Gridi za Nishati za Smart

Mahitaji ya nishati duniani yanakadiriwa kukua kwa takriban asilimia 2,2 kwa mwaka. Hii ina maana kwamba matumizi ya sasa ya nishati duniani ya zaidi ya saa 20 za petawati yataongezeka hadi saa 2030 za petawati mwaka wa 33. Wakati huo huo, mkazo unawekwa katika kutumia nishati kwa ufanisi zaidi kuliko hapo awali.

1. Otomatiki kwenye gridi mahiri

Makadirio mengine yanatabiri kuwa usafiri utatumia zaidi ya asilimia 2050 ya mahitaji ya umeme ifikapo mwaka wa 10, hasa kutokana na kukua kwa umaarufu wa magari ya umeme na mseto.

Kama malipo ya betri ya gari la umeme haijasimamiwa vizuri au haifanyi kazi yenyewe kabisa, kuna hatari ya mizigo ya kilele kutokana na betri nyingi kushtakiwa kwa wakati mmoja. Haja ya suluhu zinazoruhusu magari kutozwa kwa wakati unaofaa (1).

Mifumo ya zamani ya nguvu ya karne ya XNUMX, ambayo umeme ulitolewa zaidi katika mitambo ya kati ya umeme na kuwasilishwa kwa watumiaji kupitia njia za usambazaji wa voltage ya juu na mitandao ya usambazaji wa voltage ya kati na ya chini, haifai kwa mahitaji ya enzi mpya.

Katika miaka ya hivi karibuni, tunaweza pia kuona maendeleo ya haraka ya mifumo iliyosambazwa, wazalishaji wadogo wa nishati ambao wanaweza kushiriki ziada yao na soko. Wana sehemu kubwa katika mifumo iliyosambazwa. vyanzo vya nishati mbadala.

Kamusi ya gridi mahiri

AMI - kifupi cha Miundombinu ya Juu ya Upimaji. Inamaanisha miundombinu ya vifaa na programu zinazowasiliana na mita za umeme, kukusanya data ya nishati na kuchambua data hii.

Kizazi kilichosambazwa - uzalishaji wa nishati kwa mitambo midogo inayozalisha au mitambo iliyounganishwa moja kwa moja kwenye mitandao ya usambazaji au iliyo katika mfumo wa nguvu wa mpokeaji (nyuma ya vifaa vya kudhibiti na kupima mita), kwa kawaida huzalisha umeme kutoka kwa vyanzo vya nishati mbadala au visivyo vya kawaida, mara nyingi pamoja na uzalishaji wa joto (mkusanyiko unaosambazwa. ) . Mitandao ya uzalishaji inayosambazwa inaweza kujumuisha, kwa mfano, prosumers, vyama vya ushirika vya nishati, au mitambo ya nguvu ya manispaa.

mita smart - mita ya umeme ya mbali ambayo ina kazi ya kusambaza data ya kupima nishati moja kwa moja kwa muuzaji na hivyo inatoa fursa zaidi kwa matumizi ya ufahamu wa umeme.

Chanzo cha nguvu ndogo - mtambo mdogo wa kuzalisha umeme, kwa kawaida hutumika kwa matumizi binafsi. Chanzo kidogo kinaweza kuwa mitambo midogo ya majumbani ya jua, maji au upepo, mitambo midogo midogo inayotumia gesi asilia au gesi asilia, vitengo vyenye injini zinazotumia gesi asilia au gesi asilia.

Pendekezo - mtumiaji wa nishati anayefahamu ambaye hutoa nishati kwa mahitaji yake mwenyewe, kwa mfano, katika vyanzo vidogo, na kuuza ziada isiyotumiwa kwa mtandao wa usambazaji.

Viwango vya nguvu - ushuru unaozingatia mabadiliko ya kila siku ya bei ya nishati.

Wakati wa nafasi unaoonekana

Kutatua matatizo haya (2) kunahitaji mtandao wenye miundombinu ya "kufikiri" inayobadilika ambayo itaelekeza nishati hasa pale inapohitajika. Uamuzi kama huo gridi ya nishati smart - gridi ya nguvu smart.

2. Changamoto zinazokabili soko la nishati

Kwa ujumla, gridi mahiri ni mfumo wa nguvu unaounganisha kwa akili shughuli za washiriki wote katika michakato ya uzalishaji, usambazaji, usambazaji na matumizi ili kutoa umeme kwa njia ya kiuchumi, endelevu na salama (3).

