Redes de energia inteligentes

Estima-se que a demanda global de energia cresça cerca de 2,2% ao ano. Isso significa que o atual consumo global de energia de mais de 20 petawatts-hora aumentará para 2030 petawatts-hora em 33. Ao mesmo tempo, a ênfase está sendo colocada no uso de energia de forma mais eficiente do que nunca.

1. Automático na rede inteligente

Outras projeções preveem que o transporte consumirá mais de 2050% da demanda de eletricidade até 10, em grande parte devido à crescente popularidade dos veículos elétricos e híbridos.

Se carregamento de bateria de carro elétrico não for gerenciado adequadamente ou não funcionar sozinho, existe o risco de picos de carga devido ao excesso de baterias sendo carregadas ao mesmo tempo. A necessidade de soluções que permitam carregar os veículos nos momentos ideais (1).

Os sistemas elétricos clássicos do século XX, nos quais a eletricidade era produzida predominantemente em usinas centrais e entregues aos consumidores por meio de linhas de transmissão de alta tensão e redes de distribuição de média e baixa tensão, não se adaptam às demandas da nova era.

Nos últimos anos, também podemos observar o rápido desenvolvimento de sistemas distribuídos, pequenos produtores de energia que podem compartilhar seus excedentes com o mercado. Eles têm uma participação significativa em sistemas distribuídos. fontes de energia renováveis.

Glossário de redes inteligentes

AMI - abreviação de Advanced Metering Infrastructure. Significa a infraestrutura de dispositivos e software que se comunicam com medidores de eletricidade, coletam dados de energia e analisam esses dados.

geração distribuída - produção de energia por pequenas instalações geradoras ou instalações conectadas diretamente a redes de distribuição ou localizadas no sistema de energia do destinatário (atrás de dispositivos de controle e medição), geralmente produzindo eletricidade a partir de fontes de energia renováveis ​​ou não tradicionais, muitas vezes em combinação com produção de calor (cogeração distribuída ). . As redes de geração distribuída podem incluir, por exemplo, prosumidores, cooperativas de energia ou usinas municipais.

medidor inteligente – um medidor de energia elétrica remoto que tem a função de transmitir automaticamente os dados de medição de energia ao fornecedor e, assim, oferecer mais oportunidades para o uso consciente da energia elétrica.

Micro fonte de energia – uma pequena central de geração de energia, normalmente utilizada para consumo próprio. A micro fonte pode ser pequenas usinas domésticas de energia solar, hidrelétrica ou eólica, micro turbinas movidas a gás natural ou biogás, unidades com motores movidos a gás natural ou biogás.

Proposição – um consumidor consciente de energia que produz energia para suas próprias necessidades, por exemplo, em microfontes, e vende o excedente não utilizado para a rede de distribuição.

Taxas dinâmicas – tarifas tendo em conta as variações diárias dos preços da energia.

Espaço-tempo observável

A solução desses problemas (2) requer uma rede com uma infraestrutura flexível de "pensamento" que direcione a energia exatamente para onde ela é necessária. Tal decisão rede de energia inteligente – rede elétrica inteligente.

2. Desafios do mercado de energia

De um modo geral, uma rede inteligente é um sistema de energia que integra de forma inteligente as atividades de todos os participantes nos processos de produção, transmissão, distribuição e uso para fornecer eletricidade de forma econômica, sustentável e segura (3).

Sua principal premissa é a conexão entre todos os participantes do mercado de energia. A rede conecta usinas, grandes e pequenos, e consumidores de energia em uma estrutura. Ele pode existir e funcionar graças a dois elementos: automação baseada em sensores avançados e um sistema de TIC.

Simplificando: a rede inteligente “sabe” onde e quando surge a maior necessidade de energia e a maior oferta, e pode direcionar o excesso de energia para onde é mais necessário. Como resultado, essa rede pode melhorar a eficiência, confiabilidade e segurança da cadeia de fornecimento de energia.

