Паметна мрежа

С Википедије, слободне енциклопедије

Паметна електроенергетска мрежа је мрежа која користи аналогне [1] и дигиталне информационо-комуникационе технологије у циљу прикупљања информација о снабдевању и потрошњи електричне енергије. Главни циљ паметних електроенергетских мрежа је побољшање ефикасности, поузданости, економичности и одрживости производње и дистрибуције електричне енергије.[2]

Паметне електроенергетске мреже користе дигитална (паметна) бројила за праћење потрошње електричне енергије у реалном времену. Паметна бројила су електронски уређаји који бележе потрошњу електричне енергије у интервалима од једног сата или мање, и враћају информацију централи ради контроле и наплате.[3] Омогућавају једноставно мерење потрошње електричне енергије.[4] Потрошачи имају могућност управљања потрошњом електричне енергије.

Предности паметне електроенергетске мреже су нижа цена електричне енергије, одговорно и одрживо коришћење извора енергије, могућност за раст друштвеног производа, побољшање поузданости снабдевања енергијом, рационалније инвестирање у инфраструктуру, побољшање контроле и дијагностике проблема и могућност избора потрошачима да праве и дистрибуирају сопствену струју или могућност избора између различитих добављача, производа и услуга.

Позадина[уреди | уреди извор]

Историјски развој електричне мреже[уреди | уреди извор]

Први систем електричних мрежа наизменичне струје инсталиран је 1886. у Грејт Барингтону, Масачусетс (Греат Баррингтон, Массацхусеттс).[5] Тада је мрежа била централизовани једносмерни систем преноса електричне енергије, дистрибуције електричне енергије и контроле потрошње.

У 20. веку локалне мреже су порасле током времена и на крају су се међусобно умрежавале због поузданости и економских разлога. До 1960-их година, електричне мреже развијених земаља су постале веома велике, развијене и имале су широку повезаност, а хиљаде "централних" термоелектрана снабдевале су енергијом главне трафостанице путем далековода великих капацитета, који су затим разгранати и подељени како би обезбедили снагу мањим индустријским и домаћим корисницима у читавој области снабдевања.

Термоелектране су биле стратешки лоциране близу резерви фосилних горива (било рудници или бушотине са нафтом, или у близини железничких, путних или лучких линија). Постављање хидроелектранских брана у планинским подручјима такође је снажно утицало на структуру настајуће мреже. Нуклеарне електране су биле постављене на местима где је било воде за расхлађивање. Најзад, електране на фосилним горивима су у почетку биле веома штетне за околину и постављене су што је могуће даље од насељених места. Крајем шездесетих година електроенергетска мрежа се распространила на велику већину становништва развијених земаља, док су само одвојене регионалне области остале "ван мреже".

Мерење потрошње електричне енергије било је неопходно по кориснику како би се омогућило одговарајуће фактурисање у складу са (јако различитом) нивоом потрошње различитих корисника. Због ограниченог сакупљања и обраде података током периода раста мреже, уобичајене су аранжмани са фиксним тарифама, као и двоструки тарифни аранжмани у којима је ноћна снага била наплаћена по нижим ценама од дневне снаге. Мотивација за двоструко тарифне аранжмане била је нижа ноћна потрошња. Двоструке тарифе омогућиле су коришћење нискотрошне електричне енергије у ноћним временима у апликацијама као што је одржавање "топлотних банака" које су служиле да "избалансирају" дневну потражњу , и смањити број турбина које су морале да се гасе преко ноћи, чиме се побољшава употреба и профитабилност објеката за производњу и пренос.

У периоду од 1970-их до деведесетих, све већа потражња довела је до повећања броја електрана. У неким подручјима, снабдевање електричном енергијом, нарочито у време врхунца, није могло да задовољи потржњу, што је резултирало лошим квалитетом електричне енергије укључујући прекид електричне енергије, смањење снаге и сметње.

