Akıllı Enerji Şebekeleri
Küresel enerji talebinin yılda yaklaşık yüzde 2,2 oranında büyüyeceği tahmin ediliyor. Bu, 20 petawatt saatin üzerindeki mevcut küresel enerji tüketiminin 2030'da 33 petawatt saate çıkacağı anlamına geliyor. Aynı zamanda, enerjinin her zamankinden daha verimli kullanılmasına vurgu yapılıyor.
1. Akıllı şebekede otomatik
Diğer projeksiyonlar, büyük ölçüde elektrikli ve hibrit araçların artan popülaritesi nedeniyle, ulaşımın 2050 yılına kadar elektrik talebinin yüzde 10'undan fazlasını tüketeceğini tahmin ediyor.
Eğer elektrikli araba akü şarjı düzgün yönetilmez veya kendi başına hiç çalışmaz, aynı anda çok fazla pilin şarj edilmesinden dolayı pik yük riski vardır. Araçların optimum zamanlarda şarj edilmesini sağlayan çözümlere duyulan ihtiyaç (1).
Elektriğin ağırlıklı olarak merkezi santrallerde üretildiği ve yüksek gerilim iletim hatları ile orta ve alçak gerilim dağıtım şebekeleri aracılığıyla tüketicilere teslim edildiği klasik XNUMX. yüzyıl güç sistemleri, yeni çağın taleplerine uygun değildir.
Son yıllarda artıklarını pazarla paylaşabilen dağıtık sistemlerin, küçük enerji üreticilerinin hızlı gelişimini de görmekteyiz. Dağıtık sistemlerde önemli bir paya sahiptirler. yenilenebilir enerji kaynakları.
Akıllı şebekeler sözlüğü
AMI - Gelişmiş Ölçüm Altyapısı'nın kısaltması. Elektrik sayaçları ile haberleşen, enerji verilerini toplayan ve bu verileri analiz eden cihaz ve yazılımların alt yapısını ifade eder.
dağıtılmış nesil - doğrudan dağıtım ağlarına bağlı veya alıcının güç sisteminde (kontrol ve ölçüm cihazlarının arkasında) bulunan, genellikle ısı üretimiyle birlikte (dağıtılmış kojenerasyon) genellikle yenilenebilir veya geleneksel olmayan enerji kaynaklarından elektrik üreten küçük üretim tesisleri veya tesisleri tarafından enerji üretimi ). . Dağıtılmış üretim ağları, örneğin üretici tüketicileri, enerji kooperatiflerini veya belediye elektrik santrallerini içerebilir.
akıllı sayaç – enerji ölçüm verilerini tedarikçiye otomatik olarak iletme işlevine sahip olan ve böylece elektriğin bilinçli kullanımı için daha fazla fırsat sunan bir uzaktan elektrik sayacı.
Mikro güç kaynağı – genellikle kendi tüketimi için kullanılan küçük bir enerji üretim tesisi. Mikro kaynak, küçük yerli güneş, hidro veya rüzgar enerjisi santralleri, doğal gaz veya biyogazla çalışan mikro türbinler, doğal gaz veya biyogazla çalışan motorlu üniteler olabilir.
önerme – örneğin mikro kaynaklarda kendi ihtiyaçları için enerji üreten ve kullanılmayan fazlasını dağıtım şebekesine satan bilinçli bir enerji tüketicisi.
Dinamik oranlar - enerji fiyatlarındaki günlük değişiklikleri dikkate alan tarifeler.
gözlemlenebilir uzay-zaman
Bu sorunları (2) çözmek, enerjiyi tam olarak ihtiyaç duyulan yere yönlendirecek esnek bir "düşünme" altyapısına sahip bir ağ gerektirir. Böyle bir karar akıllı enerji şebekesi – akıllı elektrik şebekesi.
2. Enerji piyasasının karşılaştığı zorluklar
Genel olarak, akıllı şebeke, elektriği ekonomik, sürdürülebilir ve güvenli bir şekilde sağlamak için üretim, iletim, dağıtım ve kullanım süreçlerindeki tüm katılımcıların faaliyetlerini akıllı bir şekilde entegre eden bir güç sistemidir (3).
