Slimme energienetten

Het groeitempo van de mondiale energievraag wordt geschat op ongeveer 2,2 procent per jaar. Dit betekent dat het huidige mondiale energieverbruik van ruim 20 petawattuur zal toenemen tot 2030 petawattuur in 33. Tegelijkertijd ligt de nadruk op een efficiënter gebruik van energie dan ooit tevoren.

1. Auto in een slim netwerk

Andere prognoses voorspellen dat transport tegen 2050 meer dan 10 procent van de elektriciteitsvraag zal verbruiken, grotendeels als gevolg van de groeiende populariteit van elektrische en hybride voertuigen.

als het opladen van de accu van een elektrische auto niet goed wordt aangestuurd of helemaal niet zelfstandig werkt, bestaat er gevaar voor piekbelasting door het laden van te veel accu’s tegelijk. De behoefte aan oplossingen waarmee voertuigen op het optimale moment kunnen worden opgeladen (1).

De klassieke energiesystemen van de XNUMXe eeuw, waarin elektriciteit voornamelijk werd geproduceerd in centrale energiecentrales en aan consumenten werd geleverd via hoogspanningstransmissielijnen en midden- en laagspanningsdistributienetwerken, kunnen niet goed omgaan met de eisen van het nieuwe tijdperk .

De afgelopen jaren zien we ook de snelle ontwikkeling van gedistribueerde systemen, kleine energieproducenten die hun overschotten met de markt kunnen delen. Ze hebben een aanzienlijk aandeel in gedistribueerde systemen. hernieuwbare energiebronnen.

Smart Grid-verklarende woordenlijst

AMI – afkorting van Advanced Metering Infrastructure. Verwijst naar de infrastructuur van apparaten en software die communicatie met elektriciteitsmeters, het verzamelen van energiegegevens en de analyse van deze gegevens mogelijk maken.

Gedistribueerde generatie – energieproductie door kleine opwekkingsinstallaties of faciliteiten die rechtstreeks zijn aangesloten op distributienetwerken of zich in het energiesysteem van de ontvanger bevinden (achter controle- en meetapparatuur), waarbij gewoonlijk elektriciteit wordt geproduceerd uit hernieuwbare of niet-conventionele energiebronnen, vaak in combinatie met warmteproductie (gedistribueerde warmtekrachtkoppeling ). . Gedistribueerde opwekkingsnetwerken kunnen bijvoorbeeld prosumenten, energiecoöperaties of gemeentelijke energiecentrales omvatten.

Slimme meter – een elektriciteitsmeter op afstand die de functie heeft om meetgegevens van het energieverbruik automatisch door te geven aan de leverancier en zo meer mogelijkheden biedt voor bewust gebruik van elektriciteit.

Micro-energiebron – een elektriciteitsproductie-installatie met laag vermogen, die gewoonlijk voor eigen verbruik wordt gebruikt. Microbronnen kunnen kleine zonne-, waterkracht- of windenergiecentrales in huis zijn, microturbines die op aardgas of biogas draaien, eenheden met aardgas- of biogasmotoren.

Prosument – een bewuste energieverbruiker die energie voor zijn eigen behoeften produceert, bijvoorbeeld in microbronnen, en het ongebruikte overschot verkoopt aan het distributienetwerk.

Dynamische tarieven – tarieven waarbij rekening wordt gehouden met de dagelijkse veranderingen in de energieprijzen.

Waarneembare ruimtetijd

Het oplossen van deze problemen (2) vereist een netwerk met een flexibele, ‘denkende’ infrastructuur die de energie precies daarheen stuurt waar deze nodig is. Deze beslissing slim energienetwerk – slim stroomvoorzieningsnetwerk.

2. Uitdagingen voor de energiemarkt

In grote lijnen is een slim elektriciteitsnet een energiesysteem dat op intelligente wijze de activiteiten van alle deelnemers aan de productie-, transmissie-, distributie- en gebruiksprocessen integreert om elektriciteit op een kosteneffectieve, duurzame en veilige manier te leveren (3).