3. Rede inteligente - esquema básico

4. Três áreas de redes inteligentes, objetivos e benefícios decorrentes delas

Redes inteligentes permitem efetuar remotamente leituras de contadores de eletricidade, monitorizar o estado de receção e da rede, bem como o perfil de receção de energia, identificar consumos de energia ilegais, interferências em contadores e perdas de energia, desligar/ligar remotamente o destinatário, mudar tarifas, arquivar e cobrar por valores lidos e outras atividades (4).

É difícil determinar com precisão a demanda por eletricidade, portanto, geralmente o sistema deve usar a chamada reserva quente. O uso de geração distribuída (consulte o Glossário de Smart Grid) em combinação com o Smart Grid pode reduzir significativamente a necessidade de manter grandes reservas totalmente operacionais.

Pilar tabelas inteligentes existe um extenso sistema de medição, contabilidade inteligente (5). Inclui sistemas de telecomunicações que transmitem dados de medição para pontos de decisão, bem como informações inteligentes, algoritmos de previsão e tomada de decisão.

As primeiras instalações piloto de sistemas de medição "inteligentes" já estão em construção, cobrindo cidades ou comunas individuais. Graças a eles, você pode, entre outras coisas, inserir taxas horárias para clientes individuais. Isso significa que, em determinados momentos do dia, o preço da eletricidade para um consumidor tão único será menor, por isso vale a pena ligar, por exemplo, uma máquina de lavar.

De acordo com alguns cientistas, como um grupo de pesquisadores do Instituto Alemão Max Planck em Göttingen liderado por Mark Timm, milhões de medidores inteligentes poderão no futuro criar um sistema completamente autônomo. rede autorregulada, descentralizado como a Internet e seguro porque é resistente aos ataques aos quais os sistemas centralizados estão expostos.

Força da pluralidade

Fontes de eletricidade renováveis Devido à pequena capacidade unitária (RES) são fontes distribuídas. Estes últimos incluem fontes com capacidade unitária inferior a 50-100 MW, instaladas nas proximidades do consumidor final de energia.

No entanto, na prática, o valor limite para uma fonte considerada distribuída varia muito de país para país, por exemplo, na Suécia é 1,5 MW, na Nova Zelândia 5 MW, nos EUA 5 MW, no Reino Unido 100 MW. .

Com um número suficientemente grande de fontes dispersas por uma pequena área do sistema de energia e graças às oportunidades que proporcionam tabelas inteligentes, torna-se possível e lucrativo combinar essas fontes em um sistema controlado pelo operador, criando uma "central elétrica virtual".

Seu objetivo é concentrar a geração distribuída em um sistema logicamente conectado, aumentando a eficiência técnica e econômica da geração de eletricidade. A geração distribuída localizada próxima aos consumidores de energia também pode usar recursos de combustível local, incluindo biocombustíveis e energia renovável, e até mesmo resíduos municipais.

Uma usina virtual conecta muitas fontes de energia locais diferentes em uma determinada área (hidrelétricas, eólicas, usinas fotovoltaicas, turbinas de ciclo combinado, geradores a motor, etc.) extensa rede de TI.

Uma função importante na criação de usinas virtuais deve ser desempenhada por dispositivos de armazenamento de energia que permitem ajustar a geração de eletricidade às mudanças diárias da demanda do consumidor. Normalmente tais reservatórios são baterias ou supercapacitores; as estações de armazenamento bombeado podem desempenhar um papel semelhante.

Uma área energeticamente equilibrada que forma uma usina virtual pode ser separada da rede elétrica por meio de interruptores modernos. Esse switch protege, realiza trabalhos de medição e sincroniza o sistema com a rede.

O mundo está ficando mais inteligente

W tabelas inteligentes atualmente investido por todas as maiores empresas de energia do mundo. Na Europa, por exemplo, EDF (França), RWE (Alemanha), Iberdrola (Espanha) e British Gas (Reino Unido).

6. Rede inteligente combina fontes tradicionais e renováveis

Um elemento importante desse tipo de sistema é a rede de distribuição de telecomunicações, que fornece uma transmissão IP bidirecional confiável entre os sistemas centrais de aplicação e os medidores inteligentes de eletricidade localizados diretamente no final do sistema de energia, nos consumidores finais.