Nguzo yake kuu ni uhusiano kati ya washiriki wote katika soko la nishati. Mtandao unaunganisha mitambo ya nguvu, kubwa na ndogo, na watumiaji wa nishati katika muundo mmoja. Inaweza kuwepo na kufanya kazi kwa shukrani kwa vipengele viwili: automatisering iliyojengwa kwenye sensorer ya juu na mfumo wa ICT.

Ili kuiweka kwa urahisi: gridi ya taifa smart "inajua" wapi na wakati haja kubwa ya nishati na usambazaji mkubwa zaidi hutokea, na inaweza kuelekeza nishati ya ziada mahali inapohitajika zaidi. Kama matokeo, mtandao kama huo unaweza kuboresha ufanisi, kuegemea na usalama wa mnyororo wa usambazaji wa nishati.

3. Smart gridi ya taifa - mpango wa msingi

4. Maeneo matatu ya gridi mahiri, malengo na faida zinazotokana nazo

Mitandao mahiri hukuruhusu kuchukua usomaji wa mita za umeme kwa mbali, kufuatilia hali ya mapokezi na mtandao, pamoja na wasifu wa mapokezi ya nishati, kutambua matumizi haramu ya nishati, kuingiliwa kwa mita na hasara za nishati, kukatwa kwa mbali / kuunganisha mpokeaji, kubadili ushuru, kumbukumbu na muswada wa maadili yaliyosomwa, na shughuli zingine (4).

Ni vigumu kuamua kwa usahihi mahitaji ya umeme, hivyo kwa kawaida mfumo lazima utumie kinachojulikana hifadhi ya moto. Utumiaji wa kizazi kilichosambazwa (angalia Kamusi ya Gridi Mahiri) pamoja na Gridi Mahiri kunaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa hitaji la kuweka akiba kubwa kufanya kazi kikamilifu.

Nguzo grids smart kuna mfumo mpana wa kupima, uhasibu wenye akili (5). Inajumuisha mifumo ya mawasiliano ya simu ambayo hutuma data ya kipimo kwa pointi za maamuzi, pamoja na taarifa za akili, utabiri na algoriti za kufanya maamuzi.

Mifumo ya kwanza ya majaribio ya mifumo ya metering ya "smart" tayari iko chini ya ujenzi, inayofunika miji binafsi au jumuiya. Shukrani kwao, unaweza, kati ya mambo mengine, kuanzisha malipo ya kila saa kwa wateja binafsi. Hii ina maana kwamba wakati fulani wa siku, bei ya umeme kwa mtumiaji mmoja itakuwa chini, hivyo ni thamani ya kugeuka, kwa mfano, mashine ya kuosha.

Kulingana na wanasayansi wengine, kama vile kikundi cha watafiti kutoka Taasisi ya Ujerumani ya Max Planck huko Göttingen inayoongozwa na Mark Timm, mamilioni ya mita smart katika siku zijazo inaweza kuunda uhuru kabisa. mtandao unaojisimamia, iliyogatuliwa kama Mtandao, na salama kwa sababu ni sugu kwa mashambulizi ambayo mifumo ya kati huathiriwa.

Nguvu kutoka kwa wingi

Vyanzo vya umeme vinavyoweza kurejeshwa Kutokana na uwezo mdogo wa kitengo (RES) ni vyanzo vya kusambazwa. Mwisho ni pamoja na vyanzo vyenye uwezo wa kitengo cha chini ya 50-100 MW, iliyowekwa karibu na watumiaji wa mwisho wa nishati.

Hata hivyo, kiutendaji kikomo cha chanzo kinachozingatiwa kama chanzo kilichosambazwa hutofautiana sana kutoka nchi hadi nchi, kwa mfano Uswidi ni 1,5 MW, New Zealand 5 MW, USA 5 MW, UK 100 MW. .

Na idadi kubwa ya vyanzo vya kutosha kutawanywa juu ya eneo ndogo la mfumo wa nguvu na shukrani kwa fursa wanazotoa. grids smart, inakuwa inawezekana na faida kuchanganya vyanzo hivi katika mfumo mmoja unaodhibitiwa na operator, na kuunda "kiwanda cha nguvu halisi".

