Grid Tenaga Pintar

Permintaan tenaga global dianggarkan berkembang pada kira-kira 2,2 peratus setahun. Ini bermakna penggunaan tenaga global semasa melebihi 20 jam petawatt akan meningkat kepada 2030 jam petawatt pada tahun 33. Pada masa yang sama, penekanan diberikan kepada penggunaan tenaga dengan lebih cekap berbanding sebelum ini.

1. Auto dalam grid pintar

Unjuran lain meramalkan bahawa pengangkutan akan menggunakan lebih daripada 2050 peratus permintaan elektrik menjelang 10, sebahagian besarnya disebabkan oleh peningkatan populariti kenderaan elektrik dan hibrid.

Jika pengecasan bateri kereta elektrik tidak diurus dengan betul atau tidak berfungsi dengan sendirinya, terdapat risiko beban puncak kerana terlalu banyak bateri dicas pada masa yang sama. Keperluan untuk penyelesaian yang membolehkan kenderaan dicaj pada masa yang optimum (1).

Sistem kuasa klasik abad ke-XNUMX, di mana tenaga elektrik dihasilkan terutamanya di loji kuasa pusat dan dihantar kepada pengguna melalui talian penghantaran voltan tinggi dan rangkaian pengedaran voltan sederhana dan rendah, tidak sesuai dengan permintaan era baharu.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kita juga dapat melihat perkembangan pesat sistem teragih, pengeluar tenaga kecil yang boleh berkongsi lebihan mereka dengan pasaran. Mereka mempunyai bahagian yang besar dalam sistem teragih. sumber tenaga boleh diperbaharui.

Glosari grid pintar

AMI - singkatan dari Advanced Metering Infrastructure. Bermaksud infrastruktur peranti dan perisian yang berkomunikasi dengan meter elektrik, mengumpul data tenaga dan menganalisis data ini.

Generasi teragih - pengeluaran tenaga melalui pemasangan atau kemudahan penjanaan kecil yang disambungkan terus ke rangkaian pengedaran atau terletak dalam sistem kuasa penerima (di belakang peranti kawalan dan pemeteran), biasanya menghasilkan tenaga elektrik daripada sumber tenaga boleh diperbaharui atau bukan tradisional, selalunya digabungkan dengan pengeluaran haba (penjanaan kogenerasi teragih ). . Rangkaian penjanaan teragih mungkin termasuk, contohnya, prosumer, koperasi tenaga atau loji kuasa perbandaran.

meter pintar – meter elektrik jauh yang mempunyai fungsi menghantar data pemeteran tenaga secara automatik kepada pembekal dan dengan itu menawarkan lebih banyak peluang untuk penggunaan elektrik secara sedar.

Sumber kuasa mikro – loji penjanaan kuasa kecil, biasanya digunakan untuk kegunaan sendiri. Sumber mikro boleh terdiri daripada loji tenaga solar, hidro atau angin domestik yang kecil, turbin mikro yang menggunakan gas asli atau biogas, unit dengan enjin yang menggunakan gas asli atau biogas.

Usul – pengguna tenaga yang sedar yang menghasilkan tenaga untuk keperluannya sendiri, contohnya, dalam sumber mikro, dan menjual lebihan yang tidak digunakan kepada rangkaian pengedaran.

Kadar dinamik – tarif mengambil kira perubahan harian dalam harga tenaga.

Ruang-masa yang boleh diperhatikan

Menyelesaikan masalah ini (2) memerlukan rangkaian dengan infrastruktur "pemikiran" yang fleksibel yang akan mengarahkan tenaga tepat ke mana ia diperlukan. Keputusan sedemikian grid tenaga pintar – grid kuasa pintar.

2. Cabaran yang dihadapi pasaran tenaga

Secara umumnya, grid pintar ialah sistem kuasa yang menyepadukan secara bijak aktiviti semua peserta dalam proses pengeluaran, penghantaran, pengedaran dan penggunaan untuk membekalkan tenaga elektrik dengan cara yang menjimatkan, mampan dan selamat (3).

