Розумні електромережі або що таке Smart Grid

Smart Grid

Сьогодні способи передачі електроенергії базуються на принципах «одностороннього» зв'язку, розроблених багато десятиліть тому: електростанція направляє електрику до виробничих і офісних споруд, житлових будинків і т.д. Більшість не замислюється про те, що настане день, коли мережа перестане бути централізованою, і повинна буде підтримувати передачу енергії від сонячних батарей, розміщених на дахах будівель, і енергії, що виробляється безліччю вітрогенераторів. Тому її інфраструктура і керування повинні ставати все більш «розумними», щоб забезпечити розподіл енергії, отриманої з різних джерел. Мережі повинні вміти керувати передачею енергії та її споживанням, причому, робити це в режимі реального часу, з максимальною ефективністю та на основі використання нових вимірювальних технологій.

Що ж стосується споживачів електроенергії, то житлові і комерційні будівлі часто і багато витрачають її даремно, а організації, які займаються експлуатацією таких будинків, не знають, скільки електрики споживається в кожний момент часу. Адже існуючі мережі не оснащені системою зворотного зв'язку та цифровими контролерами, які б змогли допомогти з розподілом енергії і дозволити заощадити її.

«Інтелектуальні мережі», більш відомі під оригінальною назвою Smart Grid, вирішують всі ці проблеми. Вони оснащені промисловими контролерами і тому, крім свого основного призначення, можуть забезпечувати також передачу даних і доступ в Інтернет, використовувати джерела відновлюваної енергії і скорочувати споживання останньої. Споживачі в такій мережі можуть отримувати докладну інформацію про те, на які цілі і скільки електроенергії вони витрачають. Але про все по порядку.

Що таке Smart Grid?

Де закінчується звичайна мережа і починається інтелектуальна? Однозначну відповідь на це питання навряд чи зможе дати навіть дуже підкований фахівець. У Smart Grid немає єдиного усталеного визначення і більшість спеціалістів тлумачать його по-своєму, переслідуючи кожен свою мету. Скласти визначення для інтелектуальних мереж можна з двох складових: мети створення інтелектуальних мереж та технологій, які розуміються під інтелектуальними мережами.

Мета створення Smart Grid. Створення концепції Smart Grid за кордоном переслідувало такі ключові завдання:

  • Підвищення надійності електропостачання та безвідмовності роботи системи (слід сказати, що початок розвитку концепції Smart Grid в США поклав ряд великих системних аварій на території країни);
  • Підвищення енергетичної ефективності;
  • Збереження навколишнього середовища.

Технологічна база Smart Grid. Виходячи із зазначених цілей, а також маючи на увазі огляди і аналізи розвитку концепції у світі, можна виділити наступні ключові сегменти, на яких значною мірою позначиться розвиток технологій Smart Grid:

  • Облік енергоресурсів;
  • Автоматизація розподільних мереж;
  • Управління та моніторинг стану електротехнічного обладнання;
  • Автоматизація магістральних електричних мереж та вузлових підстанцій і регулювання перетоків;
  • Електричні мережі й установки споживачів;
  • Нетрадиційні і поновлювані джерела енергії.

Для зазначених сегментів можна виділити наступні технології, які розуміються сьогодні під терміном Smart Grid для різних сегментів:

  • Системи автоматизованого обліку та інформаційні системи споживачів;
  • Інфраструктура систем зв'язку для енергооб'єктів;
  • Системи моніторингу стану і управління електротехнічним устаткуванням;
  • Системи автоматизації для підвищення надійності і безвідмовності електропостачання;
  • Системи, що забезпечують інтеграцію джерел електроенергії малої потужності і накопичувачів;
  • Системи управління даними;
  • Системи управління оперативними виїзними бригадами.

Об'єднані в єдину платформу, ці технології дозволяють по-новому підходити до побудови електричних мереж, переходячи від жорсткої структури «генерація - мережі - споживач» до більш гнучкої, в якій кожен вузол мережі може бути активним елементом. При цьому інтелектуальна мережа в автоматичному режимі проводить переконфігурацію при зміні умов.

