Материал: mekhatronika_UrGUPS

жением, распознает изменение нагрузки и реагирует на них соответствующим образом.

Переход от существующей в настоящее время сети к интеллектуальной и ключевые различия между ними проиллюстрированы на рис. 4.51.

Рис. 4.51. Переход от современной к интеллектуальной сети энергоснабжения

Можно увидеть фундаментальный сдвиг в конструкции и эксплуатационной парадигме интеллектуальной сети: от централизованных ресурсов – к распределенным, от предсказуемых направлений потока энергии – к непредсказуемым направлениям, от пассивной сети – к активной. Сеть становится более динамичной по своей конфигурации и условиям функционирования, что представляет множество возможностей для оптимизации, но, вместе с тем, и множество новых технических проблем. Эта парадигма напоминает концепцию АКУ (аппарат конфигурируемого управления), которая широко применяется в конструировании динамичных мехатронных систем (например, в самолетостроении).

Сформулируем основные свойства интеллектуальных сетей:

–тесная интеграция различных источников энергии для удовлетворения нужд потребителей. В дополнение к энергии, вырабатываемой на основе атома, угля, гидроресурсов, жидкого топлива и газа энергия будет поступать от солнца, ветра, биомассы, приливов-отливов и других возобновляемых источников. Интеллектуальная сеть будет поддерживать не только централизованные крупные электростанции, но и распределенные

126

источники энергии масштаба места жительства. Эти возобновляемые и экологически чистые источники плавно интегрируются в основную сеть;

–быстрое накопление энергии за счет большого количества центров накопления энергии (стационарных и мобильных), которые позволяют сгладить пиковые нагрузки и неустойчивость ветряного и солнечного производства энергии. Недавняя разработка быстросрабатывающих систем накопления энергии на базе аккумуляторных батарей (BESS) с преобразователями напряжений (VSC) показала перспективу и возможные положительные эффекты накопления энергии;

–развитие подвижных (мобильных) источников и потребителей энергии. Прорывы в технологии изготовления батарей делают штепсельные электротранспортные средства (EV) коммерчески жизнеспособными. Десятки миллионов электротранспортных средств будут являться подвижными источниками и потребителями энергии. Они будут подключаться к сети на автостоянках. Системы батарей в этих транспортных средствах будут заряжаться или разряжаться посредством сложных координационных протоколов (или ИКТ-шлюзов – интегрированных информационных и коммуникационных технологий) с целью смягчения колебаний потребности в энергии в разных частях сети, предотвращения критического ограничения передачи энергии и обеспечения большей стабильности сети;

–широкое распределение производителей энергии из возобновляемых источников для усиления отказоустойчивости сети (например, при отключении питания);

–новые поколения токоорганизующих и прерывающих ток устройств, основанных на полупроводниковой технологии, трансформаторы, основанные на силовой электронике, гибкие системы передачи электроэнергии переменным током (FACTS), продвинутые прикладные программы в центрах управления создаются для защиты сети и изоляции неисправностей;

–распределенная система датчиков для непрерывного сбора данных о потреблении энергии конечными пользователями, о погоде и состоянии оборудования и эксплуатационных режимах;

–организация интерактивных и интеллектуальных приборов и узлов связи интеллектуальной сети у конечных пользователей для контроля ситуации энергопотребления с целью авто-

127

номного взаимодействия с сетью (определения циклов зарядки и разрядки штепсельных электротранспортных средств, бытовой техники и т. д.);

–гармоничное сочетание технологий использования переменного и постоянного тока. Такая архитектура гибридной сети (переменный / постоянной ток) для систем распределения делает сеть более гибкой и надежной;

–управление сетью в реальном масштабе времени.

В качестве примера рассмотрим программу развития энергосистемы E-Energy, которая разработана Федеральным Министерством экономики и технологий Германии (BMW) и реализуется в сотрудничестве с Федеральным Министерством охраны окружающей среды (BMU).

Эта программа, в частности, предлагает смену парадигм в электроэнергетике со схемы «генерация, ориентированная на потребление» на схему «потребление, ориентированное на генерацию» с помощью интегрированных информационных и коммуникационных технологий – ИКТ.

