Intelligens energiahálózatok
A globális energiaigény a becslések szerint körülbelül 2,2 százalékkal nő évente. Ez azt jelenti, hogy a jelenlegi több mint 20 petawattóra globális energiafogyasztás 2030-ra 33 petawattórára nő. Ugyanakkor a hangsúlyt az eddigieknél hatékonyabb energiafelhasználásra helyezik.
1. Automatikus az intelligens hálózatban
Más előrejelzések szerint 2050-re a közlekedés a villamosenergia-igény több mint 10 százalékát fogja fogyasztani, nagyrészt az elektromos és hibrid járművek növekvő népszerűsége miatt.
Ha elektromos autó akkumulátor töltés nincs megfelelően kezelve, vagy egyáltalán nem működik magától, fennáll a csúcsterhelés veszélye, ha túl sok akkumulátort töltenek egyszerre. Olyan megoldások iránti igény, amelyek lehetővé teszik a járművek optimális időpontban történő feltöltését (1).
A klasszikus XNUMX. századi villamosenergia-rendszerek, amelyekben a villamos energiát túlnyomórészt központi erőművekben termelték, és nagyfeszültségű távvezetékeken, valamint közép- és kisfeszültségű elosztóhálózatokon juttatták el a fogyasztókhoz, nem felelnek meg az új kor követelményeinek.
Az elmúlt években az elosztott rendszerek rohamos fejlődését is láthatjuk, a kis energiatermelőket, amelyek meg tudják osztani a feleslegüket a piaccal. Jelentős részesedéssel rendelkeznek az elosztott rendszerekben. megújuló energiaforrások.
Az intelligens hálózatok szószedete
AMI - az Advanced Metering Infrastructure rövidítése. A villamosenergia-mérőkkel kommunikáló, energiaadatokat gyűjtő és ezeket elemző eszközök és szoftverek infrastruktúráját jelenti.
Elosztott generáció - energiatermelés kis termelő létesítményekkel vagy létesítményekkel, amelyek közvetlenül kapcsolódnak az elosztó hálózatokhoz vagy a fogadó villamosenergia-rendszerében helyezkednek el (vezérlő- és mérőberendezések mögött), amelyek általában megújuló vagy nem hagyományos energiaforrásból állítanak elő villamos energiát, gyakran hőtermeléssel kombinálva (elosztott kapcsolt energiatermelés). ). . Az elosztott termelési hálózatok közé tartozhatnak például termelőfelhasználók, energiaszövetkezetek vagy önkormányzati erőművek.
okos mérő – távirányítós villanyóra, amely az energiamérési adatokat automatikusan továbbítja a szállítónak, és így több lehetőséget kínál a tudatos villamosenergia-felhasználásra.
Mikro áramforrás – általában saját fogyasztásra használt kiserőmű. A mikroforrás lehet kis hazai nap-, víz- vagy szélerőművek, földgázzal vagy biogázzal működő mikroturbinák, földgázzal vagy biogázzal működő motoros egységek.
Javaslat – tudatos energiafogyasztó, aki saját szükségletére, például mikroforrásban termel energiát, és a fel nem használt többletet értékesíti az elosztó hálózatnak.
Dinamikus árfolyamok – tarifák az energiaárak napi változásait figyelembe véve.
Megfigyelhető téridő
E problémák (2) megoldásához rugalmas „gondolkodó” infrastruktúrával rendelkező hálózatra van szükség, amely pontosan oda irányítja az energiát, ahol arra szükség van. Egy ilyen döntés intelligens energiahálózat – intelligens elektromos hálózat.
2. Az energiapiac előtt álló kihívások
Általánosságban elmondható, hogy az intelligens hálózat olyan energiarendszer, amely intelligensen integrálja a termelési, átviteli, elosztási és felhasználási folyamatok valamennyi résztvevőjének tevékenységét annak érdekében, hogy gazdaságos, fenntartható és biztonságos módon biztosítsa a villamos energiát (3).
Fő előfeltétele az energiapiac valamennyi szereplője közötti kapcsolat. A hálózat erőműveket köt össze, kis és nagy, valamint energiafogyasztók egy szerkezetben. Két elemnek köszönhetően létezhet és működhet: a fejlett érzékelőkre épített automatizálásnak és egy ICT rendszernek.
Leegyszerűsítve: az intelligens hálózat „tudja”, hogy hol és mikor merül fel a legnagyobb energiaszükséglet és a legnagyobb ellátás, és oda tudja irányítani a felesleges energiát, ahol arra a legnagyobb szükség van. Ennek eredményeként egy ilyen hálózat javíthatja az energiaellátási lánc hatékonyságát, megbízhatóságát és biztonságát.
