Snjall orkunet

Áætlað er að orkuþörf heimsins aukist um 2,2 prósent á ári. Þetta þýðir að núverandi orkunotkun á heimsvísu, yfir 20 petawattstundir, mun aukast í 2030 petawattstundir árið 33. Jafnframt er lögð áhersla á að nýta orku á skilvirkari hátt en nokkru sinni fyrr.

1. Auto í snjallneti

Aðrar spár spá því að samgöngur muni eyða meira en 2050% af raforkuþörfinni árið 10, að mestu vegna vaxandi vinsælda raf- og tvinnbíla.

Ef rafhlaða rafbílahleðslu er ekki stjórnað sem skyldi eða virkar alls ekki af sjálfu sér er hætta á hámarkshleðslu vegna of margar rafhlöður eru hlaðnar á sama tíma. Þörfin fyrir lausnir sem gera kleift að hlaða ökutæki á besta tíma (1).

Klassísk raforkukerfi XNUMX. aldar, þar sem raforka var aðallega framleidd í miðvirkjunum og afhent neytendum um háspennuflutningslínur og milli- og lágspennudreifikerfi, henta illa kröfum nýrra tíma.

Á undanförnum árum má einnig sjá öra þróun dreifkerfa, lítilla orkuframleiðenda sem geta deilt afgangi sínum með markaðnum. Þeir eiga verulegan hlut í dreifðum kerfum. endurnýjanlegra orkugjafa.

Orðalisti yfir snjallnet

AMI - stutt fyrir Advanced Metering Infrastructure. Merkir innviði tækja og hugbúnaðar sem hafa samskipti við rafmagnsmæla, safna orkugögnum og greina þessi gögn.

dreifðri kynslóð - orkuframleiðsla með litlum framleiðslustöðvum eða aðstöðu sem er tengd beint við dreifikerfi eða staðsett í raforkukerfi viðtakanda (á bak við stjórn- og mælibúnað), sem venjulega framleiðir raforku úr endurnýjanlegum eða óhefðbundnum orkugjöfum, oft ásamt varmaframleiðslu (dreifðri samvinnslu ). . Dreifð framleiðslunet geta til dæmis verið neytendur, orkusamvinnufélög eða raforkuver sveitarfélaga.

snjallmælir – fjarstýrður raforkumælir sem hefur það hlutverk að senda sjálfvirkt orkumælagögn til birgja og býður þannig upp á fleiri tækifæri til meðvitaðrar raforkunotkunar.

Ör aflgjafi – lítil raforkuver, venjulega notuð til eigin neyslu. Öruppspretta getur verið lítil innlend sólar-, vatnsafls- eða vindorkuver, örhverflar sem ganga fyrir jarðgasi eða lífgasi, einingar með vélum sem ganga fyrir jarðgasi eða lífgasi.

Prosumer – meðvitaður orkuneytandi sem framleiðir orku fyrir eigin þarfir, td í örverum, og selur ónotaðan afgang til dreifikerfisins.

Kvikt gengi – gjaldskrá að teknu tilliti til daglegra breytinga á orkuverði.

Athuganlegt rúm-tíma

Til að leysa þessi vandamál (2) þarf net með sveigjanlegum "hugsandi" innviðum sem mun beina orku nákvæmlega þangað sem hennar er þörf. Slík ákvörðun snjallt orkunet – snjallt raforkukerfi.

2. Áskoranir sem orkumarkaðurinn stendur frammi fyrir

Almennt séð er snjallnet raforkukerfi sem samþættir á skynsamlegan hátt starfsemi allra þátttakenda í ferlum framleiðslu, flutnings, dreifingar og notkunar til að útvega raforku á hagkvæman, sjálfbæran og öruggan hátt (3).

Meginforsenda þess er tengsl allra þátttakenda á orkumarkaði. Netið tengir saman virkjanir, stórir og smáir, og orkuneytendur í einu skipulagi. Það getur verið til og virkað þökk sé tveimur þáttum: sjálfvirkni byggð á háþróaðri skynjara og upplýsingatæknikerfi.

Einfaldlega sagt: snjallnetið „veit“ hvar og hvenær mesta orkuþörfin og mesta framboðið myndast og getur beint umframorku þangað sem hennar er mest þörf. Fyrir vikið getur slíkt net bætt skilvirkni, áreiðanleika og öryggi orkubirgðakeðjunnar.

3. Snjallnet - grunnkerfi

4. Þrjú svið snjallneta, markmið og ávinningur sem stafar af þeim

Snjallnet leyfa þér að taka álestur á rafmagnsmælum í fjarnámi, fylgjast með stöðu móttöku og nets, svo og sniði orkumóttöku, bera kennsl á ólöglega orkunotkun, truflanir á mælum og orkutap, fjartengja/tengja viðtakanda, skipta um gjaldskrá, geyma og frumvarp um lesgildi og aðra starfsemi (4).