Het uitgangspunt is de verbinding tussen alle deelnemers aan de energiemarkt. Het netwerk verbindt energiecentrales, groot en klein, en energieverbruikers in één structuur. Het kan bestaan ​​en functioneren dankzij twee elementen: automatisering gebouwd op geavanceerde sensoren en een ICT-systeem.

Simpel gezegd: een slim elektriciteitsnet ‘weet’ waar en wanneer de grootste vraag en aanbod van energie het grootst is, en kan overtollige energie daarheen sturen waar deze het meest nodig is. Hierdoor kan een dergelijk netwerk de efficiëntie, betrouwbaarheid en veiligheid van de energievoorzieningsketen verbeteren.

3. Smart grid - basisschema

4. Drie gebieden van slimme netwerken, doelstellingen en daaruit voortvloeiende voordelen

Slimme netwerken Hiermee kunt u op afstand elektriciteitsmeters uitlezen, de ontvangst- en netwerkstatus bewaken, evenals het energie-ontvangstprofiel, illegaal energieverbruik, interferentie in meters en energieverliezen identificeren, de ontvanger op afstand loskoppelen/verbinden, tarieven wijzigen, archiveren en factureren voor leeswaarden en andere acties (4).

Nauwkeurige bepaling van de stroomvraag is moeilijk, dus het systeem moet doorgaans gebruik maken van een zogenoemde warme reserve. Het gebruik van gedistribueerde opwekking (zie Smart Grid-woordenlijst) in combinatie met het slimme elektriciteitsnet kan de noodzaak om grote reserves volledig gereed te houden aanzienlijk verminderen.

pool slimme netwerken er is een uitgebreid meetsysteem, intelligent metering (5). Het omvat telecommunicatiesystemen die meetgegevens naar besluitvormingspunten verzenden, evenals intelligente informatie-, voorspellings- en besluitvormingsalgoritmen.

De eerste proefinstallaties van ‘intelligente’ meetsystemen worden al gebouwd en bestrijken individuele steden of gemeenten. Dankzij hen kun je onder meer uurtarieven invoeren voor individuele opdrachtgevers. Dit betekent dat op bepaalde tijdstippen van de dag de elektriciteitsprijs voor zo'n enkele consument lager zal zijn, dus het is de moeite waard om bijvoorbeeld een wasmachine aan te zetten.

Volgens sommige wetenschappers, zoals een team van onderzoekers van het Duitse Max Planck Instituut in Göttingen onder leiding van Mark Timm, zouden miljoenen slimme meters in de toekomst een volledig autonoom systeem kunnen creëren. zelfregulerend netwerk, gedecentraliseerd zoals het internet, en veilig omdat het bestand is tegen de aanvallen waaraan gecentraliseerde systemen onderhevig zijn.

Kracht vanuit veelheid

Hernieuwbare elektriciteitsbronnen Vanwege hun lage eenheidsvermogen (RES) zijn het gedistribueerde bronnen. Tot deze laatste behoren bronnen met een eenheidscapaciteit van minder dan 50-100 MW, die in de nabijheid van de eindverbruiker van energie zijn geïnstalleerd.

In de praktijk varieert de limiet van het bronvermogen dat als gedistribueerd wordt beschouwd echter sterk van land tot land; in Zweden bedraagt ​​dit bijvoorbeeld 1,5 MW, in Nieuw-Zeeland 5 MW, in de VS 5 MW en in het Verenigd Koninkrijk 100 MW. .

Met een voldoende groot aantal bronnen verspreid over een klein deel van het energiesysteem en vanwege de mogelijkheden die ze bieden slimme netwerkenwordt het mogelijk en winstgevend om deze bronnen te combineren in één systeem dat wordt beheerd door de exploitant, waardoor een “virtuele energiecentrale” ontstaat.

