Best practice проектов по внедрениюинтеллектуальных сетей

    Лучшие проекты по интеллектуальным сетям — это семилетняя программа, направленная на поиск решений основных проблем, возникающих при интеграции распределенных источников энергии в сети распределения электроэнергии. Программа состоит из 11 проектов, каждый из которых фокусируется на интеграции в электрическую сеть таких источников энергии и систем, как устанавливаемые на крыше фотоэлектрические панели, интеллектуальные системы зарядки электромобилей и системы управления спросом. Реализацией этой программы третий год занимается Научно-исследовательский энергетический институт (EPRI) совместно с компаниями из различных стран.
    Интеллектуальные сети постепенно становятся неотъемлемой частью реальности, т.к. современные приборы учета, новые датчики и усовершенствованная коммуникационная инфраструктура используются энергетическими компаниями при внедрении инновационных решений по повышению коэффициента мощности, улучшению управления напряжением и подключению распределенных источников энергии к единой электросети. Новые технологии позволяют интегрировать в сеть источники энергии, отличающиеся непостоянной выходной мощностью, — фотоэлектрические панели и ветрогенераторы. В будущем основными проблемами станут интеграция все возрастающего количества таких источников энергии, внедрение систем управления спросом и систем аккумулирования энергии в сети распределения электро­энергии и соответствующее изменение режимов работы этих сетей.
    Зарядка электромобилей от сети, например, может изменить профили нагрузки радиальных линий распределения электроэнергии, поэтому энергетические компании пытаются оценить имеющиеся возможности зарядки электромобилей и влияние этого процесса на сеть в зависимости от времени и местоположения. Использование различных источников энергии, например фотоэлектрических панелей и ветрогенераторов, для зарядки электромобилей может помочь сбалансировать уровни генерации и потребления электроэнергии. За прошедшее десятилетие количество подключенных к электросети фотоэлектрических панелей значительно увеличилось, что повышает сложность задач, связанных с функционированием сети — от обеспечения без­опасности работ на радиальной линии до поддержания в ней напряжения в рамках заданного диапазона. Используя интеллектуальные инверторы, энергетические компании смогут управлять качеством энергии в сети распределения электроэнергии с помощью аккумуляторов электромобилей, рассматривая их в качестве распределенных источников энергии.
    Интегрировать распределенные источники энергии в сеть без применения информационных и коммуникационных технологий невозможно. Установка автоматизированных приборов учета и внедрение систем автоматизации сети распределения электроэнергии только увеличивают потребность в такой инфраструктуре, экономическая выгода от которой для энергетических компаний может оказаться выше, чем от строительства новых центральных электростанций и соответствующих линий электропередачи. Но как выбрать наилучший способ создания такой инфраструктуры. Для ответа на этот вопрос EPRI в 2008 г. запустил семилетнюю программу демонстрационных проектов по интеллектуальным сетям, в которой на данный момент участвуют 19 энергетических компаний из разных стран, выполняющих реализацию 11 крупных демонстрационных проектов по интеллектуальным сетям.
    Одной из целей программы является обмен информацией и опытом по интеграции распределенных источников энергии и специальных технических средств в различные сети распределения электроэнергии. К таким техническим средствам относятся системы, предназначенные для повышения эффективности управления напряжением и реактивной мощностью при росте количества подключенных к сети возобновляемых источников энергии.
    Возросший интерес отраслевых компаний и появление во всем мире множества новых проектов по интеллектуальным сетям привели EPRI к решению о продолжении программы и после 2014 г., а также о принятии новых членов в международный исследовательский проект. «Программа демонстрационных проектов по интеллектуальным сетям предоставляет уникальную возможность разработать способы координации большого количества распределенных источников энергии и двунаправленных сетей связи и знакомит участников с практическим опытом по их интеграции, — сказал Мэт Вэйкфилд (Matt Wakefield), руководитель программ EPRI. — А стандарты совместимости обеспечат более глубокую интеграцию распределенных источников энергии, так что они смогут раскрыть весь свой потенциал».
    Улучшение функционирования сети
    Еще до того, как энергетические компании приступили к строительным работам, EPRI совместно с участниками программы начал разработку основных средств и стандартов, облегчающих реализацию интеллектуальной сети. При выполнении проектов применяется методология IntelliGridSM, разработанная в EPRI и предназначенная для выбора приложений, инфраструктуры системы управления, а также коммуникационной и информационной инфраструктур, необходимых для интеграции распределенных источников энергии. В перечень приложений входят средства разработки и обеспечения функционирования сети распределения электроэнергии, средства интеграции в существующие системы автоматизации сети распределения электроэнергии, а также средства, позволяющие центру диспетчерского управления энергетической компании контролировать состояние распределенных источников энергии, управлять ими и интегрировать в рыночные операции.