Erfitt er að ákvarða nákvæmlega eftirspurn eftir rafmagni, þannig að venjulega þarf kerfið að nota svokallaðan heita varaforða. Notkun dreifðrar vinnslu (sjá orðalistann fyrir snjallnet) ásamt snjallneti getur dregið verulega úr þörfinni á að halda stórum forða í fullum rekstri.

Stólpi snjallnet þar er umfangsmikið mælikerfi, skynsamlegt bókhald (5). Það felur í sér fjarskiptakerfi sem senda mæligögn til ákvörðunarstaða, svo og greindar upplýsingar, spár og reiknirit til ákvarðanatöku.

Fyrstu tilraunauppsetningar „snjallra“ mælikerfa eru þegar í smíðum, sem ná yfir einstakar borgir eða sveitarfélög. Þökk sé þeim geturðu meðal annars tekið upp tímakaup fyrir einstaka viðskiptavini. Það þýðir að á ákveðnum tímum sólarhringsins verður raforkuverð fyrir slíkan einstakan neytanda lægra og því er þess virði að kveikja á til dæmis þvottavél.

Samkvæmt sumum vísindamönnum, eins og hópi vísindamanna frá þýsku Max Planck stofnuninni í Göttingen undir forystu Mark Timm, gætu milljónir snjallmæla í framtíðinni skapað algjörlega sjálfstæðan sjálfstýrandi net, dreifð eins og internetið og öruggt vegna þess að það er ónæmt fyrir árásum sem miðstýrð kerfi verða fyrir.

Styrkur frá fjölbreytni

Endurnýjanlegir raforkugjafar Vegna lítillar einingagetu (RES) eru dreifðar uppsprettur. Síðarnefndu innihalda uppsprettur með einingagetu undir 50-100 MW, settar upp í nálægð við endanlega orkuneytendur.

Hins vegar, í reynd, eru mörkin fyrir uppsprettu sem talin er dreift uppspretta mjög mismunandi eftir löndum, til dæmis eru þau í Svíþjóð 1,5 MW, á Nýja Sjálandi 5 MW, í Bandaríkjunum 5 MW, í Bretlandi 100 MW. .

Með nægilega miklum fjölda uppsprettna dreifðum yfir lítið svæði raforkukerfisins og þökk sé tækifærunum sem þeir veita snjallnet, það verður mögulegt og arðbært að sameina þessar heimildir í eitt kerfi sem stjórnað er af rekstraraðilanum og búa til "sýndarvirkjun".

Markmið þess er að safna dreifðri framleiðslu í eitt röklega tengt kerfi og auka tæknilega og efnahagslega hagkvæmni raforkuframleiðslunnar. Dreifð framleiðsla sem staðsett er í nálægð við orkuneytendur getur einnig notað staðbundnar eldsneytisauðlindir, þar með talið lífeldsneyti og endurnýjanlega orku, og jafnvel bæjarúrgang.

Sýndarorkuver tengir saman marga mismunandi staðbundna aflgjafa á ákveðnu svæði (vatns-, vind-, ljósavirkjanir, raforkuver, vélknúnar rafala osfrv.) og orkugeymslu (vatnstanka, rafhlöður) sem eru fjarstýrðar af umfangsmikið upplýsingatæknikerfi.

Mikilvægt hlutverk í sköpun sýndarorkuvera ætti að gegna með orkugeymslubúnaði, sem gerir kleift að laga raforkuframleiðslu að daglegum breytingum á eftirspurn neytenda. Venjulega eru slík geymir rafhlöður eða ofurþéttar; dælugeymslustöðvar geta gegnt svipuðu hlutverki.

Hægt er að aðskilja orkulega jafnvægið svæði, sem myndar sýndarorkuver, frá raforkukerfinu með því að nota nútíma rofa. Slíkur rofi verndar, framkvæmir mælingarvinnu og samstillir kerfið við netið.

Heimurinn er að verða snjallari

W snjallnet nú fjárfest af öllum stærstu orkufyrirtækjum heims. Í Evrópu, til dæmis, EDF (Frakkland), RWE (Þýskaland), Iberdrola (Spáni) og British Gas (Bretlandi).

6. Snjallnet sameinar hefðbundnar og endurnýjanlegar uppsprettur

Mikilvægur þáttur í þessari tegund kerfis er dreifikerfi fjarskipta, sem veitir áreiðanlega tvíhliða IP-sendingu milli miðlægra umsóknarkerfa og snjallra raforkumæla sem staðsettir eru beint við enda raforkukerfisins, hjá endanotendum.

