Xarxes d'energia intel·ligents
Contingut
S'estima que la demanda mundial d'energia creixerà al voltant del 2,2% anual. Això significa que el consum energètic mundial actual de més de 20 petawatts hora augmentarà fins als 2030 petawatts hora el 33. Al mateix temps, s'està posant èmfasi en l'ús de l'energia de manera més eficient que mai.
1. Automòbil a la xarxa intel·ligent
Altres projeccions prediuen que el transport consumirà més del 2050 per cent de la demanda d'electricitat l'any 10, en gran part a causa de la creixent popularitat dels vehicles elèctrics i híbrids.
Si càrrega de la bateria del cotxe elèctric no es gestiona correctament o no funciona per si sol, hi ha el risc de pics de càrrega a causa de la càrrega de massa bateries al mateix temps. La necessitat de solucions que permetin carregar els vehicles en els moments òptims (1).
Els sistemes elèctrics clàssics del segle XX, en què l'electricitat es produïa principalment en centrals elèctriques i es lliurava als consumidors mitjançant línies de transmissió d'alta tensió i xarxes de distribució de mitjana i baixa tensió, no s'adapten a les demandes de la nova era.
En els darrers anys també s'observa el ràpid desenvolupament dels sistemes distribuïts, petits productors d'energia que poden compartir els seus excedents amb el mercat. Tenen una participació important en els sistemes distribuïts. fonts d'energia renovables.
Glossari de xarxes intel·ligents
AMI - Abreviatura de Advanced Metering Infrastructure. Significa la infraestructura de dispositius i programari que es comuniquen amb comptadors d'electricitat, recullen dades d'energia i analitzen aquestes dades.
Generació distribuïda - producció d'energia mitjançant petites instal·lacions o instal·lacions de generació connectades directament a xarxes de distribució o ubicades en el sistema elèctric del receptor (darrere dels dispositius de control i mesura), normalment produint electricitat a partir de fonts d'energia renovables o no tradicionals, sovint en combinació amb la producció de calor (cogeneració distribuïda). ). . Les xarxes de generació distribuïda poden incloure, per exemple, prosumidors, cooperatives energètiques o centrals elèctriques municipals.
comptador intel·ligent – un comptador d'electricitat remot que té la funció de transmetre automàticament les dades de mesura d'energia al proveïdor i, per tant, ofereix més oportunitats per a l'ús conscient de l'electricitat.
Micro font d'alimentació – una petita central de generació d'energia, normalment utilitzada per a consum propi. La microfont pot ser petites centrals domèstiques solars, hidràuliques o eòliques, micro turbines que funcionen amb gas natural o biogàs, unitats amb motors amb gas natural o biogàs.
Proposició – un consumidor d'energia conscient que produeix energia per a les seves pròpies necessitats, per exemple, en microfonts, i ven l'excedent no utilitzat a la xarxa de distribució.
Tarifes dinàmiques – tarifes tenint en compte les variacions diàries dels preus de l'energia.
Espai-temps observable
La solució d'aquests problemes (2) requereix una xarxa amb una infraestructura de "pensament" flexible que dirigirà l'energia exactament allà on es necessita. Una decisió així xarxa energètica intel·ligent - Xarxa elèctrica intel·ligent.
2. Reptes que afronta el mercat energètic
En termes generals, una xarxa intel·ligent és un sistema elèctric que integra de manera intel·ligent les activitats de tots els participants en els processos de producció, transmissió, distribució i ús per tal de subministrar electricitat de manera econòmica, sostenible i segura (3).
La seva principal premissa és la connexió entre tots els participants del mercat energètic. La xarxa connecta les centrals elèctriques, grans i petits, i consumidors d'energia en una estructura. Pot existir i funcionar gràcies a dos elements: una automatització basada en sensors avançats i un sistema TIC.
Per dir-ho de manera senzilla: la xarxa intel·ligent "sap" on i quan sorgeix la major necessitat d'energia i el major subministrament, i pot dirigir l'excés d'energia cap a on més es necessita. Com a resultat, aquesta xarxa pot millorar l'eficiència, la fiabilitat i la seguretat de la cadena de subministrament d'energia.
