Ақылды энергия желілері
Жаһандық энергияға сұраныс жылына шамамен 2,2 пайызға өседі. Бұл 20 певатт сағаттан асатын қазіргі жаһандық энергия тұтыну 2030 жылы 33 петватт сағатқа дейін өсетінін білдіреді. Бұл ретте энергияны бұрынғыдан да тиімді пайдалануға баса назар аударылуда.
1. Смарт тордағы автоматты
Басқа болжамдарға сәйкес, көлік 2050 жылға қарай электр энергиясына деген сұраныстың 10 пайызынан астамын тұтынады, бұл негізінен электр және гибридті көліктердің танымалдылығының артуына байланысты.
егер электромобиль аккумуляторын зарядтау дұрыс басқарылмаса немесе өздігінен жұмыс істемейді, бір уақытта тым көп батарея зарядталуына байланысты ең жоғары жүктеме қаупі бар. Көлік құралдарын оңтайлы уақытта зарядтауға мүмкіндік беретін шешімдердің қажеттілігі (1).
Электр энергиясы негізінен орталық электр станцияларында өндіріліп, тұтынушыларға жоғары вольтты электр беру желілері мен орташа және төмен вольтты тарату желілері арқылы жеткізілетін XNUMX-шы ғасырдың классикалық энергетикалық жүйелері жаңа дәуірдің талаптарына сәйкес келмейді.
Соңғы жылдары біз сондай-ақ бөлінген жүйелердің, өз артықшылығын нарықпен бөлісе алатын шағын энергия өндірушілердің қарқынды дамуын көре аламыз. Олар бөлінген жүйелерде айтарлықтай үлеске ие. жаңартылатын энергия көздері.
Смарт торлардың глоссарийі
AMI - Advanced Metering Infrastructure деген сөздің қысқасы. Электр есептегіштерімен байланысатын, энергия деректерін жинайтын және осы деректерді талдайтын құрылғылар мен бағдарламалық қамтамасыз етудің инфрақұрылымын білдіреді.
бөлінген ұрпақ - тарату желілеріне тікелей қосылған немесе алушының электр жүйесінде орналасқан (бақылау және есепке алу аспаптарының артында), әдетте жаңартылатын немесе дәстүрлі емес энергия көздерінен электр энергиясын жиі өндіретін, көбінесе жылу өндірумен (үлестірілген когенерация) шағын генерациялайтын қондырғылар немесе қондырғылар арқылы энергия өндіру. ). . Бөлінген генерациялау желілері, мысалы, тұтынушыларды, энергетикалық кооперативтерді немесе муниципалды электр станцияларын қамтуы мүмкін.
смарт есептегіш – энергияны есепке алу деректерін жеткізушіге автоматты түрде беру функциясы бар және осылайша электр энергиясын саналы пайдалану үшін көбірек мүмкіндіктер беретін қашықтағы электр есептегіші.
Микроқуат көзі – әдетте жеке тұтыну үшін пайдаланылатын шағын электр генерациялау қондырғысы. Микрокөз шағын тұрмыстық күн, су немесе жел электр станциялары, табиғи газда немесе биогазда жұмыс істейтін микротурбиналар, табиғи газда немесе биогазда жұмыс істейтін қозғалтқыштары бар қондырғылар болуы мүмкін.
Тұтынушы – энергияны өз қажеттіліктері үшін, мысалы, микро көздерде өндіретін және пайдаланылмаған артығын тарату желісіне сататын саналы энергия тұтынушы.
Динамикалық жылдамдықтар – энергия бағасының күнделікті өзгеруін ескере отырып тарифтер.
Бақыланатын кеңістік-уақыт
Бұл мәселелерді шешу (2) энергияны дәл қажет жерге бағыттайтын икемді «ойлау» инфрақұрылымы бар желіні қажет етеді. Мұндай шешім ақылды энергия торабы – ақылды электр желісі.
2. Энергия нарығының алдында тұрған міндеттер
Жалпы айтқанда, смарт желі - бұл электр энергиясын үнемді, тұрақты және қауіпсіз түрде қамтамасыз ету үшін өндіру, беру, тарату және пайдалану процестеріне барлық қатысушылардың қызметін интеллектуалды түрде біріктіретін қуат жүйесі (3).