Компоненты программы E-Energy показаны на рис. 4.52.

Интеллектуальное управление всеми подключенными к сети элементами системы

в режиме реального времени

Информационные технологии, объединяющие различные секторы рынка: сбор, обработка и передача цифровых данных

Рис. 4.52. Программа E-Energy (Германия): компоненты программы

128

Благодаря решениям ИКТ E-Energy обеспечит интенсивное использование возобновляемых видов энергии и интеграцию автомобилей в объединенную энергосистему будущего.

В программе E-DeMa (рыночные стимулы снижения энергопотребления), которая является частью программы E-Energy для Рейн- ско-Рурского региона, исчезает термин «потребитель» и заменяется формулировкой «производящий потребитель». Под этим словосочетанием понимают абонента, который способен не только расходовать электроэнергию, но генерировать и продавать ее в энергосистему.

Для этого создается рынок E-Energy 2020 на базе электрораспределительной сети, принадлежащей компании RWE Pheinland Westfalen Netz AG. Основная цель проекта – интегрировать в сеть производящих потребителей путем установки ИКТ-шлюзов, которые позволят не только менять режимы нагрузки, контролировать работу бытовых электроприборов и выполнять интеллектуальные измерения, но и управлять источниками питания (рис. 4.53).

Рис. 4.53. Программа E-Energy: рынок E-Energy

* – Потребитель, живущий в частном или многоквартирном доме и активно участвующий в рынке E-Energy как в роли производителя, так и в роли потребителя электроэнергии

«Интеллектуальное измерение – это процесс интеллектуальной записи данных об энергопотреблении. В нашем проекте мы предлагаем интегрировать интеллектуальные счетчики в интеллектуальный шлюз. Шлюз такого типа представляет собой функциональное устройство, которое является частью установленной у потребителя системы распределения электроэнергии. С одной стороны, шлюз выполняет функции считывания данных и контроля интеллектуальных счетчиков, а с другой – обрабатывает сигналы о цене, поступающие от энергоснабжающей компании. Потребители получают возможность

129

контролировать имеющиеся у них бытовые электроприборы таким образом, чтобы их эксплуатация оказалась наиболее экономичной», – пояснил координатор проекта E-DeMa Михаэль Ласковски.

Бытовые электроприборы в перспективе оснастят устройством, отображающим стоимость электроснабжения, соответственно потребители смогут выбрать наименьший тариф и более эффективно использовать электроэнергию. Информация о цене станет доступна абонентам благодаря стимулирующим программам, которые будут способствовать повышению энергоэффективности каждого дома.

Ввиду появления в перспективе новых энергоустановок, оснащенных двигателями Стерлинга, и топливных ячеек, одновременно генерирующих тепло- и электроэнергию, ИКТ-системы управления начнут приобретать все большее значение. Чтобы убедиться, что произведенная электроэнергия продается в сеть в наиболее выгодное время, потребитель посредством интеллектуального шлюза будет контролировать не только электропотребление, но и электроснабжение – на основе сигналов о цене, поступающих с рынка.

Потребители получат возможность настраивать все отображенные на рис. 4.54 функции на своих персональных компьютерах. Шлюз оснащен беспроводным интерфейсом, поэтому пользователи могут конфигурировать систему так, чтобы она соответствовала их индивидуальным потребностям. Непосредственное управление устройствами должно быть унифицировано, поэтому в проекте участвуют крупные производители оборудования.

Проект E-DeMa разделен на десять групп работ: восемь из них носят научно-технический характер (ГР 1–8), два – административный (ГР 9, ГР 10) (рис. 4.55).

Задачи отдельных групп работ:

ГР 1 – формирование общей схемы и теоретическое описание рынка E-Energy с юридической и экономической точек зрения. В данной группе работ задаются функциональные границы планируемых исследований в отношении правил рынка и параметров используемого оборудования. Результаты влияют на все остальные группы работ.

ГР 2 – моделирование и оптимизация инфраструктуры обмена данными между всеми участниками рынка E-Energy.

ГР 3 – разработка спецификации ИКТ-шлюза и подготовка соответствующего технического задания.

ГР 4 – реализация прототипа ИКТ-шлюза на основе спецификации и технического задания.

130