Smart grid умные сети реферат
Обновлено: 01.07.2024
Интеллектуальная энергетическая сеть, Smart grid, умная сеть электроснабжения
Smart grid (умная сеть электроснабжения) - интеллектуальная электрическая сеть, в которой существует связь между всеми участниками энергетического рынка, направленная на предоставление энергетических услуг, снижение затрат и повышение эффективности, а также на интеграцию распределенных источников энергии, в том числе возобновляемых источников энергии.
Это электроэнергетические и коммуникационные сети, которые позволяют регулировать производство и потребление электроэнергии в режиме реального времени как на местном, так и на глобальном уровне. Их принцип - интерактивное двустороннее общение между производственными источниками и приборами или потребителями о текущих возможностях производства и потребления энергии.
Еще одно определение: Интеллектуальные сети - это электроэнергетические системы, в которых используются информационные и управляющие технологии, распределенная обработка данных и связанные с ними датчики и средства управления для интеграции поведения и действий пользователей и других заинтересованных сторон и для эффективного обеспечения устойчивого, экономичного и надежного электроснабжения.
По мере увеличения доли возобновляемых источников энергии в электрических сетях возрастают и требования, в частности, к сетям низкого напряжения. Сети низкого напряжения больше не только выполняют задачу приема и распределения электроэнергии из распределительных сетей, но и все чаще выполняют задачу подачи децентрализованно произведенной электроэнергии обратно в распределительные сети.
Вторжение возобновляемых источников энергии в энергетический ландшафт заметно изменило потоки энергии в электросети: теперь пользователи не только потребляют, но и производят электроэнергию через ту же самую сеть. Следовательно, поток энергии теперь двунаправленный.
Интеллектуальная сеть отправляет электроэнергию от поставщиков к потребителям, используя двунаправленную цифровую технологию для управления потребностями потребителей. Это помогает сэкономить электроэнергию, снизить затраты, повысить удобство использования и прозрачность.
Однако эксперты по конфиденциальности и безопасности предупреждают о возможности наблюдения и уязвимости этой технологии, которая также может быть использована ворами. Кроме того, синхронизация клиентов с ценой может привести к дестабилизации сети.
Использование фотоэлектрической солнечной энергии в экологически чистом районе Solarsiedlung, в Вобане (Фрайбург, Германия).
Характеристики умных сетей электроснабжения:
Обычные электрические сети обычно уже используют в той или иной степени информационные и управляющие технологии. В умных сетях электроснабжения (Smart grid) эти технологии получают еще большее развитие.
Основным изменением на уровне конечного пользователя является установка интеллектуальных счетчиков. Их основные задачи - удаленное считывание данных и возможность выставления счетов по ценам, изменяющимся во времени.
Интеллектуальный счетчик электроэнергии
Умные счетчики (англ. Smart meter) - счетчик электроэнергии, который регистрирует потребление электроэнергии с интервалом в 1 час или меньше и передает эту информацию не реже одного раза в день в энергетическую компанию для целей мониторинга и управления.
Интеллектуальные счетчики обеспечивают двустороннюю связь между счетчиком и центральной системой.
Передача данных между отдельными компонентами сети происходит через телефонный модем, соединения GSM, ADSL или другие способы. Это позволяет разрабатывать более дифференцированные тарифы и, следовательно, более выгодные ценовые стимулы для домашних потребителей (интеллектуальный рынок).
В отличие от домашних систем мониторинга энергии, интеллектуальные счетчики могут собирать данные для удаленной отчетности.
Потребитель может реализовать ценовые преимущества, не жертвуя удобством, только если у него также есть устройства, которые работают автоматически, желательно во время низкого тарифа. Это некритичные по времени процессы, такие как зарядка электромобилей, работа тепловых насосов, замораживание, обогрев (электрические бойлеры) или мытье посуды.
Например, эдля потребителя электроэнергии эта технология гарантирует, что электромобиль будет заряжаться именно тогда, когда есть хороший доступ к дешевой возобновляемой электроэнергии. Таким образом, энергия ветра может быть лучше использована в часы, когда дует сильный ветер.
