Интеллектуальные сетина «умной» платформе

 

Авторы

Винцензо Джордано, Европейская комиссия

Флавия Гандале, Европейская комиссия

Джанлука Фулли, Европейская комиссия

Мануэль Санчез Джименес, Европейская комиссия

 

    Создание «умной» сети (Smart Grid) не ограничивается модернизацией энергосистемы и интеграцией активов и технологий. Важную роль в этом процессе играют построение бизнес-моделей, разработка новых законов и постановлений, а также ряд менее существенных, но весьма заметных на практике деталей, в частности отношение потребителя к будущим изменениям и понимание основ Smart Grid обществом. Последние пять лет весь мир активно продвигает инициативы по внедрению интеллектуальных сетей, направляя огромные инвестиции на их развитие. В сложившейся ситуации Европейская комиссия приняла решение о подготовке обзорного отчета, который содержал бы исчерпывающую информацию о реализованных проектах Smart Grid в различных категориях: внедрение счетчиков, интеграция распределенных источников энергии и т.д.
    Целевое исследование «От интеллектуальных счетчиков до систем управления спросом»
    В данном исследовании на примере группы проектов (табл. 1) про­анализирован выбранный компанией Enel (итальянский оператор систем распределения электроэнергии) путь перехода от интеллектуальных счетчиков к созданию рыночной платформы для функционирования систем управления спросом.
    В рамках осуществляемых проектов Enel подключила в Италии 32 млн «умных» счетчиков (Telegestore, 2001—2006 гг.), а также сконструировала специальный веб-интерфейс для сбора (как по запросу, так и в режиме реального времени) данных, которые хранятся в интеллектуальных приборах учета электроэнергии (StAMI, 2010—2011 гг.). В дальнейшем эту информацию планируется использовать для оптимизации работы сети.
    Установка интеллектуальных счетчиков (суммарный бюджет 2,1 млрд евро) финансировалась за счет увеличения тарифов, что способствовало сокращению текущих расходов на 500 млн евро в год. Такой шаг был обусловлен получением конкретных экономических выгод для энергетической компании, что впоследствии обернется снижением тарифов для потребителей. Для «умных» счетчиков предполагалось найти новые сферы применения, например опробовать их в системах управления спросом; при обосновании инвестиций результирующие выгоды для потребителей не учитывались.
    В 2008 г. Enel запустила новую исследовательскую программу и подсоединила к интеллектуальным счетчикам в 1000 домах дисплеи (Smart Info) для визуального отображения информации об уровне энергопотребления и стоимости электроэнергии. С появлением таких устройств 57% абонентов, участвующих в исследовании, скорректировали свои бытовые привычки. На этом этапе «физическая» часть проекта выполнена полностью, но вовлечение в него потребителей, которые не спешат получать обещанную экономическую выгоду от внедрения современных технологий и переходить на динамичные тарифы, все еще остается слабым, и число абонентов, меняющих энерго­снабжающую компанию каждый год, по-прежнему растет (в 2008 г. 6 млн потребителей приобретали электроэнергию на свободном рынке и 2 млн ежегодно заключали договоры с новой энергоснабжающей компанией).
    В рамках проекта Energy@Home (2009—2011 гг.) компания Enel планирует изучить аспекты взаимодействия интеллектуальных систем на физическом и рыночном уровнях — «умного» счетчика и дисплея Smart Info с устройством управления энергопотреблением (например, энергетическим блоком, прибором Energy Butler и т.д.), которое автоматически регулирует расход электричества в быту и обеспечивает потребителям доступ на рынок электроэнергии.
    Проект ADDRESS (2008—2012 гг.) продвигает еще более смелые инициативы, концентрируясь на создании рыночной платформы для системы управления спросом. Данное решение предусматривает наличие интеллектуального счетчика (для выставления счетов за электроэнергию) и устройства управления электропотреблением (энергетического блока), используемого как интерфейс для связи потребителя с электронной торговой площадкой — агрегатором. Цель проекта ADDRESS — испытание системы управления спросом MSP (под контролем агрегатора), при этом его участники могут совершать между собой сделки купли-продажи возможностей по уменьшению электропотребления. Экономическая эффективность системы напрямую зависит от количества вовлеченных в нее потребителей, поэтому стимулирование последних к «сотрудничеству» фактически является одной из главных задач проекта.
    После внедрения платформы (охватывающей физический и рыночный уровни) участники получают экономически обоснованные преимущества. Оператор системы распределения электроэнергии может иметь выгоду от управления спросом (даже если она изначально не учитывалась при установке интеллектуальных счетчиков). Например, энерго­снабжающая компания может ограничить величину пиков, отсрочить модернизацию сети и расширить пакет дополнительных услуг, агрегаторы — предложить услуги по энергоснабжению. Есть и плюсы для потребителей: «работая» на рынке электроэнергии, они могут продавать возможности сокращения энергопотребления, использовать распределенные источники энергии и оптимизировать свои расходы с помощью технологий Smart Grid (эксплуатация электромобилей, тепловых насосов и других интеллектуальных приборов).
    Целевое исследование«Создание платформы для объединения распределенных источников энергии (РИЭ)»
    Цель данного исследования — анализ проектов по созданию рыночной платформы для объединения распределенных источников энергии (табл. 2).
