Smarta energinät

Den globala energiefterfrågan beräknas växa med cirka 2,2 procent per år. Det betyder att den nuvarande globala energiförbrukningen på över 20 petawattimmar kommer att öka till 2030 petawattimmar år 33. Samtidigt läggs tonvikt på att använda energin mer effektivt än någonsin tidigare.

1. Auto i smart grid

Andra prognoser förutspår att transporter kommer att förbruka mer än 2050 procent av elefterfrågan år 10, till stor del på grund av den växande populariteten för el- och hybridfordon.

Om laddning av elbilsbatteri inte sköts ordentligt eller inte fungerar av sig självt alls finns risk för toppbelastningar på grund av att för många batterier laddas samtidigt. Behovet av lösningar som gör att fordon kan laddas vid optimala tider (1).

Klassiska kraftsystem från XNUMX-talet, där elektriciteten huvudsakligen producerades i centrala kraftverk och levererades till konsumenterna via högspänningsledningar och mellan- och lågspänningsdistributionsnät, är dåligt anpassade till den nya tidens krav.

De senaste åren kan vi också se den snabba utvecklingen av distribuerade system, små energiproducenter som kan dela sina överskott med marknaden. De har en betydande andel i distribuerade system. förnybara energikällor.

Ordlista över smarta nät

AMI - förkortning för Advanced Metering Infrastructure. Avser infrastrukturen för enheter och mjukvara som kommunicerar med elmätare, samlar in energidata och analyserar dessa data.

Distribuerad generation - Energiproduktion av små produktionsanläggningar eller anläggningar som är anslutna direkt till distributionsnät eller placerade i mottagarens kraftsystem (bakom styr- och mätanordningar), vanligtvis producerar el från förnybara eller icke-traditionella energikällor, ofta i kombination med värmeproduktion (distributerad kraftvärme). ). . Distribuerade produktionsnät kan till exempel inkludera prosumers, energikooperativ eller kommunala kraftverk.

smart mätare – en fjärrelmätare som har funktionen att automatiskt överföra energimätningsdata till leverantören och därmed ger fler möjligheter till medveten användning av el.

Mikroströmkälla – ett litet kraftverk som vanligtvis används för egen förbrukning. Mikrokällan kan vara små inhemska sol-, vatten- eller vindkraftverk, mikroturbiner som drivs på naturgas eller biogas, enheter med motorer som drivs på naturgas eller biogas.

Förslag – en medveten energikonsument som producerar energi för sina egna behov, till exempel i mikrokällor, och säljer det outnyttjade överskottet till distributionsnätet.

Dynamiska priser – Tariffer med hänsyn till dagliga förändringar av energipriser.

Observerbar rum-tid

För att lösa dessa problem (2) krävs ett nätverk med en flexibel "tänkande" infrastruktur som leder energi exakt dit den behövs. Ett sådant beslut smart energinät – smart elnät.

2. Utmaningar som energimarknaden står inför

Generellt sett är ett smart nät ett kraftsystem som intelligent integrerar aktiviteterna för alla deltagare i processerna för produktion, överföring, distribution och användning för att tillhandahålla el på ett ekonomiskt, hållbart och säkert sätt (3).

Dess huvudsakliga utgångspunkt är kopplingen mellan alla aktörer på energimarknaden. Nätet kopplar samman kraftverk, stora och små, och energikonsumenter i en struktur. Den kan existera och fungera tack vare två element: automation byggd på avancerade sensorer och ett ICT-system.

Enkelt uttryckt: det smarta nätet ”vet” var och när det största energibehovet och det största utbudet uppstår och kan styra överskottsenergi dit det behövs som mest. Som ett resultat kan ett sådant nätverk förbättra effektiviteten, tillförlitligheten och säkerheten i energiförsörjningskedjan.

