Από τα τέλη του 19ου αιώνα, τα συστήματα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας (που συχνά ονομάζονται δίκτυα) ήταν η κύρια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας παγκοσμίως.Όταν δημιουργούνται αυτά τα δίκτυα, λειτουργούν πολύ απλά – παράγουν ηλεκτρική ενέργεια και τη στέλνουν σε σπίτια, κτίρια και οπουδήποτε υπάρχει ανάγκη για ηλεκτρική ενέργεια.
Καθώς όμως η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνεται, χρειάζεται ένα πιο αποτελεσματικό δίκτυο.Τα σύγχρονα συστήματα διανομής ενέργειας «έξυπνου δικτύου» που χρησιμοποιούνται τώρα σε όλο τον κόσμο βασίζονται σε τεχνολογία αιχμής για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης.Αυτή η εργασία διερευνά τον ορισμό ενός έξυπνου δικτύου και τις βασικές τεχνολογίες που το καθιστούν έξυπνο.
Τι είναιτεχνολογία έξυπνου δικτύου?
Ένα έξυπνο δίκτυο είναι μια υποδομή διανομής ενέργειας που παρέχει αμφίδρομη επικοινωνία μεταξύ παρόχων κοινής ωφέλειας και πελατών.Οι ψηφιακές τεχνολογίες που επιτρέπουν τεχνολογίες έξυπνου δικτύου περιλαμβάνουν αισθητήρες ισχύος/ρεύματος, συσκευές ελέγχου, κέντρα δεδομένων και έξυπνους μετρητές.
Ορισμένα έξυπνα δίκτυα είναι πιο έξυπνα από άλλα.Πολλές χώρες έχουν επικεντρώσει μεγάλη προσπάθεια στη μετατροπή των απαρχαιωμένων δικτύων διανομής σε έξυπνα δίκτυα, αλλά ο μετασχηματισμός είναι περίπλοκος και θα διαρκέσει χρόνια ή και δεκαετίες.
Παραδείγματα τεχνολογιών έξυπνων δικτύων και εξαρτημάτων έξυπνου δικτύου
Έξυπνοι μετρητές – Οι έξυπνοι μετρητές είναι το πρώτο βήμα για την κατασκευή ενός έξυπνου δικτύου.Οι έξυπνοι μετρητές παρέχουν δεδομένα κατανάλωσης ενέργειας σημείου χρήσης σε πελάτες και παραγωγούς κοινής ωφέλειας.Παρέχουν πληροφορίες για την κατανάλωση ενέργειας και το κόστος για να προειδοποιούν τους χρήστες για τη μείωση της σπατάλης ενέργειας και βοηθούν τους παρόχους να βελτιστοποιούν τα φορτία διανομής σε όλο το δίκτυο.Οι έξυπνοι μετρητές αποτελούνται γενικά από τρία κύρια υποσυστήματα: ένα σύστημα ισχύος για τη μέτρηση της κατανάλωσης ενέργειας, έναν μικροελεγκτή για τη διαχείριση της τεχνολογίας μέσα στον έξυπνο μετρητή και ένα σύστημα επικοινωνίας για την αποστολή και λήψη δεδομένων κατανάλωσης ενέργειας/εντολών.Επιπλέον, ορισμένοι έξυπνοι μετρητές μπορούν να διαθέτουν εφεδρική ισχύ (όταν η κύρια γραμμή διανομής είναι εκτός λειτουργίας) και μονάδες GSM για τον εντοπισμό της θέσης του μετρητή για λόγους ασφαλείας.
Οι παγκόσμιες επενδύσεις σε έξυπνους μετρητές έχουν διπλασιαστεί την τελευταία δεκαετία.Το 2014, η παγκόσμια ετήσια επένδυση σε έξυπνους μετρητές ήταν 11 εκατομμύρια δολάρια.Σύμφωνα με τη Statista, οι παγκόσμιες επενδύσεις σε έξυπνους μετρητές φθάνουν τα 21 εκατομμύρια δολάρια έως το 2019, λαμβάνοντας υπόψη τα κέρδη απόδοσης του συστήματος από την εφαρμογή έξυπνων μετρητών.