3. Smart grid - esquema bàsic
4. Tres àmbits de xarxes intel·ligents, objectius i beneficis que se'n deriven
Xarxes intel·ligents permeten prendre lectures de comptadors d'electricitat de forma remota, controlar l'estat de recepció i la xarxa, així com el perfil de recepció d'energia, identificar el consum il·legal d'energia, les interferències en comptadors i les pèrdues d'energia, desconnectar / connectar de forma remota el destinatari, canviar les tarifes, arxiu i facturació de valors de lectura i altres activitats (4).
És difícil determinar amb precisió la demanda d'electricitat, de manera que normalment el sistema ha d'utilitzar l'anomenada reserva calenta. L'ús de la generació distribuïda (vegeu el Glossari de la xarxa intel·ligent) en combinació amb la xarxa intel·ligent pot reduir significativament la necessitat de mantenir les grans reserves plenament operatives.
Pilar xarxes intel·ligents hi ha un ampli sistema de mesura, comptabilitat intel·ligent (5). Inclou sistemes de telecomunicacions que transmeten dades de mesura als punts de decisió, així com informació intel·ligent, algorismes de previsió i presa de decisions.
Les primeres instal·lacions pilot de sistemes de mesura "intel·ligents" ja estan en construcció, que cobreixen ciutats o municipis individuals. Gràcies a ells, pots, entre altres coses, introduir tarifes horàries per a clients individuals. Això vol dir que en determinades hores del dia, el preu de l'electricitat per a un consumidor tan únic serà més baix, per la qual cosa val la pena encendre, per exemple, una rentadora.
Segons alguns científics, com un grup d'investigadors de l'institut alemany Max Planck de Göttingen dirigit per Mark Timm, milions de comptadors intel·ligents podrien en el futur crear un sistema completament autònom. xarxa d'autoregulació, descentralitzat com Internet, i segur perquè és resistent als atacs als quals estan exposats els sistemes centralitzats.
La força des de la pluralitat
Fonts d'electricitat renovables A causa de la petita capacitat unitaria (FER) es distribueixen fonts. Aquestes últimes inclouen fonts amb una potència unitària inferior a 50-100 MW, instal·lades molt a prop del consumidor final d'energia.
Tanmateix, a la pràctica el límit per a una font considerada com a font distribuïda varia molt d'un país a un altre, per exemple, Suècia és d'1,5 MW, Nova Zelanda 5 MW, EUA 5 MW, Regne Unit 100 MW. .
Amb un nombre suficientment gran de fonts disperses en una petita àrea del sistema elèctric i gràcies a les oportunitats que ofereixen xarxes intel·ligents, es fa possible i rendible combinar aquestes fonts en un sol sistema controlat per l'operador, creant una "central d'energia virtual".
El seu objectiu és concentrar la generació distribuïda en un sistema lògicament connectat, augmentant l'eficiència tècnica i econòmica de la producció d'electricitat. La generació distribuïda situada molt a prop dels consumidors d'energia també pot utilitzar els recursos locals de combustible, inclosos els biocombustibles i les energies renovables, i fins i tot els residus municipals.
Una central elèctrica virtual connecta moltes fonts d'energia locals diferents en una zona determinada (centrals hidràuliques, eòliques, fotovoltaiques, turbines de cicle combinat, generadors accionats per motors, etc.) i emmagatzematge d'energia (dipòsits d'aigua, bateries) que són controlats a distància per un àmplia xarxa informàtica. sistema.
Una funció important en la creació de centrals elèctriques virtuals haurien de tenir els dispositius d'emmagatzematge d'energia que permetin ajustar la generació d'electricitat als canvis diaris de la demanda dels consumidors. Normalment, aquests dipòsits són bateries o supercondensadors; les estacions d'emmagatzematge de bombeig poden tenir un paper similar.
Una zona energèticament equilibrada que forma una central elèctrica virtual es pot separar de la xarxa elèctrica mitjançant interruptors moderns. Aquest interruptor protegeix, realitza treballs de mesura i sincronitza el sistema amb la xarxa.
El món és cada cop més intel·ligent
W xarxes intel·ligents actualment invertit per totes les companyies energètiques més grans del món. A Europa, per exemple, EDF (França), RWE (Alemanya), Iberdrola (Espanya) i British Gas (Regne Unit).
6. La xarxa intel·ligent combina fonts tradicionals i renovables
Un element important d'aquest tipus de sistemes és la xarxa de distribució de telecomunicacions, que proporciona una transmissió IP bidireccional fiable entre els sistemes centrals d'aplicació i els comptadors d'electricitat intel·ligents situats directament al final del sistema elèctric, als consumidors finals.