3. Intelligens hálózat – alapséma
4. Az intelligens hálózatok három területe, céljai és az azokból fakadó előnyök
Intelligens hálózatok lehetővé teszi a villamosenergia-mérők távoli leolvasását, a vétel és a hálózat állapotának, valamint az energia vételi profiljának nyomon követését, az illegális energiafogyasztás, a fogyasztásmérők zavarásának és az energiaveszteségek azonosítását, a fogadó távoli leválasztását / csatlakoztatását, tarifák váltását, archívum és számla az olvasott értékekről és egyéb tevékenységekről (4).
Nehéz pontosan meghatározni a villamosenergia-igényt, ezért általában a rendszernek úgynevezett melegtartalékot kell használnia. Az elosztott termelés (lásd a Smart Grid Glossary-t) a Smart Griddel kombinálva jelentősen csökkentheti a nagy tartalékok teljes üzemben tartásának szükségességét.
Pillér intelligens hálózatok kiterjedt mérőrendszer, intelligens könyvelés (5). Tartalmaz olyan távközlési rendszereket, amelyek mérési adatokat továbbítanak a döntési pontokhoz, valamint intelligens információkat, előrejelző és döntéshozatali algoritmusokat.
Az "intelligens" mérőrendszerek első kísérleti telepítése már folyamatban van, amelyek egyes városokra vagy településekre vonatkoznak. Nekik köszönhetően többek között óradíjakat is megadhat egyéni ügyfelek számára. Ez azt jelenti, hogy a nap bizonyos szakaszaiban egy ilyen egyetlen fogyasztó számára alacsonyabb lesz az áram ára, ezért érdemes bekapcsolni például egy mosógépet.
Egyes tudósok, például a Mark Timm által vezetett német Max Planck Intézet göttingeni kutatócsoportja szerint több millió intelligens mérő a jövőben teljesen autonóm önszabályozó hálózat, decentralizált, mint az internet, és biztonságos, mert ellenáll a központosított rendszereknek kitett támadásoknak.
Erő a pluralitásból
Megújuló villamosenergia-források A kis egységkapacitás (RES) miatt elosztott források. Ez utóbbiak közé tartoznak az 50-100 MW-nál kisebb egységteljesítményű források, amelyeket a végső energiafogyasztó közvetlen közelében telepítenek.
A gyakorlatban azonban az elosztottnak tekintett forrás határértéke országonként nagyon eltérő, például Svédországban 1,5 MW, Új-Zélandon 5 MW, az USA-ban 5 MW, az Egyesült Királyságban 100 MW. .
Az energiarendszer kis területén szétszórt, kellően nagy számú forrással és az általuk nyújtott lehetőségeknek köszönhetően intelligens hálózatok, lehetővé válik és kifizetődővé válik ezen források egy, az üzemeltető által vezérelt rendszerbe való egyesítése, egy "virtuális erőmű" létrehozása.
Célja az elosztott termelés egyetlen logikailag összefüggő rendszerbe való koncentrálása, növelve a villamosenergia-termelés műszaki és gazdasági hatékonyságát. Az energiafogyasztók közvetlen közelében elhelyezkedő elosztott termelés helyi tüzelőanyag-forrásokat is felhasználhat, beleértve a bioüzemanyagokat és a megújuló energiát, sőt a települési hulladékot is.
Egy virtuális erőmű számos különböző helyi áramforrást (víz-, szél-, fotovoltaikus erőművek, kombinált ciklusú turbinák, motoros generátorok stb.) és energiatárolót (víztartályok, akkumulátorok) köt össze egy adott területen, amelyeket egy távirányítóval vezérelnek. kiterjedt informatikai hálózat.rendszer.
A virtuális erőművek létrehozásában fontos szerepet kell betölteniük az energiatároló eszközöknek, amelyek lehetővé teszik a villamosenergia-termelés hozzáigazítását a fogyasztói igények napi változásaihoz. Az ilyen tartályok általában akkumulátorok vagy szuperkondenzátorok; a szivattyús tárolóállomások hasonló szerepet játszhatnak.
Az energetikailag kiegyensúlyozott, virtuális erőművet alkotó terület modern kapcsolókkal leválasztható az elektromos hálózatról. Egy ilyen kapcsoló védi, mérési munkát végez és szinkronizálja a rendszert a hálózattal.
A világ egyre okosabb
W intelligens hálózatok jelenleg a világ összes legnagyobb energiavállalata fekteti be. Európában például az EDF (Franciaország), az RWE (Németország), az Iberdrola (Spanyolország) és a British Gas (Egyesült Királyság).
6. Az intelligens hálózat egyesíti a hagyományos és a megújuló energiaforrásokat
Ennek a rendszertípusnak fontos eleme a távközlési elosztó hálózat, amely megbízható kétirányú IP átvitelt biztosít a központi alkalmazási rendszerek és a közvetlenül a villamosenergia-rendszer végén, a végfogyasztóknál elhelyezett intelligens árammérők között.