Έξυπνοι διακόπτες ελέγχου φορτίου και πίνακες διανομής – Ενώ οι έξυπνοι μετρητές μπορούν να παρέχουν δεδομένα σε πραγματικό χρόνο στους παρόχους υπηρεσιών κοινής ωφέλειας, δεν ελέγχουν αυτόματα τη διανομή ενέργειας.Για τη βελτιστοποίηση της κατανομής ισχύος κατά τις περιόδους αιχμής χρήσης ή σε συγκεκριμένες περιοχές, οι ηλεκτρικές επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας χρησιμοποιούν συσκευές διαχείρισης ενέργειας, όπως έξυπνους διακόπτες ελέγχου φορτίου και πίνακες διανομής.Αυτή η τεχνολογία εξοικονομεί σημαντικά ποσά ενέργειας μειώνοντας την περιττή διανομή ή διαχειριζόμενο αυτόματα φορτία που έχουν υπερβεί τα επιτρεπόμενα χρονικά όρια χρήσης.Για τη βελτιστοποίηση της κατανομής ισχύος κατά τις περιόδους αιχμής χρήσης ή σε συγκεκριμένες περιοχές, οι ηλεκτρικές επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας χρησιμοποιούν συσκευές διαχείρισης ενέργειας, όπως έξυπνους διακόπτες ελέγχου φορτίου και πίνακες διανομής.Αυτή η τεχνολογία εξοικονομεί σημαντικά ποσά ενέργειας μειώνοντας την περιττή διανομή ή διαχειριζόμενο αυτόματα φορτία που έχουν υπερβεί τα επιτρεπόμενα χρονικά όρια χρήσης.
Για παράδειγμα, η πόλη του Wadsworth του Οχάιο χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρικό σύστημα διανομής που κατασκευάστηκε το 1916. Η πόλη του Wadsworth έχει συνεργαστεί με την Itron, έναν κατασκευαστήΈξυπνοι διακόπτες ελέγχου φορτίου(SLCS), για μείωση της χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας του συστήματος κατά 5.300 μεγαβατώρες εγκαθιστώντας SLCS στα σπίτια για την ανακύκλωση συμπιεστών κλιματισμού κατά τις περιόδους αιχμής χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας.Αυτοματισμός συστήματος ισχύος – Ο αυτοματισμός του συστήματος ισχύος ενεργοποιείται από την τεχνολογία έξυπνου δικτύου, χρησιμοποιώντας υποδομές πληροφορικής τελευταίας τεχνολογίας για τον έλεγχο κάθε κρίκου στην αλυσίδα διανομής.Για παράδειγμα, τα αυτοματοποιημένα συστήματα ισχύος χρησιμοποιούν έξυπνα συστήματα συλλογής δεδομένων (παρόμοια με αυτά των έξυπνων μετρητών), συστήματα ελέγχου ισχύος (όπως έξυπνοι διακόπτες ελέγχου φορτίου), αναλυτικά εργαλεία, υπολογιστικά συστήματα και αλγόριθμους συστημάτων ισχύος.Ο συνδυασμός αυτών των βασικών στοιχείων επιτρέπει στο πλέγμα (ή σε πολλαπλά πλέγματα) να προσαρμόζεται αυτόματα και να βελτιστοποιείται με περιορισμένη ανθρώπινη αλληλεπίδραση που απαιτείται.
Εφαρμογή Smart Grid
Όταν οι ψηφιακές, αμφίδρομες τεχνολογίες επικοινωνίας και αυτοματισμού εφαρμόζονται στο έξυπνο δίκτυο, ορισμένες αλλαγές υποδομής θα μεγιστοποιήσουν την απόδοση του δικτύου.Η υλοποίηση του Έξυπνου Δικτύου επέτρεψε τις ακόλουθες αλλαγές υποδομής:
1.Αποκεντρωμένη παραγωγή ενέργειας
Επειδή το έξυπνο δίκτυο μπορεί να παρακολουθεί και να ελέγχει συνεχώς τη διανομή ενέργειας, δεν υπάρχει πλέον ανάγκη για μια ενιαία μεγάλη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.Αντίθετα, η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να παραχθεί από πολλούς αποκεντρωμένους σταθμούς παραγωγής ενέργειας, όπως ανεμογεννήτριες, ηλιακά πάρκα, οικιακά φωτοβολταϊκά ηλιακά πάνελ, μικρά υδροηλεκτρικά φράγματα κ.λπ.
2.Κατακερματισμένη αγορά
Η υποδομή έξυπνου δικτύου υποστηρίζει επίσης τη σύνδεση πολλαπλών δικτύων ως μέσο έξυπνου διαμοιρασμού ενέργειας στα παραδοσιακά κεντρικά συστήματα.Για παράδειγμα, στο παρελθόν οι δήμοι είχαν ξεχωριστές εγκαταστάσεις παραγωγής που δεν ήταν συνδεδεμένες με γειτονικούς δήμους.Με την εφαρμογή μιας υποδομής έξυπνου δικτύου, οι δήμοι μπορούν να συμβάλουν σε ένα κοινό σχέδιο παραγωγής για την εξάλειψη της εξάρτησης από την παραγωγή σε περίπτωση διακοπής ρεύματος.
