Умная энергосеть Smart Grid

Smart Grid

Умная энергосеть Smart Grid

«Умная энергосеть» (англ. «Smart Grid») — оснащенная цифровыми устройствами электрическая сеть, которая работает с использованием информации о поведении входящих в свой состав элементов (источников и потребителей) с целью увеличения эффективности, надежности, устойчивости и экономичности.

Немного истории

Принципы построения используемых сегодня электрических сетей берут свое начало в 1890-х годах и используют идеи, опубликованные Николой Тесла в 1888 году. Многие решения до сих пор базируются на разработках 120-летней давности, которые были сильно ограничены уровнем развития технологии. Электрические сети с централизованной односторонней передачей электроэнергии существуют сегодня в том же виде, который был единственно возможным в 19-м столетии.

В 20-м веке электрические сети создавались как местные обособленные участки, которые впоследствии объединялись из соображений экономичности и надежности. Одна из крупнейших когда-либо созданных инженерных систем появилась в конце 60-х годов прошлого столетия и характеризуется принципом распределения энергии через центральные узлы от сравнительно небольшого количества источников энергии (электростанций) к большому количеству конечных потребителей.

Генерирование энергии в 20 веке характеризуется масштабностью (мощности в пределах 1000–3000 МВт) и расположением (гидроэлектростанции — на плотинах с большим перепадом высот; электростанции, работающие на угле и газе — рядом с источниками этих ресурсов; атомные электростанции — рядом с источниками воды для контуров охлаждения). Электростанции старались располагать как можно дальше от крупных населенных пунктов, насколько это позволяла экономическая целесообразность.

Несмотря на новые возможности по сбору и обработке информации в новом веке, инертность электросетевой системы сильно затруднила разработку актуальных и классифицированных тарифов, потребность в которых постоянно нарастала. В то же время ужесточение требований по охране окружающей среды и усиление социальной и политической зависимости от электрификации ограничили развитие экономики. В конце 20 века дальнейшее удорожание электроэнергии в основных густонаселенных районах было признано необоснованным, а устаревшие технологии времен зарождения электрификации — непригодными для современной экономики, основанной на информатизации и продаже услуг.

За последние 50 лет электрические сети отстали от современных тенденций в таких вопросах, как:

— безопасность,
— использование альтернативных источников, которые имеют проблемы стабильности подачи электроэнергии,
— накопление энергии для сглаживания пиков потребления в дневное время,
— высокие требования к бесперебойности питания,
— работа с цифровыми устройствами, которые меняют привычный характер нагрузки.

Однако, несмотря на кажущуюся значимость приведенных примеров и веские доводы в пользу «умных сетей», их истинная актуальность часто ставится под сомнение. В частности, по данным исследований, доля возобновляемых источников (ветряных и солнечных электростанций) в общем объеме производимой электроэнергии может быть увеличена до 30% без каких-либо изменений в системе распределения.

При этом в поддержку реализации «умных сетей» выступает потенциальное увеличение экономической эффективности и улучшение адаптации к изменяющимся условиям работы за счет применения распределенного производства энергии и современных средств автоматизации.

Smart Grid

Термин «Smart Grid» («умная сеть») начал заметно использоваться в публикациях с 2005 года, но не исключено, что встречался и раньше. У термина существует множество определений, часть из которых — конструктивны и официальны, часть описывает только технологическую составляющую, а некоторые — исключительно экономическую. Однако все эти определения делают акцент на обязательном использовании цифровой обработки сигналов, передаче данных и централизованном управлении.

Для коммунальных служб переход к «умным сетям» означает необходимость изменения сразу по трем направлениям: преобразование инфраструктуры, добавление «слоя» цифровых устройств и пересмотр бизнес-процессов, направленный на оправдание инвестиций в модернизацию.

В состав «умных сетей» вошли результаты предпринятых ранее попыток создания электронных систем управления, измерения и мониторинга. Еще в 80-х годах прошлого столетия автоматическое считывание показаний счетчиков использовалось для определения нагрузки, создаваемой крупными потребителями, а в 90-х уже говорилось об улучшенной инфраструктуре, в которой счетчики хранили информацию о динамике потребления энергии в течение суток.

Так как «умные» счетчики поддерживают постоянный обмен данными, мониторинг может осуществляться в реальном времени. Это является основой для работы управляемых устройств — таких, как «умные розетки» в домах. Первые варианты подобных устройств работали в пассивном режиме и определяли текущую нагрузку на сеть по изменению частоты тока в ней. Промышленные и домашние кондиционеры, холодильники и обогреватели меняли свой режим работы, чтобы избежать включения в моменты пиковых нагрузок в сети.

Коммерческая эксплуатация

Мониторинг и синхронизация большой электрической сети впервые были осуществлены американской компанией Bonneville Power Administration в Портленде (штат Орегон). Она применила технологию «умной сети» используя датчики, быстро анализирующие отклонения параметров от номинальных значений. В 2000 году сеть стала первой работающей системой широкомасштабных синхронизированных измерений (Wide Area Measurement System — WAMS).

Эта технология получила развитие и в других странах. В начале 2000-х «умной» сетью с большим количеством потребителей стал итальянский проект Telegestore, объединивший 27 миллионов домов, оснащенных современными счетчиками, подключенными по технологии BPL (Broadband over Power Line). В Китае, после выполнения пятилетнего плана развития в 2012 году, также появится своя WAMS-сеть.

В России по Федеральному закону об энергосбережении, федеральной программе «Считай, экономь и плати» и программе модернизации электроэнергетики также появится ряд комплексных решений. Группа компаний Optima займется разработкой системы интеллектуального учета электроэнергии на основе технологий Smart Metering, размер которой оценивается в 100 млн. точек учета.

Получать все новости по электронной почте