Koncept inteligentných sietí v prostredí elektroenergetických sústav

01. 09. 2011 | Komentáre čitateľov [0]

Elektrická energia je jednou z foriem energie. Dôležitým faktom je, že energiu nie je možné vyrobiť, ale len získať premenou z inej energie, preto často používaný pojem výroba elektriny nie je celkom presný. Všeobecne je energia definovaná ako schopnosť hmoty konať prácu.

Elektrická energia je známa už viac než storočie od dôb objavu elektromagnetickej indukcie Michaelom Faradyom (1831). Počiatok vzniku elektrizačných sústav je v 19. storočí, kedy bol objavený dynamoelektrický princíp Wheastonom a Siemensom (1867) a jeho uplatnenie v praxi vo forme dynama umožnilo poprvýkrát premenu mechanickej energie na elektrickú. Elektrina sa teda prenášala spotrebiteľom v podobe jednosmerného prúdu, čo so sebou ovšem nieslo problémy pri výrobe a prenose vyšších výkonov na väčšie vzdialenosti, prenos na diaľku totiž vtedy sprevádzali obrovské straty. Prelomom boli vynálezy transformátora (1882 Lucien Gaulard a John Dixon Gibbs), točivých prúdov (1887 Nikola Tesla) a asynchrónnych trojfázových motorov a generátorov (1891 Michail Osipovič Dolivo-Dobrovolskij), ktoré priniesli zásadné zmeny koncepcie spôsobu výroby, prenosu a využitia elektriny. Rozvoj v oblasti teórie striedavých prúdov viedol k masívnej výstavbe elektrocentrál s trafostanicami pre diaľkový rozvod elektriny, čo viedlo k rozsiahlemu rozvoju elektromotorov na striedavý prúd a celej elektroenergetiky v poňatí, ako ju poznáme dnes.

Ak sa pozrieme na spôsob výroby elektriny a jej prenosu v dávnej minulosti za čias Teslu a dnes, zistíme, že sa za tie dlhé roky nič prevratné nezmenilo. V elektrárňach sa za pomoci otáčavých strojov – alternátorov vyrába na báze premeny mechanickej energie na elektrickú nami známa elektrina s účinnosťou 35 – 40%. Elektrina je transformovaná na vyššiu napäťovú hladinu pomocou transformátorov a prenášaná po vysokonapäťových linkách na miesto spotreby. Transformáciou na vyššiu napäťovú hladinu sa zásadným spôsobom znižujú straty pri prenose. Na mieste spotreby energie sa vysoké napätie transformuje späť na nízke. Trojfázová sústava je rovnaká, ako bola objavená Teslom a rovnako aj koncepcia alternátorov a prenosových sietí. Samozrejme je možné namietať, že sa modernizujú materiály a zvyšuje sa účinok celého systému, napriek tomu základný princíp zostáva rovnaký, snáď len s výnimkou výroby elektriny pomocou fotovoltaických článkov, ale aj tie sú postavené na báze objavu Antoine Césara Becquerela z roku 1839.

Elektrizačná sústava je veľmi citlivý systém. V zásade je možné ju prirovnať k ľudskému telu, ktoré má veľmi presnú termoreguláciu a teplota zdravého tela musí byť v presne definovanom pásme hodnôt. To isté platí pre elektrizačnú sústavu, kedy základnou veličinou pre riadenie sústavy je frekvencia, ktorou kmitá sinusoida striedavého napätia generovaného v sústave. Zásadným pravidlom pre správne riadenie elektrizačnej sústavy je fakt, že množstvo vyrobenej elektriny v danom okamžiku sa vždy musí presne rovnať množstvu spotrebovanej elektriny. Pokiaľ je toto pravidlo narušené, potom buď generátory nestačia pokryť zvýšenú potrebu elektriny alebo sa točia pomalšie, či sa úplne zastavia. Štandardne fungujúca sústava disponuje množstvom regulačných mechanizmov, ktoré výkonovú rovnováhu udržujú.

Elektrizačná sústava teda až do súčasnosti fungovala ako jednosmerný systém, ktorým elektrina preteká z vyšších napäťových hladín na nižšie až ku konečnému spotrebiteľovi. Zmena nastáva v okamihu, keď do takejto sústavy pripojíme okrem spotrebičov aj malé zdroje elektriny, ako sú napríklad fotovoltaické elektrárne, malé vodné elektrárne, kogeneračné jednotky, ktoré vyrábajú elektrinu, teplo a pod. V takom prípade dramaticky narastá potreba využitia informačných technológií schopných v reálnom čase riadiť elektrizačnú sústavu ako z pohľadu stability, tak z pohľadu neočakávaných porúch.

Elektrizačná sústava obsahujúca senzory a zariadenia pre sledovanie stavu jednotlivých parametrov siete a vybavená IT technológiami schopnými v reálnom čase tieto informácie spracovávať a reagovať na ne, sa nazýva Smart Grid alebo Inteligentná sieť. Takáto elektrizačná sústava je schopná omnoho lepšie sa vyrovnať so stavmi, ktoré vzniknú v dôsledku nových spôsobov výroby elektriny z obnoviteľných a distribuovaných zdrojov.