Premis utamanya ialah hubungan antara semua peserta dalam pasaran tenaga. Rangkaian menghubungkan loji kuasa, besar dan kecil, dan pengguna tenaga dalam satu struktur. Ia boleh wujud dan berfungsi berkat dua elemen: automasi yang dibina pada penderia termaju dan sistem ICT.

Ringkasnya: grid pintar "tahu" di mana dan bila keperluan terbesar untuk tenaga dan bekalan terbesar timbul, dan boleh mengarahkan tenaga berlebihan ke tempat yang paling diperlukan. Akibatnya, rangkaian sedemikian boleh meningkatkan kecekapan, kebolehpercayaan dan keselamatan rantaian bekalan tenaga.

3. Grid pintar - skim asas

4. Tiga bidang grid pintar, matlamat dan faedah yang timbul daripadanya

Rangkaian pintar membolehkan anda mengambil bacaan meter elektrik dari jauh, memantau status penerimaan dan rangkaian, serta profil penerimaan tenaga, mengenal pasti penggunaan tenaga yang tidak sah, gangguan dalam meter dan kehilangan tenaga, memutuskan sambungan / menyambung penerima dari jauh, menukar tarif, arkib dan bil untuk nilai baca, dan aktiviti lain (4).

Sukar untuk menentukan dengan tepat permintaan elektrik, jadi biasanya sistem mesti menggunakan rizab panas yang dipanggil. Penggunaan penjanaan teragih (lihat Glosari Grid Pintar) dalam kombinasi dengan Grid Pintar boleh mengurangkan dengan ketara keperluan untuk memastikan rizab besar beroperasi sepenuhnya.

tiang grid pintar terdapat sistem pengukuran yang luas, perakaunan pintar (5). Ia termasuk sistem telekomunikasi yang menghantar data pengukuran ke titik keputusan, serta maklumat pintar, ramalan dan algoritma membuat keputusan.

Pemasangan perintis pertama sistem pemeteran "pintar" sedang dalam pembinaan, meliputi bandar atau komune individu. Terima kasih kepada mereka, anda boleh, antara lain, memperkenalkan gaji setiap jam untuk pelanggan individu. Ini bermakna bahawa pada masa-masa tertentu dalam sehari, harga elektrik untuk pengguna tunggal sedemikian akan lebih rendah, jadi ia patut dihidupkan, sebagai contoh, mesin basuh.

Menurut beberapa saintis, seperti sekumpulan penyelidik dari Institut Max Planck Jerman di Göttingen yang diketuai oleh Mark Timm, berjuta-juta meter pintar boleh pada masa hadapan mencipta autonomi sepenuhnya. rangkaian kawal selia sendiri, terdesentralisasi seperti Internet dan selamat kerana ia tahan terhadap serangan yang terdedah kepada sistem terpusat.

Kekuatan daripada pluraliti

Sumber elektrik yang boleh diperbaharui Oleh kerana kapasiti unit kecil (RES) adalah sumber yang diedarkan. Yang terakhir termasuk sumber dengan kapasiti unit kurang daripada 50-100 MW, dipasang berdekatan dengan pengguna terakhir tenaga.

Walau bagaimanapun, dalam amalan, nilai had untuk sumber yang dianggap sebagai diedarkan sangat berbeza dari negara ke negara, contohnya, di Sweden adalah 1,5 MW, di New Zealand 5 MW, di Amerika Syarikat 5 MW, di UK 100 MW. .

Dengan jumlah sumber yang cukup besar tersebar di kawasan kecil sistem kuasa dan terima kasih kepada peluang yang mereka sediakan grid pintar, ia menjadi mungkin dan menguntungkan untuk menggabungkan sumber ini ke dalam satu sistem yang dikawal oleh pengendali, mewujudkan "loji kuasa maya".