3. Smart grid - grundläggande schema

4. Tre områden med smarta nät, mål och fördelar som härrör från dem

Smarta nätverk låter dig ta avläsningar av elmätare på distans, övervaka mottagningens och nätverkets status, såväl som profilen för energimottagning, identifiera olaglig energiförbrukning, störningar i mätare och energiförluster, fjärrkoppla/ansluta mottagaren, byta tariffer, arkiv och räkning för lästa värden, och annan verksamhet (4).

Det är svårt att exakt bestämma efterfrågan på el, så vanligtvis måste systemet använda den så kallade varmreserven. Användningen av distribuerad elproduktion (se Smart Grid-ordlistan) i kombination med Smart Grid kan avsevärt minska behovet av att hålla stora reserver i full drift.

polig smarta nät det finns ett omfattande mätsystem, intelligent redovisning (5). Det inkluderar telekommunikationssystem som överför mätdata till beslutspunkter, såväl som intelligent information, prognoser och beslutsfattande algoritmer.

De första pilotinstallationerna av "intelligenta" mätsystem är redan under uppbyggnad och täcker enskilda städer eller kommuner. Tack vare dem kan du bland annat ange timpriser för enskilda kunder. Det innebär att vid vissa tider på dygnet blir elpriset för en sådan enskild konsument lägre, så det är värt att sätta igång till exempel en tvättmaskin.

Enligt vissa forskare, som en grupp forskare från tyska Max Planck-institutet i Göttingen under ledning av Mark Timm, skulle miljontals smarta mätare i framtiden kunna skapa en helt autonom självreglerande nätverk, decentraliserat som Internet, och säkert eftersom det är motståndskraftigt mot de attacker som centraliserade system utsätts för.

Styrka från mångfald

Förnybara elkällor På grund av den lilla enhetskapaciteten (RES) är distribuerade källor. De senare inkluderar källor med en enhetskapacitet på mindre än 50-100 MW, installerade i nära anslutning till slutkonsumenten av energi.

Men i praktiken varierar gränsvärdet för en källa som anses distribuerad mycket från land till land, till exempel är det i Sverige 1,5 MW, i Nya Zeeland 5 MW, i USA 5 MW, i Storbritannien 100 MW. .

Med ett tillräckligt stort antal källor utspridda över ett litet område av kraftsystemet och tack vare de möjligheter de ger smarta nät, blir det möjligt och lönsamt att kombinera dessa källor till ett system som kontrolleras av operatören och skapa ett "virtuellt kraftverk".

Dess mål är att koncentrera distribuerad produktion till ett logiskt sammankopplat system, vilket ökar den tekniska och ekonomiska effektiviteten av elproduktion. Distribuerad produktion som ligger i närheten av energikonsumenterna kan också använda lokala bränsleresurser, inklusive biobränslen och förnybar energi, och till och med kommunalt avfall.

Ett virtuellt kraftverk kopplar samman många olika lokala kraftkällor i ett visst område (vattenkraft, vindkraft, solkraftverk, kombiturbiner, motordrivna generatorer etc.) och energilagring (vattentankar, batterier) som fjärrstyrs av en omfattande IT-nätverk.

En viktig funktion i skapandet av virtuella kraftverk bör spelas av energilagringsenheter som låter dig anpassa elproduktionen till dagliga förändringar i konsumenternas efterfrågan. Vanligtvis är sådana reservoarer batterier eller superkondensatorer; pumpstationer kan spela en liknande roll.

Ett energimässigt balanserat område som bildar ett virtuellt kraftverk kan separeras från elnätet med hjälp av moderna strömbrytare. En sådan switch skyddar, utför mätarbeten och synkroniserar systemet med nätverket.

Världen blir smartare

W smarta nät investeras för närvarande av alla de största energibolagen i världen. I Europa till exempel EDF (Frankrike), RWE (Tyskland), Iberdrola (Spanien) och British Gas (Storbritannien).

6. Smart grid kombinerar traditionella och förnybara källor

En viktig del av denna typ av system är telekommunikationsdistributionsnätet, som ger en tillförlitlig tvåvägs IP-överföring mellan de centrala applikationssystemen och smarta elmätare placerade direkt i slutet av elsystemet, hos slutförbrukarna.

