Intelligente Energienetze
Schätzungen zufolge wächst der weltweite Energiebedarf um etwa 2,2 Prozent pro Jahr. Damit wird der weltweite Energieverbrauch von derzeit über 20 Petawattstunden auf 2030 Petawattstunden im Jahr 33 ansteigen. Gleichzeitig wird Wert darauf gelegt, Energie so effizient wie nie zuvor zu nutzen.
1. Automatisch im Smart Grid
Andere Prognosen gehen davon aus, dass der Transport bis 2050 mehr als 10 Prozent des Strombedarfs verbrauchen wird, was hauptsächlich auf die wachsende Beliebtheit von Elektro- und Hybridfahrzeugen zurückzuführen ist.
wenn Laden der Elektroautobatterie nicht richtig verwaltet wird oder von alleine gar nicht funktioniert, besteht die Gefahr von Lastspitzen durch zu viele gleichzeitig geladene Akkus. Der Bedarf an Lösungen, die es ermöglichen, Fahrzeuge zu optimalen Zeiten aufzuladen (1).
Klassische Energiesysteme des XNUMX. Jahrhunderts, in denen Strom überwiegend in zentralen Kraftwerken erzeugt und über Hochspannungsleitungen sowie Mittel- und Niederspannungsverteilnetze an die Verbraucher geliefert wurde, sind den Anforderungen der neuen Zeit nicht gewachsen.
In den letzten Jahren sehen wir auch die rasante Entwicklung von verteilten Systemen, kleinen Energieerzeugern, die ihre Überschüsse mit dem Markt teilen können. Sie haben einen erheblichen Anteil an verteilten Systemen. erneuerbaren Energiequellen.
Glossar Smart Grids
AMI - kurz für Advanced Metering Infrastructure. Bezeichnet die Infrastruktur von Geräten und Software, die mit Stromzählern kommunizieren, Energiedaten sammeln und diese Daten analysieren.
verteilte Erzeugung - Energieerzeugung durch kleine Erzeugungsanlagen oder Einrichtungen, die direkt an Verteilungsnetze angeschlossen oder im Stromnetz des Empfängers (hinter Steuer- und Messgeräten) angeordnet sind und in der Regel Strom aus erneuerbaren oder nicht-traditionellen Energiequellen erzeugen, häufig in Kombination mit Wärmeerzeugung (dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung). ). . Dezentrale Erzeugungsnetze können beispielsweise Prosumer, Energiegenossenschaften oder kommunale Kraftwerke umfassen.
intelligenter Zähler – ein Fernstromzähler, der die Funktion hat, Energiezählerdaten automatisch an den Versorger zu übermitteln und somit mehr Möglichkeiten für den bewussten Umgang mit Strom bietet.
Mikrostromquelle – eine kleine Stromerzeugungsanlage, die in der Regel für den Eigenverbrauch genutzt wird. Die Mikroquelle können kleine heimische Solar-, Wasser- oder Windkraftwerke, Mikroturbinen, die mit Erdgas oder Biogas betrieben werden, Einheiten mit Motoren, die mit Erdgas oder Biogas betrieben werden, sein.
Prosumer – ein bewusster Energieverbraucher, der Energie für den eigenen Bedarf zum Beispiel in Mikroquellen produziert und den ungenutzten Überschuss an das Verteilungsnetz verkauft.
Dynamische Preise – Tarife unter Berücksichtigung der täglichen Änderungen der Energiepreise.
Beobachtbare Raumzeit
Die Lösung dieser Probleme (2) erfordert ein Netzwerk mit einer flexiblen „denkenden“ Infrastruktur, die Energie genau dorthin leitet, wo sie benötigt wird. So eine Entscheidung intelligentes Energienetz – intelligentes Stromnetz.
2. Herausforderungen für den Energiemarkt
Im Allgemeinen ist ein Smart Grid ein Energiesystem, das die Aktivitäten aller Beteiligten in den Prozessen der Erzeugung, Übertragung, Verteilung und Nutzung intelligent integriert, um Strom auf wirtschaftliche, nachhaltige und sichere Weise bereitzustellen (3).
