Smart Grid или умные сети электроснабжения

В последнее время все чаще можно услышать термин SMART GRID (умные сети), на эту тему проводится множество конференций и дискуссий по внедрению данной системы в электроэнергетику разных стран. Попробуем разобраться что же такое SMART GRID?

Не смотря что термин SMART GRID официально используется с 2003 году после публикации M. T. Burr «Спрос надёжности будет управлять инвестициями», к единой трактовке понятия до сих пор не пришли. В мировой практике для определения умной сети используются ее атрибуты или признаки:

Источник: США - usctc 42 152 IX; Евопейский союз - Smart Grid European Technology Platform, Россия - Основные положения концепции интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью

Примечание: на территории России SMART GRID получила название Интеллектуальная электроэнергетическая система с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС)

Если попытаться объединить все признаки, то получается, что SMART GRID (умные сети) – это система передачи электроэнергии от производителя к потребителю, которая самостоятельно отслеживает и распределяет потоки электричества для достижения максимальной эффективности использования энергии. Используя современные информационные и коммуникационные технологии, всё оборудование сетей Smart Grid взаимодействует друг с другом, образуя единую интеллектуальную систему энергоснабжения. Собранная с оборудования информация анализируется, а результаты анализа помогают оптимизировать использование электроэнергии, снизить затраты, увеличить надежность и эффективность энергосистем.

ЗАРОЖДЕНИЕ И СТАНОВЛЕНИЕ

Впервые этот термин SMART GRID использовался Массудом Амином и Брюсом Волленбергом в публикации «К интеллектуальной сети» в 1998 г. Первые же применения были связаны с рекламными названиями специальных контроллеров, предназначенных для управления режимом работы и синхронизации автономных ветрогенераторов с электрической сетью. Потом этот термин стал применяться для обозначения микропроцессорных счетчиков электроэнергии, способных самостоятельно накапливать, обрабатывать, оценивать информацию и передавать ее по каналам связи или Интернет.

Первым же крупным проектом в данной сфере можно считать итальянский проект Telegestore, который объединял 27000000 домов с использованием смарт-счетчиков соединённых через цифровую сеть используя саму линию электропередачи. Суть данного проекта заключалась в том, что такие устройства, как бытовые кондиционеры, холодильники и обогреватели могли корректировать свой рабочий цикл, чтобы избежать запуска во время пиковой нагрузки сети.

Но толчком в развитии умных сетей стало масштабное применение возобновляемых источников энергии, которые характеризуются непостоянством выработки электроэнергии как по времени, так и по мощности. Все это вызывало дополнительные сложности в регулировании мощности и «перетоков» в электрической сети. Свой вклад внес и низкий потенциал повышения эффективности существующей технологической базы энергетики, которая практически исчерпала возможности повышения производительности оборудования.

В результате была необходима новая концепция электрических сетей, которая способна была бы обеспечить общественное развитие, прорывное повышение потребительских свойств и эффективности использования энергии с учетом всех факторов развития электроэнергетики в будущем. Такой концепцией и стала Smart Grid.

На данный момент в США и Европе формируется широкая система стандартов и требований к функциям, элементам, устройствам, системе взаимодействий Smart Grid. Для тестирования умных сетей запущено множество пилотных проектов, например внедрение SMART GRID на острове, находящимся в Балтийском море в 90 км от материковой части Швеции. В рамках проекта около 30-ти предприятий и 3000 частных домохозяйств будут подключены к умной сети. Помимо традиционных источников в данную сеть включены оффшорные и континентальные ветропарки общей мощностью 170 МВт, а также солнечная электростанция мощностью 55 кВт. Более подробную информацию можно найти на сайте проекта.

РАЗЛИЧИЕ С ТРАДИЦИОННОЙ СЕТЬЮ

Технология Smart Grid характеризуется несколькими инновационными свойствами, такими как:

• Активная двунаправленная схема взаимодействия в реальном масштабе времени информационного обмена всеми между элементами и участниками сети, от генераторов энергии до оконечных устройств электропотребителей.
• Охват всей технологической цепочки электроэнергетической системы от энергопроизводителей (как центральных так и автономных) и электрораспределительных сетей до конечных потребителей.
• Обеспечение практически непрерывного управляемого баланса между спросом и предложением электрической энергии. Для этого элементы сети должны постоянно обмениваться между собой информацией о параметрах электрической энергии, режимах потребления и генерации, количестве потребляемой энергии и планируемом потреблении, коммерческой информацией.
• Smart Grid умеет эффективно защищаться и самовосстанавливаться от крупных сбоев, природных катаклизмов, внешних угроз.
• С точки зрения общей экономики Smart Grid способствует появлению новых рынков, игроков и услуг.

