Функциональные свойства энергосистемы на базе концепции Smart Grid
Реализация ключевых требований (ценностей) на основе рассмотренных базовых подходов, по мнению идеологов концепции Smart Grid, могут быть обеспечены как путем развития традиционных, так и создания новых функциональных свойств энергосистемы и ее элементов.
В рамках концепции Smart Grid для достижения ключевых требований (ценностей) предполагается развитие следующих функциональных свойств:
1. Самовосстановление при аварийных ситуациях: энергосистема и ее элементы должны постоянно поддерживать свое техническое состояние на уровне, обеспечивающим требуемые надежность и качество электроснабжения, путем идентификации, анализа и перехода от управления по факту возникновения ситуации к превентивному (предупреждающему) ее появлению. Самовосстанавливающаяся энергосистема должна максимально возможно минимизировать сбои (возмущения) с помощью разветвленных систем сбора данных, и «умных» устройств (digital devices –англ.) - реализующих специальные методы и алгоритмы поддержки и принятия решений, основанные, в первую очередь, на распределенных принципах управления.
Диагностика состояния оборудования и оценка вероятных рисков его отказа основывается на измерениях, производимых в режиме реального времени на оборудовании электростанций, подстанций и линиях электропередачи. При этом под приоритетный контроль переводятся элементы системы, имеющие наибольшую вероятность отказа. Анализ последствий аварий, возможных при данном режиме работы, производимый в режиме реального времени, в энергосистеме на базе концепции Smart Grid определяет общее состояние сети, дает раннее предупреждение о возможном отказе сети и вырабатывает список необходимых незамедлительных действий оперативно-диспетчерского персонала, формирует и выполняет управляющие команды для исполнительных механизмов электроэнергетической системы. Кроме того, интеграция распределенных энергоресурсов увеличивает устойчивость всей системы, поскольку обеспечивает большое количество источников электроэнергии и позволяет создавать изолированные энергосистемы.
2. Мотивация активного поведения конечного потребителя: обеспечение возможности самостоятельного изменения потребителями объема и функциональных свойств (уровня надежности, качества и т.п.) получаемой электроэнергии на основании баланса своих потребностей и возможностей энергосистемы с использованием информации о характеристиках цен, объемов поставок электроэнергии, надежности, качестве и др.
3. Сопротивление негативным влияниям: наличие специальных методов обеспечения устойчивости и живучести, снижающих физическую и информационную уязвимость всех составляющих энергосистемы, способствующих как предотвращению, так и быстрому восстановлению ее после аварий в соответствии с требованиями энергетической безопасности.
Энергосистема на базе концепции Smart Grid будет обладать способностью проактивно действовать по отношению к меняющимся системным условиям. Она будет отслеживать надвигающиеся проблемы в системе еще до того, как они повлияют на надежность и качество электроснабжения. Для этого будут применяться автоматические переключатели, «интеллектуальные» системы контроля, оборудование для альтернативного электроснабжения, средства визуализации и т.п..
С точки зрения безопасности энергосистема на базе концепции Smart Grid должна будет давать гибкий и адекватный ответ на любые несанкционированные вмешательства извне. Алгоритмы системы защиты Smart Grid будут содержать элементы сдерживания, предотвращения, обнаружения, ответа и смягчения для минимизации нападения на сеть и ее влияния на экономику в целом. Такая низкая восприимчивость и гибкость сети, сделают её труднодоступной для террористических атак.
4. Обеспечение надежности и качества электроэнергии путем перехода от системно-ориентированного подхода (system-based approach –англ.) к обеспечению этих свойств к клиентоориентированному (user (customer)-based –англ.), и поддержанию различных уровней надежности и качества электроэнергии в различных ценовых сегментах.
Smart Grid должна позволить значительно улучшить качество электроэнергии и надежности ее поставок. Интеллектуальные технологии, обеспечивающие двухсторонние коммуникации, и интегрированные в сеть, позволят энергетическим компаниям более оперативно определять, локализировать, изолировать и восстанавливать электроснабжение на расстоянии (удаленно) без привлечения «полевых» работников. Ожидается, что реализация концепции Smart Grid может снизить экстренные вызовы до 50%.
Удаленный мониторинг и контролирующие устройства системы могут создать самовосстанавливающуюся сеть, которая может сокращать и предотвращать перебои, а также продлевать срок службы подстанционного и распределительного оборудования.
Энергетическая система на базе концепции Smart Grid должна обладать возможностью дифференцировать услуги электроснабжения посредством предложения разных уровней надежности и качества электроснабжения по разной цене, обеспечивая в режиме реального времени мониторинг, диагностику и быструю реакцию на изменения надежности и качества электроснабжения. Уровень надежности электроснабжения может варьироваться от «стандартного» до «премиум», в зависимости от предпочтений потребителя. Обеспечение разных уровней надежности электроснабжения потребует особой фокусировки на устранении неполадок в сети. Smart Grid должна обеспечивать возможность быстро определять причину и источник проблем с надежностью и качеством электроснабжения, а также возможность динамически или автономно устранять эту проблему быстро и эффективно.
5. Многообразие типов электростанций и систем аккумулирования электроэнергии (распределенная генерация): оптимальная интеграция электростанций и систем аккумулирования электроэнергии различных типов и мощностей путем подключения их к энергосистеме по стандартизованным процедурам технического присоединения и переход к созданию «микросетей» (мicrogrid - англ.) на стороне конечных пользователей.
