Od końca XIX wieku głównym źródłem energii elektrycznej na świecie są systemy dystrybucji energii (często nazywane sieciami).Kiedy takie sieci są tworzone, działają po prostu – wytwarzają energię elektryczną i wysyłają ją do domów, budynków i wszędzie tam, gdzie jest zapotrzebowanie na energię elektryczną.
Jednak w miarę wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną potrzebna jest bardziej wydajna sieć.Nowoczesne systemy dystrybucji energii typu „inteligentne sieci”, stosowane obecnie na całym świecie, w celu optymalizacji wydajności opierają się na najnowocześniejszej technologii.W artykule omówiono definicję inteligentnej sieci oraz kluczowe technologie, które czynią ją inteligentną.
Co jesttechnologię inteligentnych sieci?
Inteligentna sieć to infrastruktura dystrybucji energii, która zapewnia dwukierunkową komunikację między dostawcami mediów a klientami.Technologie cyfrowe umożliwiające zastosowanie technologii inteligentnych sieci obejmują czujniki mocy/prądu, urządzenia sterujące, centra danych i inteligentne liczniki.
Niektóre inteligentne sieci są inteligentniejsze od innych.Wiele krajów włożyło wiele wysiłku w przekształcenie przestarzałych sieci dystrybucyjnych w inteligentne sieci, jednak transformacja jest złożona i zajmie lata, a nawet dziesięciolecia.
Przykłady technologii inteligentnych sieci i elementów inteligentnych sieci
Inteligentne liczniki – Inteligentne liczniki to pierwszy krok w budowie inteligentnej sieci.Inteligentne liczniki dostarczają danych o zużyciu energii klientom i producentom mediów.Dostarczają informacji o zużyciu energii i kosztach, aby ostrzegać użytkowników o konieczności ograniczenia strat energii i pomagać dostawcom w optymalizacji obciążeń dystrybucyjnych w całej sieci.Inteligentne liczniki składają się zazwyczaj z trzech głównych podsystemów: systemu zasilania służącego do pomiaru zużycia energii, mikrokontrolera zarządzającego technologią zastosowaną w inteligentnym liczniku oraz systemu komunikacji służącego do wysyłania i odbierania danych dotyczących zużycia energii/poleceń.Ponadto niektóre inteligentne liczniki mogą mieć zasilanie rezerwowe (w przypadku awarii głównej linii dystrybucyjnej) i moduły GSM umożliwiające określenie lokalizacji licznika ze względów bezpieczeństwa.
W ciągu ostatniej dekady globalne inwestycje w inteligentne liczniki podwoiły się.W 2014 r. globalna roczna inwestycja w inteligentne liczniki wyniosła 11 milionów dolarów.Według Statisty globalne inwestycje w inteligentne liczniki osiągną 21 milionów dolarów do 2019 roku, biorąc pod uwagę wzrost wydajności systemu wynikający z wdrożenia inteligentnych liczników.
Inteligentne przełączniki kontroli obciążenia i rozdzielnice dystrybucyjne – choć inteligentne liczniki mogą dostarczać dostawcom mediów dane w czasie rzeczywistym, nie kontrolują one automatycznie dystrybucji energii.Aby zoptymalizować dystrybucję energii w okresach szczytowego użytkowania lub w określonych obszarach, przedsiębiorstwa energetyczne korzystają z urządzeń do zarządzania energią, takich jak inteligentne przełączniki kontroli obciążenia i tablice rozdzielcze.Technologia ta pozwala zaoszczędzić znaczne ilości energii poprzez redukcję niepotrzebnej dystrybucji lub automatyczne zarządzanie obciążeniami, które przekroczyły dopuszczalne limity czasu użytkowania.Aby zoptymalizować dystrybucję energii w okresach szczytowego użytkowania lub w określonych obszarach, przedsiębiorstwa energetyczne korzystają z urządzeń do zarządzania energią, takich jak inteligentne przełączniki kontroli obciążenia i tablice rozdzielcze.Technologia ta pozwala zaoszczędzić znaczne ilości energii poprzez redukcję niepotrzebnej dystrybucji lub automatyczne zarządzanie obciążeniami, które przekroczyły dopuszczalne limity czasu użytkowania.
Na przykład miasto Wadsworth w stanie Ohio korzysta z systemu dystrybucji energii elektrycznej zbudowanego w 1916 r. Miasto Wadsworth nawiązało współpracę z firmą Itron, producentemInteligentne przełączniki kontroli obciążenia(SLCS), aby zmniejszyć zużycie energii elektrycznej przez system o 5300 megawatogodzin poprzez zainstalowanie w domach SLCS w celu cyklicznego włączania sprężarek klimatyzacji w okresach szczytowego zużycia energii elektrycznej.Automatyka systemu elektroenergetycznego – Automatyzacja systemu elektroenergetycznego jest możliwa dzięki technologii inteligentnych sieci, wykorzystującej najnowocześniejszą infrastrukturę informatyczną do kontroli każdego ogniwa w łańcuchu dystrybucyjnym.Na przykład zautomatyzowane systemy elektroenergetyczne wykorzystują inteligentne systemy gromadzenia danych (podobne do inteligentnych liczników), systemy kontroli mocy (takie jak inteligentne przełączniki kontroli obciążenia), narzędzia analityczne, systemy obliczeniowe i algorytmy systemów elektroenergetycznych.Połączenie tych kluczowych komponentów umożliwia sieci (lub wielu sieciom) automatyczną regulację i optymalizację przy ograniczonej interakcji człowieka.