    Одним из главных результатов этого является создание концепции интеграции распределенных источников энергии, которую компании могут использовать при разработке и сравнении параметров соответствующих проектов.
    Например, компания Kansas City Power & Light (KCP&L) приняла модель проектно-конструкторских работ, основанную на концепции SmartSubstation. Используя эту модель, KCP&L совместно со своими партнерами работает над интеграцией распределенных источников энергии, чтобы предоставить экономические преимущества населению так называемой зоны зеленых технологий и окружающих городских районов, входящих в зону обслуживания компании. В перечень компонентов интеллектуальной сети, задействованных в этом демонстрационном проекте, входят устанавливаемые на крыше фотоэлектрические панели, подключенные к электросети системы аккумулирования электроэнергии, система управления напряжением распределенных источников энергии, термостаты, подключенные к системе управления спросом, и прочие устройства, устанавливаемые в домах потребителей.
    Корпорация FirstEnergy при выполнении проектно-конструкторских работ основное внимание уделяет управлению энергопотреблением. Компания реализует проекты, в которых используются двунаправленные сети связи для непосредственного управления энергопотреблением оборудования общей мощностью 23 МВт, установленного в 20 тыс. домохозяйств.
    В планах компании — установка оборудования для долговременного смещения периодов пиковой нагрузки, аккумуляторных батарей и датчиков в линиях распределения электроэнергии. Использование этих технологий обеспечивается платформой управления мощностью интегрированных распределенных источников энергии (ИРИЭ), которая позволяет получить экономические преимущества при эксплуатации сети распределения электроэнергии.
    Рост количества распределенных фотоэлектрических панелей
    Благодаря содействию правительств, непрерывному увеличению эффективности и уменьшению стоимости фотоэлектрических панелей количество установленных распределенных фотоэлектрических панелей за прошедшее десятилетие выросло на 25—40%. В то же время произошел сдвиг от автономных установок в удаленных районах в сторону систем, подключенных к единой энергосети, на их долю сегодня приходится около 90% новых мощностей. В результате распределенные фотоэлектрические панели оказывают сильное влияние на работу сети распределения электроэнергии, требуя усиления контроля над радиальными линиями, к которым подключено множество таких систем. Благодаря технологиям интеллектуальных сетей у электросетевых компаний появятся средства контроля и управления, необходимые для эффективного регулирования потоков мощности от новых систем и одновременного поддержания стабильности напряжения в радиальных линиях электропередачи.
    Стандарты по возобновляемым источникам энергии и прочие нормативные документы предполагают более высокую степень использования распределенных источников энергии в будущем и стимулируют монтаж фотоэлектрических панелей именно с учетом этого факта. Например, фотоэлектрические системы могут быть подключены к единой энергосети, но принадлежать потребителям. Энергетические компании также могут владеть фотоэлектрическими системами, которые устанавливаются на крышах собственных зданий компании или арендованных крышах и подключаются к сети распределения электроэнергии в качестве источников энергии. Управление такими системами может осуществляться аналогично управлению прочими генерирующими мощностями, принадлежащими энергетической компании. Фотоэлектрические панели используются в 8 из 11 демонстрационных проектов по интеллектуальным сетям.
    Компания PNM Resources разрабатывает способы интеграции многочисленных распределенных фотоэлектрических систем, установленных как у потребителей, так и на подстанциях энергетической компании, с системой аккумулирования электроэнергии. Проект компании призван оценить экономическую эффективность от применения интеллектуальных инверторов, а также определить структуру тарифов на электроэнергию и алгоритмы управления системой аккумулирования электроэнергии. Это поможет решить проблемы, связанные с непостоянством мощности возобновляемых источников энергии во времени. PNM также исследует способы использования установленных в зданиях систем управления энергопотреблением для сглаживания скачков мощности фотоэлектрических панелей. Например, соответствующее регулирование скорости вращения вентиляторов в больших зданиях может помочь компенсировать отклонения мощности фотоэлектрических панелей, не влияя на температуру воздуха внутри здания.
    «Когда распределенные источники энергии, такие как фотоэлектрические панели, начнут влиять на управление напряжением, координацию устройств защиты и в конечном счете на баланс генерации и потребления, энергетические компании смогут воспользоваться технологиями интеллектуальных сетей для решения этих проблем, — сказал Том Ки (Tom Key), руководитель программ EPRI. — Выполняемые демонстрационные проекты будут способствовать пониманию того, как управлять этими процессами, а также позволят обнаружить новые возможности для энергетических компаний, которые смогут использовать рост количества фотоэлектрических систем для достижения собственных технических и экономических целей.»
    Подготовка к появлению электромобилей
    Демонстрационные проекты по интеллектуальным сетям призваны найти решение еще одной серьезной задачи, стоящей перед энергетическими компаниями: справиться с ожидаемым ростом энергопотребления в результате широкого распространения электромобилей с возможностью зарядки от сети. Заряжаемые от сети электромобили могут создать новую структуру потребления электроэнергии, поэтому энергетические компании должны оценить влияние различных способов зарядки на сеть распределения электроэнергии.
