Inteligentné energetické siete
Odhaduje sa, že celosvetový dopyt po energii bude rásť približne o 2,2 percenta ročne. To znamená, že súčasná celosvetová spotreba energie nad 20 petawatthodín sa v roku 2030 zvýši na 33 petawatthodín. Zároveň sa kladie dôraz na efektívnejšie využívanie energie ako kedykoľvek predtým.
1. Auto v inteligentnej sieti
Iné prognózy predpovedajú, že doprava bude do roku 2050 spotrebúvať viac ako 10 percent dopytu po elektrine, a to najmä vďaka rastúcej popularite elektrických a hybridných vozidiel.
Ak nabíjanie batérie elektromobilu nie je správne riadená alebo vôbec nefunguje sama, existuje riziko špičkového zaťaženia v dôsledku príliš veľkého počtu batérií, ktoré sa nabíjajú súčasne. Potreba riešení, ktoré umožňujú nabíjanie vozidiel v optimálnych časoch (1).
Klasické energetické sústavy XNUMX. storočia, v ktorých sa elektrina vyrábala prevažne v centrálnych elektrárňach a dodávala spotrebiteľom cez vysokonapäťové prenosové vedenia a rozvodné siete stredného a nízkeho napätia, nevyhovujú požiadavkám novej doby.
V posledných rokoch vidíme aj prudký rozvoj distribuovaných systémov, malých výrobcov energie, ktorí sa o svoje prebytky môžu podeliť s trhom. Majú významný podiel v distribuovaných systémoch. obnoviteľné zdroje energie.
Slovník inteligentných sietí
AMI - skratka pre Advanced Metering Infrastructure. Znamená infraštruktúru zariadení a softvéru, ktoré komunikujú s elektromermi, zbierajú energetické údaje a analyzujú tieto údaje.
Distribuovaná generácia - výroba energie malými výrobnými zariadeniami alebo zariadeniami napojenými priamo na distribučné siete alebo umiestnenými v elektrizačnej sústave príjemcu (za riadiacimi a meracími zariadeniami), zvyčajne vyrábajúcimi elektrinu z obnoviteľných alebo netradičných zdrojov energie, často v kombinácii s výrobou tepla (distribuovaná kogenerácia ). . Siete distribuovanej výroby môžu zahŕňať napríklad prosumers, energetické družstvá alebo mestské elektrárne.
inteligentný merač – diaľkový elektromer, ktorý má funkciu automatického prenosu údajov o meraní energie dodávateľovi a ponúka tak viac možností na uvedomelé využívanie elektriny.
Mikro zdroj energie – malá elektráreň, zvyčajne používaná pre vlastnú spotrebu. Mikrozdrojom môžu byť malé domáce solárne, vodné alebo veterné elektrárne, mikroturbíny na zemný plyn alebo bioplyn, agregáty s motormi na zemný plyn alebo bioplyn.
Návrh – uvedomelý spotrebiteľ energie, ktorý si vyrába energiu pre vlastnú potrebu napríklad v mikrozdrojoch a nevyužité prebytky predáva do distribučnej siete.
Dynamické sadzby – tarify zohľadňujúce denné zmeny cien energií.
Pozorovateľný časopriestor
Riešenie týchto problémov (2) si vyžaduje sieť s flexibilnou „mysliacou“ infraštruktúrou, ktorá nasmeruje energiu presne tam, kde je potrebná. Takéto rozhodnutie inteligentná energetická sieť - inteligentná elektrická sieť.
2. Výzvy, ktorým čelí energetický trh
Vo všeobecnosti je inteligentná sieť energetický systém, ktorý inteligentne integruje činnosti všetkých účastníkov procesov výroby, prenosu, distribúcie a využívania s cieľom poskytovať elektrinu hospodárnym, udržateľným a bezpečným spôsobom (3).
Jeho hlavnou premisou je prepojenie všetkých účastníkov energetického trhu. Sieť spája elektrárne, veľkých a malých a spotrebiteľov energie v jednej štruktúre. Môže existovať a fungovať vďaka dvom prvkom: automatizácii postavenej na pokročilých senzoroch a ICT systéme.
Zjednodušene povedané: inteligentná sieť „vie“, kde a kedy vzniká najväčšia potreba energie a najväčšie zásoby, a dokáže nasmerovať prebytočnú energiu tam, kde je najviac potrebná. V dôsledku toho môže takáto sieť zlepšiť efektívnosť, spoľahlivosť a bezpečnosť energetického dodávateľského reťazca.