3.Μικρής κλίμακας μετάδοση
Ένα από τα μεγαλύτερα ενεργειακά απόβλητα στο δίκτυο είναι η διανομή ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις.Λαμβάνοντας υπόψη ότι τα έξυπνα δίκτυα αποκεντρώνουν την παραγωγή και τις αγορές, η καθαρή απόσταση διανομής σε ένα έξυπνο δίκτυο μειώνεται σημαντικά, μειώνοντας έτσι τα απόβλητα διανομής.Φανταστείτε, για παράδειγμα, ένα μικρό κοινοτικό ηλιακό πάρκο που παράγει το 100% των ημερήσιων αναγκών ηλεκτρικής ενέργειας της κοινότητας, μόλις 1 χλμ. μακριά.Χωρίς ένα τοπικό ηλιακό πάρκο, η κοινότητα μπορεί να χρειαστεί να αποκτήσει ενέργεια από μια μεγαλύτερη μονάδα παραγωγής ενέργειας 100 χιλιόμετρα μακριά.Οι απώλειες ενέργειας που παρατηρούνται κατά τη μετάδοση από απομακρυσμένους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής μπορεί να είναι εκατοντάδες φορές μεγαλύτερες από τις απώλειες μετάδοσης που παρατηρούνται από τοπικά ηλιακά πάρκα.
4.Αμφίδρομη διανομή
Στην περίπτωση των τοπικών ηλιακών πάρκων, μπορεί να υπάρξει μια κατάσταση όπου το ηλιακό πάρκο μπορεί να παράγει περισσότερη ενέργεια από αυτή που καταναλώνει η κοινότητα, δημιουργώντας έτσι ενεργειακό πλεόνασμα.Αυτή η περίσσεια ενέργειας μπορεί στη συνέχεια να διανεμηθεί στο έξυπνο δίκτυο, συμβάλλοντας στη μείωση της ζήτησης από απομακρυσμένους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.
Σε αυτήν την περίπτωση, η ενέργεια ρέει από το ηλιακό πάρκο στο κύριο μη κοινοτικό δίκτυο κατά τη διάρκεια της ημέρας, αλλά όταν το ηλιακό πάρκο είναι ανενεργό, η ενέργεια ρέει από το κύριο δίκτυο σε αυτήν την κοινότητα.Αυτή η αμφίδρομη ροή ενέργειας μπορεί να παρακολουθηθεί και να βελτιστοποιηθεί από αλγόριθμους διανομής ισχύος για να διασφαλιστεί ότι η ελάχιστη ποσότητα ενέργειας σπαταλάται ανά πάσα στιγμή κατά τη χρήση.
Σε μια υποδομή έξυπνου δικτύου με αμφίδρομη διανομή και αποκεντρωμένα όρια δικτύου, οι χρήστες μπορούν να ενεργούν ως μικρο-γεννήτριες.Για παράδειγμα, μεμονωμένες κατοικίες μπορούν να εξοπλιστούν με αυτόνομα φωτοβολταϊκά ηλιακά συστήματα που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια όταν χρησιμοποιούνται.Εάν το οικιακό φωτοβολταϊκό σύστημα παράγει υπερβολική ενέργεια, αυτή η ενέργεια μπορεί να παραδοθεί στο μεγαλύτερο δίκτυο, μειώνοντας περαιτέρω την ανάγκη για μεγάλες κεντρικές μονάδες παραγωγής ενέργειας.
Η σημασία του Έξυπνου Δικτύου
Σε μακροοικονομικό επίπεδο, τα έξυπνα δίκτυα είναι ζωτικής σημασίας για τη μείωση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας.Πολλοί τοπικοί πάροχοι κοινής ωφελείας και κυβερνήσεις προσφέρουν γενναιόδωρα και επιθετικά μέτρα για να συμμετάσχουν στην υιοθέτηση έξυπνων δικτύων, επειδή είναι οικονομικά και περιβαλλοντικά επωφελής.Με την υιοθέτηση ενός έξυπνου δικτύου, η παραγωγή ενέργειας μπορεί να αποκεντρωθεί, εξαλείφοντας έτσι τον κίνδυνο διακοπής ρεύματος, μειώνοντας το λειτουργικό κόστος του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας και εξαλείφοντας την περιττή σπατάλη ενέργειας.
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-15-2023