Seine Hauptprämisse ist die Verbindung zwischen allen Teilnehmern am Energiemarkt. Das Netz verbindet Kraftwerke, groß und klein, und Energieverbraucher in einer Struktur. Es kann dank zweier Elemente existieren und funktionieren: Automatisierung, die auf fortschrittlichen Sensoren und einem IKT-System basiert.
Vereinfacht gesagt: Das Smart Grid „weiß“, wo und wann der größte Energiebedarf und das größte Angebot entsteht, und kann überschüssige Energie dorthin leiten, wo sie am dringendsten benötigt wird. Dadurch kann ein solches Netzwerk die Effizienz, Zuverlässigkeit und Sicherheit der Energieversorgungskette verbessern.
3. Smart Grid – Grundschema
4. Drei Bereiche von Smart Grids, Ziele und Vorteile, die sich daraus ergeben
Intelligente Netzwerke ermöglichen es Ihnen, Stromzähler aus der Ferne abzulesen, den Empfangsstatus und das Netzwerk sowie das Profil des Energieempfangs zu überwachen, illegalen Energieverbrauch, Eingriffe in Zähler und Energieverluste zu identifizieren, den Empfänger aus der Ferne zu trennen / zu verbinden, Tarife zu wechseln, Archivierung und Abrechnung von gelesenen Werten und anderen Aktivitäten (4).
Es ist schwierig, den Strombedarf genau zu bestimmen, daher muss das System normalerweise die sogenannte heiße Reserve verwenden. Der Einsatz dezentraler Erzeugung (siehe Smart Grid Glossar) in Kombination mit dem Smart Grid kann die Notwendigkeit, große Reserven voll funktionsfähig zu halten, deutlich reduzieren.
Posten Smart Grids Es gibt ein umfangreiches Messsystem, intelligente Abrechnung (5). Dazu gehören Telekommunikationssysteme, die Messdaten an Entscheidungspunkte übermitteln, sowie intelligente Informations-, Prognose- und Entscheidungsalgorithmen.
Erste Pilotinstallationen von „intelligenten“ Messsystemen sind bereits im Bau und umfassen einzelne Städte oder Gemeinden. Dank ihnen können Sie unter anderem Stundenlöhne für einzelne Kunden einführen. Das bedeutet, dass der Strompreis für einen solchen einzelnen Verbraucher zu bestimmten Tageszeiten niedriger ist, sodass es sich lohnt, beispielsweise eine Waschmaschine einzuschalten.
Laut einigen Wissenschaftlern, wie etwa einer Forschergruppe des deutschen Max-Planck-Instituts in Göttingen unter der Leitung von Mark Timm, könnten Millionen von intelligenten Zählern in Zukunft völlig autonom funktionieren selbstregulierendes Netzwerk, dezentralisiert wie das Internet und sicher, weil es resistent gegen die Angriffe ist, denen zentralisierte Systeme ausgesetzt sind.
Stärke aus Pluralität
Erneuerbare Stromquellen Aufgrund der kleinen Einheitskapazität (RES) handelt es sich um verteilte Quellen. Letztere umfassen Quellen mit einer Einheitskapazität von weniger als 50-100 MW, die in unmittelbarer Nähe des Endverbrauchers von Energie installiert sind.
In der Praxis ist der Grenzwert für eine als verteilt geltende Quelle jedoch von Land zu Land sehr unterschiedlich, beispielsweise beträgt er in Schweden 1,5 MW, in Neuseeland 5 MW, in den USA 5 MW, in Großbritannien 100 MW. .
Mit einer ausreichend großen Anzahl von Quellen, die über einen kleinen Bereich des Stromversorgungssystems verteilt sind, und dank der Möglichkeiten, die sie bieten Smart Gridswird es möglich und rentabel, diese Quellen zu einem vom Betreiber gesteuerten System zu kombinieren und so ein "virtuelles Kraftwerk" zu schaffen.
