Redes de enerxía intelixentes

Estímase que a demanda mundial de enerxía crece nun 2,2 por cento ao ano. Isto significa que o consumo de enerxía global actual de máis de 20 petawatt-hora aumentará ata os 2030 petawatt-hora en 33. Ao mesmo tempo, faise fincapé no uso da enerxía de forma máis eficiente que nunca.

1. Automático na rede intelixente

Outras proxeccións prevén que o transporte consumirá máis do 2050 por cento da demanda de electricidade para 10, en gran parte debido á crecente popularidade dos vehículos eléctricos e híbridos.

Se carga de batería de coche eléctrico non se xestiona correctamente ou non funciona en absoluto por si só, existe o risco de picos de carga debido a que se cargan demasiadas baterías ao mesmo tempo. A necesidade de solucións que permitan cargar os vehículos en momentos óptimos (1).

Os sistemas eléctricos clásicos do século XX, nos que a electricidade se producía predominantemente en centrais eléctricas e entregábase aos consumidores a través de liñas de transmisión de alta tensión e redes de distribución de media e baixa tensión, non se adaptan ás demandas da nova era.

Nos últimos anos, tamén podemos observar o rápido desenvolvemento dos sistemas distribuídos, pequenos produtores de enerxía que poden compartir os seus excedentes co mercado. Teñen unha participación significativa nos sistemas distribuídos. fontes de enerxía renovables.

Glosario de redes intelixentes

AMI - abreviatura de Advanced Metering Infrastructure. Significa a infraestrutura de dispositivos e software que se comunican cos contadores de electricidade, recollen datos enerxéticos e analizan estes datos.

xeración distribuída - produción de enerxía mediante pequenas instalacións xeradoras ou instalacións conectadas directamente ás redes de distribución ou situadas no sistema de enerxía do receptor (detrás dos dispositivos de control e medición), producindo xeralmente electricidade a partir de fontes de enerxía renovables ou non tradicionais, moitas veces en combinación coa produción de calor (coxeración distribuída). ). . As redes de xeración distribuída poden incluír, por exemplo, prosumidores, cooperativas enerxéticas ou centrais municipais.

contador intelixente – un contador de electricidade remoto que ten a función de transmitir automaticamente os datos de medición de enerxía ao provedor e ofrece así máis oportunidades para o uso consciente da electricidade.

Micro fonte de enerxía – unha pequena central de xeración de enerxía, normalmente utilizada para consumo propio. A microfonte pode ser pequenas centrais solares, hidráulicas ou eólicas domésticas, microturbinas que funcionan con gas natural ou biogás, unidades con motores que funcionan con gas natural ou biogás.

Proposición – un consumidor de enerxía consciente que produce enerxía para as súas propias necesidades, por exemplo, en microfontes, e vende o excedente non utilizado á rede de distribución.

Taxas dinámicas – tarifas tendo en conta os cambios diarios dos prezos da enerxía.

Espazo-tempo observable

Resolver estes problemas (2) require unha rede cunha infraestrutura flexible de "pensamento" que dirixa a enerxía exactamente onde se precisa. Tal decisión rede de enerxía intelixente - rede eléctrica intelixente.

2. Retos aos que se enfronta o mercado enerxético

En xeral, unha rede intelixente é un sistema de enerxía que integra de forma intelixente as actividades de todos os participantes nos procesos de produción, transmisión, distribución e utilización co fin de proporcionar enerxía eléctrica de forma económica, sostible e segura (3).

A súa principal premisa é a conexión entre todos os participantes no mercado enerxético. A rede conecta as centrais eléctricas, grandes e pequenos, e consumidores de enerxía nunha soa estrutura. Pode existir e funcionar grazas a dous elementos: a automatización construída sobre sensores avanzados e un sistema TIC.

Dito de forma sinxela: a rede intelixente "sabe" onde e cando se produce a maior necesidade de enerxía e a maior subministración, e pode dirixir o exceso de enerxía cara a onde máis se necesita. Como resultado, tal rede pode mellorar a eficiencia, fiabilidade e seguridade da cadea de subministración de enerxía.