Inteligentné siete dokážu automaticky reagovať na pomery v sieti, ako je napríklad preťaženie liniek, dokážu presmerovať tok elektriny zmenou konfigurácie siete v reálnom čase, t.j. realizovať vzdialené odpojenie a pripojenie prenosových a distribučných liniek, dokážu detekovať poruchy a izolovať (odpojiť) postihnuté oblasti a zabezpečiť napájanie nepostihnutých častí z iných uzlov siete. Dokážu rozpoznať poruchy a nájsť miesto, kde k poruche došlo, pričom v prípade, že nie je možné automatickým zásahom vyriešiť problém, dokážu vyslať poruchovú čatu na miesto poruchy. Dokážu v reálnom čase komunikovať aj so zákazníkom a v prípade stavu blízkom k „blackoutu“ – zrúteniu siete – uskutočniť odpojenie odberných miest v postihnutej oblasti tak, aby bola znížená spotreba elektriny v sústave. Inteligentné siete teda dokážu udržať výkonovú rovnováhu aj v zložitých heterogénnych elektrizačných sústavách.

Zásadnú zmenu do koncepcie elektrizačných sústav prináša koncept e-mobility, teda využitie elektromobilov pre prepravu osôb. V prípade masívneho nasadenia elektromobilov v nasledujúcich rokoch dôjde k obrovskému nárastu požiadaviek na elektrizačné sústavy, keďže do nich budú pripojené množstvá batérií elektromobilov, ktoré budú nabíjané. Elektromobily je však možné využiť aj ako úložiská energie, kedy energia z batérií pripojených elektromobilov by mohla byť využitá v energetickej špičke pre pokrytie špičkového výkonu v elektrizačnej sústave a pre vyrovanie diagramu spotreby. Praktická aplikácia tohto konceptu je taká, že batérie elektromobilov budú dobíjané v dobe, kedy bude v sieti elektriny dostatok a je teda lacnejšia a v dobe energetickej špičky bude elektrina z batérií čerpaná. Majiteľom elektromobilov bude tento rekuperačný cyklus generovať finančný prínos vo forme rozdielov v cene špičkovej a mimo-špičkovej elektriny a rôzne ďalšie prínosy za poskytnutie regulačnej energie. Vyriešenie konceptu dobíjania elektromobilov je tiež jednou z oblastí, ktorú Inteligentné siete pokrývajú.

Koncept e-mobility veľmi blízko súvisí s konceptom Smart home, teda Inteligentná domácnosť. Základným prostriedkom je inštalácia tzv. Smart meter – Inteligentného elektromera, ktorý dokáže komunikovať ako s dodávateľmi elektriny, tak so spotrebičmi v domácnosti. Zákazník a distribútor elektriny potom môže vzdialene ovplyvňovať spotrebu týchto spotrebičov podobne ako je to v prípade tzv. hromadného diaľkového ovládania použitého pre okrem úžitkovej vody či vykurovania akumulačnými kachľami. Zároveň má zákazník možnosť aj samostatne riadiť spotrebiče cez web portál, kde je možné vzdialene zopnúť napríklad vyhrievanie vody pred príchodom domov, či sledovať vzdialene spotrebu domácnosti alebo nastaviť na túto spotrebu kontrolnú hladinu, ktorá v prípade prekročenia odošle výstražnú sms.

Technológie Inteligentných sietí budú v blízkej budúcnosti zásadným elementom nutným pre fungovanie heterogénnych elektroenergetických sústav a to nielen z technického pohľadu ale aj z pohľadu zákazníka, ktorému umožnia reagovať v reálnom čase na aktuálnu spotrebu energie zobrazovanú na domácich zobrazovacích jednotkách. Nasadenie inteligentných sietí vytvorí nové obchodné modely, ako je napríklad fakturácia spotreby elektriny podobne ako fakturácia za telekomunikačné služby. Dôjde ku zvýšeniu spoľahlivosti elektrizačných sústav a efektívnemu využitiu zdrojov, umožní sa vzdialené riadenie spotrebičov a vytvoria sa prostriedky pre väčšiu odolnosť elektrizačných sústav proti teroristickým útokom a výpadkom spôsobeným nepriaznivými klimatickými javmi.

 

obr. 1: Elektrizačná sústava fungovala ako jednosmerný systém, ktorým elektrina preteká z vyšších napäťových hladín na nižšie až ku konečnému spotrebiteľovi… Zmena nastáva v okamihu, kedy do takejto sústavy pripojíme okrem spotrebičov aj malé zdroje ako sú fotovoltaické elektrárne, malé vodné elektrárne, kogeneračné jednotky, ktoré vyrábajú elektrinu a teplo…

 

obr. 2: Prístup k lepšie štrukturovaným a prepojeným informáciám umožní distribučným spoločnostiam v novom prostredí lepšie dispečerské riadenie elektrizačných sústav a lepšie riadenie vzťahu so zákazníkom…

Galéria obrázkov


Napísať komentár

Diskusia k článku je momentálne pozastavená.

Workshop: Ako zvýšiť tržby z predaja krabicového softvéru alebo SaaS


4.9.2919, Bratislava

Obsah workshopu:

  • Na ktoré informácie sa sústrediť pri prezentácii softvéru
  • Ktoré informácie rozhodujú o predaji
  • Delenie obchodníkov, typológia
  • Odmeňovací systém a motivácia
  • Za akú cenu sú ochotní zákazníci kúpiť softvér
  • Rôzne kanály predaja (e-commerce, call centre, sales force),
  • Kritériá určujúce použitie konkrétneho predajného kanála