Крајем двадесетог века успостављени су модели потражње за електричном енергијом: грејање у домаћинствима и климатизација довели су до свакодневних максималних потреба које су испуњавали низ "пеак генератора" који би се сваког дана укључивали само за кратке периоде. Релативно ниска искоришћеност ових пеак "генератора" (обично, гасне турбине коришћене су због релативно ниже капиталне цене и бржих стартних времена), заједно са неопходном редунданцијом у електроенергетској мрежи, довели су до високих трошкова за компаније за електричну енергију, које преносе се у виду повећаних тарифа. У 21. веку, неке земље у развоју попут Кине, Индије и Бразила су се сматрало пионирима размене паметних мрежа.

Могућности модернизације[уреди | уреди извор]

Од почетка 21. века, искоришћена су побољшања у пољу технологије електронске комуникације за решавање ограничења и трошкова електричне мреже. Технолошка ограничења у мерењу више не утичу на максималне цене електричне енергије и једнаке преносе на све потрошаче. Паралелно, све већа забринутост због штете на околину од термоелектрана са погоном на фосилно гориво довела је до жеље да се користе велике количине обновљиве енергије. Природни облици енергије као што су снага ветра и соларна снага су веома променљиве, па је потреба за софистициранијим контролним системима постала очигледна, како би се олакшало повезивање извора са иначе високо контролисаном мрежом. [6] Снага из фотонапонских ћелија (и у мањој мери ветротурбине) такође значајно је довела у питање императив великих централизованих електрана. Трошкови који се брзо смањују указују на велику промену од централизоване топологије мреже до оне која је високо дистрибуирана, с обзиром да је снага генерисана и потрошена тачно на границама мреже. Коначно, све већа забринутост због терористичких напада у неким земљама довела је до позивања на робуснију енергетску мрежу која је мање зависна од централизованих електрана које су сматране потенцијалним циљевима напада. [7]

Дефиниција "паметне мреже"[уреди | уреди извор]

Прву званичну дефиницију Смарт Грид-а обезбедио је Закон о енергетској независности и безбедности из 2007. године (Закон о енергетској независности и безбедности из 2007. године) (ЕИСА-2007)], који је одобрио Конгрес САД у јануару 2007. године и потписан закон од стране Председник Георге V. Бусх у децембру 2007. године. Наслов КСИИИ овог закона даје опис са десет карактеристика које се могу сматрати дефиницијом Смарт Смарт мреже, и то:

" Политика Сједињених Држава је да подржи модернизацију система преноса и дистрибуције електричне енергије у Нацији ради одржавања поуздане и сигурне инфраструктуре за електричну енергију која може да одговори на будући раст потражње и да постигне свако од следећих карактеристика које заједно карактеришу Смарт Грид: ( 1) Повећана употреба дигиталних информација и контрола технологије за побољшање поузданости, сигурности и ефикасности електричне мреже. (2) Динамичка оптимизација операција мреже и ресурса, уз потпуну цибер-сигурност (3) Раyвој и интеграцију дистрибуираних ресурса и генератора, укључујући обновљиве ресурсе. (4) Развој и инкорпорирање одговора на тражњу, ресурсе потражње и ресурсе енергетске ефикасности. (5) Размештање "паметних" технологија (у реалном времену, аутоматизоване, интерактивне технологије које оптимизују физичко функционисање апарата и потрошачких уређаја) за мерење, комуникације у вези са мрежним операцијама и статусом и аутоматизацију дистрибуције. (6) Интеграција "паметних" уређаја и потрошачких уређаја. (7) Размештање и интеграција напредних технологија за складиштење електричне енергије и врхова за бријање, укључујући електрична и хибридна електрична возила са електричним и хибридним електричним грејањем и клима уређаји за термичко складиштење. (8) Обезбеђивање правовремених информација и контрола потрошача. (9) Развијање стандарда за комуникацију и интероперабилност уређаја и опреме повезаних са електричном мрежом, укључујући и инфраструктуру која служи мрежи. (10) Идентификација и смањивање неразумних или непотребних препрека за усвајање интелигентних мрежних технологија, пракси и услуга. "

Општи елемент за већину дефиниција је примена дигиталне обраде и комуникација на електричну мрежу, чинећи проток података и управљање информацијама су централни за паметну мрежу. Различите могућности су резултат дубоког интегрисаног коришћења дигиталних технологија са мрежним мрежама Интеграција нових информација о мрежи представља једно од кључних проблема у дизајну паметних мрежа. нађени су три врсте трансформација: побољшање инфраструктуре, назване "снажна мрежа" у Кини, додатак дигиталног слоја, који је суштина "паметна мрежа" и трансформација пословног процеса, потребна за капитализацију о инвестицијама у паметну технологију. Велики део рада који се одвијао у модернизацији електричне мреже, посебно у аутоматизацији трафостаница и дистрибуције, сада је укључен и Општи концепт паметне мреже.