3. Rede intelixente - esquema básico

4. Tres ámbitos das redes intelixentes, obxectivos e beneficios derivados delas

Redes intelixentes Permítelle tomar lecturas de contadores de enerxía eléctrica de xeito remoto, supervisar o estado da recepción e da rede, así como o perfil de recepción de enerxía, identificar o consumo de enerxía ilegal, interferencias en contadores e perdas de enerxía, desconectar/conectar remotamente o destinatario, cambiar de tarifa, arquivo e facturación de valores lidos e outras actividades (4).

É difícil determinar con precisión a demanda de electricidade, polo que normalmente o sistema debe utilizar a chamada reserva quente. O uso da xeración distribuída (consulta o Glosario de Smart Grid) en combinación coa Smart Grid pode reducir significativamente a necesidade de manter as grandes reservas plenamente operativas.

Pilar redes intelixentes existe un amplo sistema de medición, contabilidade intelixente (5). Inclúe sistemas de telecomunicacións que transmiten datos de medición aos puntos de decisión, así como algoritmos intelixentes de información, previsión e toma de decisións.

As primeiras instalacións piloto de sistemas de medición "intelixentes" xa están en construción, abarcando cidades ou comunas individuais. Grazas a eles, podes, entre outras cousas, introducir tarifas por hora para clientes individuais. Isto significa que en determinadas horas do día o prezo da electricidade para un consumidor tan único será máis baixo, polo que paga a pena encender, por exemplo, unha lavadora.

Segundo algúns científicos, como un grupo de investigadores do Instituto Alemán Max Planck de Göttingen dirixido por Mark Timm, millóns de contadores intelixentes poderían crear no futuro un sistema completamente autónomo. rede de autorregulación, descentralizado como Internet, e seguro porque é resistente aos ataques aos que están expostos os sistemas centralizados.

A forza dende a pluralidade

Fontes de enerxía eléctrica renovables Debido á pequena capacidade unitaria (FER) distribúense fontes. Estes últimos inclúen fontes cunha potencia unitaria inferior a 50-100 MW, instaladas nas proximidades do consumidor final de enerxía.

Non obstante, na práctica, o valor límite para unha fonte considerada como distribuída varía moito dun país a outro, por exemplo, en Suecia é de 1,5 MW, en Nova Zelandia de 5 MW, en EE. UU. de 5 MW, no Reino Unido de 100 MW. .

Cun número suficientemente grande de fontes dispersas nunha pequena área do sistema de enerxía e grazas ás oportunidades que ofrecen redes intelixentes, faise posible e rendible combinar estas fontes nun só sistema controlado polo operador, creando unha "central de enerxía virtual".

O seu obxectivo é concentrar a xeración distribuída nun sistema loxicamente conectado, aumentando a eficiencia técnica e económica da xeración eléctrica. A xeración distribuída situada nas proximidades dos consumidores de enerxía tamén pode utilizar os recursos combustibles locais, incluídos os biocombustibles e as enerxías renovables, e mesmo os residuos urbanos.

Unha central eléctrica virtual conecta moitas fontes de enerxía locais diferentes nunha zona determinada (centrais hidráulicas, eólicas, fotovoltaicas, turbinas de ciclo combinado, xeradores accionados por motor, etc.) e almacenamento de enerxía (tanques de auga, baterías) que están controlados a distancia por un extensa rede de TI.sistema.

Unha función importante na creación de centrais virtuais deberían desempeñar os dispositivos de almacenamento de enerxía que permitan axustar a xeración de electricidade aos cambios diarios na demanda dos consumidores. Normalmente tales depósitos son baterías ou supercondensadores; as estacións de almacenamento por bombeo poden desempeñar un papel similar.

Unha zona enerxéticamente equilibrada, formando unha central eléctrica virtual, pódese separar da rede eléctrica mediante interruptores modernos. Tal interruptor protexe, realiza traballos de medición e sincroniza o sistema coa rede.

O mundo é cada vez máis intelixente

W redes intelixentes actualmente investido por todas as maiores empresas enerxéticas do mundo. En Europa, por exemplo, EDF (Francia), RWE (Alemaña), Iberdrola (España) e British Gas (Reino Unido).

6. A rede intelixente combina fontes tradicionais e renovables

Un elemento importante deste tipo de sistemas é a rede de distribución de telecomunicacións, que proporciona unha transmisión IP bidireccional fiable entre os sistemas centrais de aplicación e os contadores intelixentes de electricidade situados directamente ao final do sistema de enerxía, aos consumidores finais.