Á þessari stundu, heimsins stærsta fjarskiptanet fyrir þarfir Smart Grid frá stærstu orkufyrirtækjum í löndum þeirra - eins og LightSquared (Bandaríkin) eða EnergyAustralia (Ástralía) - eru framleidd með Wimax þráðlausri tækni.

Auk þess felur fyrsta og ein stærsta fyrirhugaða innleiðingin á AMI (Advanced Metering Infrastructure) kerfinu í Póllandi, sem er óaðskiljanlegur hluti af snjallneti Energa Operator SA, í notkun Wimax kerfisins til gagnaflutninga.

Mikilvægur kostur Wimax lausnarinnar í tengslum við aðra tækni sem notuð er í orkugeiranum til gagnaflutninga, eins og PLC, er að ekki er þörf á að slökkva á heilum hluta raflína í neyðartilvikum.

7. Orkupýramídi í Evrópu

Kínversk stjórnvöld hafa þróað stóra langtímaáætlun um að fjárfesta í vatnskerfum, uppfæra og stækka flutningsnet og innviði í dreifbýli og snjallnet. Kínverska ríkisnetfyrirtækið ætlar að kynna þær fyrir árið 2030.

Japanska raforkuiðnaðarsambandið ætlar að þróa sólarknúið snjallnet fyrir árið 2020 með stuðningi stjórnvalda. Eins og er er verið að innleiða ríkisáætlun til að prófa rafeindaorku fyrir snjallnet í Þýskalandi.

Orku „ofurnet“ verður til í ESB löndunum þar sem endurnýjanlegri orku verður dreift, aðallega frá vindorkuverum. Ólíkt hefðbundnum netum mun það ekki byggjast á víxl heldur á jafnstraumi (DC).

Evrópusjóðir styrktu verkefnatengda rannsókna- og þjálfunaráætlunina MEDOW, þar sem háskólar og fulltrúar orkuiðnaðarins koma saman. MEDOW er skammstöfun á enska heitinu "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".

Gert er ráð fyrir að þjálfunaráætlunin standi til mars 2017. Sköpun endurnýjanleg orkunet á meginlandsmælikvarða og skilvirk tenging við núverandi net (6) er skynsamleg vegna sérstakra eiginleika endurnýjanlegrar orku, sem einkennist af reglubundnum offramboði eða skorti á afkastagetu.

Smart Peninsula áætlunin sem starfar á Helskaga er vel þekkt í pólska orkuiðnaðinum. Það er hér sem Energa hefur innleitt fyrstu reynslu fjarlestrarkerfi landsins og hefur viðeigandi tæknilega innviði fyrir verkefnið, sem verður uppfært frekar.

Þessi staður var ekki valinn af tilviljun. Þetta svæði einkennist af miklum sveiflum í orkunotkun (mikil neysla á sumrin, mun minni á veturna), sem skapar viðbótaráskorun fyrir orkuverkfræðinga.

Innleitt kerfi ætti ekki aðeins að einkennast af miklum áreiðanleika, heldur einnig af sveigjanleika í þjónustu við viðskiptavini, sem gerir þeim kleift að hámarka orkunotkun, breyta raforkugjaldskrám og nota nýja aðra orkugjafa (ljósvökvaplötur, litlar vindmyllur osfrv.).

Nýlega hafa einnig komið fram upplýsingar um að Polskie Sieci Energetyczne vilji geyma orku í öflugum rafhlöðum með að minnsta kosti 2 MW afkastagetu. Rekstraraðilinn ætlar að byggja orkugeymsluaðstöðu í Póllandi sem mun styðja við raforkukerfið með því að tryggja samfellu framboðs þegar endurnýjanlegir orkugjafar (RES) hætta að virka vegna skorts á vindi eða eftir myrkur. Rafmagnið frá vörugeymslunni fer síðan á netið.

Prófun á lausninni gæti hafist innan tveggja ára. Samkvæmt óopinberum upplýsingum bjóða Japanir frá Hitachi PSE til að prófa öflug rafhlöðugáma. Ein slík litíumjónarafhlaða er fær um að skila 1 MW af afli.

Vöruhús geta einnig dregið úr þörf á stækkun hefðbundinna virkjana í framtíðinni. Vindorkuver, sem einkennast af miklum breytileika í afköstum (fer eftir veðurskilyrðum), þvinga hefðbundna stóriðju til að viðhalda aflforða þannig að hægt sé að skipta um vindmyllur eða bæta við vindmyllum hvenær sem er með minni afköst.

Rekstraraðilar um alla Evrópu fjárfesta í orkugeymslu. Nýlega hófu Bretar stærstu uppsetningu þessarar tegundar í álfu okkar. Aðstaðan við Leighton Buzzard nálægt London er fær um að geyma allt að 10 MWst af orku og skila 6 MW af afli.

