Smarte energinett
Den globale energietterspørselen anslås å vokse med rundt 2,2 prosent per år. Dette betyr at dagens globale energiforbruk på over 20 petawattimer vil øke til 2030 petawattimer i 33. Samtidig legges det vekt på å bruke energi mer effektivt enn noen gang før.
1. Auto i smart grid
Andre anslag forutsier at transport vil forbruke mer enn 2050 prosent av elektrisitetsbehovet innen 10, hovedsakelig på grunn av den økende populariteten til elektriske og hybridbiler.
Hvis lading av elbilbatteri ikke styres riktig eller ikke fungerer av seg selv i det hele tatt, er det fare for spissbelastning på grunn av at for mange batterier lades samtidig. Behovet for løsninger som gjør at kjøretøy kan lades på optimale tidspunkt (1).
Klassiske kraftsystemer fra XNUMX-tallet, der elektrisitet hovedsakelig ble produsert i sentrale kraftverk og levert til forbrukere via høyspentoverføringslinjer og mellom- og lavspent distribusjonsnett, er dårlig tilpasset kravene i den nye tiden.
De siste årene kan vi også se den rivende utviklingen av distribuerte systemer, små energiprodusenter som kan dele sine overskudd med markedet. De har en betydelig andel i distribuerte systemer. fornybare energikilder.
Ordliste over smarte nett
AMI - forkortelse for Advanced Metering Infrastructure. Betyr infrastrukturen til enheter og programvare som kommuniserer med strømmålere, samler inn energidata og analyserer disse dataene.
Distribuert generasjon - energiproduksjon fra små produksjonsanlegg eller anlegg koblet direkte til distribusjonsnett eller plassert i mottakerens kraftsystem (bak kontroll- og måleenheter), vanligvis produserer elektrisitet fra fornybare eller ikke-tradisjonelle energikilder, ofte i kombinasjon med varmeproduksjon (distribuert kraftvarmeproduksjon) ). . Distribuerte generasjonsnettverk kan for eksempel omfatte prosumers, energikooperativer eller kommunale kraftverk.
smart måler – en fjernstrømmåler som har som funksjon å automatisk overføre energimåledata til leverandøren og dermed gir flere muligheter for bevisst bruk av strøm.
Mikrostrømkilde – et lite kraftverk, vanligvis brukt til eget forbruk. Mikrokilden kan være små innenlandske sol-, vann- eller vindkraftverk, mikroturbiner som går på naturgass eller biogass, enheter med motorer som går på naturgass eller biogass.
Forslag – en bevisst energiforbruker som produserer energi til eget behov, for eksempel i mikrokilder, og selger det ubrukte overskuddet til distribusjonsnettet.
Dynamiske priser – tariffer som tar hensyn til daglige endringer i energipriser.
Observerbar rom-tid
Å løse disse problemene (2) krever et nettverk med en fleksibel "tenkende" infrastruktur som vil lede energi akkurat dit den trengs. En slik avgjørelse smart energinett – smart strømnett.
2. Utfordringer energimarkedet står overfor
Generelt sett er et smart nett et kraftsystem som intelligent integrerer aktivitetene til alle deltakere i prosessene for produksjon, overføring, distribusjon og bruk for å kunne levere elektrisitet på en økonomisk, bærekraftig og sikker måte (3).
Hovedforutsetningen er forbindelsen mellom alle aktører i energimarkedet. Nettet kobler sammen kraftverk, store og små, og energiforbrukere i en struktur. Den kan eksistere og fungere takket være to elementer: automatisering bygget på avanserte sensorer og et IKT-system.
For å si det enkelt: Smartnettet «vet» hvor og når det største energibehovet og størst tilgang oppstår, og kan lede overskuddsenergi dit det trengs mest. Som et resultat kan et slikt nettverk forbedre effektiviteten, påliteligheten og sikkerheten til energiforsyningskjeden.
3. Smart grid - grunnopplegg
4. Tre områder med smarte nett, mål og fordeler som oppstår fra dem
Smarte nettverk lar deg fjernavlese strømmålere, overvåke statusen til mottaket og nettverket, samt profilen til energimottak, identifisere ulovlig energiforbruk, interferens i målere og energitap, fjernkoble / koble til mottakeren, bytte tariffer, arkiv og regning for leste verdier, og annen virksomhet (4).