För närvarande är världens största telekommunikationsnät för behoven Smarta elnät från de största energioperatörerna i deras länder - som LightSquared (USA) eller EnergyAustralia (Australien) - produceras med Wimax trådlös teknologi.

Dessutom innebär den första och en av de största planerade implementeringarna av AMI-systemet (Advanced Metering Infrastructure) i Polen, som är en integrerad del av Energa Operator SA:s smarta nätverk, användningen av Wimax-systemet för dataöverföring.

En viktig fördel med Wimax-lösningen i förhållande till andra tekniker som används inom energisektorn för dataöverföring, såsom PLC, är att det inte finns något behov av att stänga av hela sektioner av kraftledningar i händelse av en nödsituation.

7. Energipyramiden i Europa

Den kinesiska regeringen har utvecklat en stor långsiktig plan för att investera i vattensystem, uppgradera och bygga ut transmissionsnät och infrastruktur på landsbygden, och smarta nät. Chinese State Grid Corporation planerar att introducera dem senast 2030.

Japan Electricity Industry Federation planerar att utveckla ett soldrivet smart elnät till 2020 med statligt stöd. För närvarande implementeras ett statligt program för att testa elektronisk energi för smarta nät i Tyskland.

Ett energi-”supernät” kommer att skapas i EU-länderna, genom vilket förnybar energi kommer att distribueras, främst från vindkraftsparker. Till skillnad från traditionella nätverk kommer det inte att baseras på växelström, utan på likström (DC).

Europeiska fonder finansierade det projektrelaterade forsknings- och utbildningsprogrammet MEDOW, som samlar universitet och representanter för energibranschen. MEDOW är en förkortning av det engelska namnet "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".

Utbildningsprogrammet beräknas pågå till mars 2017. Skapande förnybara energinät på kontinental skala och effektiv anslutning till befintliga nät (6) är meningsfull på grund av de specifika egenskaperna hos förnybar energi, som kännetecknas av periodiska överskott eller kapacitetsbrist.

Smart Peninsula-programmet som verkar på Helhalvön är välkänt i den polska energiindustrin. Det är här som Energa har implementerat landets första test av fjärravläsningssystem och har den lämpliga tekniska infrastrukturen för projektet, som kommer att uppgraderas ytterligare.

Denna plats valdes inte av en slump. Detta område kännetecknas av höga fluktuationer i energiförbrukningen (hög förbrukning på sommaren, mycket mindre på vintern), vilket skapar en ytterligare utmaning för energiingenjörer.

Det implementerade systemet bör kännetecknas inte bara av hög tillförlitlighet, utan också av flexibilitet i kundservice, vilket gör det möjligt för dem att optimera energiförbrukningen, ändra eltariffer och använda nya alternativa energikällor (solcellspaneler, små vindkraftverk, etc.).

Nyligen har det också dykt upp information om att Polskie Sieci Energetyczne vill lagra energi i kraftfulla batterier med en kapacitet på minst 2 MW. Operatören planerar att bygga energilagringsanläggningar i Polen som kommer att stödja elnätet, vilket säkerställer kontinuitet i leveransen när förnybara energikällor (RES) slutar fungera på grund av brist på vind eller efter mörkrets inbrott. Elen från lagret går sedan till nätet.

Testning av lösningen kan påbörjas inom två år. Enligt inofficiell information erbjuder japanerna från Hitachi PSE för att testa kraftfulla batteribehållare. Ett sådant litiumjonbatteri kan leverera 1 MW effekt.

Lager kan också minska behovet av att bygga ut konventionella kraftverk i framtiden. Vindkraftsparker, som kännetecknas av en stor variation i effekt (beroende på meteorologiska förhållanden), tvingar traditionell energi att upprätthålla en kraftreserv så att väderkvarnar kan ersättas eller kompletteras när som helst med minskad effekt.

Operatörer över hela Europa investerar i energilagring. Nyligen lanserade britterna den största installationen av denna typ på vår kontinent. Anläggningen vid Leighton Buzzard nära London kan lagra upp till 10 MWh energi och leverera 6 MW effekt.

