koristiti za stvaranje novog mobilnog pametnog života budućnosti, temeljenog na najsuvremenijim tehnologijama. Zasad možemo samo zamišljati prednosti (ali i nedostatke) ovakvog rješenja.