Det er vanskelig å nøyaktig bestemme etterspørselen etter elektrisitet, så vanligvis må systemet bruke den såkalte varmereserven. Bruken av distribuert generasjon (se Smart Grid-ordlisten) i kombinasjon med Smart Grid kan redusere behovet for å holde store reserver i full drift betydelig.
Søyle smarte nett det er et omfattende målesystem, intelligent regnskap (5). Det inkluderer telekommunikasjonssystemer som overfører måledata til beslutningspunkter, samt intelligent informasjon, prognoser og beslutningsalgoritmer.
De første pilotinstallasjonene av "intelligente" målesystemer er allerede under konstruksjon, og dekker enkeltbyer eller kommuner. Takket være dem kan du blant annet innføre timelønn for enkeltkunder. Dette betyr at på visse tider av døgnet vil strømprisen for en slik enkelt forbruker være lavere, så det er verdt å skru på for eksempel en vaskemaskin.
Ifølge noen forskere, for eksempel en gruppe forskere fra det tyske Max Planck-instituttet i Göttingen ledet av Mark Timm, kan millioner av smarte målere i fremtiden skape en fullstendig autonom selvregulerende nettverk, desentralisert som Internett, og sikker fordi den er motstandsdyktig mot angrepene som sentraliserte systemer blir utsatt for.
Styrke fra pluralitet
Fornybare elektrisitetskilder På grunn av den lille enhetskapasiteten (RES) er distribuerte kilder. Sistnevnte inkluderer kilder med en enhetskapasitet på mindre enn 50-100 MW, installert i umiddelbar nærhet til sluttforbrukeren av energi.
Men i praksis varierer grenseverdien for en kilde som anses som distribuert mye fra land til land, for eksempel i Sverige er den 1,5 MW, i New Zealand 5 MW, i USA 5 MW, i Storbritannia 100 MW. .
Med et tilstrekkelig stort antall kilder spredt over et lite område av kraftsystemet og takket være mulighetene de gir smarte nett, blir det mulig og lønnsomt å kombinere disse kildene til ett system kontrollert av operatøren, og skape et "virtuelt kraftverk".
Målet er å konsentrere distribuert produksjon i ett logisk tilkoblet system, noe som øker den tekniske og økonomiske effektiviteten til kraftproduksjon. Distribuert produksjon lokalisert i umiddelbar nærhet til energiforbrukere kan også bruke lokale drivstoffressurser, inkludert biodrivstoff og fornybar energi, og til og med kommunalt avfall.
Et virtuelt kraftverk kobler sammen mange forskjellige lokale kraftkilder i et bestemt område (vann-, vind-, solcellekraftverk, kombinerte turbiner, motordrevne generatorer osv.) og energilagring (vanntanker, batterier) som er fjernstyrt av en omfattende IT-nettverk.
En viktig funksjon i etableringen av virtuelle kraftverk bør spilles av energilagringsenheter som lar deg tilpasse elektrisitetsproduksjonen til daglige endringer i forbrukernes etterspørsel. Vanligvis er slike reservoarer batterier eller superkondensatorer; pumpede lagerstasjoner kan spille en lignende rolle.
Et energisk balansert område som danner et virtuelt kraftverk kan skilles fra strømnettet ved hjelp av moderne brytere. En slik bryter beskytter, utfører målearbeid og synkroniserer systemet med nettverket.
Verden blir smartere
W smarte nett for tiden investert av alle de største energiselskapene i verden. I Europa, for eksempel, EDF (Frankrike), RWE (Tyskland), Iberdrola (Spania) og British Gas (Storbritannia).
6. Smart grid kombinerer tradisjonelle og fornybare kilder
Et viktig element i denne typen systemer er telekommunikasjonsdistribusjonsnettverket, som gir en pålitelig toveis IP-overføring mellom de sentrale applikasjonssystemene og smarte strømmålere plassert rett i enden av kraftsystemet, hos sluttforbrukerne.