Ana öncülü, enerji piyasasındaki tüm katılımcılar arasındaki bağlantıdır. Ağ, enerji santrallerini birbirine bağlar, büyük ve küçük ve enerji tüketicileri tek bir yapıda. İki unsur sayesinde var olabilir ve çalışabilir: gelişmiş sensörler üzerine kurulu otomasyon ve bir ICT sistemi.
Basitçe söylemek gerekirse: akıllı şebeke, en büyük enerji ihtiyacının ve en büyük arzın nerede ve ne zaman ortaya çıktığını "bilir" ve fazla enerjiyi en çok ihtiyaç duyulan yere yönlendirebilir. Sonuç olarak, böyle bir ağ, enerji tedarik zincirinin verimliliğini, güvenilirliğini ve güvenliğini iyileştirebilir.
3. Akıllı şebeke - temel şema
4. Akıllı şebekelerin üç alanı, bunlardan kaynaklanan hedefler ve faydalar
Akıllı ağlar elektrik sayaçlarının uzaktan okumalarını almanıza, alım ve şebeke durumunu ve ayrıca enerji alım profilini izlemenize, yasadışı enerji tüketimini, sayaçlardaki parazitleri ve enerji kayıplarını belirlemenize, alıcının uzaktan bağlantısını kesmenize / bağlamanıza, tarifeleri değiştirmenize, okuma değerleri ve diğer faaliyetler için arşivleme ve faturalandırma (4).
Elektrik talebini doğru bir şekilde belirlemek zordur, bu nedenle genellikle sistem sözde sıcak rezervi kullanmalıdır. Akıllı Şebeke ile birlikte dağıtılmış üretimin kullanılması (bkz. Akıllı Şebeke Sözlüğü), büyük rezervleri tam olarak çalışır durumda tutma ihtiyacını önemli ölçüde azaltabilir.
Sütun akıllı şebekeler kapsamlı bir ölçüm sistemi var, akıllı muhasebe (5). Ölçüm verilerini karar noktalarına ileten telekomünikasyon sistemlerinin yanı sıra akıllı bilgi, tahmin ve karar verme algoritmalarını içerir.
"Akıllı" ölçüm sistemlerinin ilk pilot kurulumları, tek tek şehirleri veya toplulukları kapsayan yapım aşamasındadır. Onlar sayesinde, diğer şeylerin yanı sıra, bireysel müşteriler için saatlik ücretler girebilirsiniz. Bu, günün belirli saatlerinde, böyle tek bir tüketici için elektrik fiyatının daha düşük olacağı anlamına gelir, bu nedenle örneğin bir çamaşır makinesini açmaya değer.
Mark Timm liderliğindeki Göttingen'deki Alman Max Planck Enstitüsü'nden bir grup araştırmacı gibi bazı bilim adamlarına göre, gelecekte milyonlarca akıllı sayaç tamamen özerk bir sistem yaratabilir. kendi kendini düzenleyen ağ, İnternet gibi merkezi olmayan ve merkezi sistemlerin maruz kaldığı saldırılara karşı dayanıklı olduğu için güvenlidir.
Çoğulculuğun gücü
Yenilenebilir elektrik kaynakları Küçük birim kapasitesi (RES) nedeniyle dağıtılmış kaynaklardır. Sonuncusu, nihai enerji tüketicisinin yakınına kurulmuş, birim kapasitesi 50-100 MW'ın altında olan kaynakları içerir.
Ancak uygulamada, dağıtılmış kaynak olarak kabul edilen bir kaynağın sınırı ülkeden ülkeye büyük ölçüde değişir, örneğin İsveç 1,5 MW, Yeni Zelanda 5 MW, ABD 5 MW, İngiltere 100 MW'dir. .
Yeterince fazla sayıda kaynağın güç sisteminin küçük bir alanına dağılmış olması ve sağladıkları imkanlar sayesinde akıllı şebekeler, bu kaynakları operatör tarafından kontrol edilen tek bir sistemde birleştirerek bir "sanal enerji santrali" oluşturmak mümkün ve karlı hale gelir.