Het doel is om de gedistribueerde opwekking te concentreren in één, logisch verbonden systeem, waardoor de technische en economische efficiëntie van de elektriciteitsproductie wordt vergroot. Gedistribueerde opwekking, die zich dicht bij de energieverbruikers bevindt, kan ook gebruik maken van lokale brandstofbronnen, waaronder biobrandstoffen en hernieuwbare energie, en zelfs van stedelijk afval.

Een virtuele energiecentrale verbindt veel verschillende lokale elektriciteitsbronnen in een bepaald gebied (waterkrachtcentrales, windenergiecentrales, fotovoltaïsche energiecentrales, gecombineerde cyclusturbines, motoraangedreven generatoren, enz.) en energieopslagapparaten (watertanks, batterijen) , die op afstand worden bestuurd door een uitgebreid IT-netwerk.

Een belangrijke functie bij het creëren van virtuele energiecentrales zou moeten worden gespeeld door apparaten voor energieopslag, waarmee de elektriciteitsopwekking kan worden aangepast aan de dagelijkse veranderingen in de consumentenvraag. Meestal zijn deze reservoirs batterijen of supercondensatoren; Pompopslagstations kunnen ook een soortgelijke rol spelen.

Een energiegebalanceerd gebied, dat een virtuele energiecentrale vormt, kan met behulp van moderne schakelaars van het elektriciteitsnet worden gescheiden. Zo’n switch beschermt, voert meetwerkzaamheden uit en synchroniseert het systeem met het netwerk.

De wereld wordt slimmer

W slimme netwerken Alle grootste energiebedrijven ter wereld investeren momenteel. In Europa bijvoorbeeld EDF (Frankrijk), RWE (Duitsland), Iberdrola (Spanje) en British Gas (VK).

6. Het slimme netwerk verbindt traditionele en hernieuwbare bronnen

Een belangrijk onderdeel van dit soort systemen is het telecommunicatiedistributienetwerk, dat betrouwbare tweerichtings-IP-transmissie biedt tussen centrale applicatiesystemen en slimme elektriciteitsmeters die zich direct aan het einde van het elektriciteitsnet bij de eindklanten bevinden.

Momenteel zijn 's werelds grootste telecommunicatienetwerken voor de behoeften van Smart Grid de grootste energiebedrijven in hun land – zoals LightSquared (VS) of EnergyAustralia (Australië) – worden geproduceerd met behulp van draadloze Wimax-technologie.

Bovendien omvat de eerste en een van de grootste geplande implementaties van het AMI-systeem (Advanced Metering Infrastructure) in Polen, dat een integraal onderdeel is van het slimme netwerk van Energa Operator SA, het gebruik van een Wimax-systeem voor datatransmissie.

Een belangrijk voordeel van de Wimax-oplossing ten opzichte van andere technologieën die in de energiesector worden gebruikt voor datatransmissie, zoals PLC, is dat het niet nodig is om hele delen van elektriciteitsleidingen los te koppelen in geval van een noodsituatie.

7. Energiepiramide in Europa

De Chinese regering heeft een groot langetermijninvesteringsplan ontwikkeld in watersystemen, waarbij transmissienetwerken en infrastructuur in plattelandsgebieden worden geüpgraded en uitgebreid, en slimme netwerken. De China State Grid Corporation is van plan deze tegen 2030 te implementeren.

De Japanse Federatie van Elektriciteitsbedrijven is van plan om tegen 2020, met steun van de overheid, een slim elektriciteitsnet te ontwikkelen dat gebruik maakt van zonne-energie. Momenteel implementeert Duitsland een overheidsprogramma om elektronische energie voor slimme netwerken te testen.

In de EU-landen zal een energie-‘supergrid’ worden gecreëerd, via welke hernieuwbare energie zal worden gedistribueerd, voornamelijk afkomstig van windenergiecentrales. In tegenstelling tot traditionele netwerken zal het niet gebaseerd zijn op wisselstroom, maar op gelijkstroom (DC).