Jelenleg a világ legnagyobb távközlési hálózatai az igényeknek Smart Grid országaik legnagyobb energiaszolgáltatóitól - mint például a LightSquared (USA) vagy az EnergyAustralia (Ausztrália) - Wimax vezeték nélküli technológiával állítják elő.
Emellett az Energa Operator SA intelligens hálózatának szerves részét képező AMI (Advanced Metering Infrastructure) rendszer első és egyik legnagyobb tervezett megvalósítása Lengyelországban a Wimax rendszer használatát foglalja magában az adatátvitelre.
A Wimax megoldás fontos előnye az energiaszektorban adatátvitelre használt más technológiákkal, például a PLC-vel szemben, hogy vészhelyzet esetén nem kell teljes vezetékszakaszokat kikapcsolni.
7. Energiapiramis Európában
A kínai kormány nagy, hosszú távú tervet dolgozott ki a vízrendszerekbe való beruházásra, a vidéki területeken az átviteli hálózatok és infrastruktúra korszerűsítésére és bővítésére, valamint intelligens hálózatok. A Kínai Állami Grid Corporation 2030-ra tervezi ezek bevezetését.
A Japán Villamosenergia-ipari Szövetség 2020-ig napenergiával működő intelligens hálózat kifejlesztését tervezi kormányzati támogatással. Jelenleg Németországban zajlik egy állami program az intelligens hálózatok elektronikus energiájának tesztelésére.
Az EU országaiban egy energetikai „szuperhálózatot” hoznak létre, amelyen keresztül elsősorban szélerőművekből származó megújuló energia kerül elosztásra. A hagyományos hálózatokkal ellentétben nem váltakozó, hanem egyenáramra (DC) fog alapozni.
Európai alapokból finanszírozták a projekthez kapcsolódó MEDOW kutatási és képzési programot, amely egyetemeket és az energiaipar képviselőit tömöríti. A MEDOW az angol "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind" elnevezés rövidítése.
A képzési program várhatóan 2017 márciusáig tart. Teremtés megújuló energia hálózatok kontinentális léptékben és a meglévő hálózatokhoz való hatékony kapcsolódásnak (6) van értelme a megújuló energia sajátosságai miatt, amelyet időszakos kapacitástöbblettel vagy kapacitáshiánnyal jellemeznek.
A Hel-félszigeten működő Smart Peninsula program jól ismert a lengyel energiaiparban. Az Energa itt vezette be az ország első próba-távleolvasó rendszereit, és itt rendelkezik a projekthez megfelelő műszaki infrastruktúrával, amelyet tovább korszerűsítenek.
Ezt a helyet nem véletlenül választották. Ezt a területet az energiafogyasztás nagy ingadozása jellemzi (nyáron magas fogyasztás, télen sokkal kevesebb), ami további kihívást jelent az energetikai mérnökök számára.
A megvalósított rendszert nemcsak a nagy megbízhatóság, hanem az ügyfélszolgálat rugalmassága is jellemezze, lehetővé téve számukra az energiafogyasztás optimalizálását, a villamosenergia-tarifák megváltoztatását és a feltörekvő alternatív energiaforrások (fotovoltaikus panelek, kis szélturbinák stb.) használatát.
A közelmúltban olyan információk is megjelentek, hogy a Polskie Sieci Energetyczne nagy teljesítményű, legalább 2 MW kapacitású akkumulátorokban kívánja tárolni az energiát. Az üzemeltető olyan energiatároló létesítmények építését tervezi Lengyelországban, amelyek támogatják az elektromos hálózatot az ellátás folyamatosságának biztosításával, amikor a megújuló energiaforrások (RES) leállnak a szél hiánya miatt vagy sötétedés után. A raktárból származó áram ezután a hálózatba kerül.
A megoldás tesztelése két éven belül megkezdődhet. Nem hivatalos információk szerint a Hitachi japánjai a PSE-t kínálják az erős akkumulátortartók tesztelésére. Egy ilyen lítium-ion akkumulátor 1 MW teljesítmény leadására képes.
A raktárak a jövőben csökkenthetik a hagyományos erőművek bővítésének szükségességét is. A szélerőművek, amelyekre jellemző a (meteorológiai viszonyok függvényében) nagymértékben változó teljesítmény, a hagyományos energiát erőtartalék fenntartására kényszerítik, így a szélmalmok bármikor lecserélhetők vagy kiegészíthetők csökkentett teljesítménnyel.
Az üzemeltetők Európa-szerte fektetnek be az energiatárolásba. Nemrég a britek indították el kontinensünk legnagyobb ilyen típusú installációját. A London melletti Leighton Buzzardban található létesítmény akár 10 MWh energia tárolására és 6 MW teljesítmény leadására képes.