Оның негізгі алғышарттары энергетикалық нарықтың барлық қатысушылары арасындағы байланыс болып табылады. Желі электр станцияларын біріктіреді, үлкен және кіші және энергия тұтынушылары бір құрылымда. Ол екі элементтің арқасында бар және жұмыс істей алады: жетілдірілген сенсорларға негізделген автоматтандыру және АКТ жүйесі.
Қарапайым тілмен айтсақ: смарт желі энергияға ең көп қажеттілік және ең көп қамтамасыз ету қай жерде және қашан пайда болатынын «біледі» және артық энергияны ең қажет жерге бағыттай алады. Нәтижесінде мұндай желі энергиямен жабдықтау тізбегінің тиімділігін, сенімділігін және қауіпсіздігін жақсарта алады.
3. Smart grid – негізгі схемасы
4. Смарт тордың үш бағыты, олардан туындайтын мақсаттар және пайда
Ақылды желілер электр есептегіш құралдарының көрсеткіштерін қашықтан алуға, қабылдау мен желі күйін, сондай-ақ энергияны қабылдау профилін бақылауға, заңсыз энергия тұтынуды, есептегіштерге кедергілерді және энергияның жоғалуын анықтауға, алушыны қашықтан ажыратуға/қосуға, тарифтерді ауыстыруға, мұрағаттауға мүмкіндік береді. және оқу мәндері мен басқа әрекеттер үшін есепшот (4).
Электр энергиясына деген сұранысты дәл анықтау қиын, сондықтан әдетте жүйе ыстық резерв деп аталатынды пайдалануы керек. Бөлінген генерацияны (Smart Grid глоссарийін қараңыз) Smart Grid-пен бірге пайдалану үлкен қорларды толық жұмыс істеуде ұстау қажеттілігін айтарлықтай төмендетуі мүмкін.
Post смарт торлар кеңейтілген өлшеу жүйесі, интеллектуалды есеп бар (5). Ол шешім нүктелеріне өлшеу деректерін жіберетін телекоммуникациялық жүйелерді, сондай-ақ интеллектуалды ақпаратты, болжау және шешім қабылдау алгоритмдерін қамтиды.
«Ақылды» есептеу жүйелерінің алғашқы тәжірибелік қондырғылары қазірдің өзінде жекелеген қалаларды немесе коммуналарды қамтитын салынып жатыр. Олардың арқасында сіз басқалармен қатар жеке клиенттер үшін сағат сайынғы төлемді енгізе аласыз. Бұл тәуліктің белгілі бір уақыттарында мұндай жалғыз тұтынушы үшін электр қуатының бағасы төмен болады, сондықтан, мысалы, кір жуғыш машинаны қосу керек.
Кейбір ғалымдардың пікірінше, мысалы, Марк Тимм басқаратын Геттингендегі неміс Макс Планк институтының зерттеушілер тобы, миллиондаған ақылды есептегіштер болашақта толығымен автономды құрылғы жасай алады. өзін-өзі реттейтін желі, Интернет сияқты орталықсыздандырылған және қауіпсіз, өйткені ол орталықтандырылған жүйелер ұшырайтын шабуылдарға төзімді.
Көпшіліктен күш
Жаңартылатын электр энергиясының көздері Кішігірім бірлік қуаттылығына байланысты (РЭС) көздер таратылады. Соңғыларына энергияның соңғы тұтынушысына жақын жерде орнатылған бірлік қуаттылығы 50-100 МВт-тан төмен көздер жатады.
Дегенмен, іс жүзінде таратылған көз ретінде қарастырылатын көздің шегі әр елде айтарлықтай өзгереді, мысалы, Швецияда 1,5 МВт, Жаңа Зеландияда 5 МВт, АҚШ-та 5 МВт, Ұлыбританияда 100 МВт. .
Қуат жүйесінің шағын аумағына бөлінген жеткілікті көп көздермен және олар беретін мүмкіндіктердің арқасында смарт торлар, бұл көздерді оператор басқаратын бір жүйеге біріктіру, «виртуалды электр станциясын» құру мүмкін және тиімді болады.