Ziel ist es, die dezentrale Erzeugung in einem logisch verbundenen System zu konzentrieren und so die technische und wirtschaftliche Effizienz der Stromerzeugung zu steigern. Eine dezentrale Stromerzeugung in unmittelbarer Nähe der Energieverbraucher kann auch lokale Brennstoffressourcen nutzen, darunter Biokraftstoffe und erneuerbare Energien und sogar Siedlungsabfälle.
Ein virtuelles Kraftwerk verbindet viele verschiedene lokale Energiequellen in einem bestimmten Gebiet (Wasser-, Wind-, Photovoltaikkraftwerke, GuD-Turbinen, motorbetriebene Generatoren usw.) und Energiespeicher (Wassertanks, Batterien), die von einem ferngesteuert werden umfangreiches IT-Netzwerk.
Eine wichtige Funktion bei der Erstellung virtueller Kraftwerke sollten Energiespeicher spielen, die es ermöglichen, die Stromerzeugung an die sich täglich ändernde Verbrauchernachfrage anzupassen. Üblicherweise sind solche Speicher Batterien oder Superkondensatoren; Pumpspeicherwerke können eine ähnliche Rolle spielen.
Mit modernen Schaltern kann ein energetisch ausgeglichener Bereich, der ein virtuelles Kraftwerk bildet, vom Stromnetz getrennt werden. Ein solcher Switch schützt, führt Messaufgaben aus und synchronisiert das System mit dem Netzwerk.
Die Welt wird intelligenter
W Smart Grids derzeit von allen größten Energieunternehmen der Welt investiert. In Europa beispielsweise EDF (Frankreich), RWE (Deutschland), Iberdrola (Spanien) und British Gas (Großbritannien).
6. Smart Grid kombiniert traditionelle und erneuerbare Quellen
Ein wichtiges Element dieses Systemtyps ist das Telekommunikationsverteilnetz, das eine zuverlässige bidirektionale IP-Übertragung zwischen den zentralen Anwendungssystemen und intelligenten Stromzählern direkt am Ende des Stromnetzes bei den Endverbrauchern bereitstellt.
Derzeit die weltweit größten Telekommunikationsnetze für die Bedürfnisse Smart Grid der größten Energieversorger ihrer Länder - wie LightSquared (USA) oder EnergyAustralia (Australien) - werden mit Wimax-Funktechnologie produziert.
Darüber hinaus beinhaltet die erste und eine der größten geplanten Implementierungen des AMI-Systems (Advanced Metering Infrastructure) in Polen, das ein integraler Bestandteil des intelligenten Netzwerks von Energa Operator SA ist, die Verwendung des Wimax-Systems für die Datenübertragung.
Ein wichtiger Vorteil der Wimax-Lösung gegenüber anderen im Energiesektor eingesetzten Technologien zur Datenübertragung, wie z. B. SPS, besteht darin, dass im Notfall nicht ganze Abschnitte von Stromleitungen abgeschaltet werden müssen.
7. Energiepyramide in Europa
Die chinesische Regierung hat einen großen langfristigen Plan entwickelt, um in Wassersysteme zu investieren, Übertragungsnetze und Infrastruktur in ländlichen Gebieten zu verbessern und zu erweitern Smart Grids. Die chinesische State Grid Corporation plant, sie bis 2030 einzuführen.
Die Japan Electricity Industry Federation plant, bis 2020 mit staatlicher Unterstützung ein solarbetriebenes Smart Grid zu entwickeln. Derzeit wird in Deutschland ein Landesprogramm zur Erprobung elektronischer Energie für Smart Grids umgesetzt.
In den EU-Ländern wird ein Energie-„Supernetz“ geschaffen, über das erneuerbare Energie verteilt wird, hauptsächlich aus Windparks. Anders als herkömmliche Netze wird es nicht auf Wechselstrom, sondern auf Gleichstrom (DC) basieren.
