Современная интеллектуальная сеть — «Интернет» для электроэнергии

 

Автор

Купер Джон (John Cooper), Вице-президент отдела решений для энергоснабжающих компаний, Grid Net, США

 

    Повышение спроса на электроэнергию в сочетании с возросшими требованиями к бесперебойности поставок является мощным стимулом для преобразований в энергетическом секторе многих государств. Кроме того, в развитых странах много внимания уделяется проблеме глобального изменения климата, разрабатываются программы по снижению уровня углеродных выбросов промышленными предприятиями, в том числе электростанциями
    Традиционно энергоснабжение подразумевает следующую функциональную структуру: генерация, передача, распределение и продажа электроэнергии. Предлагаемые на рынках решения предназначены для этих сфер применения, поэтому менеджеры энергоснабжающих компаний работают с программным и аппаратным обеспечением, которое тесно привязано к обслуживаемой сети. Построение интеллектуальной сети, таким образом, ограничивает ее функциональные возможности, поскольку параметры сети связи подбираются, исходя из характеристик только одного типа программного обеспечения. С появлением на рынке новейшего ПО сеть, прежде обладавшая «достаточно хорошими» характеристиками, в одночасье становится не вполне оптимизированной. Каждое приложение требует прокладки новой сети связи, при этом количество проектов стремительно увеличивается, а усложнение систем приводит к росту расходов на их взаимную интеграцию. Повышение требований к совместимости и способности к взаимодействию существенно влияет на первоначальные планы, поэтому дорогостоящие проекты по отладке си­стем управления — нередкое явление. Но есть способ лучше.
    Образ будущей интеллектуальной сети
    Описывая будущее интеллектуальной сети, мы говорим не только о добавлении новых программных приложений, предназначенных для решения старых проблем. Мы имеем в виду долгосрочное развитие, включающее в себя полное изменение сетевой структуры, использование результатов цифровой революции и внедрение новых идей об архитектуре сети, опробованных на базе сети Интернет. Если бы монтаж энергосистемы проводился с применением всех знаний, приобретенных за по­следние 100 лет, то был бы создан «Интернет» для электроэнергии, способный управлять потоками мощно­сти и информации подобно тому, как сеть Интернет управляет потоками битов и байтов данных. При необходимости проект построения интеллектуальной сети мог бы быть разбит на этапы и ограничен в цене, а его реализация растянулась бы на годы, но уже сегодня он должен учитывать долгосрочные тенденции и возможность значительного изменения потребностей в будущем. Так, пер­спективы вовлечения потребителей в работу энергосистемы посредством программ управления спросом и интеграции распределенных генераторов электроэнергии ставят на повестку дня вопрос о способе обеспечения совместимости приложений с миллионами устройств, установленных во всех точках электросети.
    Как десятки тысяч систем управления бытовым энергопотреблением, которые периодически включают и отключают сотни тысяч бытовых электроприборов, станут реагировать на изменения, происходящие выше уровня распределительной подстанции? Каким образом будут подключены к сети станции подзарядки электромобилей, которые появятся на улицах уже через несколько месяцев (особенно, если трансформатор, установленный на конце питающей линии, был спроектирован десятки лет назад и предназначался для работы с ограниченной статиче­ской нагрузкой в соответствии с количеством обслуживаемых домов)? Как наилучшим образом интегрировать в сеть системы аккумулирования электроэнергии? Когда эта технология будет отработана и станет экономически выгодной? Каким образом спальные районы, на крышах домов которых установят многочисленные солнечные панели, должны отдавать избыток электроэнергии в сеть в дневное время (когда жители находятся на работе), если сеть обеспечивает пока лишь однонаправленный поток мощности? Как диспетчеры сети станут поддерживать ее стабильность в условиях скачкообразного изменения мощности подключенных ветряных и солнечных электростанций? Для решения каждого из этих вопросов нужны интеллектуальные технологии, фокусирующиеся на выполнении задач, связанных с повышением сложности сети. При этом недостаточно только заменить аналоговые счетчики интеллектуальными, необходимо наладить регулярную передачу данных, коррелирующихся с тарифами на электроэнергию в зависимости от времени ее использования, и улучшить отображение состояния сети при перебоях в энергоснабжении.
    Именно поэтому мы говорим об «Интернете» для электроэнергии, который способен гарантировать функциональную гибкость и стабильность, достаточные для удовлетворения будущих потребностей. Перед владельцами и менеджерами энергоснабжающих компаний стоит задача разработки инфраструктуры, соответствующей уровню XXI века. Как только новая инфраструктура будет введена в эксплуатацию, план проекта придется пересмотреть с учетом новых условий.