Amacı, elektrik üretiminin teknik ve ekonomik verimliliğini artırarak, dağıtılmış üretimi mantıksal olarak birbirine bağlı tek bir sistemde yoğunlaştırmaktır. Enerji tüketicilerinin yakınında bulunan dağıtılmış üretim, biyoyakıtlar ve yenilenebilir enerji ve hatta belediye atıkları dahil olmak üzere yerel yakıt kaynaklarını da kullanabilir.
Sanal bir enerji santrali, belirli bir alandaki birçok farklı yerel güç kaynağını (hidro, rüzgar, fotovoltaik enerji santralleri, kombine çevrim türbinleri, motor tahrikli jeneratörler vb.) ve bir uzaktan kumanda tarafından uzaktan kontrol edilen enerji depolamayı (su depoları, piller) birbirine bağlar. kapsamlı BT ağı. sistem.
Sanal enerji santrallerinin oluşturulmasında önemli bir işlev, elektrik üretimini tüketici talebindeki günlük değişikliklere göre ayarlamanıza izin veren enerji depolama cihazları tarafından oynanmalıdır. Genellikle bu tür rezervuarlar piller veya süper kapasitörlerdir; pompalanan depolama istasyonları da benzer bir rol oynayabilir.
Sanal bir elektrik santrali oluşturan enerjik olarak dengeli bir alan, modern anahtarlar kullanılarak elektrik şebekesinden ayrılabilir. Böyle bir anahtar korur, ölçüm işini gerçekleştirir ve sistemi ağ ile senkronize eder.
Dünya daha akıllı hale geliyor
W akıllı şebekeler şu anda dünyanın en büyük enerji şirketleri tarafından yatırım yapılmaktadır. Avrupa'da, örneğin, EDF (Fransa), RWE (Almanya), Iberdrola (İspanya) ve British Gas (İngiltere).
6. Akıllı şebeke, geleneksel ve yenilenebilir kaynakları birleştirir
Bu tür bir sistemin önemli bir unsuru, merkezi uygulama sistemleri ile doğrudan güç sisteminin sonunda bulunan akıllı elektrik sayaçları arasında son tüketicilerde güvenilir bir iki yönlü IP iletimi sağlayan telekomünikasyon dağıtım ağıdır.
Şu anda dünyanın en büyük telekomünikasyon ağlarının ihtiyaçları için Akıllı ızgara LightSquared (ABD) veya EnergyAustralia (Avustralya) gibi ülkelerindeki en büyük enerji operatörlerinden Wimax kablosuz teknolojisi kullanılarak üretilir.
Ayrıca, Energa Operator SA'nın akıllı ağının ayrılmaz bir parçası olan AMI (Advanced Metering Infrastructure) sisteminin Polonya'daki ilk ve en büyük planlanan uygulamalarından biri, veri iletimi için Wimax sisteminin kullanımını içeriyor.
Wimax çözümünün enerji sektöründe veri iletimi için kullanılan PLC gibi diğer teknolojilere göre önemli bir avantajı, acil bir durumda elektrik hatlarının tüm bölümlerinin kapatılmasına gerek olmamasıdır.
7. Avrupa'da enerji piramidi
Çin hükümeti, su sistemlerine yatırım yapmak, iletim ağlarını ve kırsal alanlarda altyapıyı yükseltmek ve genişletmek için uzun vadeli büyük bir plan geliştirdi ve akıllı şebekeler. Çin Devlet Şebeke Şirketi bunları 2030 yılına kadar piyasaya sürmeyi planlıyor.
Japonya Elektrik Endüstrisi Federasyonu, hükümet desteğiyle 2020 yılına kadar güneş enerjili bir akıllı şebeke geliştirmeyi planlıyor. Şu anda, Almanya'da akıllı şebekeler için elektronik enerjiyi test etmeye yönelik bir devlet programı uygulanmaktadır.
AB ülkelerinde, başta rüzgar santrallerinden olmak üzere yenilenebilir enerjinin dağıtılacağı bir enerji “süper şebekesi” oluşturulacak. Geleneksel ağlardan farklı olarak, alternatif değil, doğrudan elektrik akımına (DC) dayalı olacaktır.
