רשתות אנרגיה חכמות

הביקוש העולמי לאנרגיה מוערך לגדול בכ-2,2 אחוזים בשנה. המשמעות היא שצריכת האנרגיה העולמית הנוכחית של למעלה מ-20 פטוואט שעות תגדל ל-2030 פטוואט שעות ב-33. במקביל מושם דגש על שימוש יעיל באנרגיה מאי פעם.

1. אוטומטי ברשת חכמה

תחזיות אחרות חוזות שתחבורה תצרוך יותר מ-2050% מהביקוש לחשמל עד 10, בעיקר בשל הפופולריות הגוברת של כלי רכב חשמליים והיברידיים.

אם טעינת מצבר לרכב חשמלי אינו מנוהל כראוי או אינו פועל בעצמו כלל, קיים סיכון לעומסי שיא עקב טעינת סוללות רבות מדי בו-זמנית. הצורך בפתרונות המאפשרים טעינת רכבים בזמנים אופטימליים (1).

מערכות חשמל קלאסיות מהמאה ה-XNUMX, שבהן החשמל הופק בעיקר בתחנות כוח מרכזיות ונמסר לצרכנים באמצעות קווי הולכה במתח גבוה ורשתות הפצה במתח בינוני ונמוך, אינן מתאימות לדרישות העידן החדש.

בשנים האחרונות ניתן לראות גם התפתחות מהירה של מערכות מבוזרות, יצרני אנרגיה קטנים שיכולים לחלוק את העודפים שלהם עם השוק. יש להם נתח משמעותי במערכות מבוזרות. מקורות אנרגיה מתחדשים.

מילון מונחים של רשתות חכמות

עמי - קיצור של תשתית מדידה מתקדמת. פירושו תשתית של מכשירים ותוכנות המתקשרים עם מדי חשמל, אוספים נתוני אנרגיה ומנתחים נתונים אלו.

דור מבוזרות - הפקת אנרגיה על ידי מתקני ייצור קטנים או מתקנים המחוברים ישירות לרשתות הפצה או הממוקמים במערכת החשמל של המקבל (מאחורי מכשירי בקרה ומדידה), בדרך כלל מייצרים חשמל ממקורות אנרגיה מתחדשים או לא מסורתיים, לרוב בשילוב עם הפקת חום (קוגנרציה מבוזרת). ). . רשתות ייצור מבוזר עשויות לכלול, למשל, צרכנים, קואופרטיבים לאנרגיה או תחנות כוח עירוניות.

מד חכם – מד חשמל מרוחק שתפקידו להעביר אוטומטית נתוני מדידת אנרגיה לספק ובכך מציע הזדמנויות רבות יותר לשימוש מודע בחשמל.

מקור כוח מיקרו – תחנת ייצור חשמל קטנה, המשמשת בדרך כלל לצריכה עצמית. מקור המיקרו יכול להיות תחנות כוח סולאריות ביתיות קטנות, הידרו או רוח, מיקרו טורבינות הפועלות על גז טבעי או ביוגז, יחידות עם מנועים הפועלים על גז טבעי או ביוגז.

הצעה – צרכן אנרגיה מודע המייצר אנרגיה לצרכיו, למשל במקורות מיקרו, ומוכר את העודפים הלא מנוצלים לרשת החלוקה.

תעריפים דינמיים – תעריפים תוך התחשבות בשינויים יומיים במחירי האנרגיה.

מרחב-זמן ניתן לצפייה

פתרון בעיות אלו (2) מצריך רשת בעלת תשתית "חשיבה" גמישה שתפנה את האנרגיה בדיוק לאן שהיא נחוצה. החלטה כזו רשת אנרגיה חכמה - רשת חשמל חכמה.

2. אתגרים העומדים בפני שוק האנרגיה

באופן כללי, רשת חכמה היא מערכת חשמל המשלבת באופן מושכל את הפעילויות של כל המשתתפים בתהליכי הייצור, ההולכה, ההפצה והשימוש על מנת לספק חשמל בצורה חסכונית, בת קיימא ובטוחה (3).