Matlamatnya adalah untuk menumpukan penjanaan teragih kepada satu sistem yang disambungkan secara logik, meningkatkan kecekapan teknikal dan ekonomi penjanaan elektrik. Penjanaan teragih yang terletak berdekatan dengan pengguna tenaga juga boleh menggunakan sumber bahan api tempatan, termasuk biofuel dan tenaga boleh diperbaharui, dan juga sisa perbandaran.

Loji kuasa maya menghubungkan banyak sumber kuasa tempatan yang berbeza di kawasan tertentu (hidro, angin, loji kuasa fotovoltaik, turbin kitaran gabungan, penjana dipacu enjin, dll.) dan simpanan tenaga (tangki air, bateri) yang dikawal dari jauh oleh rangkaian IT yang luas.sistem.

Fungsi penting dalam penciptaan loji kuasa maya harus dimainkan oleh peranti storan tenaga, yang membolehkan melaraskan penjanaan elektrik kepada perubahan harian dalam permintaan pengguna. Biasanya takungan tersebut adalah bateri atau supercapacitors; stesen simpanan yang dipam boleh memainkan peranan yang sama.

Kawasan yang seimbang secara bertenaga yang membentuk loji kuasa maya boleh diasingkan daripada grid kuasa menggunakan suis moden. Suis sedemikian melindungi, melakukan kerja pengukuran dan menyegerakkan sistem dengan rangkaian.

Dunia semakin bijak

W grid pintar kini dilaburkan oleh semua syarikat tenaga terbesar di dunia. Di Eropah, sebagai contoh, EDF (Perancis), RWE (Jerman), Iberdrola (Sepanyol) dan British Gas (UK).

6. Grid pintar menggabungkan sumber tradisional dan boleh diperbaharui

Elemen penting sistem jenis ini ialah rangkaian pengedaran telekomunikasi, yang menyediakan penghantaran IP dua hala yang boleh dipercayai antara sistem aplikasi pusat dan meter elektrik pintar yang terletak terus di hujung sistem kuasa, pada pengguna akhir.

Pada masa ini, rangkaian telekomunikasi terbesar di dunia untuk keperluan Grid Pintar daripada pengendali tenaga terbesar di negara mereka - seperti LightSquared (USA) atau EnergyAustralia (Australia) - dihasilkan menggunakan teknologi wayarles Wimax.

Di samping itu, yang pertama dan satu daripada pelaksanaan terancang sistem AMI (Infrastruktur Pemeteran Lanjutan) yang pertama dan terbesar di Poland, yang merupakan bahagian penting rangkaian pintar Energa Operator SA, melibatkan penggunaan sistem Wimax untuk penghantaran data.

Kelebihan penting penyelesaian Wimax berhubung dengan teknologi lain yang digunakan dalam sektor tenaga untuk penghantaran data, seperti PLC, ialah tidak perlu mematikan keseluruhan bahagian talian kuasa sekiranya berlaku kecemasan.

7. Piramid tenaga di Eropah

Kerajaan China telah membangunkan rancangan jangka panjang yang besar untuk melabur dalam sistem air, menaik taraf dan mengembangkan rangkaian penghantaran dan infrastruktur di kawasan luar bandar, dan grid pintar. Perbadanan Grid Negeri China merancang untuk memperkenalkannya menjelang 2030.

Persekutuan Industri Elektrik Jepun merancang untuk membangunkan grid pintar berkuasa solar menjelang 2020 dengan sokongan kerajaan. Pada masa ini, program negeri untuk menguji tenaga elektronik untuk grid pintar sedang dilaksanakan di Jerman.

"Grid super" tenaga akan dibuat di negara-negara EU, yang melaluinya tenaga boleh diperbaharui akan diagihkan, terutamanya dari ladang angin. Tidak seperti rangkaian tradisional, ia akan berdasarkan bukan pada selang seli, tetapi pada arus elektrik terus (DC).

Dana Eropah membiayai program penyelidikan dan latihan berkaitan projek MEDOW, yang menghimpunkan universiti dan wakil industri tenaga. MEDOW ialah singkatan daripada nama Inggeris "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".