    Инфраструктура сети должна быть разбита на домены: существующие, новые и те, появление которых возможно в будущем. Первый из существующих доменов включает в себя централизованные электростанции и автоматизированные системы управления генерацией, предназначенные для поддержания надежного энергоснабжения. Во второй домен входят системы, совершающие операции на рынке электроэнергии, в третий — системы управления, принадлежащие энергоснабжающей компании. Системы управления из третьего домена обеспечивают передачу (системы управления потоками электроэнергии и системы диспетчер­ского управления и сбора данных) и распределение электроэнергии (геоинформационные системы, системы управления перебоями в энергоснабжении и новые системы управления распределением электроэнергии).
    Еще одним критически важным моментом является энергоучет. Распространенной системой соответст­вующего домена должна стать инфраструктура AMI, состоящая из интеллектуальных счетчиков, беспроводной линии связи, линии передачи информации и системы обработки данных приборов учета (серверное приложение). AMI также обладает дополнительными возможностями, например функциями отслеживания перебоев в энергоснабжении и дистанционного включения/отключения оборудования.
    К еще двум доменам относятся новые системы, управляющие бытовыми приборами. Система управления спросом состоит из устройства дистанционного управления, подключенного к беспроводной линии связи и предназначенного для принудительного уменьшения энергопотребления, что рассматривается в качестве альтернативы увеличению подаваемой в сеть мощности. Распределенные источники энергии (РИЭ), которые в данном контексте также рассматриваются в качестве систем, управляющих бытовыми приборами, — это распределенные генераторы электроэнергии, электромобили и аккумулирующие батареи. Любые из указанных РИЭ могут быть оснащены устройством измерения, веб-интерфейсом пользователя, домашними терминалами, системой управления оборудованием здания и системой управления бытовым энергопотреблением, которые поддерживают функ­циональность интеллектуальной сети по ту сторону линий питания.
    Завершенная интеллектуальная сеть
    Разработка завершенной интеллектуальной сети должна начинаться с интеграции линии широкополосной связи и системы управления. Проект основывается на информационных технологиях, предназначенных для предоставления различным приложениям доступа к общим базам данных и обработки большего объема информации, чем может обработать любая из информационных систем, использующихся операционным отделом. Платформа, ориентированная на решение широкого круга задач, будет предоставлять необходимые функциональные возможности и удобный доступ к заданному объекту.
    Телекоммуникационные сети связаны с центром сетевых операций (NOC), выполняющим функции централизованного контроля и управления и помогающим операторам справляться с ростом сложности системы. NOC, подключенный к интегрированной сети широкополосной связи, которая состоит из оптоволоконного кабеля и беспроводной широкополосной сети 4G, становится интерфейсом между операционным отделом и интеллектуальными устройствами, установленными в различных точках интеллектуальной сети и обеспечивающими ее функ­ционирование.
    При принятии решений на этапе проектирования сети следует задаться вопросом: должна ли энергоснабжающая компания строить собственную сеть или целесообразнее пользоваться услугами сторонних фирм — владельцев таких сетей?
    Для обеспечения деятельно­сти энергоснабжающей компании и необходимого уровня резервирования критических процессов оптимальнее всего сочетание двух упомянутых способов. Малогабаритная беспроводная сеть связи с крупными ячейками, отличающаяся низкими внедренческими и эксплуатационными расходами, наилучшим образом соответствует потребностям в обеспечении обмена данными. Энергоснабжающие компании могут перестать пользоваться услугами сторонних организаций, эксплуатирующих сети связи, и создать собственную сеть. Также они могут использовать сторонние сети только для связи с оборудованием в удаленных малонаселенных районах и для устранения брешей в зоне покрытия своей сети связи.
    Проектирование с мыслью о результате (надежная сеть) поможет энергоснабжающим компаниям избежать рисков и чрезмерных затрат на прокладку дублирующих сетей, ненужных расходов по управлению проектом и дополнительных вложений в интеграцию системы. Первый из указанных способов позволяет применять приложения и решения по принципу «установил и используй» — аналогично тому, как это происходит в сети Интернет. Опыт, полученный при эксплуатации мировой «паутины», подчеркивает выгоды полноценной интеллектуальной сети, описанные в данной статье: сокращение суммарной стоимости владения сетью и повышение функ­циональных возможностей при одновременном снижении рисков. Приведенные способы направлены на понимание менеджерами энергоснабжающих компаний потребно­стей инфраструктуры распределения электроэнергии, модернизация которой будет противостоять любым потенциальным угрозам. При этом с появлением инновационных технологий инфраструктура сети должна расширяться вместе с ростом бизнеса энергоснабжающей компании, находя применение в новых областях деятельности.