Lengo lake ni kuzingatia uzalishaji uliosambazwa katika mfumo mmoja uliounganishwa kimantiki, na kuongeza ufanisi wa kiufundi na kiuchumi wa uzalishaji wa umeme. Kizazi kinachosambazwa kilicho karibu na watumiaji wa nishati kinaweza pia kutumia rasilimali za ndani za mafuta, ikijumuisha nishati ya mimea na nishati mbadala, na hata taka za manispaa.

Kiwanda cha umeme cha mtandaoni huunganisha vyanzo vingi vya nishati vya ndani katika eneo fulani (hidro, upepo, mitambo ya nguvu ya photovoltaic, turbine za mzunguko wa umeme, jenereta zinazoendeshwa na injini, n.k.) na hifadhi ya nishati (matangi ya maji, betri) ambayo hudhibitiwa kwa mbali na mfumo mpana wa IT.

Kazi muhimu katika kuundwa kwa mitambo ya umeme inapaswa kuchezwa na vifaa vya kuhifadhi nishati vinavyokuwezesha kurekebisha uzalishaji wa umeme kwa mabadiliko ya kila siku katika mahitaji ya watumiaji. Kawaida hifadhi hizo ni betri au supercapacitors; vituo vya uhifadhi wa pampu vinaweza kuchukua jukumu sawa.

Eneo lililo na usawaziko wa nishati linalounda mtambo wa umeme halisi linaweza kutenganishwa na gridi ya umeme kwa kutumia swichi za kisasa. Kubadili vile hulinda, hufanya kazi ya kipimo na kusawazisha mfumo na mtandao.

Ulimwengu unazidi kuwa nadhifu

W grids smart kwa sasa imewekezwa na makampuni makubwa zaidi ya nishati duniani. Katika Ulaya, kwa mfano, EDF (Ufaransa), RWE (Ujerumani), Iberdrola (Hispania) na British Gas (Uingereza).

6. Gridi mahiri huchanganya vyanzo vya jadi na vinavyoweza kurejeshwa

Kipengele muhimu cha aina hii ya mfumo ni mtandao wa usambazaji wa mawasiliano ya simu, ambayo hutoa maambukizi ya kuaminika ya njia mbili za IP kati ya mifumo ya kati ya maombi na mita za umeme za smart ziko moja kwa moja mwishoni mwa mfumo wa nguvu, kwa watumiaji wa mwisho.

Kwa sasa, mtandao mkubwa zaidi wa mawasiliano duniani kwa mahitaji smart Gridi kutoka kwa waendeshaji wakubwa wa nishati katika nchi zao - kama vile LightSquared (USA) au EnergyAustralia (Australia) - huzalishwa kwa kutumia teknolojia ya wireless ya Wimax.

Kwa kuongeza, utekelezaji wa kwanza na mkubwa zaidi uliopangwa wa mfumo wa AMI (Advanced Metering Infrastructure) nchini Poland, ambao ni sehemu muhimu ya mtandao wa smart wa Energa Operator SA, unahusisha matumizi ya mfumo wa Wimax kwa usambazaji wa data.

Faida muhimu ya suluhisho la Wimax kuhusiana na teknolojia nyingine zinazotumiwa katika sekta ya nishati kwa uwasilishaji wa data, kama vile PLC, ni kwamba hakuna haja ya kuzima sehemu zote za nyaya za umeme katika kesi ya dharura.

7. Piramidi ya Nishati huko Uropa

Serikali ya China imeandaa mpango mkubwa wa muda mrefu wa kuwekeza katika mifumo ya maji, kuboresha na kupanua mitandao ya usafirishaji na miundombinu katika maeneo ya vijijini, na grids smart. Shirika la Gridi ya Jimbo la Uchina linapanga kuzianzisha ifikapo 2030.

Shirikisho la Sekta ya Umeme la Japan linapanga kutengeneza gridi mahiri inayotumia nishati ya jua kufikia 2020 kwa usaidizi wa serikali. Hivi sasa, mpango wa serikali wa kujaribu nishati ya kielektroniki kwa gridi mahiri unatekelezwa nchini Ujerumani.

Nishati "gridi bora" itaundwa katika nchi za EU, kwa njia ambayo nishati mbadala itasambazwa, hasa kutoka kwa mashamba ya upepo. Tofauti na mitandao ya jadi, itakuwa msingi si kwa kubadilishana, lakini kwa sasa ya moja kwa moja ya umeme (DC).