Другой пример - системы управления, которые автоматически помогают промышленным отраслям отключать низкоприоритетные производственные процессы, когда цены на электроэнергию временно высоки.
С ночными накопительными нагревателями и фиксированными ночными тарифами это уже было реализовано несколько десятилетий назад, но современные системы могут работать более гибко и разумно, что особенно важно для включения возобновляемых источников энергии.
ИТ-безопасность
Одна из основных проблем умных сетей электроснабжения (Smart Grid) - кибератаки. В основе идеи, концепции и топологии интеллектуальных сетей лежат ИТ-решения, несущие определенную угрозу. Функционирование интеллектуальных сетей и эффективный контроль за их работой зависят от многих компьютеров, компьютерных сетей, программного обеспечения и коммуникационных технологий.
Несанкционированное вмешательство в ИТ-инфраструктуру этого киберпреступника может привести к огромным убыткам, как прямо, так и косвенно, из-за отсутствия электроснабжения конкретных получателей.
Сложность сети означает, что есть пробелы, которые еще предстоит выявить. Следовательно, трудно оценить риск, связанный с потенциальной атакой, из-за размера, сложности и динамического характера энергосистемы, а также непредсказуемости потенциальных злоумышленников.
Сегодня перед человечеством встает все больше проблем, связанных с качественным и количественным обеспечением электроэнергией. Ситуация требует от лидеров принятия быстрых и эффективных решений, которые смогли бы вывести мировую энергетику на совершенно новый уровень развития. Инновационная технология должна преследовать несколько основных задач, а именно обеспечить потребителей достаточным количеством электроэнергии первоклассного уровня, снизить затраты на производство и передачу энергии, оперативно реагировать на любые изменения в сети и, самое главное, сделать систему экологичной, используя в процессе производства электричества только возобновляемые ресурсы
Содержание
1. Введение…………………………………………………………………………………….3
2. Основная часть:
2.1. Принцип работы SmartGrid……………………………………………………………..4
2.2. Предпосылки интеллектуальных сетей…………………………………………………5
2.3. Энергетическая экономика интеллектуальной сети…………………………………..6
2.4. Новые технологии для интеллектуальной сети………………………………………..7
2.5. Перспективы развития интеллектуальных сетей……………………..……………….8
2.6. Ожидаемые результаты от внедрения SmartGrid…………………………………….9
3. Заключение……………………………………………………………………………….14
4. Список литературы………………………………………………………………………15
Вложенные файлы: 1 файл
Активно-адаптивные системы Smart Grids.docx
насыщенность сети активными элементами, позволяющими изменять топологические параметры сети;
большое количество датчиков, измеряющих текущие режимные параметры для оценки состояния сети в различных режимах работы энергосистемы;
система сбора и обработки данных (программно-аппаратные комплексы), а также средства управления активными элементами сети и электроустановками потребителей;
наличие необходимых исполнительных органов и механизмов, позволяющих в режиме реального времени изменять топологические параметры сети, а также взаимодействовать со смежными энергетическими объектами;
средства автоматической оценки текущей ситуации и построения прогнозов работы сети;
высокое быстродействие управляющей системы и информационного обмена.
На основе указанных признаков можно дать достаточно чёткое определение интеллектуальной сети как совокупности подключённых к генерирующим источникам и электроустановкам потребителей программно-аппаратных средств, а также информационно-аналитических и управляющих систем, обеспечивающих надёжную и качественную передачу электрической энергии от источника к приёмнику в нужное время и в необходимом количестве.
На уровне концептуальных отечественных документов можно определить предпосылки к развитию отечественной интеллектуальной энергетики.