En l'actualitat, les xarxes de telecomunicacions més grans del món per a les necessitats Xarxa intel·ligent dels majors operadors energètics dels seus països -com LightSquared (EUA) o EnergyAustralia (Austràlia)- es produeixen mitjançant la tecnologia sense fil Wimax.
A més, la primera i una de les implementacions més grans previstes del sistema AMI (Advanced Metering Infrastructure) a Polònia, que forma part integral de la xarxa intel·ligent d'Energa Operator SA, implica l'ús del sistema Wimax per a la transmissió de dades.
Un avantatge important de la solució Wimax en relació a altres tecnologies utilitzades en el sector energètic per a la transmissió de dades, com ara PLC, és que no cal apagar trams sencers de línies elèctriques en cas d'emergència.
7. Piràmide energètica a Europa
El govern xinès ha desenvolupat un gran pla a llarg termini per invertir en sistemes d'aigua, millorar i ampliar les xarxes de transmissió i la infraestructura a les zones rurals, i xarxes intel·ligents. La corporació estatal xinesa de xarxa té previst introduir-les el 2030.
La Federació de la indústria elèctrica del Japó té previst desenvolupar una xarxa intel·ligent d'energia solar per al 2020 amb el suport del govern. Actualment, s'està implementant a Alemanya un programa estatal per provar energia electrònica per a xarxes intel·ligents.
Es crearà una "supergrid" energètica als països de la UE, a través de la qual es distribuirà energia renovable, principalment de parcs eòlics. A diferència de les xarxes tradicionals, no es basarà en el corrent elèctric altern, sinó en el corrent elèctric continu (DC).
Els fons europeus van finançar el programa de recerca i formació relacionat amb el projecte MEDOW, que reuneix universitats i representants de la indústria energètica. MEDOW és una abreviatura del nom anglès "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".
Es preveu que el programa de formació s'allargui fins al març de 2017. Creació xarxes d'energies renovables a escala continental i la connexió eficient a les xarxes existents (6) té sentit per les característiques específiques de les energies renovables, que es caracteritzen per excedents o escassetats periòdiques de capacitat.
El programa Smart Peninsula que opera a la península de Hel és molt conegut a la indústria energètica polonesa. És aquí on Energa ha implantat els primers sistemes de lectura a distància de prova del país i disposa de la infraestructura tècnica adequada per al projecte, que s'actualitzarà encara més.
Aquest lloc no va ser escollit per casualitat. Aquesta zona es caracteritza per grans fluctuacions en el consum energètic (elevat consum a l'estiu, molt menys a l'hivern), fet que suposa un repte addicional per als enginyers energètics.
El sistema implantat s'ha de caracteritzar no només per una alta fiabilitat, sinó també per la flexibilitat en l'atenció al client, que els permeti optimitzar el consum energètic, modificar les tarifes elèctriques i utilitzar fonts d'energia alternatives emergents (plaques fotovoltaiques, petits aerogeneradors, etc.).
Recentment, també ha aparegut informació que Polskie Sieci Energetyczne vol emmagatzemar energia en bateries potents amb una capacitat d'almenys 2 MW. L'operador té previst construir instal·lacions d'emmagatzematge d'energia a Polònia que donaran suport a la xarxa elèctrica, assegurant la continuïtat del subministrament quan les fonts d'energia renovables (FER) deixin de funcionar per falta de vent o per la foscor. L'electricitat del magatzem anirà després a la xarxa.
La prova de la solució podria començar d'aquí a dos anys. Segons informació no oficial, els japonesos d'Hitachi ofereixen PSE per provar potents contenidors de bateries. Una d'aquestes bateries d'ió de liti és capaç de lliurar 1 MW de potència.
Els magatzems també poden reduir la necessitat d'ampliar les centrals elèctriques convencionals en el futur. Els parcs eòlics, que es caracteritzen per una gran variabilitat de potència (en funció de les condicions meteorològiques), obliguen l'energia tradicional a mantenir una reserva de potència per tal que els molins de vent puguin ser substituïts o complementats en qualsevol moment amb una potència reduïda.
Els operadors d'arreu d'Europa estan invertint en l'emmagatzematge d'energia. Recentment, els britànics van posar en marxa la instal·lació d'aquest tipus més gran del nostre continent. La instal·lació de Leighton Buzzard, prop de Londres, és capaç d'emmagatzemar fins a 10 MWh d'energia i lliurar 6 MW d'energia.
