Kokie yra protingų elektros sistemų pagrindiniai privalumai?

Gerintas elektros tinklo patikimumas dėl saviremontuojamų galimybių

Infrastruktūros gedimo rizika – kas tai sukelia?

Senėjanti aukštosios įtampos energijos perdavimo infrastruktūra, kuri perduoda energiją visoje šalyje, patiria daugybinį gedimų dažnį. Daugiau kaip 70 % JAV perdavimo linijų yra senesnės nei 25 metų. Oros sąlygotų elektros tiekimo nutraukimų skaičius nuo 2000 m. padidėjo 200 % (JAV Energetikos departamentas, „Tinklo modernizavimo ataskaita“, 2023 m.). Senėjanti infrastruktūra – įskaitant transformatorius, kabelius ir jungiklių įrangą – didžiausios apkrovos metu gali sukelti grandininį gedimą. Tai vidutiniškai kelia naudingumo įmonėms 740 000 JAV dolerių kainą už kiekvieną nutraukimo valandą (Ponemono institutas, 2023 m.). Šis augantis rizikos lygis parodo reikmę modernizuoti elektros tinklą.

Automatinis gedimų aptikimas ir izoliavimas protingose elektros tinkluose

IoT ir dirbtinio intelekto technologijos aktyviai naudojamos protingų elektros sistemų gedimų aptikimui. Kai aptinkama netvarka, izoliuoti jungikliai automatiškai atjungia paveiktą elektros tinklo dalį. Tai reiškia, kad energija gali būti peradresuojama per alternatyvias grandines visiškai autonomiškai. Ši savireguliuojamoji funkcija pagerina remonto ir nutraukimo trukmę 90 % lyginant su tradicinėmis sistemomis, kurios priklauso nuo rankinio remonto ir diagnostikos.

Atsako rodiklis Tradicinis tinklas Protingasis tinklas
Gedimo aptikimo laikas 30+ minučių <1 sekundė
Atskyrimo greitis Rankinis – valandos 2–5 sekundės
Paveikti vartotojai 1000+ <50

Įžvalgos iš Čattanugos savireguliuojamojo tinklo bandymo projektų

Čattanugos EPB savireguliuojamoji skirstomoji sistema, viena pirmųjų JAV, parodė, kaip patikimumas gali teigiamai pasikeisti. Baigę visos sistemos diegimą, tiekimo įmonė galėjo pasiekti
+ 40 % sumažinti bendrą nutraukimų trukmę,
+ 60 % sumažinti vidutinį kiekį paveiktų vartotojų viename įvykyje,

Automatinė perkonfigūracija esant ekstremalioms orų sąlygoms, realiuoju laiku per tinklo perkonfigūracijos audrą, kad būtų parodyta saviremiamoji architektūra, naudingumo sistema paprasta ir atspari klimato pokyčiams. Prieš 2 dešimtmečius tinklas buvo apkraunamas mažiau nei 45 %, NREL 2023.

Beprastinė atsinaujinančių energijos šaltinių integracija

Kintamosios apkrovos balansavimo taikymas norint išspręsti netolygumus

Orų sąlygos nulemia saulės ir vėjo energijos gamybos šaltinių našumą, todėl šių šaltinių gamyba yra kintama. Šios kintamumo mažinimo būdas – protingų elektros sistemų naudojimas, kuriose taikoma dinaminė apkrovos balansavimo technika arba realiuoju laiku vykdoma galios perskirstymas tinklu, remiantis jutiklių ir prognozavimo algoritmų duomenimis. Pavyzdžiui, nekritinės pramoninės apkrovos gali būti perkeltos į laiko langus, kai yra didelė energijos gamyba, dėl to atsinaujinančiosios energijos gamybos ribojimas sumažėja iki 19 % (IRENA, 2021 m.). Šis metodas padeda stabilizuoti tinklą pagal įtampą ir dažnį be reikalingumo statyti brangią naują infrastruktūrą.

Komunikacija nuo tiekėjo vartotojui ir skirstytosios energijos gamybos koordinavimas

Tradicinė elektros tinklo sistema neturi pakankamo matomumo ir valdymo galimybių, kad būtų galima valdyti tūkstančius įvairių ir decentralizuotų aktyvų – būtų tai akumuliatorių saugyklos, stogų ant stogų sumontuoti saulės elektrinės arba bendruomenės mikrotinklai. Išmaniosios elektros tinklo sistemos šią problemą išsprendžia įdiegdamos dvikryptės ryšio linijos, kurios leidžia energijos tiekėjams valdyti ir kontroliuoti paskirstytus aktyvus beveik realiuoju laiku. Pavyzdžiui, perteklinė namų saulės fotovoltinės sistemų gamyba gali būti panaudota elektromobilių (EV) akumuliatoriams įkrauti per didžiausios apkrovos laikotarpius. Tokio lygio kontrolė leidžia pasyviems vartotojams transformuotis į aktyvius „prosumerius“, kas skatina savireguliuojamų energijos sistemų kūrimą ir sumažina išmanaus tinklo technologijų visuotinį diegimą nuo 8 iki 12 %.