Europäische Mittel förderten das projektbezogene Forschungs- und Ausbildungsprogramm MEDOW, das Universitäten und Vertreter der Energiewirtschaft zusammenbringt. MEDOW ist eine Abkürzung des englischen Namens „Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind“.
Das Ausbildungsprogramm läuft voraussichtlich bis März 2017. Schaffung Netze erneuerbarer Energien auf kontinentaler Ebene und eine effiziente Anbindung an bestehende Netze (6) ist aufgrund der Besonderheiten erneuerbarer Energien, die durch periodische Über- oder Unterkapazitäten gekennzeichnet sind, sinnvoll.
Das Smart Peninsula-Programm, das auf der Halbinsel Hel betrieben wird, ist in der polnischen Energiebranche bekannt. Hier hat Energa die ersten Test-Fernablesesysteme des Landes implementiert und verfügt über die entsprechende technische Infrastruktur für das Projekt, die weiter ausgebaut wird.
Dieser Ort wurde nicht zufällig gewählt. Dieser Bereich ist durch hohe Schwankungen im Energieverbrauch gekennzeichnet (hoher Verbrauch im Sommer, deutlich weniger im Winter), was eine zusätzliche Herausforderung für Energieingenieure darstellt.
Das implementierte System sollte sich nicht nur durch hohe Zuverlässigkeit, sondern auch durch Flexibilität im Kundenservice auszeichnen, die es ihm ermöglicht, den Energieverbrauch zu optimieren, Stromtarife zu ändern und aufkommende alternative Energiequellen (Photovoltaikanlagen, kleine Windkraftanlagen usw.) zu nutzen.
Kürzlich tauchten auch Informationen auf, dass Polskie Sieci Energetyczne Energie in leistungsstarken Batterien mit einer Kapazität von mindestens 2 MW speichern will. Der Betreiber plant den Bau von Energiespeicheranlagen in Polen, die das Stromnetz unterstützen, indem sie die Kontinuität der Versorgung sicherstellen, wenn erneuerbare Energiequellen (RES) aufgrund von Windmangel oder nach Einbruch der Dunkelheit nicht mehr funktionieren. Der Strom aus dem Lager geht dann ins Netz.
Das Testen der Lösung könnte innerhalb von zwei Jahren beginnen. Nach inoffiziellen Informationen bieten die Japaner von Hitachi PSE an, leistungsstarke Batteriecontainer zu testen. Eine solche Lithium-Ionen-Batterie kann 1 MW Leistung liefern.
Lager können auch den Bedarf für den Ausbau konventioneller Kraftwerke in Zukunft reduzieren. Windparks, die sich durch eine hohe Variabilität der Leistung (abhängig von den meteorologischen Bedingungen) auszeichnen, zwingen traditionelle Energie, eine Leistungsreserve vorzuhalten, damit Windräder jederzeit mit reduzierter Leistung ersetzt oder ergänzt werden können.
Betreiber in ganz Europa investieren in Energiespeicher. Kürzlich haben die Briten die größte Anlage dieser Art auf unserem Kontinent in Betrieb genommen. Die Anlage in Leighton Buzzard bei London kann bis zu 10 MWh Energie speichern und 6 MW Strom liefern.
Dahinter stehen S&C Electric, Samsung sowie UK Power Networks und Younicos. Letzteres hat im September 2014 den ersten kommerziellen Energiespeicher in Europa gebaut. Es wurde in Schwerin, Deutschland, in Betrieb genommen und hat eine Kapazität von 5 MW.
Das Dokument „Smart Grid Projects Outlook 2014“ enthält 459 seit 2002 durchgeführte Projekte, in denen der Einsatz neuer Technologien, IKT- (Fernseh-) Fähigkeiten zur Schaffung eines „Smart Grid“ beigetragen hat.
Zu beachten ist, dass Projekte berücksichtigt wurden, an denen mindestens ein EU-Mitgliedstaat beteiligt war (Partner war) (7). Damit erhöht sich die Zahl der im Bericht behandelten Länder auf 47.
