Тенденции при интелигентните електроразпределителни мрежи

По-голямата част от световната електроенергийна система е изградена, когато цената на първичната енергия е относително ниска. Тогава надеждността на мрежата се осигурява от наличието на излишни генераторни мощности в системата с еднопосочен електроенергиен поток към консуматорите от централно управлявани електроцентрали.

През този период инвестициите в електроенергийната мрежа се правят, за да се отговори на увеличеното търсене, а не за да се промени фундаментално начинът, по който системата работи. Преходът към интелигентна мрежова инфраструктура може да помогне на организациите за комунални услуги да се справят с някои от предизвикателствата, пред които са изправени понастоящем.

Въпреки че инвестициите в интелигентни електроразпределителни мрежи бележат ръст от 10% през 2018 г., тези технологии все още представляват малък дял от всички вложения в този вид инфраструктура.

Освен това, независимо от първоначално ентусиазираната реакция по отношение на интелигентните мрежи, са налице редица признаци за забавяне – финансирането на микромрежи и виртуални електроцентрали не се увеличава през 2018 г., а инвестициите в блокчейн технологията отбелязват значителен спад. Необходими са допълнителни усилия, за да се внедри регулаторна рамка, която признава и насърчава инвестициите в нови цифрови технологии и в други “безжични” алтернативи за традиционните електроенергийни мрежови разширения.

Промяна в енергоподаването и модела на потребление

Значителното увеличение в генерирането на енергия от възобновяеми източници в Европа е от огромна полза за глобалния климат. Целта на ЕС за 2020 г. е 20% производство на електроенергия от възобновяеми източници. Добрата новина е, че някои страни полагат повече усилия – Дания например вече е преминала границата от 50% енергопроизводство от възобновяеми източници, предимно вятърна енергия.

Въпреки това непредвидимото производство създава периодичност в доставките, тъй като голяма част от зелената енергия се генерира само когато духа вятър или грее слънце. Обикновено производството от вятърна енергия не съответства добре на периодите с пиково потребление. Затова мощностите в системата са или твърде високи или недостатъчни. Освен това някои възобновяеми източници захранват част от системата – мрежите средно и ниско напрежение, които не са обект на постоянен мониторинг (за разлика от мрежата високо напрежение). Следователно, не е налична съответната информация за електроенергията, която се подава към тези системи.

В миналото потреблението е стабилно и предвидимо. Поради вариращите енергийни разходи и растящите екологични проблеми потребителите променят своето поведение по отношение на енергоконсумацията. Предизвикателство вече са не само непредвидимите източници на захранване, но и колебанията в потреблението. В резултат на това става все по-трудно да се поддържа надеждността на електроенергийната система – ключовият параметър за избягване на прекъсванията в захранването.

Нови възможности

Комуналните дружества виждат огромен нов пазар в увеличаването на броя на електрическите автомобили на пътя. Тъй като подаването на енергия към транспортния сектор все още се доминира от доставките на нефт и газ, електроразпределителните компании се стремят да открият възможно най-високи маржове и най-ниски разходи, за да ги изместят.

Един от начините е икономичното съхранение на електроенергия в активи/акумулатори по цялата мрежа, за да се покрият локални пикове в потреблението. Това е огромна възможност за оптимизиране на електроразпределителната система, особено в страни като Дания, които трябва да се справят с непредвидимите количества доставяна енергия, генерирана от вятърни турбини.

Технологична еволюция

Развиващите се системи правят възможно надграждането на аналоговата енергийна мрежа с решения за обработка и цифрова комуникация, в резултат на което се получава инфраструктура, способна да се справи с по-големите обеми данни и управлението на по-високата скорост на обмена им. Това дава възможност за усъвършенстване на мрежата в няколко специфични направления:

• по-голяма възможност за мониторинг – комуналните дружества се приближават до момента, в който могат да имат пълна представа за състоянието на мрежата. Това означава още и че те могат по-ефективно да прехвърлят данните от сензори и контролните команди;
• повече контрол – възможност да се приведе мрежата до всяко желано състояние;
• по-висока степен на автоматизация – дава на компаниите възможност да се адаптират към бързо променящи се условия и, ако е необходимо, без човешка намеса;
• разширена интеграция – свързването на изолирани системи и процеси може да предостави по-добри предимства за бизнеса.

Комуналните дружества вече извличат полза от факта, че все повече частни технологични компании предлагат усъвършенствано комуникационно оборудване, разработено специално за техните изисквания.

То е проектирано и разработено така, че да съответства на основното електротехническо оборудване. Такова персонализирано оборудване е в съответствие с необходимите индустриални стандарти и може да бъде адаптирано към специфични условия.

Голяма част от вниманието на технологичната промишленост сега е фокусирана и върху мрежите за пренос и в подстанциите. Тези мрежи са важни, тъй като те остават по средата между разпределителните и преносните подстанции и оперативните центрове на комуналните дружества.