Program latihan itu dijangka berlangsung sehingga Mac 2017. Ciptaan rangkaian tenaga boleh diperbaharui pada skala benua dan sambungan yang cekap ke rangkaian sedia ada (6) masuk akal kerana ciri khusus tenaga boleh diperbaharui, yang dicirikan oleh lebihan berkala atau kekurangan kapasiti.

Program Semenanjung Pintar yang beroperasi di Semenanjung Hel terkenal dalam industri tenaga Poland. Di sinilah Energa telah melaksanakan sistem bacaan jarak jauh percubaan pertama negara dan mempunyai infrastruktur teknikal yang sesuai untuk projek itu, yang akan dinaik taraf lagi.

Tempat ini tidak dipilih secara kebetulan. Kawasan ini dicirikan oleh turun naik yang tinggi dalam penggunaan tenaga (penggunaan tinggi pada musim panas, lebih kurang pada musim sejuk), yang mewujudkan cabaran tambahan untuk jurutera tenaga.

Sistem yang dilaksanakan harus dicirikan bukan sahaja oleh kebolehpercayaan yang tinggi, tetapi juga dengan fleksibiliti dalam perkhidmatan pelanggan, membolehkan mereka mengoptimumkan penggunaan tenaga, menukar tarif elektrik dan menggunakan sumber tenaga alternatif yang baru muncul (panel fotovoltaik, turbin angin kecil, dll.).

Baru-baru ini, maklumat juga muncul bahawa Polskie Sieci Energetyczne ingin menyimpan tenaga dalam bateri berkuasa dengan kapasiti sekurang-kurangnya 2 MW. Pengendali merancang untuk membina kemudahan penyimpanan tenaga di Poland yang akan menyokong grid kuasa dengan memastikan kesinambungan bekalan apabila sumber tenaga boleh diperbaharui (RES) berhenti berfungsi kerana kekurangan angin atau selepas gelap. Elektrik dari gudang kemudiannya akan pergi ke grid.

Ujian penyelesaian boleh bermula dalam masa dua tahun. Menurut maklumat tidak rasmi, orang Jepun dari Hitachi menawarkan PSE untuk menguji bekas bateri yang berkuasa. Satu bateri litium-ion sedemikian mampu menyalurkan kuasa 1 MW.

Gudang juga boleh mengurangkan keperluan untuk mengembangkan loji janakuasa konvensional pada masa hadapan. Ladang angin, yang dicirikan oleh kebolehubahan yang tinggi dalam keluaran kuasa (bergantung kepada keadaan meteorologi), memaksa tenaga tradisional untuk mengekalkan rizab kuasa supaya kincir angin boleh diganti atau ditambah pada bila-bila masa dengan pengeluaran kuasa yang berkurangan.

Pengendali di seluruh Eropah melabur dalam penyimpanan tenaga. Baru-baru ini, British melancarkan pemasangan terbesar jenis ini di benua kita. Kemudahan di Leighton Buzzard dekat London ini mampu menyimpan sehingga 10 MWh tenaga dan menyalurkan kuasa 6 MW.

Di belakangnya ialah S&C Electric, Samsung, serta UK Power Networks dan Younicos. Pada September 2014, syarikat terakhir membina storan tenaga komersial pertama di Eropah. Ia dilancarkan di Schwerin, Jerman dan mempunyai kapasiti 5 MW.

Dokumen "Smart Grid Projects Outlook 2014" mengandungi 459 projek yang dilaksanakan sejak 2002, di mana penggunaan teknologi baharu, keupayaan ICT (telemaklumat) menyumbang kepada penciptaan "grid pintar".

Perlu diingatkan bahawa projek telah diambil kira di mana sekurang-kurangnya satu Negara Anggota EU mengambil bahagian (menjadi rakan kongsi) (7). Ini menjadikan bilangan negara yang diliputi dalam laporan itu kepada 47.