Благодаря современным технологиям Smart Grid может применяться как в масштабах зданий, предприятий, так и для обычных домашних электрических устройств, например холодильника или стиральной машины. Соответственно, все устройства, входящие в состав Smart Grid, должны быть оснащены техническими средствами, осуществляющими информационное взаимодействие.

Источник: www.smartgrid.gov

Сравнение традиционной сети и активно-адаптивной сети

Немало важную роль в системах Smart Grid занимает надежность, как информационная так и физическая. Согласно концепции, Smart Grid должна противостоять физическим и информационным негативным воздействиям без тотальных отключений или высоких затрат на восстановительные работы, максимально быстрое восстановление (самовосстановление). Многие эксперты высказывают свое опасение относительно информационной безопасности системы. Если попытаться объяснить простыми словами, то все что передается через Интернет может быть взломано и использоваться для различных целей. Ярким примером «незавершённости» системы является программный продукт компании производителя Smart Grid микроконтроллеров для солнечных панелей.

На сайте производителя собрана информация по системам мониторинга фотогальванических установок, которые оказались чрезвычайно распространенными. Согласно сведениям разработчика, в мире функционирует более 200 тысяч солнечных электростанций и почти 1 млн инверторов, подключенных к веб-серверу этой компании. При желании можно обнаружить множество систем частных пользователей и страниц с данными о потреблении и выработке электроэнергии различных систем.

Источник: сайт производителя

Конечно, эта информация может представлять интерес разве что для надзорных органов, но не для злоумышленника. Но некоторые на этом не остановились и им удалось взломать «прошивку» контролера. Т.к. данная система в основном проходит испытания, то возможно производитель в ближайшее время улучшит информационную защиту своего продукта.

ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ

Оценки показывают, что переход к инновационному варианту развития на базе интеллектуальной энергетики будет сопровождаться существенным снижением вводов новых электростанций и связанных с ним сетевых объектов для выдачи мощности. Вследствие, чего снижение капиталовложений является наиболее значимым системным экономическим эффектом.

Вторым наиболее крупным эффектом является снижение топливных затрат электростанций. Дополнительный эффект может быть достигнут с учетом экономической стоимости выбросов парниковых газов.

В качестве примера рассмотрим моделирование внедрения умных сетей на территории ЕЭС России.

Для предварительной оценки возможных системных эффектов в ЕЭС России при создании интеллектуальной электроэнергетики были использованы данные по результатам пилотных проектов Smart Grid, реализация которых начата в различных странах. Следует отметить, что по многим причинам сохраняется крайне высокая неопределенность ожидаемых эффектов от внедрения элементов Smart Grid. Результаты представлены ниже:

Количественная оценка изменения балансовых условий в ЕЭС России при развитии интеллектуальной энергетики
Источник: Основные положения концепции интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью

Сопоставление экономических эффектов и необходимых затрат на создание «умной сети» показывает, что уже к 2030 г. экономические выгоды от реализации проекта интеллектуальной энергетики в масштабе ЕЭС России окажутся сопоставимыми с необходимыми капиталовложениями:

Характеристика затрат и эффектов создания ИЭС ААС в электроэнергетике России до 2030 г., млрд руб. на 2010 г.
Источник: Основные положения концепции интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью

БЕЛАРУСЬ

На сегодняшний момент развитие «умных сетей» в Беларуси находится на самом начальном уровне, вероятнее всего пока обсуждают возможности и аспекты внедрения данной технологии. Мировой опыт в реализации пилотных проектов и многочисленные исследования показывают, что применение интеллектуальных сетей в перспективно и экономически оправдано. На сегодняшний момент Smart Grid системы – это закономерный этап развития электроэнергетики с учетом мировых технических достижений. И Беларусь ни в коем случае не должна его игнорировать, двигаясь вперед совместно с ведущими державами. К это стоит добавить и тот факт, что для нашей страны не встанет вопрос о разработке основных концепций, ведь уже сейчас накоплен огромный опыт, который можно перенять и использовать уже установившееся и работающие технологии. Возможно, внедрение «умных сетей» позволило бы решить проблемы с интеграцией Белорусской АЭС в энергосистему страны.

Компания «ЭНЭКА» занимается проектированием и строительством сооружений и зданий. Проектирование и строительство логистических центров в Минске.