Согласно “Энергетической стратегии России на период до 2030 года” в качестве приоритетных направлений научно-технического прогресса в электроэнергетике выделяются следующие [5]:
создание высокоинтегрированных интеллектуальных системообразующих и распределительных электрических сетей нового поколения в Единой энергетической системе России (интеллектуальные сети - Smart Grid);
использование низкотемпературных сверхпроводниковых индукционных накопителей электрической энергии для электрических сетей и гарантированного электроснабжения ответственных потребителей;
широкое развитие распределенной генерации;
развитие силовой электроники и устройств на их основе, прежде всего различного рода сетевых управляемых устройств (гибкие системы передачи переменного тока - FACTS);
создание высокоинтегрированного информационно-управляющего комплекса оперативно-диспетчерского управления в режиме реального времени с экспертно-расчётными системами принятия решений;
создание высоконадёжных магистральных каналов связи между различными уровнями диспетчерского управления и дублированных цифровых каналов обмена информацией между объектами и центрами управления;
создание и широкое внедрение централизованных систем противоаварийного управления, охватывающих все уровни Единой энергетической системы России;
создание автоматизированных систем управления спросом на электроэнергию;
создание водородных систем аккумулирования энергии и покрытия неравномерностей графика нагрузки.
Подтверждением намерений строить и развивать в России интеллектуальную энергетику служит утверждение приоритета данного направления на уровне Президента и Правительства, а также включение расходов на “интеллектуализацию сетей” в инвестиционную программу ОАО “ФСК ЕЭС”. Очевидно, что на концептуальном уровне кардинальных противоречий между западным и отечественным взглядом на развитие интеллектуальных сетей нет.
Итак, мы видим концептуальные определения интеллектуальной сети, указывающие на важную роль Smart Grid в дальнейшем технологическом, экономическом и экологическом развитии общества. Помимо решения задач снижения нагрузки на окружающую среду, уменьшения энергетического дефицита за счёт использования возобновляемых источников энергии, повышения качества и надёжности работы энергосистемы в концепциях интеллектуальных сетей прослеживается ещё один очень важный аспект: Интеллектуальные сети является катализатором экономического подъёма. Реализация положений данной концепции будет подразумевать развитие инновационных технологий, расширение масштабов производства высокоинтеллектуальной продукции, более интенсивное применение электрической энергии в транспортной инфраструктуре (использование автомобилей с электродвигателями), развитие новых рыночных отношений с привлечением в энергетику потребителей в качестве активных игроков рынка (возможность продавать электроэнергию, используя локальные генерирующие источники). Благодаря реализации концепции интеллектуальных электрических сетей человечество вступит в новую фазу существования, которая будет характеризоваться гармоничным взаимодействием с окружающей средой, улучшением качества жизни и общим экономическим подъёмом. Выглядит амбициозна, но отнюдь не фантастично. И едва ли это противоречит отечественным взглядам на развитие энергетики и страны в целом.
SMARTGRID (умные сети) – это система передачи электроэнергии от производителя к потребителю, самостоятельно отслеживающая и распределяющая потоки электричества для достижения наибольшей эффективности использования энергии. Применяя современные информационные и коммуникационные технологии, всё оборудование умных сетей взаимодействует, в результате получается единая интеллектуальная система энергоснабжения. Полученная с оборудования информация анализируется, а результаты способствуют оптимизации потребления электроэнергии, уменьшить затраты, повысить надежность и эффективность энергосистем.
Технология Smart Grid характеризуется некоторыми инновационными свойствами, а именно:
1) Активная двунаправленная модель взаимодействия в реальном масштабе времени информационного обмена всеми между элементами и участниками сети, от генераторов энергии до конечных устройств электропотребителей.
2) Охват целой технологической цепочки электроэнергетической системы от энергопроизводителей (как основных, так и независимых) и электрораспределительных сетей до конечных потребителей.
3) Обеспечение почти постоянного контролируемого равновесия между спросом и предложением электрической энергии. Поэтому элементы сети должны постоянно взаимодействовать друг с другом данными о параметрах электрической энергии, режимах потребления и генерации, количестве потребляемой энергии и планируемом потреблении, коммерческой информацией.
4) SmartGrid может эффективно защищаться и самовосстанавливаться от больших перебоев, естественных катастроф, внешних факторов.
5) С экономической точки зрения, SmartGrid способствует возникновению новых рынков, инвесторов и услуг.
