Что делает «умное электроснабжение» будущим управления энергоресурсами?

Умное электроснабжение: оперативный надзор и интеллектуальное управление распределительными сетями

Возможность отслеживать данные о потреблении электроэнергии для обеспечения немедленного управления операциями представляет собой кардинальный сдвиг в управлении энергоресурсами. Данные в реальном времени, получаемые благодаря вычислительным возможностям датчиков, размещённых в бесперебойной проводной сети Интернета вещей (IoT), а также сложным алгоритмам обработки потоков данных, позволяют выявлять аномалии, регистрируемые датчиками в потоке (например, скачки напряжения, перенапряжения и провалы напряжения), а также закономерности потребления. Эти мгновенные данные позволяют операторам:

- Предотвращайте выход оборудования из строя, проводя его профилактическое обслуживание до возникновения поломок.

- Мгновенно оптимизируйте распределение энергии в периоды повышенного спроса.

- Снижайте эксплуатационные затраты и повышайте надёжность узлов потребления (распределённой сети), снижая средние эксплуатационные затраты узлов потребления (распределённой сети).

- Снижайте средние эксплуатационные затраты узлов потребления (распределённой сети).

Возможность повышения операционной гибкости за счёт мониторинга потребления электроэнергии в реальном времени.

Как интеллектуальный мониторинг способствует интеграции «умной» электросети

Умный мониторинг обеспечивает динамическое управление спросом и реакцию со стороны потребителей по всей электрической сети. Он корректирует режимы энергопотребления в ответ на резкие изменения погодных условий, штормы или колебания объёмов промышленного производства. Датчики, фиксирующие аномальные реакции на промышленных объектах, запускают защитные меры для предотвращения отказов системы. Реакция на изменение спроса может повысить эксплуатационную гибкость примерно на 40 % по сравнению с системами, функционирующими в режиме реагирования на спрос. Такие системы способны сократить время работы системы на 40 %.

Применение машинного обучения, аналитики и Интернета вещей для прогнозной балансировки нагрузки

Сочетание вычислений на периферии (edge computing) с облачной аналитикой создаёт умные и устойчивые электрические сети, которые непрерывно оптимизируют свою работу.

Системы умных сетей: значение систем умных сетей — основа внедрения умных электрических решений

Модернизация сетей: надёжность, устойчивость и двусторонняя связь

Умные электросети модернизируются за счёт технологий мониторинга в реальном времени и автоматического управления, которые выявляют проблемы — включая отказы трансформаторов — за миллисекунды (вдвое быстрее, чем старые системы реагировали на аналогичные сбои). Умные электросети также оснащены механизмами самовосстановления, которые автоматически перенаправляют поток электроэнергии, предотвращая масштабные отключения. Согласно исследованию Института Понемона за 2023 год, такие системы позволяют предприятиям ежегодно экономить примерно 740 000 долларов США за счёт снижения потерь выручки. Кроме того, они обеспечивают двустороннюю связь: когда спрос на электроэнергию в сети возрастает, энергоснабжающие компании могут отправлять сигналы о повышении тарифов. Потребители получают стимул переносить свои энергоёмкие действия (например, зарядку EV и стирку) на периоды низкого спроса. Благодаря этому потребители превращаются в активных участников, способствующих стабилизации электросети.

Интеллектуальный поток данных об электроэнергии, обеспечиваемый протоколами с низкой задержкой (MQTT, LoRaWAN, 5G)

Мгновенная и надежная передача данных необходима для поддержания устойчивости электросети. Для обеспечения передачи данных с различной задержкой используются протоколы с низкой задержкой:
5G способен обеспечить время отклика менее 10 мс на управляющие сигналы, считающиеся критически важными для выполнения задач (например, управление солнечным инвертором при колебаниях напряжения).

MQTT способен обрабатывать телеметрические данные с миллионов измерительных устройств и, по оценкам, снижает объем передаваемых данных на 70 % (IEEE, 2023).

LoRaWAN способен работать в течение нескольких лет от одной батареи (обеспечивая оповещения о перерывах в электроснабжении) и подключаться к датчикам в удаленных распределительных подстанциях.

В заключение, эти технологии совместно обеспечивают прогнозирующую балансировку нагрузки.