Ране технолошке иновације[уреди | уреди извор]

Технологија паметне мреже настала је из ранијих покушаја коришћења електронске контроле, мерења и праћења. Током осамдесетих година, аутоматско читање метара коришћено је за праћење потрошње од стране великих купаца, и развило се у напредну инфраструктуру мерења деведесетих година прошлог века, чији бројници могу да складиште како се електрична енергија користила у различито доба дана. [8] Паметни метри додају континуиране комуникације тако да се мониторинг може извршити у реалном времену и може се користити као пролаз до потрошачких уређаја и "паметне утичнице" у кући. Рани облици таквих технологија управљања потражњом су динамичка потражња (електрична енергија) или динамичка потражња свесних уређаја који пасивно осећају оптерећење на мрежи праћењем промена у фреквенцији напајања. Уређаји као што су индустријски и кућни клима уређаји, фрижидери и грејачи прилагодили су свој радни циклус како би се избегла активација у време када је мрежа трпела у врхунском стању. Почевши од 2000. године, италијански Телегестор пројекат први је повезао велике бројеве (27 милиона) домова користећи паметне мераче повезане преко комуникације са нископропусном снагом. [9] Неки експерименти су користили појам широкопојасне везе преко далековода (БПЛ), док су други користили бежичне технологије као што су месх умрежавања која су промовисана за поуздане везе са различитим уређајем у кући, као и подршка за мерење других комуналних услуга као што су гас и вода. [6] Праћење и синхронизација широкопојасних мрежа су револуционизоване почетком деведесетих година прошлог века, када је Бонневилле Поwер Администратион проширио истраживање паметних мрежа с прототипом сензора за мерне јединице Пхасор, који су способни врло брзо анализирати аномалије у квалитету електричне енергије у веома великим географским подручјима. Кулминација овог рада била је први оперативни систем за мерење широког подручја (WАМС) 2000. године. [10] Друге земље брзо интегришу ову технологију - Кина је почела са свеобухватним националним WАМС системом када је петогодишњи економски план завршен 2012. године. [11]

Особине паметне мреже[уреди | уреди извор]

Паметна мрежа представља комплетан скуп тренутних и предложених одговора на изазове снабдевања електричном енергијом. Због разноврсног спектра фактора постоји бројна конкурентна таксономија и нема договора о универзалној дефиницији. Ипак, овде се даје једна могућност категоризације.

Поузданост[уреди | уреди извор]

Паметна мрежа користи технологије као што су процена стања,[12] која побољшава квалитет енергије и омогућава само-поправљање мреже без интервенције техничара. Ово ће обезбедити поузданије снабдевање електричном енергијом и смањену осетљивост на елементарне непогоде или нападе.

Иако се више праваца наглашава као карактеристика паметне мреже, стара мрежа такође садржи више праваца. Почетни далеководи у мрежи су изграђени коришћењем радијалног модела, касније је повезивање било гарантовано преко више рута, које се називају мрежна структура. Међутим, то је створило нови проблем: уколико тренутни проток или повезани ефекти преко мреже превазилазе границе било ког одређеног елемента мреже, то би могло бити неуспешно, а тренутна би била ограничена на друге мрежне елементе, што би евентуално могло бити неуспешно, узрокујући Домино ефекат. Погледајте прекид напајања. Техника која спречава ово је оптерећење оптерећења помоћу ротирајућег затамњења или смањења напона. Економски утицај побољшане поузданости мреже и отпорности је предмет бројних студија и може се израчунати помоћу методологије коју финансира УС ДОЕ за локације у Сједињеним Америчким Државама користећи најмање један алат за израчунавање.