Потребительское участие. Интеллектуальная сеть по своей сути создана для того, чтобы потребители изменили свое отношение к стоимости электроэнергии или платили по значительно более высоким ценам за гарантию надежного электрического обслуживания даже в условиях перенапряжения. Двухсторонняя связь в режиме реального времени, доступная интеллектуальной сети, позволит пользователям компенсировать усилия по сохранению энергии продавать ее назад в сети. Интеллектуальная сеть совершит революцию в энергетике, разрешая мелким игрокам энергосистемы — домохозяйствам и малым предприятиям —продавать мощность соседям или обратно в сеть. Также смогут поступать и крупные коммерческие предприятия, у которых есть резервные системы мощности.
Поставка энергии более высокого качества. Перебои и издержки качества электроэнергии обходятся промышленности любой страны в миллиарды долларов. Очевидно, что внедрение интеллектуальных сетей во много раз сократит время простоя и исключит тем самым столь глобальные финансовые потери.
Стимул к развитию рынка электроэнергии. Существенное расширение возможностей передачи электроэнергии потребует усовершенствования управления сетью передач. Такая реорганизация направлена на создание открытого рынка, где альтернативные источники энергии географически отдаленных мест могут легко быть проданы потребителям в любой точке страны. Благодаря информации в распределенных сетях мелкие производители смогут выработать и реализовать электроэнергию на локальном уровне с помощью альтернативных источников, таких как установленный на крыше гальванический фотощит, небольшие ветровые турбины, микрогидрогенераторы. Без дополнительных сведений, предоставленных датчиками и программным обеспечением, которые мгновенно реагируют на вызванную ненадежными источниками неустойчивость, может ухудшиться качество системы.
Оптимизация инвестиций. Интеллектуальная сеть способна оптимизировать основной капитал, минимизируя издержки на обслуживание и совершение операций. Оптимизированные энергетические потоки сокращают затраты, увеличивается эффективность использования ресурсов для производства более дешевой энергии. Согласование локального распределения с межрегиональными энергетическими потоками улучшает использование существующих сетевых активов и уменьшает потери в сети, что позволяет в конечном счете сформировать дополнительный денежный поток для отрасли и повысить ее капитализацию.
Стимул к развитию неустойчивых альтернативных источников электроэнергии. Изменение климата и экологические проблемы неуклонно ведут к тому, что число возобновляемых источников энергии будет постоянно расти. В основном они неустойчивы в природе. Технологии интеллектуальной сети дадут возможность системам производства электроэнергии работать с большим количеством таких ресурсов.
Опыт использования в Российской Федерации и за рубежом
Использование SMARTGRID, должно в конечном итоге привести к взаимосвязанности и взаимодействию близкорасположенных генерирующих объектов, электросетей и потребителей. Благодаря интеллектуальным возможностям, отказоустойчивости и двустороннего обмена данными. Главным превосходством SMARTGRID считается возможность повсеместного подключения малых генерирующих источников электроэнергии, то есть, имеется ввиду способность адаптироваться к динамике потребления и обеспечение экономии энергии с уменьшением выброса парниковых газов и удовлетворять потребности потребителей. Предлагаемые иностранными корпорациями практические разработки и концепции технического развития благополучно удовлетворяют существующую потребность на локальные интеллектуальные сети в электроэнергетике.
В России электроэнергетическое обеспечение устроено в сложных климатических, технических, экономических условиях, ориентируясь на большие генерирующие объекты, необходим новейший аспект с целью присоединения к существующим сетям различных объектов малой и альтернативной энергетики и соединением с ними локальных сетей электроэнергии. Подобные варианты исполнения в нашем государстве существенно отличаются от используемых в большинстве иностранных государствах, так как отечественная электроэнергетическая система использует другой уровень интегрированности и формируется на основе использования больших систем с существенно высоким уровнем сложности исполнения и, в соответствии с этим, решаемых вопросов принципиального построения и текущего регулирования, что потребует изменения не только присоединяемых объектов, но и всей глобальной электроэнергетической сети на принципах многофункциональной автоматизации. Разрешение проблемы затрудняет присутствие слабых, но в то же время длинных связей, из-за чего ограничивается возможность пропускать большие потоки мощности. Из этого следует, что в нашем государстве необходимо технико-организационное обеспечение. Новый уровень интегрированности электроэнергетической системы, в том числе нужно учитывать перспективные задачи плавного восстановления энергетических систем стран ближнего зарубежья, обмениваться опытом и технологиями.