Mögötte az S&C Electric, a Samsung, valamint a UK Power Networks és a Younicos. Utóbbi cég 2014 szeptemberében építette meg Európa első kereskedelmi célú energiatárolóját. A németországi Schwerinben indították el, kapacitása 5 MW.
A „Smart Grid Projects Outlook 2014” dokumentum 459 olyan 2002 óta megvalósult projektet tartalmaz, amelyekben az új technológiák, IKT (teleinformációs) képességek alkalmazása hozzájárult egy „smart grid” létrehozásához.
Megjegyzendő, hogy olyan projekteket vettek figyelembe, amelyekben legalább egy EU-tagállam részt vett (partner volt) (7). Ezzel 47-re nőtt a jelentésben szereplő országok száma.
Eddig 3,15 milliárd eurót különítettek el ezekre a projektekre, igaz, 48 százalékuk még nem fejeződött be. A K+F projektek jelenleg 830 millió eurót fogyasztanak, míg a tesztelés és megvalósítás 2,32 milliárd euróba kerül.
Közülük egy főre vetítve Dánia fektet be a legtöbbet. Ezzel szemben Franciaország és az Egyesült Királyság hajtja végre a legmagasabb költségvetésű projekteket, projektenként átlagosan 5 millió eurót.
Ezekkel az országokkal összehasonlítva a kelet-európai országok sokkal rosszabbul jártak. A jelentés szerint mindezen projektek teljes költségvetésének mindössze 1 százalékát termelik ki. A megvalósult projektek számát tekintve az első öt helyezett: Németország, Dánia, Olaszország, Spanyolország és Franciaország. Lengyelország a 18. helyet szerezte meg a rangsorban.
Svájc megelőzött minket, őt követte Írország. A smart grid szlogenje alatt a világ számos pontján ambiciózus, már-már forradalmi megoldásokat valósítanak meg. a villamosenergia-rendszer korszerűsítését tervezi.
Az egyik legjobb példa erre az Ontario Smart Infrastructure Project (2030), amely az elmúlt években készült, és becsült időtartama akár 8 év is lehet.
8. Tervezze meg a Smart Grid kiépítését a kanadai Ontario tartományban.
Energiavírusok?
Ha azonban energiahálózat Olyanná válnak, mint az Internet, akkor figyelembe kell vennie, hogy ugyanazokkal a fenyegetésekkel nézhet szembe, mint a modern számítógépes hálózatokban.
9. Az energiahálózatokban való munkára tervezett robotok
Az F-Secure laboratóriumai a közelmúltban egy új, összetett fenyegetésre figyelmeztettek az ipari szolgáltatási rendszereket, köztük az elektromos hálózatokat is. Ezt Havexnek hívják, és egy rendkívül fejlett új technikát használ a számítógépek megfertőzésére.
A Havexnek két fő összetevője van. Az első a trójai szoftver, amely a támadott rendszer távoli vezérlésére szolgál. A második elem a PHP szerver.
A trójai falót a támadók az APCS/SCADA szoftverhez csatolták, amely a technológiai és gyártási folyamatok előrehaladásának figyeléséért felelős. Az áldozatok az ilyen programokat speciális oldalakról töltik le, és nincsenek tudatában a fenyegetésnek.
A Havex áldozatai elsősorban az ipari megoldásokkal foglalkozó európai intézmények és cégek voltak. A Havex kód egy része azt sugallja, hogy készítői amellett, hogy adatokat akarnak lopni a gyártási folyamatokról, befolyásolhatják lefolyásukat is.
10. Okos hálózatok területei
A kártevő szerzőit különösen az energiahálózatok érdekelték. Esetleg jövőbeli elem intelligens energiarendszer a robotok is.
A közelmúltban a Michigani Technológiai Egyetem kutatói kifejlesztettek egy robotmodellt (9), amely energiát juttat el olyan helyekre, ahol áramkimaradások, például természeti katasztrófák okozták.
Az ilyen típusú gépek visszaállíthatják például a távközlési infrastruktúra (tornyok és bázisállomások) áramellátását a mentési műveletek hatékonyabb végrehajtása érdekében. A robotok önállóak, ők maguk választják ki a céljukhoz vezető legjobb utat.
A fedélzeten akkumulátorok vagy napelemek lehetnek. Etetni tudják egymást. Jelentés és funkciók intelligens hálózatok messze túlmutat az energián (10).
Az így kialakított infrastruktúrával a jövő új mobil okosélete hozható létre, a legmodernebb technológiákra építve. Egyelőre csak elképzelni tudjuk ennek a megoldástípusnak az előnyeit (de a hátrányait is).