Флексибилност у топологији мреже[уреди | уреди извор]

Инфраструктура преноса и дистрибуције следеће генерације биће у могућности да управља са могућим двосмерним енергетским токовима , што омогућава дистрибуирана производња електричне енергије , као што су фотонапонски панели на крововима зграда, али и коришћење горивних ћелија, пуњење до / од батерија електричних аутомобила, ветрогенератора, пумпе хидроелектране и других извора. Класичне мреже су дизајниране за једностран проток струје, али ако локална подмрежа генерише више снаге него што је потрошња, повратни проток може подићи проблеме сигурности и поузданости.[13] Паметна мрежа има за циљ да управља овим ситуацијама. [6]

Ефикасност[уреди | уреди извор]

Предвиђени су бројни доприноси укупном побољшању ефикасности енергетске инфраструктуре од примене технологије паметне мреже, нарочито укључујући управљање потражњом, на пример искључивање клима уређаја током краткорочних промена у цени електричне енергије, смањење напона, када је могуће, на дистрибуционе линије кроз Оптимизацију напона / ВАР-а (ВВО), елиминишући камионске траке са метар читачима, и смањујући камионске-траке помоћу побољшаног управљања отпадом користећи податке из напредних метричких инфраструктурних система. Општи ефекат је мања редундантност у преносним и дистрибутивним линијама и већа употреба генератора, што доводи до нижих цена електричне енергије.

Одрживост[уреди | уреди извор]

Побољшана флексибилност паметне мреже омогућава већи продор високо променљивих обновљивих извора енергије, као што су соларна енергија и снага ветра, чак и без додавања складишта енергије. Тренутна мрежна инфраструктура није изграђена да би омогућила доста дистрибуираних тачака уношења, а обично чак и ако је допуштен неки феед-ин на локалном (дистрибутивном) нивоу, инфраструктура на нивоу преноса не може да га прими. Брзе флуктуације дистрибуиране електричне енергије, као што су облаци или густи временски услови, представљају значајне изазове за инжењере снаге којима је потребно осигурати стабилне нивое снаге кроз промену производње више контролисаних генератора као што су гасне турбине и хидроелектричне генераторе. Технологија паметне мреже је неопходан услов за веома велике количине обновљиве електричне енергије на мрежи.

Могућност снабдевања[уреди | уреди извор]

Паметна мрежа омогућава систематску комуникацију између добављача (њихова цена енергије) и потрошача (њихова спремност за плаћање), и омогућава и снабдевачима и потрошачима да буду флексибилнији и софистицирани у својим оперативним стратегијама. Само критична оптерећења ће морати да плате врхунске цене енергије, а потрошачи ће моћи да буду више стратешки када користе енергију. Генератори са већом флексибилношћу биће у могућности да стратешки продају енергију за максималан профит, док нефлексибилни генератори као што су парне турбине са базним теретима и турбине на ветар добијају различиту тарифу засновану на нивоу потражње и статусу других генератора који тренутно раде. Целокупни ефекат је сигнал који награђује енергетску ефикасност и потрошњу енергије која је осетљива на временски ограничена ограничења снабдевања. На домаћем нивоу, уређаји са степеном складиштења енергије или топлотном масом (као што су фрижидери, топлотне банке и топлотне пумпе) биће добро позиционирани да би "играли" тржиште и настојали да минимизирају трошкове енергије прилагођавајући потражњу за јефтинију енергетску подршку. Ово је продужетак дво-тарифне цене енергије наведене горе.