    Демонстрационный проект по интеллектуальной сети, реализуемый компанией Duke Energy, ставит своей целью определить, каким образом фотоэлектрические системы бытовых потребителей могут помочь энергетическим компаниям подготовиться к широкому распространению электромобилей с возможностью зарядки от сети и появлению большого количества стационарных аккумуляторов электроэнергии. Энергетическая компания планирует оснастить несколько домов фотоэлектрическими панелями мощностью 2,5 кВт, которые будут подключены к системе управления бытовым энергопотреблением, и использовать их, в том числе, для зарядки электромобилей. Duke ожидает, что к концу 2011 г. на дорогах появятся 300—500 электромобилей, зарядка которых будет производиться от электросети компании. Для управления энергопотреблением в рамках проекта также предусмотрены установка около 40 тыс. современных приборов учета и использование принципа динамического ценообразования.
    Демонстрационный проект ирландской компании ESB Networks направлен на оценку уровней мощности и времени, которые требуются для зарядки электромобилей, а также на определение оптимальных тарифов и средств управления. Эти сведения необходимы для того, чтобы максимально расширить возможности вторичных сетей выдержать возросшие нагрузки. ESB намерена к 2011 г. установить около 2000 бытовых станций зарядки на своей территории обслуживания. С помощью тарифов, зависящих от времени потребления электроэнергии, компания планирует оценить степень влияния интеллектуальных счетчиков и динамического ценообразования на поведение потребителей.
    Учитывая то, что эксплуатируемые ветрогенераторы уже вырабатывают значительную мощность, энергетическая компания стремится к 2020 г. производить 40% своей электроэнергии из возобновляемых источников и ожидает, что около половины этих источников энергии будут подключены к сети распределения электроэнергии. Компания старается определить оптимальный сценарий управления большим количеством ветрогенераторов, подключенных к сети распределения электроэнергии, и возможность заряжать электромобили, используя их в качестве балластной нагрузки для ветрогенераторов.
    Разработка стандартов
    Еще одной целью программы демонстрационных проектов по интеллектуальным сетям является поиск наиболее эффективных способов интеграции в сеть распределенных источников энергии и предоставление соответствующей информации для разработки стандартов для обеспечения функциональной совместимости оборудования интеллектуальных сетей. EPRI — лидирующая организация по разработке общей терминологии для двух важнейших стандартов, опубликованных Международной электротехнической комиссией (МЭК). Это Общая информационная модель МЭК, широко используемая для поддержки работы энергосистемы в режиме реального времени, и серия стандартов МЭК 61850, касающихся в основном автоматизации подстанций. Каждый из демонстрационных проектов поможет определить пробелы в существующих стандартах и скоординировать разработку новых стандартов совместно с Национальным институтом стандартов и технологий США.
    Оценка экономических выгод
    Ожидается, что интеллектуальные сети предоставят множество экономических выгод потребителям, энергетическим компаниям и прочим организациям, связанным с данной технологией. Среди них снижение пиковых нагрузок, повышение эксплуатационной эффективности энергетических компаний, облегчение интеграции в сеть большого количества распределенных источников энергии и обеспечение зарядки электромобилей от электросети. Тем не менее определение расходов и экономических выгод от отдельных функций интеллектуальной сети для каждой конкретной компании является трудной задачей. Методология расчета экономических выгод разрабатывается EPRI совместно с министерством энергетики США.
    Методология состоит из десяти шагов по определению функций интеллектуальной сети, распределению этих функций в зависимости от величины потенциальной экономической выгоды и установлению размера этих экономических выгод. Она также предоставляет основу для выполнения дальнейших оценок, включая разработку автоматизированных средств. Методология будет использоваться для оценки расходов и экономических выгод от уже реализуемых демонстрационных проектов и определения потенциальных экономических выгод от предлагаемых проектов.
    «Использование распределенных источников энергии в деятельности энергетических компаний может принести хорошие экономические плоды, — сказал Мэт Вэйкфилд. — В конце концов, целью является разработка способа координации работы большого числа распределенных источников энергии так, чтобы их можно было рассматривать в качестве виртуальной электростанции. Подобная функциональная совместимость критически важна, если требуется обеспечить такой уровень интеграции этих источников энергии, чтобы достичь этой важной цели.»
    Том Ки добавил: «Технологии интеллектуальных сетей будут крайне важны для интеграции большого количества возобновляемых источников энергии в сеть распределения электроэнергии. Реализуемые демонстрационные проекты предоставят энергетическим компаниям практический опыт применения различных технологий, связанных с распределенными источниками энергии, возможность оценить эффективность новых систем и выбрать лучший способ модернизации существующих сетей».