Усовершенствованные стандарты технического присоединения позволят подключать к системе электрогенерирующие источники на любом уровне напряжения, что станет дополнительным стимулом для развития распределенных источников электроэнергии.
Для потребителей, принимающих решения в отношении использования услуг энергоснабжающих организаций, и руководствующихся критерием эффективности и полезности должны быть созданы все условия для создания собственных генерирующих и аккумулирующих мощностей, в первую очередь, экологически-чистых источников энергии, такие как ветровые, био- и солнечные электростанции, которые рассматриваются как ключевые в развитии электроэнергетики будущего.
Энергетическая система на базе концепции Smart Grid должна упростить взаимосвязь распределенной генерации и систем хранения электроэнергии посредством создания стандартизованной взаимосвязи сеть-генерация, близкой концепции Plug and Play («подключи и работай»), применяемой в современных компьютерных системах. Распространение распределенной генерации создаст новые вызовы для сети благодаря своей более мобильной природе и менее стабильным характеристикам, которые могут порождать перебои и резкие понижения напряжения в сети. Ответ на эти вызовы может быть дан посредством более интенсивного привлечения информации, двусторонней коммуникации, «интеллектуального» контроля и правильной конфигурации распределенной генерации, хранения и управления спросом на электроэнергию.
6. Расширение рынков электроэнергии и мощности до конечного потребителя: открытый доступ на рынки электроэнергии активного потребителя и распределенной генерации, способствующий повышению результативности и эффективности розничного рынка.
Энергосистема на базе концепции Smart Grid предоставит большие возможности по выходу на рынок, как потребителей, так и производителей за счет увеличения пропускной способности магистральных сетей, проведения инициатив по коллективному управлению потреблением,
расположению распределенных источников энергии в распределительных сетях, ближе к потребителям. При этом, изменение статуса потребителя как участника рыночных отношений, обусловленное возможностью создания им собственных источников электроснабжения, направлено на развитие в электроэнергетике конкурентной среды, стимулирование предприятий отрасли к изменению подходов и бизнес-моделей, длительное время применяемых ими, но не достаточно эффективных в современных условиях.
7. Оптимизация управления активами: переход к удаленному мониторингу производственных активов в режиме реального времени, интегрированному в корпоративные системы управления, для повышения эффективности оптимизации режимов работы и совершенствования процессов эксплуатации, ремонтов и замены оборудования по его состоянию, и, как следствие, обеспечение снижения общесистемных затрат.
Развитая система информации и баз данных резко увеличит возможности по оптимизации режимов работы и совершенствованию процессов эксплуатации оборудования, даст возможность проектировщикам и инженерам принимать оптимальные решения, в том числе и инвестиционные. Совокупность этих изменений позволит повысить эффективность управления как капитальными затратами, так и затратами на техническое обслуживание и ремонты оборудования.
Энергосистема на базе концепции Smart Grid будет использовать динамические данные, получаемые от оборудования и датчиков, чтобы оптимизировать пропускную способность сетей и снизить вероятность аварии. Она снизит системные потери, минимизирует простаивающие и резервные мощности, сократит капитальные затраты и затраты на обслуживание посредством оптимизации использования генерирующих и сетевых ресурсов и корректировки графика нагрузки. Информация о состоянии сети позволит предотвратить большинство аварий и намного быстрее провести ремонтные работы, когда авария все же случилась. Инженеры и проектировщики будут обладать необходимой информацией, чтобы строить «то, что нужно и там, где нужно»; продлить жизнь активов; производить ремонт оборудования до того, как оно неожиданно выйдет из строя.
Сравнительная характеристика функциональных свойств сегодняшней энергетической системы и энергетической системы на базе концепции Smart Grid
Энергетическая система сегодня
|
Энергетическая система на базе концепции Smart Grid
|
Односторонняя коммуникация между элементами или ее отсутствие
|
Двусторонние коммуникации
|
Централизованная генерация – Сложно интегрируемая распределенная генерация
|
Распределенная генерация
|
Топология - преимущественно радиальная
|
Преимущественно сетевая
|
Реакция на последствия аварии
|
Реакция на предотвращение аварии
|
Работа оборудования до отказа
|
Самомониторинг и самодиагностика продлевающая «жизнь» оборудования
|
Ручное восстановление
|
Автоматическое восстановление - «само-лечащиеся сети»
|
Подверженность системным авариям
|
Предотвращение развития системных аварий
|
Ручное и фиксированное выделение сети
|
Адаптивное выделение
|
Проверка оборудования по месту
|
Удаленный мониторинг оборудования
|
Ограниченный контроль перетоков мощности
|
Управление перетоками мощности
|
Недоступная или сильно запоздавшая информация о цене для потребителя
|
Цена в реальном времени
|
Кроме того, энергосистема на базе концепции Smart Grid создает новые рынки по мере того, как частный бизнес разрабатывает энергоэффективные и интеллектуальные устройства, умные счетчики, новые возможности считывания и коммуникации, пассажирский транспорт.
Ниже приведены роли и основные функциональные и технические свойства развиваемых технологий, представленные в работах ведущих зарубежных исследовательских центров.
|