Референце[уреди | уреди извор]

  1. ^ D. Ј. Хаммерстром ет ал. "Пацифиц Нортхwест ГридWисе™ Тестбед Демонстратион Пројецтс, Парт I. Олyмпиц Пенинсула Пројецт" (ПДФ). Ретриевед 2014-01-15.
  2. ^ У.С. Департмент оф Енергy. "Смарт Грид / Департмент оф Енергy". Приступљено 2012-06-18.
  3. ^ Федерал Енергy Регулаторy Цоммиссион Ассессмент оф Деманд Респонсе & Адванцед Метеринг
  4. ^ Јамес Синополи (ед), Смарт Буилдинг Сyстемс фор Арцхитецтс, Оwнерс, анд Буилдерс Елсевиер 2010 ИСБн: 978-1-85617-653-8 ПП. 65-65
  5. ^ „Тхе Хисторy оф Елецтрифицатион: Тхе Биртх оф оур Поwер Грид”. Едисон Тецх Центер. Приступљено 6. 11. 2013. 
  6. ^ а б в Бергер, Ларс Т.; Иниеwски, Крзyсзтоф, ур. (април 2012). Смарт Грид - Апплицационс, Цоммуницатионс анд Сецуритy. Јохн Wилеy анд Сонс. ИСБН 978-1-1180-0439-5. 
  7. ^ Смарт Грид Wоркинг Гроуп (јун 2003). „Цхалленге анд Оппортунитy: Цхартинг а Неw Енергy Футуре, Аппендиx А: Wоркинг Гроуп Репортс” (ПДФ). Енергy Футуре Цоалитион. Архивирано из оригинала (ПДФ) 18. 3. 2009. г. Приступљено 27. 11. 2008. 
  8. ^ Федерал Енергy Регулаторy Цоммиссион стафф репорт (август 2006). „Ассессмент оф Деманд Респонсе анд Адванцед Метеринг (Доцкет АД06-2-000)” (ПДФ). Унитед Статес Департмент оф Енергy: 20. Архивирано из оригинала (ПДФ) 27. 10. 2008. г. Приступљено 27. 11. 2008. 
  9. ^ Натионал Енергy Тецхнологy Лабораторy (август 2007). „НЕТЛ Модерн Грид Инитиативе — Поwеринг Оур 21ст-Центурy Ецономy” (ПДФ). Унитед Статес Департмент оф Енергy Оффице оф Елецтрицитy Деливерy анд Енергy Релиабилитy: 17. Архивирано из оригинала (ПДФ) 23. 02. 2012. г. Приступљено 6. 12. 2008. 
  10. ^ „Гридwисе Хисторy: Хоw дид ГридWисе старт?”. Пацифиц Нортхwест Натионал Лабораторy. 30. 10. 2007. Архивирано из оригинала 27. 10. 2008. г. Приступљено 3. 12. 2008. 
  11. ^ Qиxун Yанг, Боард Цхаирман, Беијинг Сифанг Аутоматион Цо. Лтд., Цхина анд .Би Тиансху, Профессор, Нортх Цхина Елецтриц Поwер Университy, Цхина. (24. 6. 2001). „WАМС Имплементатион ин Цхина анд тхе Цхалленгес фор Булк Поwер Сyстем Протецтион” (ПДФ). Панел Сессион: Девелопментс ин Поwер Генератион анд Трансмиссион — Инфраструцтурес ин Цхина, ИЕЕЕ 2007 Генерал Меетинг, Тампа, ФЛ, УСА, 24–28 Јуне 2007 Елецтриц Поwер, АББ Поwер Т&D Цомпанy, анд Теннессее Валлеy Аутхоритy. Институте оф Елецтрицал анд Елецтроницс Енгинеерс. Архивирано из оригинала (ПДФ) 03. 03. 2016. г. Приступљено 1. 12. 2008. 
  12. ^ Yих-Фанг Хуанг; Wернер, С.; Јинг Хуанг; Касхyап, Н.; Гупта, V., "Стате Естиматион ин Елецтриц Поwер Гридс: Меетинг Неw Цхалленгес Пресентед бy тхе Реqуирементс оф тхе Футуре Грид," Сигнал Процессинг Магазине, ИЕЕЕ , вол.29, но.5, пп.33,43, Септ. 2012
  13. ^ Томоиагă, Б.; Цхиндриş, M.; Сумпер, А.; Судриа-Андреу, А.; Виллафафила-Роблес, Р. Парето Оптимал Рецонфигуратион оф Поwер Дистрибутион Сyстемс Усинг а Генетиц Алгоритхм Басед он НСГА-II. Енергиес 2013, 6, 1439-1455.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Pametna_mreža&oldid=26777896”