Bakom honom står S&C Electric, Samsung, samt UK Power Networks och Younicos. I september 2014 byggde det senare företaget det första kommersiella energilagret i Europa. Den lanserades i Schwerin, Tyskland och har en kapacitet på 5 MW.

Dokumentet "Smart Grid Projects Outlook 2014" innehåller 459 projekt som genomförts sedan 2002, där användningen av ny teknik, IKT (teleinformation) kapacitet bidrog till skapandet av ett "smart nät".

Det bör noteras att projekt beaktades där minst en EU-medlemsstat deltog (var partner) (7). Detta leder till att antalet länder som omfattas av rapporten är 47.

Hittills har 3,15 miljarder euro avsatts för dessa projekt, även om 48 procent av dem ännu inte har slutförts. FoU-projekt förbrukar för närvarande 830 miljoner euro, medan testning och implementering kostar 2,32 miljarder euro.

Bland dem, per capita, investerar Danmark mest. Frankrike och Storbritannien, å andra sidan, genomför projekt med de högsta budgetarna, i genomsnitt 5 miljoner euro per projekt.

Jämfört med dessa länder gick det mycket sämre för länderna i Östeuropa. Enligt rapporten genererar de bara 1 procent av den totala budgeten för alla dessa projekt. Av antalet genomförda projekt är de fem bästa: Tyskland, Danmark, Italien, Spanien och Frankrike. Polen tog 18:e plats i rankingen.

Schweiz var före oss, följt av Irland. Under parollen smart grid implementeras ambitiösa, nästan revolutionerande lösningar på många platser runt om i världen. planer på att modernisera kraftsystemet.

Ett av de bästa exemplen är Ontario Smart Infrastructure Project (2030), som har utarbetats under de senaste åren och har en beräknad varaktighet på upp till 8 år.

8. Planera för utbyggnad av Smart Grid i den kanadensiska provinsen Ontario.

Energivirus?

Men om energinät bli som Internet måste du ta hänsyn till att det kan möta samma hot som vi möter i moderna datornätverk.

9. Robotar designade för att fungera i energinätverk

F-Secure Laboratories varnade nyligen för ett nytt komplext hot mot industriservicesystem, inklusive elnät. Den heter Havex och den använder en extremt avancerad ny teknik för att infektera datorer.

Havex har två huvudkomponenter. Den första är Trojan programvara, som används för att fjärrstyra det attackerade systemet. Det andra elementet är PHP-servern.

Den trojanska hästen fästes av angripare till APCS/SCADA-mjukvaran som var ansvarig för att övervaka framstegen i tekniska processer och produktionsprocesser. Offer laddar ner sådana program från specialiserade webbplatser, omedvetna om hotet.

Offren för Havex var i första hand europeiska institutioner och företag involverade i industriella lösningar. En del av Havex-koden antyder att dess skapare, förutom att vilja stjäla data om produktionsprocesser, också kan påverka deras förlopp.

10. Områden med smarta nät

Författarna till denna skadliga programvara var särskilt intresserade av energinätverk. Möjligen ett framtida element smart kraftsystem robotar kommer också.

Nyligen utvecklade forskare vid Michigan Technological University en robotmodell (9) som levererar energi till platser som drabbats av strömavbrott, till exempel de som orsakats av naturkatastrofer.

Maskiner av denna typ skulle till exempel kunna återställa strömmen till telekommunikationsinfrastrukturen (torn och basstationer) för att kunna genomföra räddningsinsatser mer effektivt. Robotar är autonoma, de väljer själva den bästa vägen till sin destination.

De kan ha batterier ombord eller solpaneler. De kan mata varandra. Betydelse och funktioner smarta nät gå långt utöver energi (10).

Infrastrukturen som skapas på detta sätt kan användas för att skapa ett nytt mobilt smart framtidsliv, baserat på den senaste tekniken. Än så länge kan vi bara föreställa oss fördelarna (men också nackdelarna) med denna typ av lösningar.