I dag er verdens største telekommunikasjonsnett for behovene Smart Grid fra de største energioperatørene i deres land - som LightSquared (USA) eller EnergyAustralia (Australia) - produseres ved hjelp av Wimax trådløs teknologi.
I tillegg innebærer den første og en av de største planlagte implementeringene av AMI-systemet (Advanced Metering Infrastructure) i Polen, som er en integrert del av Energa Operator SA sitt smarte nettverk, bruk av Wimax-systemet for dataoverføring.
En viktig fordel med Wimax-løsningen i forhold til andre teknologier som brukes i energisektoren for dataoverføring, som for eksempel PLS, er at det ikke er behov for å slå av hele seksjoner av kraftledninger i nødstilfeller.
7. Energipyramide i Europa
Den kinesiske regjeringen har utviklet en stor langsiktig plan for å investere i vannsystemer, oppgradere og utvide overføringsnettverk og infrastruktur i landlige områder, og smarte nett. Chinese State Grid Corporation planlegger å introdusere dem innen 2030.
Japan Electricity Industry Federation planlegger å utvikle et solcelledrevet smartnett innen 2020 med statlig støtte. For tiden implementeres et statlig program for testing av elektronisk energi for smarte nett i Tyskland.
Det vil bli opprettet et energi-"supernett" i EU-landene, gjennom hvilket fornybar energi skal distribueres, hovedsakelig fra vindparker. I motsetning til tradisjonelle nettverk, vil det ikke være basert på veksel, men på likestrøm (DC).
Europeiske midler finansierte det prosjektrelaterte forsknings- og opplæringsprogrammet MEDOW, som samler universiteter og representanter for energiindustrien. MEDOW er en forkortelse av det engelske navnet "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".
Treningsprogrammet forventes å vare frem til mars 2017. Opprettelse fornybare energinettverk på kontinental skala og effektiv tilkobling til eksisterende nettverk (6) gir mening på grunn av de spesifikke egenskapene til fornybar energi, som er preget av periodiske overskudd eller mangel på kapasitet.
Smart Peninsula-programmet som opererer på Hel-halvøya er godt kjent i den polske energiindustrien. Det er her Energa har implementert landets første prøveavlesningssystemer og har den nødvendige tekniske infrastrukturen for prosjektet, som vil bli ytterligere oppgradert.
Dette stedet ble ikke valgt ved en tilfeldighet. Dette området er preget av høye svingninger i energiforbruket (høyt forbruk om sommeren, mye mindre om vinteren), noe som skaper en ekstra utfordring for energiingeniører.
Det implementerte systemet skal kjennetegnes ikke bare av høy pålitelighet, men også av fleksibilitet i kundeservice, slik at de kan optimalisere energiforbruket, endre strømtariffer og bruke nye alternative energikilder (solcellepaneler, små vindturbiner, etc.).
Nylig har det også dukket opp informasjon om at Polskie Sieci Energetyczne ønsker å lagre energi i kraftige batterier med en kapasitet på minst 2 MW. Operatøren planlegger å bygge energilagringsanlegg i Polen som vil støtte strømnettet, og sikre kontinuitet i forsyningen når fornybare energikilder (RES) slutter å fungere på grunn av mangel på vind eller etter mørkets frembrudd. Strømmen fra lageret vil da gå til nettet.
Testing av løsningen kan starte innen to år. I følge uoffisiell informasjon tilbyr japanerne fra Hitachi PSE for å teste kraftige batteribeholdere. Et slikt litium-ion-batteri er i stand til å levere 1 MW strøm.
Lager kan også redusere behovet for å bygge ut konvensjonelle kraftverk i fremtiden. Vindparker, som er preget av høy variasjon i kraftuttak (avhengig av meteorologiske forhold), tvinger tradisjonell energi til å opprettholde en kraftreserve slik at vindmøller til enhver tid kan erstattes eller suppleres med redusert kraftuttak.
Operatører over hele Europa investerer i energilagring. Nylig lanserte britene den største installasjonen av denne typen på vårt kontinent. Anlegget ved Leighton Buzzard nær London er i stand til å lagre opptil 10 MWh energi og levere 6 MW kraft.