Напрямки концепції Smart Grid

Генерація електроенергії

Проблеми зміни клімату на Землі і прогнозований дефіцит органічних видів палива стимулює розвиток альтернативних джерел електроенергії, в першу чергу таких, як вітрогенератори, сонячні фотоелектричні системи, генератори які працюють на біопаливі, приливні і хвильові генератори, генератори, що використовують тепло надр планети і т.д. Новий розвиток отримають і гідроакумулюючі станції, які дозволяють більш ефективно використовувати вже вироблену електроенергію. Очікується, що в майбутньому кількість таких джерел буде неухильно зростати і підключатися до загальної електричної мережі вони будуть у різних її точках. Тобто генеруючі потужності в майбутній системі електропостачання будуть більш розподіленими, ніж концентрованими, як зараз. Характерною особливістю таких джерел є їх відносно невелика потужність і нестабільність параметрів потужності генерування. Очевидно, що для стабілізації параметрів таких джерел і їх автоматичної синхронізації з мережею необхідний досить «інтелектуальний» керуючий пристрій. Розробка принципово нових і підвищення техніко-економічної ефективності вже існуючих систем генерації електроенергії, пристроїв автоматичного керування ними, систем зв'язку, що забезпечують інформаційний обмін таких джерел з іншими елементами енергосистеми є одним з напрямків концепції Smart Grid.

Передача і розподіл електроенергії

Іншим напрямком концепції Smart Grid є, знову ж таки, вдосконалення існуючих та створення нових, але вже систем не генерації, а передачі та розподілення електроенергії. Основною проблемою цих систем з точки зору екології (та й енергетики також) є втрати електроенергії. Чим вони більші, тим більше природних ресурсів витрачається дарма, не приносячи користі людству та наносячи шкоду навколишньому середовищу. До того ж, величина втрат прямо пов’язана з тарифами на електроенергію. Уникнути втрат повністю неможливо, їх можна лише зменшити. Заходи по зменшенню втрат передбачають впровадження нових технічних рішень в систему передачі та розподілу електроенергії. Найбільш ефективні з них входять до концепції Smart Grid.

Споживання електроенергії

Технологія Smart Grid працює через систему спеціальних «розумних» лічильників, встановлених на підприємствах і в житлових приміщеннях. Вони інформують про рівень споживання енергії, що дозволяє коригувати використання електрообладнання в часі і розподіляти електрику в залежності від потреб. Простий приклад: є сенс запускати пральну машину вночі, коли енергоспоживання в місті спадає і тарифи знижуються. Втім, переконати користувачів перейти до оптимального споживання енергії, що може увійти в конфлікт з їх комфортом, буде непросто. Значить, треба навчити пральну машину включатися вночі автоматично. Тому, на додаток до всього, створюються автоматичні системи контролю, які зможуть оптимізувати домашнє споживання.

Тенденції розвитку Smart Grid в країнах світу

Експерти, які досліджують ринок електроенергетики, прогнозують, що до 2030 року потреба в електроенергії подвоїться. Але уряди країн, що входять до Європейського Союзу, планують до 2017 року знизити споживання електроенергії на 9% за рахунок підвищення енергоефективності (цього можна буде досягти за допомогою повсюдного впровадження технології Smart Grid). Таким чином, використання «розумної» мережі дозволить скоротити витрати енергоресурсів.

Сьогодні з'явилась унікальна можливість трансформувати всю застарілу систему електропостачання в світі. Перетворивши аналогові мережі електропередач у високоточні інтелектуальні комунікаційні Smart Grid, енергетичні компанії зможуть керувати всією мережею енергопостачання як єдиною системою, споживачі - точно регулювати власні витрати енергії, а влада - створювати інтелектуальну енергетичну інфраструктуру. Такого роду вдосконалення енергетичних мереж просуваються урядами різних країн як спосіб вирішення проблем енергетичної безпеки, глобального потепління, надійності енергосистеми.

В 2010 році за даними Zpryme Research & Consulting, серед країн, які вклали кошти в розвиток технології Smart Grid, лідирує Китай з розмірами інвестицій $7,32 млрд. Трохи відстають США, які вклали в «розумні» мережі $7,09 млрд. І з великим відривом за двома наддержавами слідують Японія з $849 млн. і Південна Корея з $824 млн. Замикає цю п’ятірку Іспанія з $807 млн., вкладеними в майбутнє енергетики. На рисунку показаний повний Топ-10 країн за розмірами інвестицій у технології Smart Grid.

X

Вхід

Завантажую...