Умные сети и альтернативные источники энергии
В настоящее время в Европе и США создается обширная концепция стандартов и условий к устройствам, функциям, элементам и системе взаимодействий SmartGrid. С целью испытания умных сетей начато большое число пилотных проектов, к примеру, использование SMARTGRID на острове, который находится в Балтийском море в 90 км от Швеции. В рамках проекта приблизительно тридцать предприятий и несколько тысяч частных домов будут подключены к умной сети. Кроме традиционных источников в этой сети будут использованы оффшорные и континентальные ветропарки общей мощностью 170 МВт, а кроме того солнечная электростанция мощностью 55 кВт.
Современное положение электроэнергетики Российской Федерации никак не отвечает возрастающей необходимости формирования экономики и общественной структуры государства, и не только большой уровень потерь является аргументом с целью рассмотрения новейших вариантов развития отрасли.
В Российской Федерации концепция SmartGrid в наше время является в качестве идеи интеллектуальной активно-адаптивной сети, которую можно охарактеризовать следующими свойствами:
- Система сбора и обработки информации (программно-аппаратные комплексы), а кроме того ресурсы управления активными элементами сети и электроустановками потребителей;
- Насыщенность сети активными элементами, позволяющими изменять топологические параметры сети;
- Система автоматической оценки текущей ситуации и построения прогнозов работы сети;
- Высокое быстродействие управляющей системы и информационного обмена;
- Огромное количество датчиков, измеряющих показатели в реальном времени для оценки состояния сети в различных режимах работы энергосистемы;
- Наличие важных безотказных исполнительных органов и механизмов, позволяющих в режиме реального времени изменять топологические характеристики сети, а также взаимодействовать с соседними энергетическими объектами;
Главными проблемами, которые мешают внедрить технологии SmartGrid в РФ и в мире, являются:
- Огромные финансовые инвестиции в процесс внедрения системы SmartGrid и ее дальнейшего обслуживания;
- Значительное число потребителей, предъявляющих разные условия к качеству электрической энергии;
- Отсутствие надежных и безопасных накопителей энергии;
- Отсутствие стандартов и нормативов;
- Отсутствие мотивации у монополистов рынка, из-за того что их прибыль зависит от объемов проданной электроэнергии, а при внедрении новейших технологий доходы могут значительно уменьшиться.
В соответствии с исследованиями отдела развития и реформирования электроэнергетики ИНЭИРАН, вплоть до 2030 г., формирование интеллектуальной энергетики с применением ВИЭ (доля около 5 % к 2030 г.) в РФ даст возможность уменьшить необходимость в установленной мощности более чем на 10 % (приблизительно 30 ГВт) и электропотребление почти на 8–9 % (около 140 млрд кВт·ч). Немаловажно, что относительный уровень потерь в сетях уменьшится с 30 до 8 % в 2030 г. Экономическая эффективность от развития SmartGrid в РФ в сфере управления спросом, потерями электроэнергии, крупной и распределенной генерацией, надежностью и качеством энергоснабжения выражаются в уменьшении важных расходов на строительство новых генерирующих мощностей, исходя из уменьшенной потребности в мощности; капитальных затрат на строительство электросетевых объектов, исходя из увеличения пропускной способности сети и сниженной пиковой мощности; эксплуатационных затрат в генерации и сетях, прежде всего, топливных затрат, за счет изменения объемов ввода и режимов загрузки ТЭС.
Итоговые экономические эффекты при развитии SmartGrid в России в ценах 2010г.