Atualmente, as maiores redes de telecomunicações do mundo para as necessidades Smart Grid das maiores operadoras de energia em seus países - como LightSquared (EUA) ou EnergyAustralia (Austrália) - são produzidos usando a tecnologia sem fio Wimax.

Além disso, a primeira e uma das maiores implementações previstas do sistema AMI (Advanced Metering Infrastructure) na Polónia, que é parte integrante da rede inteligente da Energa Operator SA, envolve a utilização do sistema Wimax para transmissão de dados.

Uma vantagem importante da solução Wimax em relação a outras tecnologias utilizadas no setor de energia para transmissão de dados, como PLC, é que não há necessidade de desligar trechos inteiros de linhas de energia em caso de emergência.

7. Pirâmide energética na Europa

O governo chinês desenvolveu um grande plano de longo prazo para investir em sistemas de água, atualizar e expandir as redes de transmissão e infraestrutura nas áreas rurais, e tabelas inteligentes. A Chinese State Grid Corporation planeja introduzi-los até 2030.

A Federação da Indústria de Eletricidade do Japão planeja desenvolver uma rede inteligente movida a energia solar até 2020 com apoio do governo. Atualmente, um programa estadual de teste de energia eletrônica para redes inteligentes está sendo implementado na Alemanha.

Será criada uma “super rede” energética nos países da UE, através da qual será distribuída a energia renovável, principalmente a partir de parques eólicos. Ao contrário das redes tradicionais, será baseada não em corrente alternada, mas em corrente elétrica contínua (CC).

Os fundos europeus financiaram o programa de pesquisa e treinamento relacionado ao projeto MEDOW, que reúne universidades e representantes da indústria de energia. MEDOW é uma abreviação do nome em inglês "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".

O programa de treinamento está previsto para durar até março de 2017. Criação redes de energia renovável à escala continental e a ligação eficiente às redes existentes (6) faz sentido devido às características específicas das energias renováveis, que se caracterizam por excedentes ou faltas periódicas de capacidade.

O programa Smart Peninsula que opera na Península Hel é bem conhecido na indústria polonesa de energia. É aqui que a Energa implantou os primeiros sistemas de leitura remota experimental do país e possui a infraestrutura técnica adequada para o projeto, que será aprimorado ainda mais.

Este lugar não foi escolhido por acaso. Esta área é caracterizada por altas flutuações no consumo de energia (alto consumo no verão, muito menos no inverno), o que cria um desafio adicional para os engenheiros de energia.

O sistema implementado deverá caracterizar-se não só pela elevada fiabilidade, mas também pela flexibilidade no atendimento aos clientes, permitindo-lhes otimizar o consumo de energia, alterar as tarifas de eletricidade e utilizar fontes alternativas de energia emergentes (painéis fotovoltaicos, pequenos aerogeradores, etc.).

Recentemente, também surgiram informações de que a Polskie Sieci Energetyczne deseja armazenar energia em baterias potentes com capacidade de pelo menos 2 MW. A operadora planeja construir instalações de armazenamento de energia na Polônia que apoiarão a rede elétrica, garantindo a continuidade do fornecimento quando as fontes de energia renovável (RES) deixarem de funcionar devido à falta de vento ou à noite. A eletricidade do armazém irá então para a rede.

O teste da solução pode começar dentro de dois anos. De acordo com informações não oficiais, os japoneses da Hitachi oferecem PSE para testar potentes recipientes de bateria. Uma dessas baterias de íons de lítio é capaz de fornecer 1 MW de energia.

Os armazéns também podem reduzir a necessidade de expandir as usinas convencionais no futuro. Os parques eólicos, que se caracterizam por uma grande variabilidade na produção de energia (dependendo das condições meteorológicas), obrigam a energia tradicional a manter uma reserva de energia para que os aerogeradores possam ser substituídos ou complementados a qualquer momento com uma potência reduzida.

Os operadores de toda a Europa estão a investir no armazenamento de energia. Recentemente, os britânicos lançaram a maior instalação deste tipo no nosso continente. A instalação em Leighton Buzzard, perto de Londres, é capaz de armazenar até 10 MWh de energia e fornecer 6 MW de potência.

