З кінця 19 століття системи розподілу електроенергії (часто звані електромережами) були основним джерелом електроенергії у світі.Коли ці мережі створені, вони працюють досить просто – виробляють електроенергію та надсилають її в домівки, будівлі та будь-де, де є потреба в електроенергії.
Але оскільки попит на електроенергію зростає, потрібна більш ефективна мережа.Сучасні «розумні» системи розподілу електроенергії, які зараз використовуються в усьому світі, покладаються на найсучасніші технології для оптимізації ефективності.У цій статті розглядається визначення розумної електромережі та основні технології, які роблять її розумною.
Розумна мережа — це інфраструктура розподілу електроенергії, яка забезпечує двосторонній зв’язок між постачальниками комунальних послуг і клієнтами.Цифрові технології, які забезпечують технології розумних мереж, включають датчики потужності/струму, пристрої керування, центри обробки даних та інтелектуальні лічильники.
Деякі розумні мережі розумніші за інші.Багато країн зосередили багато зусиль на перетворенні застарілих розподільних мереж на розумні мережі, але трансформація є складною і займе роки або навіть десятиліття.
Приклади технологій розумних мереж і компонентів розумних мереж
Розумні лічильники – розумні лічильники є першим кроком у побудові розумної мережі.Інтелектуальні лічильники надають клієнтам і виробникам комунальних послуг дані про споживання енергії в місці використання.Вони надають інформацію про споживання енергії та витрати, щоб сповістити користувачів про необхідність скоротити витрати енергії та допомогти постачальникам оптимізувати розподіл навантаження в мережі.Інтелектуальні лічильники зазвичай складаються з трьох основних підсистем: системи живлення для вимірювання споживання електроенергії, мікроконтролера для керування технологією всередині інтелектуального лічильника та системи зв’язку для надсилання та отримання даних споживання енергії/команд.Крім того, деякі інтелектуальні лічильники можуть мати резервне живлення (коли основна розподільна лінія не працює) і модулі GSM для точного визначення місця розташування лічильника з метою безпеки.
За останнє десятиліття світові інвестиції в інтелектуальні лічильники подвоїлися.У 2014 році глобальні щорічні інвестиції в розумні лічильники становили 11 мільйонів доларів.За даними Statista, глобальні інвестиції в розумні лічильники досягнуть 21 мільйона доларів США до 2019 року, враховуючи підвищення ефективності системи від впровадження інтелектуальних лічильників.
Розумні перемикачі керування навантаженням і розподільчі щити – хоча інтелектуальні лічильники можуть надавати дані в реальному часі постачальникам комунальних послуг, вони не контролюють автоматично розподіл енергії.Щоб оптимізувати розподіл електроенергії в періоди пікового споживання або в певних областях, електричні підприємства використовують пристрої керування живленням, такі як інтелектуальні перемикачі керування навантаженням і розподільні щити.Ця технологія економить значну кількість енергії за рахунок зменшення непотрібного розподілу або автоматичного керування навантаженнями, які перевищили допустимі межі часу використання.Щоб оптимізувати розподіл електроенергії в періоди пікового споживання або в певних областях, електричні підприємства використовують пристрої керування живленням, такі як інтелектуальні перемикачі керування навантаженням і розподільні щити.Ця технологія економить значну кількість енергії за рахунок зменшення непотрібного розподілу або автоматичного керування навантаженнями, які перевищили допустимі межі часу використання.
Наприклад, місто Водсворт, штат Огайо, використовує систему розподілу електроенергії, побудовану в 1916 році. Місто Водсворт співпрацює з Itron, виробникомРозумні перемикачі керування навантаженням(SLCS), щоб зменшити споживання електроенергії системою на 5300 мегават-годин шляхом встановлення SLCS у будинках для циклічного вмикання компресорів кондиціонерів у періоди пікового споживання електроенергії.Автоматизація енергетичної системи – автоматизація енергетичної системи забезпечується технологією розумних мереж із використанням найсучаснішої ІТ-інфраструктури для контролю кожної ланки розподільного ланцюга.Наприклад, в автоматизованих системах живлення використовуються інтелектуальні системи збору даних (подібні до інтелектуальних лічильників), системи керування живленням (такі як розумні перемикачі керування навантаженням), аналітичні інструменти, обчислювальні системи та алгоритми енергосистем.Комбінація цих ключових компонентів дозволяє сітці (або кільком сіткам) автоматично налаштовуватися та оптимізувати себе з обмеженою необхідністю людської взаємодії.