Paklausos valdymas, optimizuotas siekiant sumažinti apkrovos viršūnių sukeltą sistemų įtampą

JAV viršutinės pajėgumų statybos metinės sąnaudos siekia 27 mlrd. JAV dolerių

Norint patenkinti retas, trumpalaikius viršūnių apkrovos reikalavimus (pvz., vasaros karščių bangas), energijos tiekėjai privalo užtikrinti pakankamą gamybos ir perdavimo pajėgumą, viršijantį būtiną minimumą. Tai kelia apytiksliai 27 mlrd. JAV dolerių metines sąnaugas JAV ekonomikai (JAV Energetikos departamentas, 2023 m.), padidina naudotojų energijos sąskaitas ir nukreipia lėšas nuo kitų svarbių ir strategiškai reikšmingesnių investicijų. Išmaniosios elektros tinklo technologijų naudojimas gali padėti sumažinti šią naštą, leisdama dinamiškai valdyti energijos paklausą ir taikyti ją efektyviai valdant apkrovą viršūnių laikotarpiu be naujos infrastruktūros statymo. Tai lemia pagerintą sistemos veikimą ir mažesnes eksploatacines sąnaugas.

Autoriai paaiškina, kaip veikia išmaniosios elektros sistemos ir kaip jos leidžia pasiekti eksploatacinių sąnaugų bei aplinkos gerinimą.

Naudojant protingas elektros energijos sistemas, klientai gali gauti realiuoju laiku pranešimus apie kainas, tinklo apkrovą (paklausa didesnė už pasiūlą) ir įtaisų lygio komandas. Šie pranešimai pateikiami per protinguosius skaitiklius arba prijungtus buitinės technikos prietaisus ir leidžia automatiškai, vartotojo patvirtintais, pritaikymais (pvz., termostato nustatytosios temperatūros keitimu arba baseino siurblio veikimo atidėjimu). Bandomuosiuose projektuose tai leido sumažinti viršūninių apkrovų dydį 15–20 %, o tai sumažino priklausomybę nuo iškastiniais kurais dirbančių viršūninių elektrinės galios gamybos įrenginių. Taip pat tai leidžia geriau integruoti atsinaujinančiąsias energijos šaltinių energiją, perkeldami paklausą taip, kad ji būtų lanksti atsižvelgiant į švarios energijos tiekimo galimybes.

Išmaniosios elektros sistemos turi papildomą vertę, kurią sudaro aplinkos taupymas, o tai savo ruožtu lemia eksploatacijos sąnaudų mažinimą. Automatizacija padeda sumažinti tinklo stebėjimą, kuris yra labai darbo intensyvus ir sudaro 15–30 % išlaidų, taip pat padeda išvengti transformatorių ankstyvo gedimo (prognozuojamojo techninio aptarnavimo), kuris sukelia nutraukimą, padidina įrangos naudojimo trukmę ir leidžia išvengti skubios remonto sąnaudų. Visos šios efektyvumo priešdės prisideda prie reikiamos viršūninių galios pajėgumų pertekliaus mažinimo, kurį Energijos departamentas įvardija kaip 27 mlrd. JAV dolerių metinę naštą. Be to, optimizuota apkrovos balansavimo sistema padeda sumažinti viršūniniuose apkrovos laikotarpiu sistemose deginamų fosilinių kuro išteklių kiekį. Išmaniosios energijos sistemos gali sumažinti tinklo CO2 emisijas 8–12 %, taip pat sutaupyti energijos dėl mažesnių linijų nuostolių ir atsinaujinančių energijos šaltinių panaudojimo, kai jie yra prieinami. Išmaniosios elektros sistemos yra ekonominė ir aplinkosauginė būtinybė miestams, siekiantiems darniosios plėtros.

D.U.K.

Kas yra saviremuojamoji elektros tinklo sistema?

Automatizuotos izoliacijos ir gedimų šalinimo saviremuojamosios elektros tinklo sistemos naudoja dirbtinio intelekto (DI) ir „Internet of Things“ (IoT) jutiklių kombinaciją, kad peradresuotų energijos tiekimą ir aptiktų gedimus. Palyginti su tradicinėmis elektros tinklo sistemomis, saviremuojamosios elektros tinklo sistemos žymiai sumažina nutraukimus.

Kaip išmanioji tinklo technologija padeda patikimumui?

Patikimumas pagerėja dėl išmaniosios tinklo technologijos, kuri leidžia realiuoju laiku stebėti sistemą ir valdyti gedimus. Automatizuota technologija gerina patikimumą ir sumažina nutraukimų trukmę. Gerėjantis patikimumas padidina skirstytųjų energijos išteklių veiksmingumą ir dinaminį apkrovos balansavimą, kurie centrina tinklą.

Kokie yra atsinaujinančių energijos šaltinių integravimo su išmaniąja tinklo sistema privalumai?

Dinaminis apkrovos balansavimas, sujungtas su protingais tinklais ir atsinaujinančia energija, sumažina elektros energijos švaistymą ir optimizuoja išteklių naudojimą. Atsinaujinančių energijos šaltinių ir protingų tinklų integracija yra teigiama, nes ji sumažina gamybos kintamumą ir efektyviai valdo energijos paskirstymą su minimaliais perdavimo nuostoliais.

Kas yra dinaminis paklausos atsakas?

Dinaminis paklausos atsakas reguliuoja elektros energijos paklausą atsakydamas į realaus laiko signalus iš tinklo. Paklausos valdymas dinaminiu atsaku per didžiausios apkrovos laikotarpius padidina sistemos stabilumą ir sumažina poreikį statyti papildomus objektus, kad būtų patenkinta apkrova.