Atrás dele estão S&C Electric, Samsung, bem como UK Power Networks e Younicos. Em setembro de 2014, esta última empresa construiu o primeiro armazenamento comercial de energia na Europa. Foi lançado em Schwerin, Alemanha e tem capacidade de 5 MW.

O documento “Smart Grid Projects Outlook 2014” contém 459 projetos implementados desde 2002, em que a utilização de novas tecnologias, capacidades de TIC (teleinformação) contribuíram para a criação de uma “smart grid”.

Note-se que foram tidos em conta projetos em que pelo menos um Estado-Membro da UE participou (foi parceiro) (7). Isso eleva o número de países cobertos no relatório para 47.

Até agora, 3,15 bilhões de euros foram alocados para esses projetos, embora 48% deles ainda não tenham sido concluídos. Os projetos de P&D consomem atualmente 830 milhões de euros, enquanto testes e implementação custam 2,32 bilhões de euros.

Entre eles, per capita, a Dinamarca é o que mais investe. A França e o Reino Unido, por outro lado, realizam projetos com os orçamentos mais elevados, com uma média de 5 milhões de euros por projeto.

Comparados a esses países, os países do Leste Europeu se saíram muito pior. De acordo com o relatório, eles geram apenas 1% do orçamento total de todos esses projetos. Pelo número de projetos implementados, os cinco primeiros são: Alemanha, Dinamarca, Itália, Espanha e França. A Polônia ficou em 18º lugar no ranking.

A Suíça estava à nossa frente, seguida pela Irlanda. Sob o lema de smart grid, soluções ambiciosas e quase revolucionárias estão sendo implementadas em muitos lugares ao redor do mundo. planeja modernizar o sistema elétrico.

Um dos melhores exemplos é o Ontario Smart Infrastructure Project (2030), que vem sendo elaborado nos últimos anos e tem duração estimada de até 8 anos.

8. Plano para implantação de Smart Grid na província canadense de Ontário.

Vírus de energia?

No entanto, se rede de energia se tornar como a Internet, você deve levar em conta que ela pode enfrentar as mesmas ameaças que enfrentamos nas redes de computadores modernas.

9. Robôs projetados para trabalhar em redes de energia

Os laboratórios da F-Secure alertaram recentemente sobre uma nova e complexa ameaça aos sistemas de serviços do setor, incluindo redes elétricas. Chama-se Havex e usa uma nova técnica extremamente avançada para infectar computadores.

Havex tem dois componentes principais. O primeiro é o software Trojan, que é usado para controlar remotamente o sistema atacado. O segundo elemento é o servidor PHP.

O cavalo de Tróia foi anexado pelos invasores ao software APCS/SCADA responsável por monitorar o andamento dos processos tecnológicos e de produção. As vítimas baixam esses programas de sites especializados, sem saber da ameaça.

As vítimas do Havex foram principalmente instituições e empresas europeias envolvidas em soluções industriais. Parte do código da Havex sugere que seus criadores, além de quererem roubar dados sobre os processos de produção, também poderiam influenciar seu rumo.

10. Áreas de redes inteligentes

Os autores deste malware estavam particularmente interessados ​​em redes de energia. Possivelmente um elemento futuro sistema de energia inteligente robôs também.

Recentemente, pesquisadores da Michigan Technological University desenvolveram um modelo de robô (9) que fornece energia a locais afetados por quedas de energia, como as causadas por desastres naturais.

Máquinas desse tipo poderiam, por exemplo, restaurar a energia da infraestrutura de telecomunicações (torres e estações base) para realizar operações de resgate com mais eficiência. Os robôs são autônomos, eles mesmos escolhem o melhor caminho para o seu destino.

Eles podem ter baterias a bordo ou painéis solares. Eles podem alimentar um ao outro. Significado e funções tabelas inteligentes vão muito além da energia (10).

A infraestrutura criada desta forma pode ser usada para criar uma nova vida móvel inteligente do futuro, baseada em tecnologias de ponta. Até agora, podemos apenas imaginar as vantagens (mas também desvantagens) desse tipo de solução.