Avrupa fonları, üniversiteleri ve enerji endüstrisi temsilcilerini bir araya getiren projeyle ilgili araştırma ve eğitim programı MEDOW'u finanse etti. MEDOW, İngilizce "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind" adının kısaltmasıdır.
Eğitim programının Mart 2017'ye kadar sürmesi bekleniyor. oluşturma yenilenebilir enerji ağları kıta ölçeğinde ve mevcut şebekelere (6) verimli bağlantı, periyodik fazlalıklar veya kapasite eksiklikleri ile karakterize edilen yenilenebilir enerjinin belirli özellikleri nedeniyle mantıklıdır.
Hel Yarımadası'nda faaliyet gösteren Akıllı Yarımada programı, Polonya enerji endüstrisinde iyi bilinmektedir. Energa, ülkenin ilk deneme uzaktan okuma sistemlerini burada hayata geçirdi ve daha da geliştirilecek olan proje için uygun teknik altyapıya sahip.
Burası tesadüfen seçilmedi. Bu alan, enerji mühendisleri için ek bir zorluk yaratan enerji tüketimindeki yüksek dalgalanmalarla (yaz aylarında yüksek, kış aylarında çok daha az tüketim) karakterize edilir.
Uygulanan sistem, yalnızca yüksek güvenilirlikle değil, aynı zamanda enerji tüketimini optimize etmelerine, elektrik tarifelerini değiştirmelerine ve ortaya çıkan alternatif enerji kaynaklarını (fotovoltaik paneller, küçük rüzgar türbinleri, vb.) kullanmalarına olanak tanıyan müşteri hizmetlerindeki esneklikle de karakterize edilmelidir.
Son zamanlarda, Polskie Sieci Energetyczne'nin enerjiyi en az 2 MW kapasiteli güçlü pillerde depolamak istediği bilgisi de ortaya çıktı. Operatör, Polonya'da elektrik şebekesini destekleyecek, rüzgarın olmaması veya hava karardıktan sonra yenilenebilir enerji kaynaklarının (RES) çalışmayı durdurduğu durumlarda arzın sürekliliğini sağlayacak enerji depolama tesisleri kurmayı planlıyor. Depodan gelen elektrik daha sonra şebekeye gidecek.
Çözümün test edilmesi iki yıl içinde başlayabilir. Resmi olmayan bilgilere göre, Hitachi'den Japonlar, güçlü pil kaplarını test etmek için PSE'yi sunuyor. Böyle bir lityum iyon pil, 1 MW güç sağlayabilir.
Depolar ayrıca gelecekte geleneksel enerji santrallerini genişletme ihtiyacını da azaltabilir. Güç çıkışında (meteorolojik koşullara bağlı olarak) yüksek bir değişkenlik ile karakterize edilen rüzgar çiftlikleri, geleneksel enerjiyi bir güç rezervini korumaya zorlar, böylece yel değirmenleri herhangi bir zamanda azaltılmış güç çıkışı ile değiştirilebilir veya tamamlanabilir.
Avrupa'daki operatörler enerji depolamaya yatırım yapıyor. Son zamanlarda, İngilizler kıtamızda bu türden en büyük kurulumu başlattı. Londra yakınlarındaki Leighton Buzzard'daki tesis, 10 MWh'a kadar enerji depolama ve 6 MW güç sağlama kapasitesine sahiptir.
Arkasında S&C Electric, Samsung, UK Power Networks ve Younicos var. Eylül 2014'te, ikinci şirket Avrupa'daki ilk ticari enerji deposunu kurdu. Almanya Schwerin'de başlatıldı ve 5 MW kapasiteye sahip.
"Akıllı Şebeke Projeleri Görünümü 2014" belgesi, 459'den beri uygulanan ve yeni teknolojilerin, BİT (teleinformasyon) yeteneklerinin kullanılmasının bir "akıllı şebeke" yaratılmasına katkıda bulunduğu 2002 projeyi içermektedir.
En az bir AB Üye Devletinin katıldığı (ortak olduğu) projelerin dikkate alındığına dikkat edilmelidir (7). Bu da raporda yer alan ülke sayısını 47'ye çıkarıyor.
