智能电网

全球能源需求估计以每年约 2,2% 的速度增长。 这意味着目前全球超过 20 拍瓦时的能源消耗量将在 2030 年增加到 33 拍瓦时。 与此同时，重点放在比以往任何时候都更有效地使用能源。

1. 智能电网中的汽车

其他预测预测，到 2050 年，交通将消耗 10% 以上的电力需求，这主要是由于电动和混合动力汽车的日益普及。

如果 电动汽车电池充电 管理不当或根本无法自行工作，由于同时充电的电池过多，存在峰值负载的风险。 需要能够在最佳时间为车辆充电的解决方案 (1)。

XNUMX世纪的经典电力系统主要由中央发电厂生产，并通过高压输电线路和中低压配电网络输送给消费者，已不适合新时代的需求。

近年来，我们还可以看到分布式系统的快速发展，小型能源生产商可以与市场分享其盈余。 它们在分布式系统中占有相当大的份额。 可再生能源.

智能电网术语表

急性心肌梗死 - 高级计量基础设施的缩写。 指与电表通信、收集能源数据并分析这些数据的设备和软件的基础设施。

分布式发电 - 通过直接连接到配电网络或位于受电者电力系统中（在控制和计量设备之后）的小型发电装置或设施进行能源生产，通常使用可再生能源或非传统能源发电，通常与供热相结合（分布式热电联产） ). . 分布式发电网络可能包括，例如，产消者、能源合作社或市政发电厂。

智能电表 – 一种远程电表，具有自动将电能计量数据传输给供应商的功能，从而为有意识地用电提供更多机会。

微型电源 – 小型发电厂，通常用于自用。 微源可以是小型家用太阳能、水力或风力发电厂、以天然气或沼气运行的微型涡轮机、带有以天然气或沼气运行的发动机的装置。

主张 – 一个有意识的能源消费者，为自己的需要生产能源，例如，在微源中，并将未使用的剩余部分出售给配电网络。

动态费率 – 关税考虑到能源价格的每日变化。

可观测时空

解决这些问题 (2) 需要一个具有灵活“思考”基础设施的网络，该基础设施将能源准确地引导到需要的地方。 这样的决定 智能电网 ——智能电网。

2.能源市场面临的挑战

一般来说，智能电网是一种电力系统，它智能地整合生产、输电、配电和使用过程中所有参与者的活动，以便以经济、可持续和安全的方式提供电力 (3)。

其主要前提是能源市场所有参与者之间的联系。 网络连接发电厂、大小和能源消费者在一个结构中。 它的存在和运作要归功于两个要素：基于先进传感器的自动化和 ICT 系统。

简而言之：智能电网“知道”何时何地出现最大的能源需求和最大的供应，并可以将多余的能源引导到最需要的地方。 因此，这样的网络可以提高能源供应链的效率、可靠性和安全性。

3. 智能电网——基本方案

4. 智能电网的三个领域、目标和从中产生的好处

智能网络 允许您远程读取电表，监控接收和网络状态，以及能量接收配置文件，识别非法能源消耗，仪表干扰和能量损失，远程断开/连接接收器，切换资费，对读取值和其他活动进行存档和计费 (4)。

电力需求难以准确确定，因此通常系统必须使用所谓的热备用。 将分布式发电（参见智能电网术语表）与智能电网结合使用，可以显着减少保持大量储备全面运行的需要。

极 智能电网 有一个广泛的测量系统，智能会计（5）。 它包括将测量数据传输到决策点的电信系统，以及智能信息、预测和决策算法。

“智能”计量系统的首批试点安装已经在建设中，覆盖各个城市或社区。 多亏了他们，除其他外，您还可以为个人客户输入小时费率。 这意味着在一天中的某些时间，这样一个消费者的电价会更低，因此值得开启，例如洗衣机。

根据一些科学家的说法，例如由 Mark Timm 领导的位于哥廷根的德国马克斯普朗克研究所的一组研究人员，未来数百万个智能电表可以创建一个完全自主的 自调节网络，像互联网一样去中心化，并且安全，因为它可以抵抗中心化系统所面临的攻击。

来自多元化的力量

可再生能源 由于小单位容量 (RES) 是分布式源。 后者包括单位容量小于 50-100 兆瓦的能源，安装在靠近能源最终消费者的地方。

然而，在实践中，作为分布式源的源的限制因国家而异，例如瑞典为 1,5 兆瓦，新西兰为 5 兆瓦，美国为 5 兆瓦，英国为 100 兆瓦。 .