Na actualidade, as redes de telecomunicacións máis grandes do mundo para as necesidades Smart Grid dos maiores operadores enerxéticos dos seus países -como LightSquared (EE.UU.) ou EnergyAustralia (Australia)- prodúcense mediante a tecnoloxía sen fíos Wimax.

Ademais, a primeira e unha das maiores implantacións previstas do sistema AMI (Advanced Metering Infrastructure) en Polonia, que é parte integrante da rede intelixente de Energa Operator SA, implica o uso do sistema Wimax para a transmisión de datos.

Unha vantaxe importante da solución Wimax en relación con outras tecnoloxías utilizadas no sector enerxético para a transmisión de datos, como PLC, é que non é necesario apagar seccións enteiras das liñas eléctricas en caso de emerxencia.

7. Pirámide enerxética en Europa

O goberno chinés desenvolveu un gran plan a longo prazo para investir en sistemas de auga, actualizar e ampliar as redes de transmisión e infraestruturas nas zonas rurais e redes intelixentes. A Corporación Estatal de rede chinesa planea introducilos para 2030.

A Federación Xaponesa da Industria Eléctrica planea desenvolver unha rede intelixente alimentada por enerxía solar para 2020 co apoio do goberno. Actualmente, en Alemaña está a implementarse un programa estatal para probar enerxía electrónica para redes intelixentes.

Nos países da UE crearase unha "superrede" enerxética, a través da cal se distribuirán enerxías renovables, procedentes principalmente de parques eólicos. A diferenza das redes tradicionais, non se baseará en alterna, senón en corrente eléctrica continua (DC).

Os fondos europeos financiaron o programa de investigación e formación relacionados co proxecto MEDOW, que reúne a universidades e representantes da industria enerxética. MEDOW é unha abreviatura do nome inglés "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".

Está previsto que o programa de formación estea ata marzo de 2017. Creación redes de enerxías renovables a escala continental e a conexión eficiente ás redes existentes (6) ten sentido polas características específicas das enerxías renovables, que se caracterizan por excedentes ou escaseza periódicas de capacidade.

O programa Smart Peninsula que opera na península de Hel é ben coñecido na industria enerxética polaca. É aquí onde Energa implantou os primeiros sistemas de lectura remota de proba do país e conta coa infraestrutura técnica axeitada para o proxecto, que será aínda máis actualizado.

Este lugar non foi elixido por casualidade. Esta zona caracterízase por altas fluctuacións no consumo enerxético (consumo elevado no verán, moito menos no inverno), o que supón un reto adicional para os enxeñeiros enerxéticos.

O sistema implantado debe caracterizarse non só pola alta fiabilidade, senón tamén pola flexibilidade na atención ao cliente, que lles permita optimizar o consumo enerxético, modificar as tarifas eléctricas e utilizar fontes de enerxía alternativas emerxentes (paneis fotovoltaicos, pequenos aeroxeradores, etc.).

Recentemente, tamén apareceu información de que a Polskie Sieci Energetyczne quere almacenar enerxía en baterías potentes cunha capacidade de polo menos 2 MW. O operador planea construír instalacións de almacenamento de enerxía en Polonia que apoien a rede eléctrica garantindo a continuidade do subministro cando as fontes de enerxía renovables (FER) deixen de funcionar por falta de vento ou pola noite. A electricidade do almacén pasará entón á rede.

A proba da solución podería comezar dentro de dous anos. Segundo información non oficial, os xaponeses de Hitachi ofrecen a PSE para probar poderosos recipientes de batería. Unha destas baterías de iones de litio é capaz de entregar 1 MW de potencia.

Os almacéns tamén poden reducir a necesidade de ampliar as centrais eléctricas convencionais no futuro. Os parques eólicos, que se caracterizan por unha gran variabilidade na potencia de saída (en función das condicións meteorolóxicas), obrigan á enerxía tradicional a manter unha reserva de enerxía para que os muíños de vento poidan ser substituídos ou complementados en calquera momento cunha potencia reducida.

Os operadores de toda Europa están a investir no almacenamento de enerxía. Recentemente, os británicos lanzaron a maior instalación deste tipo do noso continente. A instalación de Leighton Buzzard preto de Londres é capaz de almacenar ata 10 MWh de enerxía e entregar 6 MW de enerxía.