Впровадження Smart Grid
Коли цифровий двосторонній зв’язок і технології автоматизації впроваджуються в інтелектуальну мережу, низка змін інфраструктури максимізує ефективність мережі.Впровадження Smart Grid дозволило наступні зміни в інфраструктурі:
1.Децентралізоване виробництво енергії
Оскільки інтелектуальна мережа може постійно контролювати та контролювати розподіл енергії, більше немає потреби в одній великій електростанції для виробництва електроенергії.Натомість електроенергію можна виробляти на багатьох децентралізованих електростанціях, таких як вітряні турбіни, сонячні електростанції, житлові фотоелектричні сонячні батареї, малі гідроелектростанції тощо.
2.Фрагментований ринок
Інфраструктура Smart Grid також підтримує з’єднання кількох мереж як засіб розумного розподілу енергії між традиційними централізованими системами.Наприклад, у минулому муніципалітети мали окремі виробничі потужності, які не були пов’язані з сусідніми муніципалітетами.Завдяки впровадженню інфраструктури інтелектуальної електромережі муніципалітети можуть внести свій внесок у спільний план виробництва, щоб усунути виробничу залежність у разі відключення електроенергії.
3.Дрібномасштабна передача
Однією з найбільших витрат енергії в мережі є розподіл енергії на великі відстані.Враховуючи те, що інтелектуальні мережі децентралізують виробництво та ринки, чиста дистанція розповсюдження в межах інтелектуальної мережі значно зменшується, таким чином зменшуючи відходи розподілу.Уявіть собі, наприклад, невелику громадську сонячну електростанцію, яка забезпечує 100% денної потреби громади в електроенергії, розташовану лише за 1 км.Без місцевої сонячної електростанції громаді може знадобитися отримувати електроенергію від більшої електростанції за 100 кілометрів.Втрати енергії, які спостерігаються під час передачі від віддалених електростанцій, можуть бути в сто разів більшими, ніж втрати при передачі, що спостерігаються від місцевих сонячних електростанцій.
4.Двосторонній розподіл
У випадку місцевих сонячних електростанцій може виникнути ситуація, коли сонячна електростанція може генерувати більше енергії, ніж споживає громада, таким чином створюючи надлишок енергії.Цей надлишок енергії потім може бути розподілений в розумну мережу, допомагаючи зменшити попит від віддалених електростанцій.
У цьому випадку енергія тече від сонячної електростанції до основної електромережі вдень, але коли сонячна електростанція неактивна, енергія тече від основної електромережі до цієї громади.Цей двонаправлений потік енергії можна контролювати та оптимізувати за допомогою алгоритмів розподілу електроенергії, щоб гарантувати, що найменша кількість енергії витрачається даремно під час використання.
В інфраструктурі розумної мережі з двонаправленим розподілом і децентралізованими межами мережі користувачі можуть діяти як мікрогенератори.Наприклад, окремі будинки можуть бути обладнані автономними фотоелектричними сонячними системами, які виробляють електроенергію під час використання.Якщо житлова фотоелектрична система генерує надлишок енергії, цю енергію можна доставити до більшої мережі, що ще більше зменшить потребу у великих централізованих електростанціях.
Важливість Smart Grid
На макроекономічному рівні інтелектуальні мережі мають вирішальне значення для зменшення споживання електроенергії.Багато місцевих постачальників комунальних послуг та уряди пропонують щедрі та агресивні заходи для участі у впровадженні інтелектуальних мереж, оскільки це фінансово та екологічно вигідно.Використовуючи інтелектуальну мережу, виробництво енергії може бути децентралізоване, таким чином усуваючи ризик знеструмлення, знижуючи витрати на експлуатацію енергосистеми та усуваючи непотрібні витрати енергії.
Час публікації: 15 березня 2023 р