Оның мақсаты – электр энергиясын өндірудің техникалық-экономикалық тиімділігін арттыра отырып, бөлінген генерацияны логикалық байланысты бір жүйеге шоғырландыру. Энергия тұтынушыларына жақын орналасқан үлестірілген генерация сонымен қатар жергілікті отын ресурстарын, соның ішінде биоотын мен жаңартылатын энергияны, тіпті коммуналдық қалдықтарды пайдалана алады.
Виртуалды электр станциясы белгілі бір аумақтағы көптеген әр түрлі жергілікті қуат көздерін (су, жел, фотоэлектр станциялары, құрама циклді турбиналар, қозғалтқыш генераторлары және т.б.) және энергияны сақтауды (су ыдыстары, аккумуляторлар) қосады, олар қашықтан басқарылады. кең АТ желісі.жүйесі.
Виртуалды электр станцияларын құрудағы маңызды функцияны тұтынушылық сұраныстың күнделікті өзгерістеріне электр энергиясын өндіруді реттеуге мүмкіндік беретін энергия сақтау құрылғылары атқаруы керек. Әдетте мұндай резервуарлар батареялар немесе суперконденсаторлар болып табылады; сорапты сақтау станциялары ұқсас рөл атқара алады.
Виртуалды электр станциясын құрайтын энергетикалық теңдестірілген аумақты заманауи ажыратқыштар арқылы электр желісінен бөлуге болады. Мұндай қосқыш қорғайды, өлшеу жұмыстарын орындайды және жүйені желімен синхрондайды.
Әлем ақылды болып келеді
W смарт торлар қазіргі уақытта әлемдегі ең ірі энергетикалық компаниялар инвестициялайды. Еуропада, мысалы, EDF (Франция), RWE (Германия), Iberdrola (Испания) және British Gas (Ұлыбритания).
6. Smart grid дәстүрлі және жаңартылатын көздерді біріктіреді
Жүйенің осы түрінің маңызды элементі орталық қолданбалы жүйелер мен энергия жүйесінің соңында, соңғы тұтынушыларда тікелей орналасқан смарт электр есептегіштері арасында сенімді екі жақты IP беруді қамтамасыз ететін телекоммуникациялық тарату желісі болып табылады.
Қазіргі уақытта қажеттіліктер үшін әлемдегі ең ірі телекоммуникациялық желілер Ақылды тор LightSquared (АҚШ) немесе EnergyAustralia (Австралия) сияқты елдеріндегі ең ірі энергия операторларынан Wimax сымсыз технологиясы арқылы шығарылады.
Сонымен қатар, Energa Operator SA смарт желісінің құрамдас бөлігі болып табылатын AMI (Advanced Metering Infrastructure) жүйесінің Польшадағы бірінші және ең ірі жоспарланған іске асыруларының бірі деректерді беру үшін Wimax жүйесін пайдалануды қамтиды.
Wimax шешімінің PLC сияқты деректерді беру үшін энергетикалық секторда қолданылатын басқа технологияларға қатысты маңызды артықшылығы төтенше жағдайда электр желілерінің барлық учаскелерін өшірудің қажеті жоқ.
7. Еуропадағы энергетикалық пирамида
Қытай үкіметі су жүйелеріне инвестиция салу, ауылды жерлердегі электр жеткізу желілері мен инфрақұрылымын жаңарту және кеңейту үшін үлкен ұзақ мерзімді жоспар әзірледі. смарт торлар. Қытайдың мемлекеттік желілік корпорациясы оларды 2030 жылға дейін енгізуді жоспарлап отыр.
Жапонияның электр энергетикасы федерациясы үкіметтің қолдауымен 2020 жылға қарай күн энергиясымен жұмыс істейтін смарт желіні дамытуды жоспарлап отыр. Қазіргі уақытта Германияда смарт желілер үшін электронды энергияны сынау бойынша мемлекеттік бағдарлама жүзеге асырылуда.
ЕО елдерінде энергетикалық «супер желі» құрылады, ол арқылы жаңартылатын энергия негізінен жел электр станцияларынан таралатын болады. Дәстүрлі желілерден айырмашылығы, ол айнымалы емес, тұрақты электр тогына (тұрақты ток) негізделетін болады.