Europese fondsen hebben het bijbehorende onderzoeks- en trainingsprogramma MEDOW gefinancierd, waarin universiteiten en de energie-industrie samenkomen. MEDOW is een afkorting van de Engelse naam “Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind”.

Het trainingsprogramma zal naar verwachting duren tot maart 2017. Creatie hernieuwbare energienetwerken op continentale schaal is een efficiënte aansluiting op bestaande netwerken (6) zinvol vanwege de specifieke kenmerken van hernieuwbare energie, die wordt gekenmerkt door periodieke overschotten of tekorten aan capaciteit.

Het Smart Peninsula-programma dat op het schiereiland Hel actief is, is goed bekend in de Poolse energiesector. Het is hier dat Energa de eerste proefsystemen voor uitlezen op afstand van het land heeft geïmplementeerd en over de juiste technische infrastructuur beschikt voor het project, dat verder zal worden gemoderniseerd.

Deze plek is niet toevallig gekozen. Dit gebied wordt gekenmerkt door grote variaties in het energieverbruik (hoog verbruik in de zomer, veel minder in de winter), wat een extra uitdaging voor energie-ingenieurs met zich meebrengt.

Het geïmplementeerde systeem moet niet alleen worden gekenmerkt door een hoge betrouwbaarheid, maar ook door flexibiliteit bij het bedienen van klanten, waardoor ze het energieverbruik kunnen optimaliseren, de elektriciteitstarieven kunnen wijzigen en opkomende alternatieve energiebronnen kunnen gebruiken (fotovoltaïsche panelen, kleine windturbines, enz.).

Onlangs is ook informatie verschenen dat Polskie Sieci Energetyczne energie wil opslaan in krachtige batterijen met een capaciteit van minimaal 2 MW. De exploitant is van plan in Polen energieopslagfaciliteiten te bouwen die het elektriciteitsnet zullen ondersteunen en de continuïteit van de levering zullen garanderen wanneer hernieuwbare energiebronnen (HEB) niet meer functioneren als gevolg van gebrek aan wind of in het donker. De elektriciteit uit het magazijn gaat vervolgens het net in.

Het testen van de oplossing zou binnen twee jaar kunnen beginnen. Volgens onofficiële informatie bieden de Japanners van Hitachi PSE aan om krachtige batterijcontainers te testen. Eén dergelijke lithium-ionbatterij kan 1 MW aan vermogen leveren.

Magazijnen kunnen in de toekomst ook de noodzaak verminderen om conventionele energiecentrales uit te breiden. Windenergiecentrales, die worden gekenmerkt door een grote variabiliteit in het uitgangsvermogen (afhankelijk van de meteorologische omstandigheden), dwingen traditionele energiebronnen om een ​​energiereserve aan te houden, zodat windmolens op elk moment kunnen worden vervangen of aangevuld door een afname van het uitgangsvermogen.

Exploitanten in heel Europa investeren in energieopslag. Onlangs lanceerden de Britten de grootste installatie van dit type op ons continent. De Leighton Buzzard-locatie nabij Londen kan tot 10 MWh energie opslaan en 6 MW stroom leveren.

Het wordt ondersteund door S&C Electric, Samsung, evenals UK Power Networks en Younicos. In september 2014 bouwde laatstgenoemde onderneming de eerste commerciële energieopslagfaciliteit van Europa. Het werd gelanceerd in Schwerin, Duitsland en heeft een capaciteit van 5 MW.

Het document “Smart Grid Projects Outlook 2014” bevat 459 projecten die sinds 2002 zijn geïmplementeerd, waarbij het gebruik van nieuwe technologieën en ICT (tele-informatie) mogelijkheden hebben bijgedragen aan de creatie van een “smart grid”.

Opgemerkt moet worden dat er rekening werd gehouden met projecten waaraan ten minste één EU-lidstaat deelnam (partner was) (7). Dit brengt het aantal landen dat in het rapport wordt behandeld op 47.