Fedha za Ulaya zilifadhili mpango wa utafiti na mafunzo unaohusiana na mradi wa MEDOW, ambao unaleta pamoja vyuo vikuu na wawakilishi wa sekta ya nishati. MEDOW ni kifupi cha jina la Kiingereza "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".

Mpango wa mafunzo unatarajiwa kuendelea hadi Machi 2017. Uumbaji mitandao ya nishati mbadala kwa kiwango cha bara na uunganisho mzuri kwa mitandao iliyopo (6) ina maana kutokana na sifa maalum za nishati mbadala, ambayo ina sifa ya ziada ya mara kwa mara au uhaba wa uwezo.

Mpango wa Smart Peninsula unaofanya kazi kwenye Peninsula ya Hel unajulikana sana katika sekta ya nishati ya Poland. Ni hapa ambapo Energa imetekeleza majaribio ya kwanza ya mifumo ya kusoma kwa mbali na ina miundombinu inayofaa ya kiufundi ya mradi huo, ambayo itaboreshwa zaidi.

Mahali hapa hapakuchaguliwa kwa bahati. Eneo hili lina sifa ya mabadiliko makubwa ya matumizi ya nishati (matumizi makubwa katika majira ya joto, kidogo sana wakati wa baridi), ambayo huleta changamoto ya ziada kwa wahandisi wa nishati.

Mfumo unaotekelezwa unapaswa kuwa na sifa si tu kwa kuegemea juu, lakini pia kwa kubadilika kwa huduma ya wateja, kuruhusu kuboresha matumizi ya nishati, kubadilisha ushuru wa umeme na kutumia vyanzo vya nishati mbadala vinavyojitokeza (paneli za photovoltaic, turbines ndogo za upepo, nk).

Hivi karibuni, habari pia imeonekana kwamba Polskie Sieci Energetyczne inataka kuhifadhi nishati katika betri zenye nguvu na uwezo wa angalau 2 MW. Opereta anapanga kujenga vituo vya kuhifadhi nishati nchini Poland ambavyo vitasaidia gridi ya umeme, kuhakikisha mwendelezo wa usambazaji wakati vyanzo vya nishati mbadala (RES) vinaacha kufanya kazi kwa sababu ya ukosefu wa upepo au baada ya giza. Umeme kutoka kwenye ghala kisha utaenda kwenye gridi ya taifa.

Upimaji wa suluhisho unaweza kuanza ndani ya miaka miwili. Kwa mujibu wa taarifa zisizo rasmi, Wajapani kutoka Hitachi hutoa PSE ili kupima vyombo vya betri vyenye nguvu. Betri moja kama hiyo ya lithiamu-ion ina uwezo wa kutoa 1 MW ya nguvu.

Maghala pia yanaweza kupunguza hitaji la kupanua mitambo ya umeme ya kawaida katika siku zijazo. Mashamba ya upepo, ambayo yana sifa ya kutofautiana kwa juu katika pato la nguvu (kulingana na hali ya hali ya hewa), hulazimisha nishati ya jadi kudumisha hifadhi ya nishati ili vinu vya upepo vinaweza kubadilishwa au kuongezewa wakati wowote na kupungua kwa pato la nguvu.

Waendeshaji kote Ulaya wanawekeza katika uhifadhi wa nishati. Hivi karibuni, Waingereza walizindua ufungaji mkubwa zaidi wa aina hii kwenye bara letu. Kituo cha Leighton Buzzard karibu na London kinaweza kuhifadhi hadi MWh 10 za nishati na kutoa MW 6 za nishati.

Nyuma yake ni S&C Electric, Samsung, pamoja na UK Power Networks na Younicos. Mnamo Septemba 2014, kampuni ya mwisho ilijenga hifadhi ya kwanza ya nishati ya kibiashara huko Uropa. Ilizinduliwa huko Schwerin, Ujerumani na ina uwezo wa 5 MW.

Hati "Smart Grid Projects Outlook 2014" ina miradi 459 iliyotekelezwa tangu 2002, ambapo matumizi ya teknolojia mpya, uwezo wa ICT (teleinformation) ilichangia kuundwa kwa "gridi ya smart".

Ikumbukwe kwamba miradi ilizingatiwa ambapo angalau Jimbo moja la Mwanachama wa EU lilishiriki (alikuwa mshirika) (7). Hii inafanya idadi ya nchi zilizoangaziwa katika ripoti hiyo kufikia 47.