Setakat ini, 3,15 bilion euro telah diperuntukkan untuk projek-projek ini, walaupun 48 peratus daripadanya masih belum siap. Projek R&D pada masa ini menggunakan 830 juta euro, manakala ujian dan pelaksanaan menelan kos 2,32 bilion euro.

Antaranya, per kapita, Denmark melabur paling banyak. Perancis dan UK, sebaliknya, menjalankan projek dengan belanjawan tertinggi, dengan purata €5 juta setiap projek.

Berbanding dengan negara-negara ini, negara-negara Eropah Timur jauh lebih teruk. Menurut laporan itu, mereka hanya menjana 1 peratus daripada jumlah bajet semua projek ini. Mengikut bilangan projek yang dilaksanakan, lima teratas ialah: Jerman, Denmark, Itali, Sepanyol dan Perancis. Poland menduduki tempat ke-18 dalam ranking.

Switzerland mendahului kami, diikuti Ireland. Di bawah slogan grid pintar, penyelesaian yang bercita-cita tinggi, hampir revolusioner sedang dilaksanakan di banyak tempat di seluruh dunia. merancang untuk memodenkan sistem kuasa.

Salah satu contoh terbaik ialah Projek Infrastruktur Pintar Ontario (2030), yang telah disediakan dalam beberapa tahun kebelakangan ini dan dijangka bertahan sehingga 8 tahun.

8. Rancang untuk menggunakan Grid Pintar di wilayah Ontario di Kanada.

Virus tenaga?

Walau bagaimanapun, sekiranya rangkaian tenaga menjadi seperti Internet, anda mesti mengambil kira bahawa ia mungkin menghadapi ancaman yang sama yang kita hadapi dalam rangkaian komputer moden.

9. Robot direka untuk bekerja dalam rangkaian tenaga

Makmal F-Secure baru-baru ini memberi amaran tentang ancaman kompleks baharu kepada sistem perkhidmatan industri, termasuk grid kuasa. Ia dipanggil Havex dan ia menggunakan teknik baharu yang sangat maju untuk menjangkiti komputer.

Havex mempunyai dua komponen utama. Yang pertama ialah perisian Trojan, yang digunakan untuk mengawal sistem yang diserang dari jauh. Elemen kedua ialah pelayan PHP.

Kuda Trojan telah dilampirkan oleh penyerang pada perisian APCS/SCADA yang bertanggungjawab untuk memantau kemajuan proses teknologi dan pengeluaran. Mangsa memuat turun program sedemikian dari tapak khusus, tidak menyedari ancaman itu.

Mangsa Havex terutamanya institusi dan syarikat Eropah yang terlibat dalam penyelesaian perindustrian. Sebahagian daripada kod Havex mencadangkan bahawa penciptanya, selain ingin mencuri data tentang proses pengeluaran, juga boleh mempengaruhi perjalanan mereka.

10. Kawasan grid pintar

Pengarang perisian hasad ini amat berminat dengan rangkaian tenaga. Mungkin elemen masa depan sistem kuasa pintar robot juga akan.

Baru-baru ini, penyelidik di Michigan Technological University membangunkan model robot (9) yang menyalurkan tenaga ke tempat yang terjejas akibat gangguan bekalan elektrik, seperti yang disebabkan oleh bencana alam.

Mesin jenis ini boleh, sebagai contoh, memulihkan kuasa kepada infrastruktur telekomunikasi (menara dan stesen pangkalan) untuk menjalankan operasi menyelamat dengan lebih cekap. Robot adalah autonomi, mereka sendiri memilih jalan terbaik ke destinasi mereka.

Mereka mungkin mempunyai bateri pada papan atau panel solar. Mereka boleh memberi makan antara satu sama lain. Maksud dan fungsi grid pintar melampaui tenaga (10).

Infrastruktur yang dicipta dengan cara ini boleh digunakan untuk mencipta kehidupan pintar mudah alih baharu pada masa hadapan, berdasarkan teknologi terkini. Setakat ini, kita hanya boleh membayangkan kelebihan (tetapi juga keburukan) penyelesaian jenis ini.