הנחת היסוד העיקרית שלו היא החיבור בין כל המשתתפים בשוק האנרגיה. הרשת מחברת בין תחנות כוח, גדולים וקטנים, וצרכני אנרגיה במבנה אחד. הוא יכול להתקיים ולתפקד הודות לשני אלמנטים: אוטומציה הבנויה על חיישנים מתקדמים ומערכת ICT.

במילים פשוטות: הרשת החכמה "יודעת" היכן ומתי מתרחשים הצורך הגדול ביותר באנרגיה והאספקה ​​הגדולה ביותר, ויכולה להפנות את האנרגיה העודפת למקום שבו היא נחוצה ביותר. כתוצאה מכך, רשת כזו יכולה לשפר את היעילות, האמינות והביטחון של שרשרת אספקת האנרגיה.

3. רשת חכמה - סכמה בסיסית

4. שלושה תחומים של רשתות חכמות, מטרות והטבות הנובעות מהן

רשתות חכמות לאפשר לך לבצע קריאות מרחוק של מוני חשמל, לנטר את מצב הקליטה והרשת, כמו גם את פרופיל קליטת האנרגיה, לזהות צריכת אנרגיה לא חוקית, הפרעות במונים ואובדני אנרגיה, לנתק / לחבר מרחוק את הנמען, להחליף תעריפים, ארכיון ושטר ערכי קריאה ופעילויות אחרות (4).

קשה לקבוע במדויק את הביקוש לחשמל, ולכן בדרך כלל המערכת חייבת להשתמש ברזרבה חמה כביכול. השימוש בדור מבוזר (ראה מילון המונחים של רשת חכמה) בשילוב עם הרשת החכמה יכול להפחית משמעותית את הצורך לשמור על רזרבות גדולות בפעילות מלאה.

עַמוּד רשתות חכמות יש מערכת מדידה נרחבת, חשבונאות חכמה (5). היא כוללת מערכות טלקומוניקציה המשדרות נתוני מדידה לנקודות החלטה, וכן אלגוריתמים חכמים, חיזוי וקבלת החלטות.

התקנות הפיילוט הראשונות של מערכות מדידה "חכמות" כבר נמצאות בבנייה, המכסות ערים או קומונות בודדות. בזכותם תוכלו, בין היתר, להנהיג שכר שעתי ללקוחות בודדים. המשמעות היא שבשעות מסוימות של היום מחיר החשמל לצרכן בודד כזה יהיה נמוך יותר, ולכן כדאי להפעיל למשל מכונת כביסה.

על פי כמה מדענים, כמו קבוצת חוקרים ממכון מקס פלנק הגרמני בגטינגן בראשות מארק תים, מיליוני מטרים חכמים יכולים בעתיד ליצור אוטונומי לחלוטין רשת מווסתת עצמית, מבוזרת כמו האינטרנט, ומאובטחת כי היא עמידה בפני התקפות שמערכות ריכוזיות חשופות אליהן.

כוח מריבוי

מקורות חשמל מתחדשים בשל קיבולת היחידה הקטנה (RES) מקורות מבוזרים. האחרונים כוללים מקורות בעלי קיבולת יחידה של פחות מ-50-100 MW, המותקנים בסמיכות לצרכן הסופי של האנרגיה.

עם זאת, בפועל המגבלה למקור שנחשב כמקור מבוזר משתנה מאוד ממדינה למדינה, למשל שבדיה היא 1,5 מגה וואט, ניו זילנד 5 מגה וואט, ארה"ב 5 מגוואט, בריטניה 100 מגוואט. .

עם מספר גדול מספיק של מקורות מפוזרים על פני שטח קטן של מערכת החשמל ובזכות ההזדמנויות שהם מספקים רשתות חכמות, הופך אפשרי ומשתלם לשלב מקורות אלו למערכת אחת הנשלטת על ידי המפעיל, וליצור "תחנת כוח וירטואלית".