3. Inteligentná sieť – základná schéma
4. Tri oblasti inteligentných sietí, ciele a výhody z nich vyplývajúce
Inteligentné siete umožňujú na diaľku odoberať odpočty elektromerov, sledovať stav príjmu a siete, ako aj profil príjmu energie, identifikovať nelegálne odbery energií, zásahy do meračov a energetické straty, na diaľku odpojiť/pripojiť príjemcu, prepínať tarify, archivovať a účtovať prečítané hodnoty a ďalšie činnosti (4).
Je ťažké presne určiť potrebu elektriny, takže zvyčajne musí systém využívať takzvanú horúcu rezervu. Použitie distribuovanej výroby (pozri Slovník pojmov Smart Grid) v kombinácii so Smart Grid môže výrazne znížiť potrebu udržiavať veľké rezervy v plnej prevádzke.
pilier inteligentných sietí existuje rozsiahly merací systém, inteligentné účtovníctvo (5). Zahŕňa telekomunikačné systémy, ktoré prenášajú namerané údaje do rozhodovacích bodov, ako aj inteligentné informácie, predpovedanie a algoritmy rozhodovania.
Prvé pilotné inštalácie „inteligentných“ meracích systémov sú už vo výstavbe a pokrývajú jednotlivé mestá alebo obce. Vďaka nim môžete okrem iného zaviesť hodinovú mzdu pre individuálnych klientov. To znamená, že v určitých časoch dňa bude cena elektriny pre takéhoto jedného spotrebiteľa nižšia, preto sa oplatí zapnúť napríklad práčku.
Podľa niektorých vedcov, napríklad skupiny výskumníkov z nemeckého Inštitútu Maxa Plancka v Göttingene pod vedením Marka Timma, by milióny inteligentných meračov mohli v budúcnosti vytvoriť úplne autonómny samoregulačná sieť, decentralizovaný ako internet a bezpečný, pretože je odolný voči útokom, ktorým sú vystavené centralizované systémy.
Sila z plurality
Obnoviteľné zdroje elektriny Vzhľadom na malú jednotkovú kapacitu (OZE) sú zdroje distribuované. Medzi posledne menované patria zdroje s jednotkovou kapacitou menšou ako 50-100 MW, inštalované v tesnej blízkosti konečného spotrebiteľa energie.
V praxi sa však limitná hodnota pre zdroj považovaný za distribuovaný značne líši od krajiny ku krajine, napríklad vo Švédsku je to 1,5 MW, na Novom Zélande 5 MW, v USA 5 MW, v Spojenom kráľovstve 100 MW. .
S dostatočne veľkým počtom zdrojov rozptýlených na malej ploche energetického systému a vďaka príležitostiam, ktoré poskytujú inteligentných sietí, stáva sa možným a výnosným spojiť tieto zdroje do jedného systému riadeného operátorom, čím vznikne „virtuálna elektráreň“.
Jeho cieľom je sústrediť distribuovanú výrobu do jedného logicky nadväzujúceho systému, čím sa zvyšuje technicko-ekonomická efektívnosť výroby elektriny. Distribuovaná výroba nachádzajúca sa v tesnej blízkosti spotrebiteľov energie môže využívať aj miestne zdroje palív vrátane biopalív a obnoviteľnej energie a dokonca aj komunálny odpad.
Virtuálna elektráreň spája mnoho rôznych miestnych zdrojov energie v určitej oblasti (vodné, veterné, fotovoltaické elektrárne, turbíny s kombinovaným cyklom, motorom poháňané generátory atď.) a zásobníkov energie (vodné nádrže, batérie), ktoré sú diaľkovo ovládané rozsiahla IT sieť.systém.
Dôležitú funkciu pri vytváraní virtuálnych elektrární by mali zohrávať zariadenia na skladovanie energie, ktoré umožňujú prispôsobiť výrobu elektriny každodenným zmenám v dopyte spotrebiteľov. Zvyčajne sú takýmito zásobníkmi batérie alebo superkondenzátory; podobnú úlohu môžu zohrať prečerpávacie stanice.
Energeticky vyváženú oblasť, ktorá tvorí virtuálnu elektráreň, je možné oddeliť od elektrickej siete pomocou moderných spínačov. Takýto prepínač chráni, vykonáva meracie práce a synchronizuje systém so sieťou.
Svet je čoraz múdrejší
W inteligentných sietí v súčasnosti investujú všetky najväčšie energetické spoločnosti na svete. V Európe napríklad EDF (Francúzsko), RWE (Nemecko), Iberdrola (Španielsko) a British Gas (Spojené kráľovstvo).
6. Inteligentná sieť spája tradičné a obnoviteľné zdroje
Dôležitým prvkom tohto typu systému je telekomunikačná distribučná sieť, ktorá zabezpečuje spoľahlivý obojsmerný IP prenos medzi centrálnymi aplikačnými systémami a inteligentnými elektromermi umiestnenými priamo na konci elektrizačnej sústavy, u koncových spotrebiteľov.