Şu ana kadar bu projeler için 3,15 milyar avro ayrıldı, ancak bunların yüzde 48'i henüz tamamlanmadı. Ar-Ge projeleri şu anda 830 milyon avro tüketirken, test ve uygulama maliyeti 2,32 milyar avro.
Bunlar arasında kişi başına en fazla yatırımı Danimarka yapıyor. Fransa ve İngiltere ise proje başına ortalama 5 milyon Avro ile en yüksek bütçeli projelere sahip ülkeler.
Bu ülkelerle karşılaştırıldığında, Doğu Avrupa ülkeleri çok daha kötü durumdaydı. Rapora göre, tüm bu projelerin toplam bütçesinin sadece yüzde 1'ini oluşturuyorlar. Uygulanan proje sayısına göre ilk beş: Almanya, Danimarka, İtalya, İspanya ve Fransa. Polonya sıralamada 18. sırada yer aldı.
İsviçre bizden öndeydi, onu İrlanda takip etti. Akıllı şebeke sloganı altında, dünyanın birçok yerinde iddialı, neredeyse devrim niteliğinde çözümler uygulanıyor. güç sistemini modernize etmeyi planlıyor.
En iyi örneklerden biri, son yıllarda hazırlanan ve tahmini süresi 2030 yıl olan Ontario Akıllı Altyapı Projesi (8).
8. Akıllı Şebekeyi Kanada'nın Ontario eyaletinde dağıtmayı planlayın.
Enerji virüsleri mi?
Ancak, eğer enerji ağı İnternet gibi olmak için, modern bilgisayar ağlarında karşılaştığımız tehditlerin aynılarıyla karşı karşıya kalabileceğini hesaba katmalısınız.
9. Enerji ağlarında çalışmak üzere tasarlanmış robotlar
F-Secure laboratuvarları yakın zamanda, elektrik şebekeleri de dahil olmak üzere endüstri hizmet sistemlerine yönelik yeni ve karmaşık bir tehdit konusunda uyardı. Adı Havex ve bilgisayarlara bulaşmak için son derece gelişmiş yeni bir teknik kullanıyor.
Havex'in iki ana bileşeni vardır. Birincisi, saldırıya uğrayan sistemi uzaktan kontrol etmek için kullanılan Truva atı yazılımıdır. İkinci öğe PHP sunucusudur.
Truva atı, saldırganlar tarafından teknolojik ve üretim süreçlerinin ilerlemesini izlemekten sorumlu APCS/SCADA yazılımına bağlandı. Mağdurlar, bu tür programları, tehdidin farkında olmadan özel sitelerden indirirler.
Havex'in kurbanları öncelikle endüstriyel çözümlerle uğraşan Avrupalı kurumlar ve şirketlerdi. Havex kodunun bir kısmı, yaratıcılarının üretim süreçleriyle ilgili verileri çalmak istemelerinin yanı sıra rotalarını da etkileyebileceğini öne sürüyor.
10. Akıllı şebekelerin alanları
Bu kötü amaçlı yazılımın yazarları özellikle enerji ağlarıyla ilgileniyorlardı. Muhtemelen gelecekteki bir unsur akıllı güç sistemi robotlar da olacak.
Yakın zamanda Michigan Teknoloji Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, doğal afetler gibi elektrik kesintilerinden etkilenen yerlere enerji sağlayan bir robot modeli (9) geliştirdi.
Bu tür makineler, kurtarma operasyonlarını daha verimli bir şekilde yürütmek için örneğin telekomünikasyon altyapısına (kuleler ve baz istasyonları) güç sağlayabilir. Robotlar otonomdur, hedeflerine giden en iyi yolu kendileri seçerler.
Gemide veya güneş panellerinde pilleri olabilir. Birbirlerini besleyebilirler. Anlamı ve işlevleri akıllı şebekeler enerjinin çok ötesine geçin (10).
Bu şekilde oluşturulan altyapı, en son teknolojilere dayalı, geleceğin yeni bir mobil akıllı yaşamını oluşturmak için kullanılabilir. Şimdiye kadar, bu tür bir çözümün yalnızca avantajlarını (aynı zamanda dezavantajlarını) hayal edebiliyoruz.