מטרתו היא לרכז ייצור מבוזר למערכת אחת מחוברת לוגית, להגביר את היעילות הטכנית והכלכלית של ייצור החשמל. ייצור מבוזר הממוקם בסמיכות לצרכני האנרגיה יכול להשתמש גם במשאבי דלק מקומיים, לרבות דלק ביולוגי ואנרגיה מתחדשת, ואפילו פסולת עירונית.

תחנת כוח וירטואלית מחברת בין מקורות כוח מקומיים רבים ושונים באזור מסוים (תחנות כוח הידרו, רוח, פוטו-וולטאיות, טורבינות מחזור משולב, גנרטורים מונעי מנוע וכו') ואגירת אנרגיה (מיכלי מים, סוללות) הנשלטות מרחוק על ידי רשת IT נרחבת.

תפקיד חשוב ביצירת תחנות כוח וירטואליות צריך למלא על ידי התקני אחסון אנרגיה המאפשרים לך להתאים את ייצור החשמל לשינויים היומיומיים בדרישת הצרכנים. בדרך כלל מאגרים כאלה הם סוללות או קבלי-על; תחנות אחסון שאובות יכולות למלא תפקיד דומה.

אזור מאוזן אנרגטית היוצר תחנת כוח וירטואלית ניתן להפרדה מרשת החשמל באמצעות מתגים מודרניים. מתג כזה מגן, מבצע עבודת מדידה ומסנכרן את המערכת עם הרשת.

העולם נעשה חכם יותר

W רשתות חכמות מושקע כיום על ידי כל חברות האנרגיה הגדולות בעולם. באירופה, למשל, EDF (צרפת), RWE (גרמניה), איברדרולה (ספרד) ו-British Gas (בריטניה).

6. רשת חכמה משלבת מקורות מסורתיים ומתחדשים

מרכיב חשוב במערכת מסוג זה הוא רשת הפצת התקשורת, המספקת שידור IP דו-כיווני אמין בין מערכות האפליקציה המרכזיות לבין מדי חשמל חכמים הממוקמים ישירות בקצה מערכת החשמל, אצל צרכני הקצה.

כיום, רשתות התקשורת הגדולות בעולם לצרכים Smart Grid ממפעילי האנרגיה הגדולים במדינותיהם - כגון LightSquared (ארה"ב) או EnergyAustralia (אוסטרליה) - מיוצרים באמצעות טכנולוגיית Wimax אלחוטית.

בנוסף, ההטמעות המתוכננות הראשונות והגדולות של מערכת AMI (Advanced Metering Infrastructure) בפולין, המהווה חלק בלתי נפרד מהרשת החכמה של Energa Operator SA, כוללת שימוש במערכת Wimax להעברת נתונים.

יתרון חשוב של פתרון Wimax ביחס לטכנולוגיות אחרות המשמשות בתחום האנרגיה להעברת נתונים, כמו PLC, הוא שאין צורך לכבות קטעים שלמים של קווי חשמל במקרה חירום.

7. פירמידת אנרגיה באירופה

ממשלת סין פיתחה תוכנית ארוכת טווח גדולה להשקעה במערכות מים, שדרוג והרחבת רשתות ההולכה והתשתיות באזורים כפריים, וכן רשתות חכמות. תאגיד הרשת הסיני של המדינה מתכננת להציג אותם עד 2030.

פדרציית תעשיית החשמל של יפן מתכננת לפתח רשת חכמה המונעת סולארית עד שנת 2020 עם תמיכה ממשלתית. נכון לעכשיו, תוכנית מדינה לבדיקת אנרגיה אלקטרונית עבור רשתות חכמות מיושמת בגרמניה.

במדינות האיחוד האירופי תיווצר "רשת על" אנרגטית, דרכה תופץ אנרגיה מתחדשת, בעיקר מחוות רוח. בניגוד לרשתות מסורתיות, היא תתבסס לא על חילופין, אלא על זרם חשמלי ישיר (DC).

קרנות אירופיות מימנו את תוכנית המחקר וההכשרה הקשורה לפרויקט MEDOW, המפגישה אוניברסיטאות ונציגים של תעשיית האנרגיה. MEDOW הוא קיצור של השם האנגלי "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".