Bisher wurden 3,15 Milliarden Euro für diese Projekte bereitgestellt, obwohl 48 Prozent davon noch nicht abgeschlossen sind. F&E-Projekte verbrauchen derzeit 830 Millionen Euro, Testen und Implementieren kosten 2,32 Milliarden Euro.
Darunter investiert Dänemark pro Kopf am meisten. Frankreich und Großbritannien hingegen haben mit durchschnittlich 5 Millionen Euro pro Projekt die Projekte mit dem höchsten Budget.
Im Vergleich zu diesen Ländern schnitten die Länder Osteuropas deutlich schlechter ab. Dem Bericht zufolge erwirtschaften sie nur 1 Prozent des Gesamtbudgets all dieser Projekte. Nach der Anzahl der umgesetzten Projekte sind die Top 18: Deutschland, Dänemark, Italien, Spanien und Frankreich. Polen belegte im Ranking den XNUMX. Platz.
Die Schweiz lag vor uns, gefolgt von Irland. Unter dem Schlagwort Smart Grid werden an vielen Orten der Welt ambitionierte, geradezu revolutionäre Lösungen umgesetzt. plant die Modernisierung des Energiesystems.
Eines der besten Beispiele ist das Ontario Smart Infrastructure Project (2030), das in den letzten Jahren vorbereitet wurde und eine geschätzte Laufzeit von bis zu 8 Jahren hat.
8. Planen Sie den Einsatz von Smart Grid in der kanadischen Provinz Ontario.
Energieviren?
Wie auch immer, wenn Energie Netzwerk wie das Internet werden, müssen Sie berücksichtigen, dass es den gleichen Bedrohungen ausgesetzt sein kann, denen wir in modernen Computernetzwerken ausgesetzt sind.
9. Roboter für die Arbeit in Energienetzen
F-Secure-Labs warnten kürzlich vor einer neuen komplexen Bedrohung für industrielle Servicesysteme, einschließlich Stromnetze. Es heißt Havex und verwendet eine extrem fortschrittliche neue Technik, um Computer zu infizieren.
Havex hat zwei Hauptkomponenten. Die erste ist Trojaner-Software, die zur Fernsteuerung des angegriffenen Systems verwendet wird. Das zweite Element ist der PHP-Server.
Das Trojanische Pferd wurde von Angreifern an die APCS/SCADA-Software angehängt, die für die Überwachung des Fortschritts von Technologie- und Produktionsprozessen verantwortlich ist. Opfer laden solche Programme von spezialisierten Websites herunter, ohne sich der Bedrohung bewusst zu sein.
Die Opfer von Havex waren vor allem europäische Institutionen und Unternehmen, die sich mit industriellen Lösungen befassen. Ein Teil des Havex-Codes deutet darauf hin, dass seine Schöpfer nicht nur Daten über Produktionsprozesse stehlen wollten, sondern auch deren Verlauf beeinflussen könnten.
10. Bereiche von Smart Grids
Die Autoren dieser Malware interessierten sich besonders für Energienetze. Möglicherweise ein zukünftiges Element intelligentes Energiesystem Roboter werden auch.
Kürzlich haben Forscher der Michigan Technological University ein Robotermodell (9) entwickelt, das Energie an Orte liefert, die von Stromausfällen betroffen sind, wie sie beispielsweise durch Naturkatastrophen verursacht wurden.
Maschinen dieser Art könnten beispielsweise die Telekommunikationsinfrastruktur (Türme und Basisstationen) wieder mit Strom versorgen, um Rettungsaktionen effizienter durchzuführen. Roboter sind autonom, sie wählen selbst den besten Weg zu ihrem Ziel.
Sie können Batterien an Bord oder Sonnenkollektoren haben. Sie können sich gegenseitig ernähren. Bedeutung und Funktionen Smart Grids gehen weit über Energie hinaus (10).
Mit der so geschaffenen Infrastruktur kann auf Basis modernster Technologien ein neues mobiles Smart Life der Zukunft geschaffen werden. Bisher können wir die Vorteile (aber auch Nachteile) dieser Art von Lösung nur erahnen.