Еуропалық қорлар университеттер мен энергетика саласының өкілдерін біріктіретін жобаға қатысты MEDOW ғылыми-зерттеу және оқыту бағдарламасын қаржыландырды. MEDOW – ағылшын тіліндегі «Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind» атауының аббревиатурасы.
Оқу бағдарламасы 2017 жылдың наурыз айына дейін жалғасады деп күтілуде. Жасау жаңартылатын энергия желілері континенттік ауқымда және қолданыстағы желілерге тиімді қосылу (6) қайталанатын энергияның спецификалық сипаттамаларына байланысты мағынасы бар, ол мерзімді артық немесе қуаттылық жетіспеушілігімен сипатталады.
Хель түбегінде жұмыс істейтін Smart Peninsula бағдарламасы Польшаның энергетика саласына жақсы таныс. Дәл осы жерде Energa елдегі алғашқы сынақтық қашықтан оқу жүйелерін енгізді және жоба үшін тиісті техникалық инфрақұрылымы бар, ол әрі қарай жаңартылады.
Бұл жер кездейсоқ таңдалған жоқ. Бұл аймақ энергияны тұтынудың жоғары ауытқуымен сипатталады (жазда көп тұтыну, қыста әлдеқайда аз), бұл энергетиктерге қосымша қиындық тудырады.
Енгізілген жүйе тек жоғары сенімділікпен ғана емес, тұтынушыларға қызмет көрсетудегі икемділігімен де сипатталуы керек, олар энергияны тұтынуды оңтайландыруға, электр энергиясының тарифтерін өзгертуге және жаңадан пайда болған баламалы энергия көздерін (фотоэлектрлік панельдер, шағын жел қондырғылары және т.б.) пайдалануға мүмкіндік береді.
Жақында Polskie Sieci Energetyczne энергияны кем дегенде 2 МВт қуатты батареяларда сақтағысы келетіні туралы ақпарат пайда болды. Оператор Польшада желдің болмауына байланысты немесе қараңғы түскенде жаңартылатын энергия көздері (ЖЭК) жұмысын тоқтатқанда үздіксіз жабдықтауды қамтамасыз ету арқылы электр желісін қолдайтын энергия сақтау қоймаларын салуды жоспарлап отыр. Содан кейін қоймадағы электр энергиясы желіге түседі.
Шешімді сынау екі жыл ішінде басталуы мүмкін. Бейресми ақпаратқа сәйкес, Hitachi жапондықтары қуатты аккумуляторлық контейнерлерді сынау үшін PSE ұсынады. Осындай литий-ионды батареялардың бірі 1 МВт қуат беруге қабілетті.
Қоймалар болашақта кәдімгі электр станцияларын кеңейту қажеттілігін де азайта алады. Шығарылатын энергияның жоғары өзгермелілігімен сипатталатын жел электр станциялары (метеорологиялық жағдайларға байланысты) дәстүрлі электр энергетикасы саласын жел диірмендерін кез келген уақытта қысқартылған қуатпен ауыстыруға немесе толықтыруға болатын қуат қорын сақтауға мәжбүр етеді.
Еуропадағы операторлар энергияны сақтауға инвестиция салуда. Жақында британдықтар континентімізде осы типтегі ең үлкен қондырғыны іске қосты. Лондон маңындағы Лейтон Баззардтағы қондырғы 10 МВт/сағ энергияны сақтауға және 6 МВт қуат беруге қабілетті.
Оның артында S&C Electric, Samsung, сондай-ақ UK Power Networks және Younicos тұр. 2014 жылдың қыркүйегінде соңғы компания Еуропадағы бірінші коммерциялық энергия қоймасын салды. Ол Германияның Шверин қаласында іске қосылды және қуаты 5 МВт.
«Smart Grid Projects Outlook 2014» құжатында 459 жылдан бері жүзеге асырылған 2002 жоба бар, оларда жаңа технологияларды, АКТ (телеақпараттық) мүмкіндіктерін пайдалану «ақылды торды» құруға ықпал етті.
ЕО-ға мүше кем дегенде бір мемлекет қатысқан (серіктес болған) жобалар ескерілгенін атап өткен жөн (7). Бұл есепте қамтылған елдердің санын 47-ге жеткізді.