足够多的资源分散在电力系统的一小块区域中，并且由于它们提供的机会 智能电网，将这些资源组合到一个由运营商控制的系统中成为可能且有利可图，从而创建一个“虚拟发电厂”。

其目标是将分布式发电集中到一个逻辑连接的系统中，提高电力生产的技术和经济效率。 靠近能源消费者的分布式发电也可以使用当地的燃料资源，包括生物燃料和可再生能源，甚至城市垃圾。

一个虚拟发电厂连接了一定区域内许多不同的本地电源（水力、风能、光伏发电厂、联合循环涡轮机、发动机驱动的发电机等）和由一个远程控制的能量存储（水箱、电池）。广泛的 IT 网络、系统。

储能设备应发挥创建虚拟发电厂的重要功能，使您可以根据消费者需求的日常变化调整发电量。 通常这种储存器是电池或超级电容器； 抽水蓄能站可以起到类似的作用。

可以使用现代开关将形成虚拟发电厂的能量平衡区域与电网分离。 这种开关保护、执行测量工作并使系统与网络同步。

世界变得越来越聪明

W 智能电网 目前由世界上所有最大的能源公司投资。 例如，在欧洲，EDF（法国）、RWE（德国）、Iberdrola（西班牙）和 British Gas（英国）。

6. 智能电网结合了传统和可再生能源

此类系统的一个重要元素是电信配电网络，它在中央应用系统和直接位于电力系统末端、终端消费者的智能电表之间提供可靠的双向 IP 传输。

目前，全球最大的电信网络需求 智能电网 来自其国家最大的能源运营商 - 例如 LightSquared（美国）或 EnergyAustralia（澳大利亚） - 使用 Wimax 无线技术生产。

此外，作为 Energa Operator SA 智能网络的一个组成部分，波兰的第一个也是最大的计划实施 AMI（高级计量基础设施）系统涉及使用 Wimax 系统进行数据传输。

与能源领域用于数据传输的其他技术（如 PLC）相比，Wimax 解决方案的一个重要优势是在紧急情况下无需关闭整个电力线部分。

7. 欧洲的能源金字塔

中国政府制定了一项大型长期计划，投资于水系统、升级和扩大农村地区的输电网络和基础设施，以及 智能电网. 中国国家电网公司计划在 2030 年前引入它们。

日本电力工业联合会计划在政府支持下到 2020 年开发太阳能智能电网。 目前，德国正在实施一项用于测试智能电网电子能源的国家计划。

欧盟国家将建立一个能源“超级电网”，通过该电网分配可再生能源，主要来自风电场。 与传统网络不同，它将不是基于交流电，而是基于直流电 (DC)。

欧洲基金资助了与项目相关的研究和培训计划 MEDOW，该计划汇集了大学和能源行业的代表。 MEDOW是英文名称“Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind”的缩写。

培训计划预计将持续到 2017 年 XNUMX 月。 创建 可再生能源网络 在大陆范围内，与现有网络的有效连接 (6) 是有意义的，因为可再生能源具有周期性过剩或容量短缺的特点。

在赫尔半岛运行的智能半岛计划在波兰能源行业中广为人知。 正是在这里，Energa 实施了该国首个试用远程读取系统，并拥有适合该项目的技术基础设施，并将进一步升级。

这个地方不是偶然选择的。 该区域的特点是能源消耗波动大（夏季消耗高，冬季消耗少），这给能源工程师带来了额外的挑战。

实施的系统不仅应具有高可靠性的特点，而且还应具有客户服务的灵活性，使他们能够优化能源消耗、改变电价并使用新兴的替代能源（光伏电池板、小型风力涡轮机等）。

最近，还出现了 Polskie Sieci Energetyczne 希望将能量存储在容量至少为 2 MW 的强大电池中的信息。 该运营商计划在波兰建造储能设施，当可再生能源 (RES) 由于无风或天黑后停止运行时，该设施将通过确保供应的连续性来支持电网。 然后，仓库的电力将进入电网。