תכנית ההכשרה צפויה להימשך עד מרץ 2017. יצירה רשתות אנרגיה מתחדשת בקנה מידה יבשתי וחיבור יעיל לרשתות קיימות (6) הגיוני בשל המאפיינים הספציפיים של אנרגיה מתחדשת, המאופיינת בעודפים תקופתיים או מחסור בקיבולת.

תוכנית Smart Peninsula הפועלת בחצי האי הל ידועה בתעשיית האנרגיה הפולנית. כאן הטמיעה אנרגה את מערכות הקריאה מרחוק הניסיון הראשונות במדינה ויש לה את התשתית הטכנית המתאימה לפרויקט, שישודרג עוד יותר.

המקום הזה לא נבחר במקרה. אזור זה מאופיין בתנודות גבוהות בצריכת האנרגיה (צריכה גבוהה בקיץ, הרבה פחות בחורף), מה שיוצר אתגר נוסף למהנדסי האנרגיה.

המערכת המיושמת צריכה להתאפיין לא רק באמינות גבוהה, אלא גם בגמישות בשירות הלקוחות, המאפשרת להם לייעל את צריכת האנרגיה, לשנות את תעריפי החשמל ולהשתמש במקורות אנרגיה חלופיים מתעוררים (פאנלים פוטו-וולטאיים, טורבינות רוח קטנות וכו').

לאחרונה הופיע גם מידע לפיו Polskie Sieci Energetyczne רוצה לאגור אנרגיה בסוללות חזקות בעלות קיבולת של לפחות 2 MW. המפעיל מתכנן לבנות מתקני אחסון אנרגיה בפולין שיתמכו ברשת החשמל על ידי הבטחת המשכיות של אספקה ​​כאשר מקורות אנרגיה מתחדשים (RES) מפסיקים לתפקד עקב מחסור ברוח או לאחר רדת החשיכה. לאחר מכן החשמל מהמחסן יעבור לרשת.

בדיקת הפתרון יכולה להתחיל תוך שנתיים. לפי מידע לא רשמי, היפנים מהיטאצ'י מציעים ל-PSE לבדוק מיכלי סוללה רבי עוצמה. סוללת ליתיום-יון אחת כזו מסוגלת לספק כוח של 1 MW.

מחסנים יכולים גם להפחית את הצורך בהרחבת תחנות כוח קונבנציונליות בעתיד. חוות רוח, המתאפיינות בשונות גבוהה בתפוקת הכוח (בהתאם לתנאים המטאורולוגיים), מאלצות את האנרגיה המסורתית לשמור על רזרבה של כוח כך שניתן יהיה להחליף או להשלים טחנות רוח בכל עת בהספק מופחת.

מפעילים ברחבי אירופה משקיעים באחסון אנרגיה. לאחרונה השיקו הבריטים את המתקן הגדול ביותר מסוג זה ביבשת שלנו. המתקן ב-Leighton Buzzard ליד לונדון מסוגל לאגור עד 10 מגה-וואט של אנרגיה ולספק כוח של 6 מגה-וואט.

מאחוריו עומדות S&C Electric, Samsung, כמו גם UK Power Networks ו-Younicos. בספטמבר 2014 בנתה החברה האחרונה את מחסן האנרגיה המסחרי הראשון באירופה. הוא הושק בשוורין, גרמניה ויש לו הספק של 5 MW.

המסמך "Smart Grid Projects Outlook 2014" מכיל 459 פרויקטים שהוטמעו מאז 2002, בהם השימוש בטכנולוגיות חדשות, יכולות ICT (טלאינפורמציה) תרמו ליצירת "רשת חכמה".

יצוין כי נלקחו בחשבון פרויקטים שבהם השתתפה לפחות מדינה אחת מהאיחוד האירופי (היתה שותפה) (7). זה מביא את מספר המדינות המכוסות בדוח ל-47.

עד כה הוקצו 3,15 מיליארד יורו לפרויקטים אלו, אם כי 48 אחוז מהם טרם הושלמו. פרויקטי מו"פ צורכים כיום 830 מיליון יורו, בעוד בדיקות ויישום עולות 2,32 מיליארד יורו.