Аннотация: В настоящее время развитие интеллектуальных сетей является актуальной задачей. В человеческой жизни энергия может быть определена как основной фактор существования. Ход исторического становления общества напрямую связан с природой использования энергии. Тепловая энергия огня, ветра, водяных мельниц, домашних печей, паровых двигателей, электрогенераторов. Социально-экономическое развитие человечества неотделимо от развития "энергетического мышления". Целью данной работы является рассмотрение различных аспектов возможного внедрения энергетической сети Smart Grid. Материалы и методы. Поставленная задача была решена с использованием следующих методов теоретических исследований: системный анализ и синтез. Результаты. В статье изложены преимущества "умной" сети перед традиционной энергосистемой. Приводятся обоснованные аргументы в пользу развития энергосистемы будущего. Выводы. Реализация концепции Smart Grid в нашей стране реальна сегодня без глобальных затрат на модернизацию существующей энергосистемы. Россия имеет все шансы создать новую энергосистему в сжатые сроки.
Ключевые слова: энергетика, интеллектуальные сети, Smart Grid
"Умные сети" - это электросети, отвечающие будущим требованиям энергоэффективности и рентабельной эксплуатации энергосистемы за счёт согласованного управления и современной двусторонней связи между элементами энергосистемы, электростанциями, накопительными источниками и потребителями.
- SMART GRID - это автоматизированная сеть производства, передачи и потребления электрической энергии;
- SMART GRID - это система S.M.A.R.T., т.е. она способна осуществлять самоконтроль и отчетность как по каждому участнику сети (его состоянию, потребностям и т.д.), так и предоставлять полную информацию о производимой и передаваемой электроэнергии во всех ее аспектах: эффективности, потерях или экономической выгоде;
- SG также повышает надежность сети, обеспечивая незаметный для потребителя переход на другой источник в случае отказа основного источника. Так как надежность отдельных сетей электроснабжения уже достигает 99,97%, использование SG способно гарантировать бесперебойное электроснабжение 24 часа в сутки, 7 дней в неделю;
- SG повышает "производительность" сети в целом за счет снижения потерь в проводах и оптимального распределения нагрузки, установления эффективных (более коротких) маршрутов подключения для крупных потребителей.
На пути внедрения "умной" энергетики в нашей стране есть препятствия, в первую очередь это сложность самой системы. Необходим тонкий подход к требованиям и потребностям потребителя, который заставляет учитывать индивидуальные особенности всех элементов сети. В то же время внедрение усложняется отсутствием единых стандартов и норм, которые еще не сформировались. Не облегчает процесс и большое количество регуляторов и процедур, необходимых для получения сертификатов и разрешений. Другая группа препятствий носит чисто технический характер. Чисто технические проблемы, такие как отсутствие доступных надежных и эффективных хранилищ энергии или безопасность и защита частной информации, передаваемой по сети, остаются нерешенными. По мере того как электросеть становится все более автоматизированной и внедряются новые коммуникационные технологии, возрастает и вероятность кибератак в сети. Основываясь на опыте работы в других областях, производители компонентов Smart Grid к настоящему времени увеличили инвестиции в новые технологии, способные отразить кибератаки в электросетях.
К 2030 году Россия планирует заменить устаревшие электросети "умными" сетями (рис. 1). "Умные сети" должны обеспечить потребителей надежным и рентабельным энергоснабжением, а также предоставить поставщикам электроэнергии рынок, свободный от государственной монополизации.
[pic 1]
Рис 1. План внедрения [4]
Суть проекта заключается в установке на всех узлах энергосистемы интеллектуальных устройств управления, которые будут интегрированы через магистраль связи с центрами обработки данных и автоматизированными системами управления (АСУ), интегрирующими на технологическом уровне энергосистемы, потребителей и поставщиков электроэнергии в единую автоматизированную систему. Система с активно-адаптивной сетью будет автоматически обнаруживать обрывы в сети и изменять ее работу для предотвращения возникновения неисправностей и аварий [2]. Также "умная" энергосистема позволит интегрировать любые источники энергии, в том числе пульсирующие (газопоршневые установки, ветряные электростанции). Реализация проекта "Умная сеть" также должна создать комфортные условия для энергопользователей. Потребителю будут предоставлены новые возможности для самостоятельного взаимодействия с энергосистемой. Появится возможность выбора тарифа, возможность планирования своего энергопотребления через мультитарифные счетчики, но кроме того, при соблюдении определенных условий, потребитель сможет сам продавать энергию, которая будет производиться его солнечной панелью или ветряной турбиной.
Читайте также: