С конца 19 века системы распределения электроэнергии (часто называемые сетями) являются основным источником электроэнергии в мире.Когда эти сети создаются, они работают довольно просто – генерируют электроэнергию и направляют ее в дома, здания и везде, где есть потребность в электроэнергии.
Но поскольку спрос на электроэнергию растет, необходима более эффективная сеть.Современные системы распределения электроэнергии «умной сети», используемые сейчас во всем мире, основаны на новейших технологиях для оптимизации эффективности.В этой статье исследуется определение интеллектуальной сети и ключевые технологии, которые делают ее умной.
Интеллектуальная сеть — это инфраструктура распределения электроэнергии, которая обеспечивает двустороннюю связь между поставщиками коммунальных услуг и потребителями.Цифровые технологии, которые позволяют использовать технологии интеллектуальных сетей, включают датчики мощности/тока, устройства управления, центры обработки данных и интеллектуальные счетчики.
Некоторые интеллектуальные сети умнее других.Многие страны сосредоточили много усилий на преобразовании устаревших распределительных сетей в интеллектуальные сети, но преобразование является сложным и займет годы или даже десятилетия.
Примеры технологий интеллектуальных сетей и компонентов интеллектуальных сетей
Интеллектуальные счетчики. Интеллектуальные счетчики — это первый шаг в построении интеллектуальной сети.Интеллектуальные счетчики предоставляют данные о потреблении энергии в точках использования потребителям и производителям коммунальных услуг.Они предоставляют информацию о потреблении энергии и стоимости, чтобы предупредить пользователей о необходимости сократить потери энергии и помочь поставщикам оптимизировать распределительную нагрузку по сети.Интеллектуальные счетчики обычно состоят из трех основных подсистем: системы питания для измерения энергопотребления, микроконтроллера для управления технологией внутри интеллектуального счетчика и системы связи для отправки и получения данных о потреблении энергии/команд.Кроме того, некоторые интеллектуальные счетчики могут иметь резервное питание (при отключении основной линии электропередачи) и модули GSM для определения местоположения счетчика в целях безопасности.
За последнее десятилетие глобальные инвестиции в интеллектуальные счетчики удвоились.В 2014 году глобальные ежегодные инвестиции в интеллектуальные счетчики составили 11 миллионов долларов.По данным Statista, глобальные инвестиции в интеллектуальные счетчики достигнут 21 миллиона долларов к 2019 году, принимая во внимание повышение эффективности системы от внедрения интеллектуальных счетчиков.
Интеллектуальные переключатели контроля нагрузки и распределительные щиты. Хотя интеллектуальные счетчики могут предоставлять данные в режиме реального времени поставщикам коммунальных услуг, они не контролируют автоматически распределение энергии.Чтобы оптимизировать распределение электроэнергии в периоды пиковой нагрузки или в определенных областях, электроэнергетические компании используют устройства управления питанием, такие как интеллектуальные переключатели контроля нагрузки и распределительные щиты.Эта технология экономит значительное количество энергии за счет сокращения ненужного распределения или автоматического управления нагрузками, которые превысили допустимые пределы времени использования.Чтобы оптимизировать распределение электроэнергии в периоды пиковой нагрузки или в определенных областях, электроэнергетические компании используют устройства управления питанием, такие как интеллектуальные переключатели контроля нагрузки и распределительные щиты.Эта технология экономит значительное количество энергии за счет сокращения ненужного распределения или автоматического управления нагрузками, которые превысили допустимые пределы времени использования.
Например, в городе Уодсворт, штат Огайо, используется система распределения электроэнергии, построенная в 1916 году. Город Уодсворт установил партнерские отношения с компанией Itron, производителемИнтеллектуальные переключатели контроля нагрузки(SLCS), чтобы сократить потребление электроэнергии системой на 5300 мегаватт-часов за счет установки SLCS в домах для включения и включения компрессоров кондиционеров в периоды пикового потребления электроэнергии.Автоматизация энергосистемы. Автоматизация энергосистемы обеспечивается технологией интеллектуальных сетей с использованием современной ИТ-инфраструктуры для контроля каждого звена в распределительной цепочке.Например, в автоматизированных энергосистемах используются интеллектуальные системы сбора данных (аналогичные системам интеллектуальных счетчиков), системы управления мощностью (такие как интеллектуальные переключатели управления нагрузкой), аналитические инструменты, вычислительные системы и алгоритмы энергосистемы.Сочетание этих ключевых компонентов позволяет сетке (или нескольким сеткам) автоматически настраивать и оптимизировать себя с минимальным вмешательством человека.