Әзірге бұл жобаларға 3,15 миллиард еуро бөлінген, оның 48 пайызы әлі аяқталмаған. Қазіргі уақытта ҒЗТКЖ жобалары 830 миллион еуро жұмсайды, ал тестілеу мен енгізу 2,32 миллиард еуро тұрады.
Олардың ішінде жан басына шаққанда Дания ең көп инвестициялайды. Екінші жағынан, Франция мен Ұлыбританияда ең жоғары бюджеттік жобалар бар, бір жобаға орташа есеппен 5 миллион еуро.
Бұл елдермен салыстырғанда Шығыс Еуропа елдерінің жағдайы әлдеқайда нашар болды. Есепке сәйкес, олар осы жобалардың жалпы бюджетінің тек 1 пайызын құрайды. Іске асырылған жобалар саны бойынша алғашқы бестікке Германия, Дания, Италия, Испания және Франция кіреді. Польша рейтингте 18-орынға тұрақтады.
Бізден Швейцария озып кетті, одан кейін Ирландия болды. Смарт желі ұранымен әлемнің көптеген жерлерінде өршіл, дерлік революциялық шешімдер жүзеге асырылуда. энергетикалық жүйені жаңғыртуды жоспарлап отыр.
Ең жақсы мысалдардың бірі - соңғы жылдары дайындалған және 2030 жылға дейін созылатын Ontario Smart Infrastructure Project (8).
8. Канаданың Онтарио провинциясында Smart Grid қолдану жоспары.
Энергетикалық вирустар?
Алайда, егер энергетикалық желі Интернет сияқты болған кезде, оның қазіргі компьютерлік желілерде кездесетін қауіптерге тап болуы мүмкін екенін ескеру қажет.
9. Энергетикалық желілерде жұмыс істеуге арналған роботтар
F-Secure Laboratories жақында салалық қызмет көрсету жүйелеріне, соның ішінде электр желілеріне жаңа күрделі қауіп туралы ескертті. Ол Havex деп аталады және ол компьютерлерді жұқтыру үшін өте жетілдірілген жаңа әдісті пайдаланады.
Havex екі негізгі компоненттен тұрады. Біріншісі – трояндық бағдарламалық қамтамасыз ету, ол шабуылға ұшыраған жүйені қашықтан басқаруға арналған. Екінші элемент – РНР сервері.
Трояндық атын шабуылдаушылар технологиялық және өндірістік процестердің барысын бақылауға жауапты APCS/SCADA бағдарламалық құралына тіркеді. Жәбірленушілер мұндай бағдарламаларды мамандандырылған сайттардан жүктеп алады, қауіптен бейхабар.
Havex құрбандары негізінен өнеркәсіптік шешімдермен айналысатын еуропалық мекемелер мен компаниялар болды. Havex кодының бір бөлігі оны жасаушылар өндірістік процестер туралы деректерді ұрлауды қалауымен қатар, олардың барысына да әсер етуі мүмкін деп болжайды.
10. Смарт желілердің аймақтары
Бұл зиянды бағдарламаның авторлары әсіресе энергетикалық желілерге қызығушылық танытты. Мүмкін болашақ элемент ақылды қуат жүйесі роботтар да болады.
Жақында Мичиган Технологиялық Университетінің зерттеушілері табиғи апаттар сияқты электр қуаты өшіп қалған жерлерге қуат беретін робот үлгісін (9) әзірледі.
Мұндай типтегі машиналар, мысалы, құтқару жұмыстарын тиімдірек жүргізу үшін телекоммуникациялық инфрақұрылымды (мұнаралар мен базалық станциялар) электрмен жабдықтауды қалпына келтіре алады. Роботтар автономды, баратын жеріне ең жақсы жолды өздері таңдайды.
Олардың бортында батареялар немесе күн батареялары болуы мүмкін. Олар бір-бірін тамақтандырады. Мағынасы мен функциялары смарт торлар энергиядан әлдеқайда асып түседі (10).
Осылайша құрылған инфрақұрылымды заманауи технологияларға негізделген болашақтың жаңа мобильді смарт өмірін құру үшін пайдалануға болады. Әзірге біз шешімнің осы түрінің артықшылықтарын (бірақ кемшіліктерін) елестете аламыз.