Обеспечение интеграции возобновляемых источников энергии посредством интеллектуальных электрических систем

Координация распределенной солнечной, ветровой генерации и систем хранения энергии с помощью интеллектуальных управляющих уровней

Генерация энергии из солнечных и ветровых источников требует значительной координации для поддержания стабильности электрической сети, поскольку такая энергия вырабатывается нерегулярно. Современные «умные» электросети оснащены передовыми системами управления, которые координируют различные источники генерации по всей сети. Эти системы управляют выработкой и накоплением энергии из солнечных и ветровых ресурсов на основе прогнозов погоды и данных в реальном времени от самой сети. Например, при избытке солнечной генерации сеть перенаправляет эту энергию в объекты хранения или в другие участки сети. Напротив, при снижении ветровой активности сеть высвобождает ранее накопленную энергию для питания генераторов. Такой подход к управлению снижает необходимость использования генераторов на ископаемом топливе и минимизирует потери при производстве возобновляемой энергии. Согласно исследованию Национальной лаборатории возобновляемой энергетики (NREL), проведённому в прошлом году, применение такого управления позволяет повысить долю используемой возобновляемой энергии почти на 30 %, что приведёт к сокращению выбросов CO₂ от генерации на ископаемом топливе на 28 тонн в год на каждый мегаватт установленной мощности. То, что раньше было лишь точечным и прерывистым источником возобновляемой энергии, сегодня становится надёжным источником энергоснабжения для электрической сети.

Расширение прав и возможностей потребителей: интеллектуальные счетчики и участие со стороны потребителей

Развитие интеллектуальных счетчиков предоставляет клиентам возможность взять под контроль свое энергопотребление. Интеллектуальные счетчики позволяют потребителям энергетических услуг выйти за рамки пассивной роли клиента и стать активными участниками функционирования энергосистемы. Интеллектуальные счетчики входят в состав системы, называемой расширенной инфраструктурой учета (AMI). Это означает, что клиент может видеть, как работает система, а также отслеживать распределение своего потребления по каждому прибору и, в конечном итоге, вносить изменения в своё поведение для экономии средств. В журнале «Энергоэффективность» было опубликовано исследование, показавшее, что в первый год внедрения интеллектуальные счетчики позволили сократить потребление на 50 % среди их владельцев. Такой результат закономерен: осознание уровня собственного потребления стимулирует потребителей к изменению поведения в сторону его сокращения.

Традиционные счетчики против интеллектуальных счетчиков

Ежемесячные ручные показания счётчиков, расчётные счета и односторонняя связь.

Вся система поддерживает современные схемы динамического ценообразования, особенно тарифы на электроэнергию, зависящие от времени суток. Благодаря наличию таких опций потребители стирают бельё и заряжают свои электромобили (EV) в периоды непиковой нагрузки, когда тарифы ниже. Некоторые пилотные программы подтвердили эффективность этих решений в реальных условиях. Управление спросом со стороны потребителей снизило зависимость от устаревших резервных электростанций на ископаемом топливе на 14 %, согласно Отчёту о модернизации электросетей за прошлый год. Существует обширная научная литература по этой теме. Потребители, как правило, осознают сложившуюся ситуацию и затем снижают свой пиковое энергопотребление на 8–12 %. Это подтверждено в исследовании, опубликованном в журнале «Energy Policy», посвящённом влиянию вовлечённости потребителей. Умные дома продвигают эту концепцию ещё дальше: счётчики автоматически реагируют на изменение цен в течение дня и могут корректировать настройки термостата или даже приостанавливать зарядку электромобиля. Случайное потребление энергии превращается в целенаправленное, выгодное для энергосистемы использование электроэнергии.

Часто задаваемые вопросы

Что такое мониторинг потребления электроэнергии в реальном времени?

Мониторинг потребления электроэнергии в реальном времени означает использование датчиков и потоков данных для автоматического выявления аномалий в потреблении электроэнергии и принятия корректирующих мер с целью повышения эффективности и снижения эксплуатационных затрат.

Как умные сети повышают надёжность электросети?

Продвинутая аналитика и мониторинг данных в реальном времени помогают умным сетям предотвращать крупные отключения до их возникновения. Системы самовосстановления и автоматизированного управления обеспечивают и повышают надёжность электроснабжения даже при пиковой нагрузке.

Какие технологии обеспечивают поток данных в умных электрических сетях?

Для обеспечения стабильности технологий передачи данных требуется связь с низкой задержкой. Стандарты 5G, LoRaWAN и протокол MQTT хорошо справляются с этой задачей, обеспечивая быструю обработку данных для более эффективного управления нагрузкой и сетевыми системами.

Как интеллектуальные счётчики способствуют участию потребителей?

Умные счетчики стимулируют потребителей контролировать и корректировать своё потребление электроэнергии, предоставляя им данные в реальном времени. Потребители также могут участвовать в программах тарификации в зависимости от времени суток и переносить потребление электроэнергии на периоды вне пиковой нагрузки, чтобы снизить размер своего счёта.