Реализация интеллектуальных сетей
Когда в интеллектуальной сети будут внедрены технологии цифровой двусторонней связи и автоматизации, ряд инфраструктурных изменений позволит максимизировать эффективность сети.Внедрение Smart Grid позволило осуществить следующие изменения в инфраструктуре:
1.Децентрализованное производство энергии
Поскольку интеллектуальная сеть может непрерывно отслеживать и контролировать распределение энергии, больше нет необходимости в одной крупной электростанции для выработки электроэнергии.Вместо этого электроэнергия может производиться множеством децентрализованных электростанций, таких как ветряные турбины, солнечные фермы, бытовые фотоэлектрические солнечные панели, небольшие гидроэлектростанции и т. д.
2.Фрагментированный рынок
Инфраструктура интеллектуальных сетей также поддерживает соединение нескольких сетей в качестве средства разумного распределения энергии между традиционными централизованными системами.Например, в прошлом муниципалитеты имели отдельные производственные мощности, не связанные с соседними муниципалитетами.Благодаря внедрению инфраструктуры интеллектуальных сетей муниципалитеты смогут внести свой вклад в общий производственный план, чтобы устранить зависимость от производства в случае отключения электроэнергии.
3.Мелкомасштабная передача
Одной из крупнейших потерь энергии в сети является распределение энергии на большие расстояния.Учитывая, что интеллектуальные сети децентрализуют производство и рынки, чистое расстояние распределения внутри интеллектуальной сети значительно сокращается, что снижает потери при распределении электроэнергии.Представьте себе, например, небольшую общественную солнечную ферму, которая обеспечивает 100% дневной потребности сообщества в электроэнергии и находится всего в 1 км от нее.Без местной солнечной фермы сообществу, возможно, придется получать электроэнергию от более крупной электростанции, расположенной в 100 километрах.Потери энергии, наблюдаемые при передаче от удаленных электростанций, могут быть в сто раз больше, чем потери при передаче, наблюдаемые от местных солнечных электростанций.
4.Двустороннее распространение
В случае с местными солнечными фермами может возникнуть ситуация, когда солнечная ферма сможет генерировать больше энергии, чем потребляет сообщество, создавая таким образом избыток энергии.Эта избыточная энергия затем может быть распределена в интеллектуальную сеть, помогая снизить спрос со стороны удаленных электростанций.
В этом случае энергия течет от солнечной фермы к основной сети за пределами сообщества в дневное время, но когда солнечная ферма неактивна, энергия течет от основной сети к этому сообществу.Этот двунаправленный поток энергии можно отслеживать и оптимизировать с помощью алгоритмов распределения мощности, чтобы гарантировать, что наименьшее количество энергии будет потрачено впустую в любой момент во время использования.
В инфраструктуре интеллектуальной сети с двунаправленным распределением и децентрализованными границами сети пользователи могут действовать как микрогенераторы.Например, отдельные дома могут быть оборудованы автономными фотоэлектрическими солнечными системами, которые при использовании вырабатывают электроэнергию.Если бытовая фотоэлектрическая система генерирует избыточную энергию, эта энергия может быть передана в более крупную сеть, что еще больше снижает потребность в крупных централизованных электростанциях.
Важность интеллектуальных сетей
На макроэкономическом уровне интеллектуальные сети имеют решающее значение для сокращения потребления электроэнергии.Многие местные поставщики коммунальных услуг и правительства предлагают щедрые и агрессивные меры по участию во внедрении интеллектуальных сетей, поскольку это выгодно с финансовой и экологической точек зрения.Внедрение интеллектуальной сети позволяет децентрализовать производство энергии, тем самым устраняя риск отключений электроэнергии, снижая эксплуатационные расходы энергосистемы и устраняя ненужные потери энергии.
Время публикации: 15 марта 2023 г.