Hadi sasa, euro bilioni 3,15 zimetengwa kwa ajili ya miradi hii, ingawa asilimia 48 kati yake bado haijakamilika. Miradi ya R&D kwa sasa inatumia euro milioni 830, wakati majaribio na utekelezaji unagharimu euro bilioni 2,32.

Miongoni mwao, kwa kila mtu, Denmark inawekeza zaidi. Ufaransa na Uingereza, kwa upande mwingine, zina miradi iliyowekewa bajeti ya juu zaidi, wastani wa Euro milioni 5 kwa kila mradi.

Ikilinganishwa na nchi hizi, nchi za Ulaya Mashariki zilifanya vibaya zaidi. Kulingana na ripoti hiyo, wanazalisha asilimia 1 tu ya bajeti yote ya miradi yote hii. Kwa idadi ya miradi iliyotekelezwa, tano bora ni: Ujerumani, Denmark, Italia, Uhispania na Ufaransa. Poland ilichukua nafasi ya 18 katika orodha hiyo.

Uswizi ilikuwa mbele yetu, ikifuatiwa na Ireland. Chini ya kauli mbiu ya gridi smart, masuluhisho kabambe, karibu ya kimapinduzi yanatekelezwa katika maeneo mengi ulimwenguni. mipango ya kufanya mfumo wa nguvu kuwa wa kisasa.

Mojawapo ya mifano bora ni Mradi wa Miundombinu Mahiri wa Ontario (2030), ambao umetayarishwa katika miaka ya hivi karibuni na una makadirio ya muda wa hadi miaka 8.

8. Mpango wa kupeleka Smart Grid katika jimbo la Kanada la Ontario.

Virusi vya nishati?

Walakini, ikiwa mtandao wa nishati kuwa kama Mtandao, lazima uzingatie kwamba inaweza kukabili matishio yale yale tunayokabiliana nayo katika mitandao ya kisasa ya kompyuta.

9. Roboti iliyoundwa kufanya kazi katika mitandao ya nishati

Maabara ya F-Secure hivi majuzi ilionya kuhusu tishio jipya tata kwa mifumo ya huduma za sekta, ikiwa ni pamoja na gridi za umeme. Inaitwa Havex na inatumia mbinu mpya ya hali ya juu sana kuambukiza kompyuta.

Havex ina sehemu kuu mbili. Ya kwanza ni programu ya Trojan, ambayo hutumiwa kudhibiti kwa mbali mfumo ulioshambuliwa. Kipengele cha pili ni seva ya PHP.

Trojan horse iliambatishwa na wavamizi kwenye programu ya APCS/SCADA yenye jukumu la kufuatilia maendeleo ya michakato ya kiteknolojia na uzalishaji. Waathirika hupakua programu hizo kutoka kwa tovuti maalumu, bila kujua tishio.

Wahasiriwa wa Havex walikuwa kimsingi taasisi za Uropa na kampuni zinazohusika katika suluhisho za kiviwanda. Sehemu ya msimbo wa Havex unapendekeza kwamba waundaji wake, pamoja na kutaka kuiba data kuhusu michakato ya uzalishaji, wanaweza pia kuathiri mwendo wao.

10. Maeneo ya grids smart

Waandishi wa programu hasidi walivutiwa haswa na mitandao ya nishati. Labda kipengele cha baadaye mfumo wa nguvu wa smart robots pia.

Hivi majuzi, watafiti katika Chuo Kikuu cha Teknolojia cha Michigan walitengeneza muundo wa roboti (9) ambao hutoa nishati kwenye maeneo yaliyoathiriwa na kukatika kwa umeme, kama vile kusababishwa na majanga ya asili.

Mashine za aina hii zinaweza, kwa mfano, kurejesha nguvu kwa miundombinu ya mawasiliano ya simu (minara na vituo vya msingi) ili kufanya shughuli za uokoaji kwa ufanisi zaidi. Robots ni uhuru, wao wenyewe huchagua njia bora ya marudio yao.

Wanaweza kuwa na betri kwenye ubao au paneli za jua. Wanaweza kulisha kila mmoja. Maana na kazi grids smart kwenda mbali zaidi ya nishati (10).

Miundombinu iliyoundwa kwa njia hii inaweza kutumika kuunda maisha mapya mahiri ya rununu ya siku zijazo, kulingana na teknolojia za hali ya juu. Hadi sasa, tunaweza kufikiria tu faida (lakini pia hasara) za aina hii ya ufumbuzi.