该解决方案的测试可以在两年内开始。 根据非官方信息，日立的日本人提供 PSE 来测试强大的电池容器。 一种这样的锂离子电池能够提供 1 MW 的功率。

仓库还可以减少未来扩建传统发电厂的需要。 风电场的特点是功率输出变化很大（取决于气象条件），迫使传统能源保持电力储备，以便在降低功率输出的情况下随时更换或补充风车。

欧洲各地的运营商都在投资储能。 最近，英国人推出了我们大陆上最大的此类装置。 位于伦敦附近 Leighton Buzzard 的设施能够存储高达 10 MWh 的能量并提供 6 MW 的电力。

在他身后的是施恩禧电气、三星，以及UK Power Networks和Younicos。 2014年5月，后者公司在欧洲建造了第一个商业储能。 它在德国什未林启动，容量为 XNUMX 兆瓦。

“2014 年智能电网项目展望”文件包含自 459 年以来实施的 2002 个项目，其中使用新技术、ICT（远程信息）能力有助于创建“智能电网”。

应该指出的是，至少有一个欧盟成员国参与（作为合作伙伴）的项目被考虑在内（7）。 这使报告中涵盖的国家数量达到 47 个。

到目前为止，已为这些项目拨款 3,15 亿欧元，尽管其中 48% 尚未完成。 目前研发项目耗资830亿欧元，测试和实施耗资2,32亿欧元。

其中，丹麦人均投资最多。 另一方面，法国和英国开展的项目预算最高，每个项目平均为 5 万欧元。

与这些国家相比，东欧国家的情况要糟糕得多。 根据该报告，它们仅产生所有这些项目总预算的 1%。 从实施项目数量来看，前五名分别是：德国、丹麦、意大利、西班牙和法国。 波兰排名第 18 位。

瑞士领先于我们，紧随其后的是爱尔兰。 在智能电网的口号下，雄心勃勃、几乎是革命性的解决方案正在全球许多地方实施。 电力系统现代化计划.

最好的例子之一是安大略省智能基础设施项目（2030 年），该项目是近年来准备的，估计持续时间长达 8 年。

8. 计划在加拿大安大略省部署智能电网。

能量病毒？

但是，如果 能源网络 变得像互联网一样，您必须考虑到它可能面临与我们在现代计算机网络中面临的相同威胁。

9. 设计用于能源网络的机器人

F-Secure Laboratories 最近警告说，包括电网在内的行业服务系统面临新的复杂威胁。 它被称为 Havex，它使用一种极其先进的新技术来感染计算机。

Havex 有两个主要组件。 首先是木马软件，用于远程控制被攻击的系统。 第二个元素是 PHP 服务器。

攻击者将特洛伊木马附加到负责监控技术和生产过程进展的 APCS/SCADA 软件上。 受害者从专门的网站下载此类程序，却没有意识到威胁。

Havex 的受害者主要是涉及工业解决方案的欧洲机构和公司。 Havex 代码的一部分表明，其创建者除了想要窃取有关生产过程的数据外，还可能影响他们的进程。

10. 智能电网领域

该恶意软件的作者对能源网络特别感兴趣。 可能是未来的元素 智能电力系统 机器人也会。

最近，密歇根理工大学的研究人员开发了一种机器人模型 (9)，可以将能量输送到受停电影响的地方，例如自然灾害造成的地方。

例如，这种类型的机器可以为电信基础设施（塔和基站）恢复供电，以便更有效地执行救援行动。 机器人是自主的，它们自己选择到达目的地的最佳路径。

他们可能在船上或太阳能电池板上装有电池。 他们可以互相喂食。 意义和功能 智能电网 远远超出能源（10）。

以这种方式创建的基础设施可用于创建基于最先进技术的未来新的移动智能生活。 到目前为止，我们只能想象这种解决方案的优点（但也有缺点）。