Darrere d'ell hi ha S&C Electric, Samsung, així com UK Power Networks i Younicos. El setembre de 2014, aquesta darrera empresa va construir el primer emmagatzematge comercial d'energia a Europa. Va ser llançat a Schwerin, Alemanya i té una capacitat de 5 MW.
El document "Smart Grid Projects Outlook 2014" conté 459 projectes implementats des de l'any 2002, en els quals l'ús de les noves tecnologies, les capacitats TIC (teleinformació) van contribuir a la creació d'una "smart grid".
Cal assenyalar que es van tenir en compte els projectes en què va participar almenys un Estat membre de la UE (era soci) (7). Això fa que el nombre de països tractats a l'informe sigui de 47.
Fins ara, s'han destinat 3,15 milions d'euros a aquests projectes, tot i que el 48 per cent encara no s'han acabat. Els projectes d'R+D consumeixen actualment 830 milions d'euros, mentre que les proves i la implementació tenen un cost de 2,32 milions d'euros.
Entre ells, per càpita, Dinamarca és la que més inverteix. França i el Regne Unit, en canvi, duen a terme els projectes amb els pressupostos més elevats, amb una mitjana de 5 milions d'euros per projecte.
En comparació amb aquests països, els països de l'Est d'Europa van sortir molt pitjors. Segons l'informe, només generen l'1 per cent del pressupost total de tots aquests projectes. Pel nombre de projectes implementats, els cinc primers són: Alemanya, Dinamarca, Itàlia, Espanya i França. Polònia va ocupar el 18è lloc del rànquing.
Suïssa ens va avançar, seguida d'Irlanda. Sota el lema de la xarxa intel·ligent, s'estan implementant solucions ambicioses, gairebé revolucionàries, a molts llocs del món. plans per modernitzar el sistema elèctric.
Un dels millors exemples és el Projecte d'Infraestructura Intel·ligent d'Ontario (2030), que s'ha elaborat en els darrers anys i té una durada estimada de fins a 8 anys.
8. Pla per desplegar Smart Grid a la província canadenca d'Ontario.
Virus energètics?
No obstant això, si xarxa energètica convertir-se en com Internet, cal tenir en compte que pot enfrontar-se a les mateixes amenaces que ens enfrontem a les xarxes informàtiques modernes.
9. Robots dissenyats per treballar en xarxes energètiques
Els laboratoris F-Secure van advertir recentment d'una nova amenaça complexa per als sistemes de serveis de la indústria, incloses les xarxes elèctriques. Es diu Havex i utilitza una nova tècnica molt avançada per infectar ordinadors.
Havex té dos components principals. El primer és el programari troià, que s'utilitza per controlar de forma remota el sistema atacat. El segon element és el servidor PHP.
Els atacants van connectar el cavall de Troia al programari APCS/SCADA encarregat de supervisar el progrés dels processos tecnològics i de producció. Les víctimes descarreguen aquests programes des de llocs especialitzats, sense saber l'amenaça.
Les víctimes d'Havex van ser principalment institucions i empreses europees implicades en solucions industrials. Part del codi Havex suggereix que els seus creadors, a més de voler robar dades sobre els processos de producció, també podrien influir en el seu curs.
10. Àrees de xarxes intel·ligents
Els autors d'aquest programari maliciós estaven especialment interessats en les xarxes energètiques. Possiblement un element de futur sistema d'alimentació intel·ligent els robots també ho faran.
Recentment, investigadors de la Universitat Tecnològica de Michigan van desenvolupar un model de robot (9) que lliura energia als llocs afectats per talls de llum, com els causats per desastres naturals.
Màquines d'aquest tipus podrien, per exemple, restablir l'energia a la infraestructura de telecomunicacions (torres i estacions base) per tal de dur a terme les operacions de rescat de manera més eficient. Els robots són autònoms, ells mateixos trien el millor camí cap al seu destí.
Poden tenir bateries a bord o plaques solars. Es poden alimentar mútuament. Significat i funcions xarxes intel·ligents anar molt més enllà de l'energia (10).
La infraestructura creada d'aquesta manera es pot utilitzar per crear una nova vida intel·ligent mòbil del futur, basada en tecnologies d'última generació. Fins ara, només ens podem imaginar els avantatges (però també els inconvenients) d'aquest tipus de solucions.