V súčasnosti najväčšie svetové telekomunikačné siete pre potreby smart Grid od najväčších energetických operátorov vo svojich krajinách – ako napríklad LightSquared (USA) alebo EnergyAustralia (Austrália) – sa vyrábajú pomocou bezdrôtovej technológie Wimax.
Okrem toho prvá a jedna z najväčších plánovaných implementácií systému AMI (Advanced Metering Infrastructure) v Poľsku, ktorý je neoddeliteľnou súčasťou inteligentnej siete Energa Operator SA, zahŕňa využitie systému Wimax na prenos dát.
Nezanedbateľnou výhodou riešenia Wimax vo vzťahu k iným technológiám používaným v energetike na prenos dát, ako je PLC, je, že v prípade núdze nie je potrebné vypínať celé úseky elektrického vedenia.
7. Energetická pyramída v Európe
Čínska vláda vypracovala rozsiahly dlhodobý plán investícií do vodných systémov, modernizácie a rozšírenia prenosových sietí a infraštruktúry vo vidieckych oblastiach a inteligentných sietí. Čínska štátna spoločnosť Grid Corporation ich plánuje zaviesť do roku 2030.
Japonská federácia elektroenergetiky plánuje do roku 2020 s podporou vlády vyvinúť inteligentnú sieť poháňanú solárnou energiou. V súčasnosti sa v Nemecku realizuje štátny program testovania elektronickej energie pre inteligentné siete.
V krajinách EÚ vznikne energetická „supersieť“, cez ktorú sa bude distribuovať obnoviteľná energia, najmä z veterných elektrární. Na rozdiel od tradičných sietí bude založená nie na striedavom, ale na jednosmernom elektrickom prúde (DC).
Z európskych fondov bol financovaný projektový výskumný a vzdelávací program MEDOW, ktorý spája univerzity a predstaviteľov energetického priemyslu. MEDOW je skratka z anglického názvu „Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind“.
Očakáva sa, že vzdelávací program bude prebiehať do marca 2017. Tvorba siete obnoviteľnej energie v kontinentálnom meradle a efektívne pripojenie k existujúcim sieťam (6) má zmysel vzhľadom na špecifické vlastnosti obnoviteľnej energie, ktorá sa vyznačuje pravidelnými prebytkami alebo nedostatkom kapacity.
Program Smart Peninsula pôsobiaci na polostrove Hel je v poľskom energetickom priemysle dobre známy. Práve tu Energa implementovala prvé skúšobné systémy diaľkového odčítania v krajine a má vhodnú technickú infraštruktúru pre projekt, ktorý sa bude ďalej modernizovať.
Toto miesto nebolo vybrané náhodou. Táto oblasť sa vyznačuje veľkými výkyvmi spotreby energie (vysoká spotreba v lete, oveľa menej v zime), čo predstavuje ďalšiu výzvu pre energetických inžinierov.
Zavedený systém by sa mal vyznačovať nielen vysokou spoľahlivosťou, ale aj flexibilitou v obsluhe zákazníkov, ktorá im umožní optimalizovať spotrebu energie, meniť tarify elektriny a využívať vznikajúce alternatívne zdroje energie (fotovoltické panely, malé veterné turbíny a pod.).
Nedávno sa objavili aj informácie, že Polskie Sieci Energetyczne chce energiu skladovať vo výkonných batériách s kapacitou aspoň 2 MW. Prevádzkovateľ plánuje v Poľsku vybudovať zásobníky energie, ktoré budú podporovať elektrickú sieť a zabezpečia tak kontinuitu dodávok, keď obnoviteľné zdroje energie (OZE) prestanú fungovať v dôsledku nedostatku vetra alebo po zotmení. Elektrina zo skladu potom pôjde do siete.
Testovanie riešenia by sa mohlo začať do dvoch rokov. Podľa neoficiálnych informácií Japonci z Hitachi ponúkajú PSE na testovanie výkonných batériových kontajnerov. Jedna takáto lítium-iónová batéria je schopná dodať výkon 1 MW.
Sklady môžu v budúcnosti znížiť aj potrebu rozširovania klasických elektrární. Veterné elektrárne, ktoré sa vyznačujú vysokou variabilitou výkonu (v závislosti od meteorologických podmienok), nútia tradičnú energiu udržiavať rezervu výkonu, takže veterné mlyny je možné kedykoľvek nahradiť alebo doplniť zníženým výkonom.