Wdrożenie inteligentnych sieci
Kiedy w inteligentnej sieci zostaną wdrożone cyfrowe technologie dwukierunkowej komunikacji i automatyzacji, szereg zmian w infrastrukturze zmaksymalizuje efektywność sieci.Wdrożenie Smart Grid umożliwiło następujące zmiany w infrastrukturze:
1.Zdecentralizowana produkcja energii
Ponieważ inteligentna sieć może w sposób ciągły monitorować i kontrolować dystrybucję energii, nie ma już potrzeby tworzenia jednej dużej elektrowni do wytwarzania energii elektrycznej.Zamiast tego energię elektryczną można wytwarzać w wielu zdecentralizowanych elektrowniach, takich jak turbiny wiatrowe, farmy słoneczne, fotowoltaiczne panele słoneczne w budynkach mieszkalnych, małe tamy wodne itp.
2.Rozdrobniony rynek
Infrastruktura inteligentnych sieci obsługuje również łączenie wielu sieci w celu inteligentnego dzielenia się energią w tradycyjnych, scentralizowanych systemach.Na przykład w przeszłości gminy posiadały oddzielne zakłady produkcyjne, które nie były połączone z sąsiednimi gminami.Dzięki wdrożeniu infrastruktury inteligentnych sieci gminy mogą przyczynić się do wspólnego planu produkcji, aby wyeliminować zależność produkcji w przypadku przerwy w dostawie prądu.
3.Transmisja na małą skalę
Jednym z największych marnotrawstw energii w sieci jest jej dystrybucja na duże odległości.Biorąc pod uwagę, że inteligentne sieci decentralizują produkcję i rynki, odległość dystrybucji netto w ramach inteligentnej sieci jest znacznie zmniejszona, zmniejszając w ten sposób straty dystrybucyjne.Wyobraźmy sobie na przykład małą lokalną farmę fotowoltaiczną, która w odległości zaledwie 1 km generuje 100% dziennego zapotrzebowania społeczności na energię elektryczną.Bez lokalnej farmy fotowoltaicznej społeczność może być zmuszona pozyskiwać energię z większej elektrowni oddalonej o 100 kilometrów.Straty energii obserwowane podczas przesyłu z odległych elektrowni mogą być stukrotnie większe niż straty przesyłowe obserwowane w lokalnych farmach fotowoltaicznych.
4.Dystrybucja dwukierunkowa
W przypadku lokalnych farm fotowoltaicznych może zaistnieć sytuacja, w której farma fotowoltaiczna będzie w stanie wygenerować więcej energii, niż zużywa społeczność, tworząc w ten sposób nadwyżkę energii.Nadwyżkę energii można następnie rozprowadzić do inteligentnej sieci, pomagając zmniejszyć zapotrzebowanie ze strony odległych elektrowni.
W tym przypadku energia przepływa z farmy fotowoltaicznej do głównej sieci pozakomunalnej w ciągu dnia, natomiast gdy farma fotowoltaiczna jest nieaktywna, energia przepływa z sieci głównej do tej społeczności.Ten dwukierunkowy przepływ energii można monitorować i optymalizować za pomocą algorytmów dystrybucji mocy, aby zapewnić marnowanie jak najmniejszej ilości energii w dowolnym momencie użytkowania.
W infrastrukturze inteligentnej sieci z dwukierunkową dystrybucją i zdecentralizowanymi granicami sieci użytkownicy mogą działać jako mikrogeneratorzy.Na przykład poszczególne domy można wyposażyć w samodzielne fotowoltaiczne systemy słoneczne, które podczas użytkowania wytwarzają energię elektryczną.Jeśli przydomowy system fotowoltaiczny generuje nadwyżkę energii, można ją dostarczyć do większej sieci, co jeszcze bardziej zmniejsza zapotrzebowanie na duże, scentralizowane elektrownie.
Znaczenie inteligentnych sieci
Na poziomie makroekonomicznym inteligentne sieci mają kluczowe znaczenie dla zmniejszenia zużycia energii elektrycznej.Wielu lokalnych dostawców usług użyteczności publicznej i rządy oferują hojne i agresywne środki, aby uczestniczyć we wdrażaniu inteligentnych sieci, ponieważ jest to korzystne finansowo i środowiskowo.Dzięki przyjęciu inteligentnej sieci można zdecentralizować produkcję energii, eliminując w ten sposób ryzyko przerw w dostawie prądu, zmniejszając koszty operacyjne systemu elektroenergetycznego i eliminując niepotrzebne straty energii.
Czas publikacji: 15 marca 2023 r