Тези преносни мрежи и мрежи в подстанциите трябва да поемат различни типове трафик за набор от разнообразни функции, включително оперативни и контролни комуникации от SCADA системите, да събират данни за работата на подстанциите, комуникацията между тях и контролните центрове, дистанционното управление и др. Най-добрите мрежи в подстанциите са проектирани, като са взети предвид следните три основни характеристики: резервираност, интегрирана сигурност, възможност за надграждане с цел осигуряване на поддръжка на множеството видове комуникация.

Най-усъвършенстваните решения, достъпни за комуналните дружества, могат да помогнат да се намалят оперативните разходи на подстанциите чрез подобряване на надеждността и оптимизиране на интеграцията на разпределяните енергийни ресурси. Тези нови системи имат няколко интелигентни възможности, които включват следното: двупосочна комуникация между SCADA оборудването, фокусирано върху преноса и системите за управление на енергията (EMS) за наблюдение и управление на мрежата; възможност за откриването на повреди, изолирането и отстраняването им, както и за проактивно управление и поддръжка на мрежовата инфраструктура; услуги по осигуряване на съответствие, сигурност на обектите и мрежово управление.

Два от компонентите на интелигентната мрежа стават все по-значими – мрежите, които свързват подстанциите една с друга и с контролните центрове и мрежите в самите подстанции. В среда на интелигентна мрежа са налице много повече двупосочни комуникации на всички нива, отколкото при старите модели тип “звезда” на комуналните дружества.

Оперативните центрове са централна точка за анализ на експлоатационните данни, постъпващи в интелигентната мрежа. Приложенията в контролните центрове изпълняват множество функции, вариращи от установяване и изолиране на повреди до планиране и изготвяне на графици за поддръжка. Основна функция на най-добре проектирания оперативен център е бързото и прецизно предоставяне на подходящите данни от устройствата на интелигентната мрежа до съответните приложения и реагиране в почти реално време.

Възникващите технологии и услуги целят да осигурят решения за усъвършенствано събиране на данни, анализ и реакция за автоматизиране на разпределението и за използване в приложения за реагиране спрямо потреблението. Основните възможности, интегрирани в най-добрите системи, включват: виртуално изчисляване за SCADA, усъвършенствана измервателна инфраструктура (AMI), автоматизирано разпределение, приложения за управление на енергията; ускоряване на приложенията между оперативните центрове и центровете за данни; сигурност на оперативния център и защитен хостинг за приложенията.

Смарт мрежите бързо еволюират до системи, позволяващи разпределена интелигентност. В интелигентната мрежа има такава йерархия на латентността, че някои данни трябва да бъдат използвани дори преди да достигнат контролния център или центъра за данни.
Мрежата на комуналните дружества и регионалните мрежи са предназначени да доставят данните от мрежите на подстанциите до централните оперативни центрове за целите на анализ, управление и реакция.

За да могат да преодолеят съвременните предизвикателства, тези мрежи трябва да осигуряват функционалност по начин, който е сигурен, надежден, високоефективен и персонализиран с цел да се отговори на изменящите се изисквания за доставка и управление за различните типове трафик на данни, които протичат през тях.
Полевата мрежа (field area network, FAN) е последният компонент от системата за подаване на енергия, която завършва с крайния консуматор. FAN свързва потребителските системи за енергиен мениджмънт с подстанциите на електроразпределителното дружество.

Тя позволява: локализирането, изолирането и отстраняването на повреди; оптимизацията на мрежата; реагирането в съответствие с търсенето; и управлението на разпределяните енергийни ресурси. Устройствата, свързани към FAN, включват оборудване за оптимизация (разпределителни трансформатори, кондензаторни батерии, регулатори на напрежение); идентификацията на повредата, оборудване за изолиране и възстановяване (релета, прекъсвачи и др.), както и оборудване за автоматизация на работните станции.

Визията за бъдещето трябва да включва използване на технологиите, за да се преобразува начинът, по който светът се справя с енергийните и екологични предизвикателства, като се даде възможност за цялостна и сигурна глобална интелигентна електроразпределителна мрежа.

За целта е необходимо да са налице следните елементи: сближаване на комуналните системи и работните процеси за всички ключови елементи на мрежата с цел увеличаване интелигентността и ефективността й; осигуряване на решения, използващи платформа с висока сигурност, която е базирана на отворени стандарти; предоставяне на повишена надеждност, сигурност и гъвкавост на мрежата, както и по-добро качество на енергията; позволяване на интелигентните мрежи да станат платформи за иновации; бърз, надежден и сигурен обмен на данни между всички компоненти.

Съвременните електроразпределителни компании са изправени пред безброй дилеми. Мрежата е стара и с намаляваща сигурност, традиционният еднопосочен модел е остарял, моделите на захранване и потребление се променят, а комуналните дружества са под регулаторен натиск да задоволяват увеличеното енергопотребление много по-ефективно.

Същевременно консуматорите искат по-ниски сметки, по-надеждни устройства, подобрена прозрачност по отношение на моделите им на потребление и по-голям избор за това от къде да идва тяхната енергия.

Независимо от географското местоположение, комуналните дружества масово внедряват стратегията за интелигентна мрежа и интелигентна комуникационна инфраструктура, която ефективно може да интегрира всички елементи на захранване и потребление, свързани с електроразпределителната система.