Á bak við hann eru S&C Electric, Samsung, auk UK Power Networks og Younicos. Í september 2014 byggði síðarnefnda fyrirtækið fyrstu orkugeymsluna í atvinnuskyni í Evrópu. Það var hleypt af stokkunum í Schwerin í Þýskalandi og hefur afkastagetu upp á 5 MW.

Skjalið „Smart Grid Projects Outlook 2014“ inniheldur 459 verkefni sem hafa verið hrint í framkvæmd síðan 2002, þar sem notkun nýrrar tækni, UT (fjarupplýsinga) getu stuðlaði að því að skapa „snjallnet“.

Það skal tekið fram að tekið var tillit til verkefna þar sem að minnsta kosti eitt aðildarríki ESB tók þátt (var samstarfsaðili) (7). Þetta færir 47 lönd sem fjallað er um í skýrslunni.

Hingað til hefur 3,15 milljörðum evra verið úthlutað til þessara verkefna, þó að 48 prósentum þeirra sé ekki lokið. Rannsóknar- og þróunarverkefni kosta nú 830 milljónir evra, en prófanir og framkvæmdir kosta 2,32 milljarða evra.

Meðal þeirra, miðað við íbúa, fjárfesta Danir mest. Frakkland og Bretland eru aftur á móti með hæstu kostnaðaráætlun verkefnin, að meðaltali 5 milljónir evra á hvert verkefni.

Í samanburði við þessi lönd stóðu löndin í Austur-Evrópu miklu verr. Samkvæmt skýrslunni mynda þau aðeins 1 prósent af heildarfjárveitingu allra þessara verkefna. Miðað við fjölda framkvæmda verkefna eru fimm efstu: Þýskaland, Danmörk, Ítalía, Spánn og Frakkland. Pólland náði 18. sæti stigalistans.

Sviss var á undan okkur og Írland á eftir. Undir slagorðinu snjallnet er verið að innleiða metnaðarfullar, nánast byltingarkenndar lausnir víða um heim. áform um að nútímavæða raforkukerfið.

Eitt besta dæmið er Ontario Smart Infrastructure Project (2030), sem hefur verið undirbúið undanfarin ár og er gert ráð fyrir að það standi í allt að 8 ár.

8. Áætlun um uppsetningu Smart Grid í kanadíska héraðinu Ontario.

Orkuvírusar?

Hins vegar, ef orkunet orðið eins og internetið verður þú að taka með í reikninginn að það gæti staðið frammi fyrir sömu ógnunum og við stöndum frammi fyrir í nútíma tölvunetum.

9. Vélmenni hönnuð til að vinna í orkunetum

F-Secure Laboratories vöruðu nýlega við nýrri flókinni ógn við þjónustukerfi iðnaðarins, þar með talið raforkukerfi. Það heitir Havex og notar einstaklega háþróaða nýja tækni til að smita tölvur.

Havex hefur tvo meginþætti. Hið fyrra er Trójuhugbúnaður, sem er notaður til að fjarstýra kerfinu sem ráðist er á. Annar þátturinn er PHP netþjónninn.

Trójuhesturinn var festur af árásarmönnum við APCS/SCADA hugbúnaðinn sem ber ábyrgð á að fylgjast með framvindu tækni- og framleiðsluferla. Fórnarlömb hlaða niður slíkum forritum frá sérhæfðum síðum, ókunnugt um ógnina.

Fórnarlömb Havex voru fyrst og fremst evrópskar stofnanir og fyrirtæki sem tóku þátt í iðnaðarlausnum. Hluti af Havex kóðanum bendir til þess að höfundar hans, auk þess að vilja stela gögnum um framleiðsluferla, gætu einnig haft áhrif á gang þeirra.

10. Svæði snjallneta

Höfundar þessa spilliforrits höfðu sérstakan áhuga á orkunetum. Hugsanlega framtíðarþáttur snjallt raforkukerfi vélmenni gera það líka.

Nýlega þróuðu vísindamenn við Michigan Tech University vélmennalíkan (9) sem skilar orku til staða sem verða fyrir áhrifum af rafmagnsleysi, eins og þeim sem orsakast af náttúruhamförum.

Vélar af þessu tagi gætu td komið rafmagni á fjarskiptamannvirki (turna og grunnstöðvar) til að sinna björgunaraðgerðum á skilvirkari hátt. Vélmenni eru sjálfráð, þau velja sjálf bestu leiðina á áfangastað.

Þeir kunna að vera með rafhlöður um borð eða sólarrafhlöður. Þeir geta fóðrað hvort annað. Merking og virkni snjallnet fara langt út fyrir orku (10).

Hægt er að nota innviðina sem skapast á þennan hátt til að búa til nýtt farsíma snjalllíf framtíðarinnar, byggt á nýjustu tækni. Enn sem komið er getum við aðeins ímyndað okkur kosti (en líka galla) þessarar tegundar lausna.