Prevádzkovatelia v celej Európe investujú do skladovania energie. Nedávno Briti spustili najväčšiu inštaláciu tohto typu na našom kontinente. Zariadenie v Leighton Buzzard neďaleko Londýna je schopné uskladniť až 10 MWh energie a dodať 6 MW energie.
Za ním sú S&C Electric, Samsung, ako aj UK Power Networks a Younicos. V septembri 2014 druhá uvedená spoločnosť vybudovala prvé komerčné úložisko energie v Európe. Bol spustený v nemeckom Schwerine a má kapacitu 5 MW.
Dokument „Smart Grid Projects Outlook 2014“ obsahuje 459 projektov realizovaných od roku 2002, v ktorých využitie nových technológií, IKT (teleinformačných) schopností prispelo k vytvoreniu „smart grid“.
Treba poznamenať, že sa zohľadnili projekty, na ktorých sa zúčastnil (bol partnerom) aspoň jeden členský štát EÚ (7). Tým sa počet krajín zahrnutých v správe zvýšil na 47.
Na tieto projekty je zatiaľ vyčlenených 3,15 miliardy eur, aj keď 48 percent z nich ešte nie je dokončených. Projekty výskumu a vývoja v súčasnosti spotrebujú 830 miliónov eur, pričom náklady na testovanie a implementáciu sú 2,32 miliardy eur.
Spomedzi nich v prepočte na obyvateľa najviac investuje Dánsko. Na druhej strane Francúzsko a Spojené kráľovstvo majú projekty s najvyšším rozpočtom, v priemere 5 miliónov EUR na projekt.
Krajiny východnej Európy dopadli v porovnaní s týmito krajinami oveľa horšie. Podľa správy generujú len 1 percento z celkového rozpočtu všetkých týchto projektov. Podľa počtu realizovaných projektov je na prvom mieste: Nemecko, Dánsko, Taliansko, Španielsko a Francúzsko. Poľsko obsadilo v rebríčku 18. miesto.
Pred nami bolo Švajčiarsko a za ním Írsko. Pod heslom smart grid sa na mnohých miestach po celom svete realizujú ambiciózne, takmer revolučné riešenia. plánuje modernizáciu energetického systému.
Jedným z najlepších príkladov je projekt Ontario Smart Infrastructure Project (2030), ktorý bol pripravovaný v posledných rokoch a jeho trvanie sa odhaduje až na 8 rokov.
8. Plán nasadenia Smart Grid v kanadskej provincii Ontario.
Energetické vírusy?
Ak však energetická sieť ako internet, musíte vziať do úvahy, že môže čeliť rovnakým hrozbám, ktorým čelíme v moderných počítačových sieťach.
9. Roboty určené na prácu v energetických sieťach
Laboratóriá F-Secure nedávno varovali pred novou komplexnou hrozbou pre systémy priemyselných služieb vrátane energetických sietí. Volá sa Havex a využíva mimoriadne pokročilú novú techniku na infikovanie počítačov.
Havex má dve hlavné zložky. Prvým je trójsky softvér, ktorý slúži na diaľkové ovládanie napadnutého systému. Druhým prvkom je PHP server.
Trójskeho koňa útočníci pripojili k softvéru APCS/SCADA zodpovednému za sledovanie postupu technologických a výrobných procesov. Obete si takéto programy sťahujú zo špecializovaných stránok, pričom o hrozbe nevedia.
Obeťami Havexu boli predovšetkým európske inštitúcie a spoločnosti zapojené do priemyselných riešení. Časť kódu Havex naznačuje, že jeho tvorcovia by okrem toho, že chceli kradnúť dáta o výrobných procesoch, mohli ovplyvňovať aj ich priebeh.
10. Oblasti inteligentných sietí
Autorov tohto malvéru zaujali najmä energetické siete. Možno budúci prvok inteligentný energetický systém roboty budú tiež.
Nedávno výskumníci z Michiganskej technologickej univerzity vyvinuli model robota (9), ktorý dodáva energiu na miesta postihnuté výpadkami elektriny, ako sú napríklad miesta spôsobené prírodnými katastrofami.
Stroje tohto typu by mohli napríklad obnoviť napájanie telekomunikačnej infraštruktúry (veže a základňové stanice), aby mohli efektívnejšie vykonávať záchranné operácie. Roboty sú autonómne, sami si vyberajú najlepšiu cestu k svojmu cieľu.
Môžu mať na palube batérie alebo solárne panely. Môžu sa navzájom živiť. Význam a funkcie inteligentných sietí ísť ďaleko za hranice energie (10).
Takto vytvorená infraštruktúra môže byť použitá na vytvorenie nového mobilného smart života budúcnosti, založeného na najmodernejších technológiách. Výhody (ale aj nevýhody) tohto typu riešenia si zatiaľ môžeme len domýšľať.