ביניהם, לנפש, דנמרק משקיעה הכי הרבה. לצרפת ולבריטניה, לעומת זאת, יש את הפרויקטים בתקציב הגבוה ביותר, בממוצע של 5 מיליון אירו לפרויקט.

בהשוואה למדינות אלו, מדינות מזרח אירופה הצליחו הרבה יותר גרוע. לפי הדוח, הם מייצרים רק אחוז אחד מהתקציב הכולל של כל הפרויקטים הללו. לפי מספר הפרויקטים המיושמים, חמשת הראשונים הם: גרמניה, דנמרק, איטליה, ספרד וצרפת. פולין תפסה את המקום ה-1 בדירוג.

שוויץ הקדימה אותנו, ואחריה אירלנד. תחת הסיסמה של רשת חכמה, פתרונות שאפתניים, כמעט מהפכניים מיושמים במקומות רבים ברחבי העולם. מתכננת מודרניזציה של מערכת החשמל.

אחת הדוגמאות הטובות ביותר היא פרויקט התשתית החכמה של אונטריו (2030), שהוכן בשנים האחרונות ומשך זמן מוערך של עד 8 שנים.

8. תוכנית לפריסת Smart Grid במחוז הקנדי של אונטריו.

וירוסי אנרגיה?

לעומת זאת, אם רשת אנרגיה להיות כמו האינטרנט, עליך לקחת בחשבון שהוא עלול להתמודד עם אותם איומים שאנו מתמודדים עם רשתות מחשבים מודרניות.

9. רובוטים המיועדים לעבודה ברשתות אנרגיה

מעבדות F-Secure הזהירו לאחרונה מפני איום מורכב חדש על מערכות השירות בתעשייה, כולל רשתות חשמל. זה נקרא Havex והוא משתמש בטכניקה חדשה ומתקדמת במיוחד כדי להדביק מחשבים.

להאקס יש שני מרכיבים עיקריים. הראשונה היא תוכנה טרויאנית, המשמשת לשליטה מרחוק במערכת המותקפת. האלמנט השני הוא שרת PHP.

הסוס הטרויאני הוצמד על ידי תוקפים לתוכנת APCS/SCADA האחראית למעקב אחר התקדמות התהליכים הטכנולוגיים והייצוריים. קורבנות מורידים תוכניות כאלה מאתרים מיוחדים, לא מודעים לאיום.

הקורבנות של Havex היו בעיקר מוסדות וחברות אירופיות העוסקות בפתרונות תעשייתיים. חלק מהקוד של Havex מציע שיוצריו, בנוסף לרצון לגנוב נתונים על תהליכי ייצור, יכולים גם להשפיע על מהלכם.

10. תחומי רשתות חכמות

מחברי התוכנה הזדונית הזו התעניינו במיוחד ברשתות אנרגיה. אולי אלמנט עתידי מערכת חשמל חכמה גם רובוטים יהיו.

לאחרונה, חוקרים מהאוניברסיטה הטכנולוגית של מישיגן פיתחו מודל רובוט (9) המספק אנרגיה למקומות שנפגעו מהפסקות חשמל, כמו אלו שנגרמו מאסונות טבע.

מכונות מסוג זה יוכלו, למשל, להחזיר את החשמל לתשתית התקשורת (מגדלים ותחנות בסיס) כדי לבצע פעולות חילוץ בצורה יעילה יותר. רובוטים הם אוטונומיים, הם בעצמם בוחרים בדרך הטובה ביותר ליעדם.

ייתכן שיש להם סוללות על הסיפון או פאנלים סולאריים. הם יכולים להאכיל אחד את השני. משמעות ותפקודים רשתות חכמות ללכת הרבה מעבר לאנרגיה (10).

התשתית שנוצרה בדרך זו יכולה לשמש ליצירת חיים חכמים ניידים חדשים של העתיד, המבוססים על טכנולוגיות חדישות. עד כה, אנו יכולים רק לדמיין את היתרונות (אך גם את החסרונות) של פתרון מסוג זה.