    Первый этап — формирование физического уровня рыночной платформы для объединения РИЭ — начинается с разработки инновационных средств контроля и управления сетью. Главным здесь является обеспечение безопасного доступа к распределенным источникам энергии и подключения к электрической сети (распределенным генераторам). Подобная технология дает энергетическим компаниям множество преимуществ — от улучшения операционных характеристик до уменьшения количества перебоев в электроснабжении и скачков напряжения.
    Важный компонент физического уровня — ИКТ-инфраструктура, позволяющая объединить распределенные источники энергии, задействовать рыночные механизмы и сформировать тем самым рыночный уровень.
    На втором этапе — создание рыночного уровня — координацию РИЭ могут осуществлять как оператор системы распределения электроэнергии, так и агрегатор. Оператор объединяет распределенные источники энергии с целью управления энергетической системой (регулирование напряжения, балансировка и пр.), и эта группа РИЭ называется технической виртуальной электростанцией (проект FENIX), причем все источники энергии находятся в одном географическом районе.
    В случае с агрегатором РИЭ образуют группу «коммерческая виртуальная электростанция» (источники могут быть расположены в разных гео­графических районах), суммарная мощность которой достаточна для выхода на рынок электроэнергии и извлечения прибыли.
    Техническая виртуальная электростанция
    Проект Cell Controller, охватывающий как физический (инновационные схемы управления), так и рыночный (ИКТ-инфраструктура) уровни, призван продемонстрировать скоординированную работу большого количества распределенных источников энергии, в основном когенерирующих установок и ветрогенераторов. Все агрегаты имеют промышленный микропроцессорный блок управления и пульт дистанционного управления, на каждом из них установлен интеллектуальный счетчик. Использование РИЭ для различных целей стало возможным благодаря координации функций отдельных устройств, таких как подача электроэнергии в «изолированные» сети, «черный пуск», регулирование напряжения, компенсация реактивной мощности. Управление техническими виртуальными электростанциями осуществляют операторы систем распределения электроэнергии — выполняемые ими диспетчерские операции те же, что и у операторов сетей передачи электроэнергии. Экономические выгоды от внедрения технологии — поддержание напряжения в заданном диапазоне, сокращение расходов на расширение сети, а также продолжительности перебоев в электроснабжении благодаря функции самовосстановления, оптимизация активов, повышение эффективности и качества планирования — свидетельствуют в пользу инвестиций в проекты подобного рода. Особенно выгодна эта технология для энергетических компаний.
    Коммерческие виртуальные электростанции
    В проекте, реализуемом немецкой компанией RWE, РИЭ (когенерирующие установки, генераторы на биомассе и ветрогенераторы) объединены в виртуальную электростанцию с помощью информационных и коммуникационных технологий. Все распределенные генераторы оснащены микропроцессорным контроллером, который подключен к системе управления РИЭ (DEMS). DEMS собирает данные со всех РИЭ и позволяет планировать производительность каждого из них в зависимости от потребности в электрической мощности. В настоящий момент мощность первой виртуальной электростанции компании RWE составляет 10 МВт. Благодаря виртуальной электростанции мелкие производители электроэнергии могут избежать операционных расходов, связанных с их участием на рынке электроэнергии (согласно проекту EU-DEEP вхождение в состав виртуальной электростанции является экономически выгодным для генераторов мощностью не менее 500 кВт). Используя систему DEMS, владельцы РИЭ смогут точнее просчитывать уровни производства и потребления электроэнергии, снижая тем самым потери от простоя оборудования и ущерб от неточных прогнозов.
    По сравнению с Cell Controller, нацеленным на создание физической архитектуры, проект ECO-Grid EU (Борнхольм, Дания) отрабатывает рыночные механизмы внедрения РИЭ в структуру потребления. ECO-Grid EU предусматривает испытание завершенной интегрированной рыночной платформы для обмена электроэнергией на основе объединения РИЭ без ограничения объема генерируемых мощностей. В рамках проекта сформирован функционирующий в режиме реального времени рынок электроэнергии (цена обновляется каждые 5 минут), к которому «подведены» распределенные генераторы, тепловые насосы и электромобили, суммарная потребляемая мощность которых составляет более 50% от реализуемой электроэнергии. От участия в рынке, который является своеобразной системой управления спросом, экономическую выгоду могут получить около 2000 бытовых потребителей. Расширение этой системы делает экономически привлекательным использование электромобилей и тепловых насосов. На рынке одновременно присутствуют несколько групп РИЭ, подключенных к одной и той же сети распределения электроэнергии. Благодаря завершенной рыночной платформе проект ECO-Grid EU станет базой для реализации с еще большей отдачей других технологий Smart Grid в Борнхольме (установка фотоэлектрических батарей, тепловых насосов и прочих «умных» приборов, создание станций зарядки электромобилей). К системным преимуществам стоит отнести предоставление доступа к сбалансированному рынку мелким потребителям, повышение точности прогнозов уровня производства электроэнергии, минимизацию расходов на балансировку сети и целевое внедрение решений по интеллектуальным сетям.