Bak ham står S&C Electric, Samsung, samt UK Power Networks og Younicos. I september 2014 bygde sistnevnte selskap det første kommersielle energilageret i Europa. Den ble lansert i Schwerin, Tyskland og har en kapasitet på 5 MW.
Dokumentet "Smart Grid Projects Outlook 2014" inneholder 459 prosjekter implementert siden 2002, der bruk av nye teknologier, IKT (teleinformasjon) evner bidro til å skape et "smart grid".
Det bør bemerkes at det ble tatt hensyn til prosjekter der minst ett EU-medlemsland deltok (var partner) (7). Dette bringer antallet land dekket i rapporten til 47.
Så langt er det bevilget 3,15 milliarder euro til disse prosjektene, selv om 48 prosent av dem ennå ikke er fullført. FoU-prosjekter bruker i dag 830 millioner euro, mens testing og implementering koster 2,32 milliarder euro.
Blant dem, per innbygger, investerer Danmark mest. Frankrike og Storbritannia, på den annen side, gjennomfører prosjekter med de høyeste budsjettene, i gjennomsnitt €5 millioner per prosjekt.
Sammenlignet med disse landene hadde landene i Øst-Europa det mye dårligere. Ifølge rapporten genererer de kun 1 prosent av totalbudsjettet til alle disse prosjektene. Ut fra antall gjennomførte prosjekter er topp fem: Tyskland, Danmark, Italia, Spania og Frankrike. Polen tok 18. plass på rangeringen.
Sveits var foran oss, etterfulgt av Irland. Under slagordet smart grid implementeres ambisiøse, nesten revolusjonerende løsninger mange steder rundt om i verden. planlegger å modernisere kraftsystemet.
Et av de beste eksemplene er Ontario Smart Infrastructure Project (2030), som har blitt utarbeidet de siste årene og har en estimert varighet på opptil 8 år.
8. Plan for utplassering av Smart Grid i den kanadiske provinsen Ontario.
Energivirus?
Imidlertid, hvis energinett bli som Internett, må du ta hensyn til at det kan møte de samme truslene som vi møter i moderne datanettverk.
9. Roboter designet for å fungere i energinettverk
F-Secures laboratorier advarte nylig om en ny kompleks trussel mot industriservicesystemer, inkludert strømnett. Den heter Havex og bruker en ekstremt avansert ny teknikk for å infisere datamaskiner.
Havex har to hovedkomponenter. Den første er trojansk programvare, som brukes til å fjernstyre det angrepne systemet. Det andre elementet er PHP-serveren.
Den trojanske hesten ble festet av angripere til APCS/SCADA-programvaren som var ansvarlig for å overvåke fremdriften til teknologiske og produksjonsprosesser. Ofre laster ned slike programmer fra spesialiserte nettsteder, uvitende om trusselen.
Ofrene for Havex var først og fremst europeiske institusjoner og selskaper involvert i industrielle løsninger. En del av Havex-koden antyder at skaperne, i tillegg til å ville stjele data om produksjonsprosesser, også kan påvirke kursen deres.
10. Områder med smarte nett
Forfatterne av denne skadevare var spesielt interessert i energinettverk. Muligens et fremtidig element smart strømsystem roboter vil også.
Nylig utviklet forskere ved Michigan Technological University en robotmodell (9) som leverer energi til steder som er berørt av strømbrudd, for eksempel de som er forårsaket av naturkatastrofer.
Maskiner av denne typen kunne for eksempel gjenopprette strøm til teleinfrastrukturen (tårn og basestasjoner) for å kunne gjennomføre redningsaksjoner mer effektivt. Roboter er autonome, de velger selv den beste veien til destinasjonen.
De kan ha batterier om bord eller solcellepaneler. De kan mate hverandre. Betydning og funksjoner smarte nett gå langt utover energi (10).
Infrastrukturen som er opprettet på denne måten kan brukes til å skape et nytt mobilt smart fremtidsliv, basert på toppmoderne teknologier. Så langt kan vi bare forestille oss fordelene (men også ulempene) med denne typen løsninger.