Detrás del están S&C Electric, Samsung, así como UK Power Networks e Younicos. En setembro de 2014, esta última empresa construíu o primeiro almacenamento comercial de enerxía en Europa. Foi lanzado en Schwerin, Alemaña e ten unha capacidade de 5 MW.

O documento "Smart Grid Projects Outlook 2014" recolle 459 proxectos implantados desde 2002, nos que o uso das novas tecnoloxías, as capacidades TIC (teleinformación) contribuíron á creación dunha "smart grid".

Cabe sinalar que se tiveron en conta os proxectos nos que participaba polo menos un Estado membro da UE (era socio) (7). Isto eleva a 47 o número de países contemplados no informe.

Ata o momento, para estes proxectos destináronse 3,15 millóns de euros, aínda que o 48 por cento deles aínda non están rematados. Os proxectos de I+D consomen actualmente 830 millóns de euros, mentres que as probas e implantación custan 2,32 millóns de euros.

Entre eles, por habitante, Dinamarca é a que máis inviste. Francia e Reino Unido, pola súa banda, teñen os proxectos de maior orzamento, cunha media de 5 millóns de euros por proxecto.

En comparación con estes países, aos países do Leste de Europa lles foi moito peor. Segundo o informe, só xeran o 1 por cento do orzamento total de todos estes proxectos. Polo número de proxectos executados, os cinco primeiros son: Alemaña, Dinamarca, Italia, España e Francia. Polonia ocupou o posto 18 do ranking.

Suíza estaba por diante de nós, seguida de Irlanda. Baixo o lema da rede intelixente, están a implementarse solucións ambiciosas, case revolucionarias, en moitos lugares do mundo. planea modernizar o sistema eléctrico.

Un dos mellores exemplos é o Ontario Smart Infrastructure Project (2030), que se preparou nos últimos anos e que ten unha duración estimada de ata 8 anos.

8. Plan para a implantación de Smart Grid na provincia canadense de Ontario.

Virus enerxéticos?

Non obstante, se rede enerxética converterse como Internet, debes ter en conta que pode enfrontarse ás mesmas ameazas que nos enfrontamos nas redes informáticas modernas.

9. Robots deseñados para traballar en redes de enerxía

Os laboratorios F-Secure advertiron recentemente dunha nova ameaza complexa para os sistemas de servizos da industria, incluídas as redes eléctricas. Chámase Havex e utiliza unha nova técnica moi avanzada para infectar ordenadores.

Havex ten dous compoñentes principais. O primeiro é o software troiano, que se usa para controlar de forma remota o sistema atacado. O segundo elemento é o servidor PHP.

O cabalo de Troia foi unido polos atacantes ao software APCS/SCADA encargado de supervisar o progreso dos procesos tecnolóxicos e de produción. As vítimas descargan este tipo de programas desde sitios especializados, sen saber a ameaza.

As vítimas de Havex foron principalmente institucións europeas e empresas implicadas en solucións industriais. Parte do código Havex suxire que os seus creadores, ademais de querer roubar datos sobre os procesos de produción, tamén poderían influír no seu curso.

10. Áreas de redes intelixentes

Os autores deste malware estaban especialmente interesados ​​nas redes de enerxía. Posiblemente un elemento futuro sistema de alimentación intelixente os robots tamén o farán.

Recentemente, investigadores da Universidade Tecnolóxica de Michigan desenvolveron un modelo de robot (9) que entrega enerxía a lugares afectados por cortes de enerxía, como os provocados por catástrofes naturais.

Máquinas deste tipo poderían, por exemplo, restablecer a enerxía das infraestruturas de telecomunicacións (torres e estacións base) para levar a cabo as operacións de rescate de forma máis eficiente. Os robots son autónomos, eles mesmos elixen o mellor camiño cara ao seu destino.

Poden ter baterías a bordo ou paneis solares. Poden alimentarse entre si. Significado e funcións redes intelixentes ir moito máis alá da enerxía (10).

A infraestrutura creada deste xeito pode utilizarse para crear unha nova vida intelixente móbil do futuro, baseada en tecnoloxías de última xeración. Ata agora, só podemos imaxinar as vantaxes (pero tamén os inconvenientes) deste tipo de solucións.