Tot nu toe is voor deze projecten 3,15 miljard euro uitgetrokken, hoewel 48 procent daarvan nog niet is voltooid. Momenteel kosten R&D-projecten 830 miljoen euro, en testen en implementatie 2,32 miljard euro.

Van deze landen investeert Denemarken per hoofd van de bevolking het meest. Frankrijk en Groot-Brittannië daarentegen hebben projecten met de hoogste budgetten, met gemiddeld € 5 miljoen per project.

Vergeleken met deze landen doen de Oost-Europese landen het veel slechter. Volgens het rapport genereren ze slechts 1 procent van het totale budget van al deze projecten. Wat het aantal uitgevoerde projecten betreft, bestaat de top vijf uit: Duitsland, Denemarken, Italië, Spanje en Frankrijk. Polen nam de 18e plaats in op de ranglijst.

Zwitserland lag voor, gevolgd door Ierland. Onder de slogan ‘smart grid’ worden op veel plaatsen in de wereld ambitieuze, bijna revolutionaire oplossingen geïmplementeerd. plannen om het energiesysteem te moderniseren.

Een van de beste voorbeelden is het project voor het creëren van slimme infrastructuur in de Canadese provincie Ontario (2030), dat de afgelopen jaren is voorbereid en ontworpen voor een periode van maximaal 8 jaar.

8. Smart Grid-implementatieplan in de Canadese provincie Ontario.

Energievirussen?

Echter, als energie netwerk Om net als het internet te worden, moet je er rekening mee houden dat het met dezelfde bedreigingen te maken kan krijgen als we in moderne computernetwerken tegenkomen.

9. Robots ontworpen om in energienetwerken te werken

Deskundigen van F-Secure-laboratoria waarschuwden onlangs voor de opkomst van een nieuwe, complexe bedreiging voor industriële servicesystemen, waaronder stroomvoorzieningsnetwerken. Het heet Havex en gebruikt een uiterst geavanceerde nieuwe techniek om computers te infecteren.

Havex bestaat uit twee hoofdcomponenten. De eerste is Trojaanse software die wordt gebruikt om het aangevallen systeem op afstand te besturen. Het tweede element is de PHP-server.

Het Trojaanse paard werd door aanvallers gekoppeld aan het geautomatiseerde procescontrolesysteem/SCADA-software, dat verantwoordelijk is voor het monitoren van de voortgang van technologische en productieprocessen. Slachtoffers downloaden dergelijke programma's van gespecialiseerde sites, zich niet bewust van de dreiging.

De slachtoffers van Havex waren voornamelijk Europese instellingen en bedrijven voor industriële oplossingen. Een deel van de Havex-code suggereert dat de makers ervan niet alleen gegevens over productieprocessen willen stelen, maar ook de voortgang ervan kunnen beïnvloeden.

10. Gebieden van slimme netwerken

De auteurs van deze malware waren vooral geïnteresseerd in energienetwerken. Mogelijk toekomstig element slim energiesysteem robots zullen dat ook doen.

Onlangs hebben onderzoekers van de Michigan Technological University een robotmodel (9) ontwikkeld dat energie levert op plaatsen die getroffen zijn door stroomstoringen, zoals natuurrampen.

Dit type machine zou bijvoorbeeld de stroomvoorziening van de telecommunicatie-infrastructuur (torens en basisstations) kunnen herstellen, zodat reddingsoperaties effectiever kunnen worden uitgevoerd. Robots zijn autonoom en kiezen het beste pad naar hun bestemming.

Ze kunnen batterijen aan boord hebben of zonnepaneelsystemen. Ze kunnen elkaar voeden. Betekenis en functies slimme netwerken gaan veel verder dan energie (10).

De op deze manier gecreëerde infrastructuur kan worden gebruikt om een ​​nieuw mobiel slim leven van de toekomst te creëren, gebaseerd op de nieuwste technologieën. Voorlopig kunnen we ons alleen maar de voordelen (maar ook de nadelen) van dit soort oplossingen voorstellen.