Redes de energía inteligente
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Se estima que la demanda mundial de energía crecerá alrededor de un 2,2 por ciento anual. Esto significa que el consumo de energía global actual de más de 20 petavatios hora aumentará a 2030 petavatios hora en 33. Al mismo tiempo, se está poniendo énfasis en usar la energía de manera más eficiente que nunca.
1. Auto en red inteligente
Otras proyecciones predicen que el transporte consumirá más del 2050 por ciento de la demanda de electricidad para 10, en gran parte debido a la creciente popularidad de los vehículos eléctricos e híbridos.
si carga de bateria de coche electrico no se gestiona correctamente o no funciona por sí solo, existe el riesgo de picos de carga debido a que se cargan demasiadas baterías al mismo tiempo. La necesidad de soluciones que permitan cargar los vehículos en tiempos óptimos (1).
Los sistemas eléctricos clásicos del siglo XX, en los que la electricidad se producía predominantemente en centrales eléctricas centrales y se entregaba a los consumidores a través de líneas de transmisión de alto voltaje y redes de distribución de voltaje medio y bajo, no se adaptan a las demandas de la nueva era.
En los últimos años, también podemos ver el rápido desarrollo de los sistemas distribuidos, pequeños productores de energía que pueden compartir sus excedentes con el mercado. Tienen una participación significativa en los sistemas distribuidos. Fuentes de energía renovable.
Glosario de redes inteligentes
IAM - abreviatura de Infraestructura de Medición Avanzada. Significa la infraestructura de dispositivos y software que se comunican con medidores de electricidad, recopilan datos de energía y analizan estos datos.
Generación distribuida - producción de energía por pequeñas instalaciones generadoras o instalaciones conectadas directamente a las redes de distribución o ubicadas en el sistema eléctrico del receptor (detrás de los dispositivos de control y medición), normalmente produciendo electricidad a partir de fuentes de energía renovables o no tradicionales, a menudo en combinación con la producción de calor (cogeneración distribuida ). . Las redes de generación distribuida pueden incluir, por ejemplo, prosumidores, cooperativas de energía o centrales eléctricas municipales.
medidor de inteligencia – un medidor de electricidad remoto que tiene la función de transmitir automáticamente los datos de medición de energía al proveedor y, por lo tanto, ofrece más oportunidades para el uso consciente de la electricidad.
Fuente de alimentación micro – una pequeña planta de generación de energía, generalmente utilizada para autoconsumo. La microfuente puede ser pequeñas centrales eléctricas domésticas solares, hidráulicas o eólicas, microturbinas que funcionan con gas natural o biogás, unidades con motores que funcionan con gas natural o biogás.
Proposición – un consumidor de energía consciente que produce energía para sus propias necesidades, por ejemplo, en microfuentes, y vende el excedente no utilizado a la red de distribución.
Tarifas dinámicas – tarifas teniendo en cuenta los cambios diarios en los precios de la energía.
Espacio-tiempo observable
Resolver estos problemas (2) requiere una red con una infraestructura de "pensamiento" flexible que dirigirá la energía exactamente donde se necesita. tal decisión red de energía inteligente – red eléctrica inteligente.
2. Desafíos del mercado energético
En términos generales, una red inteligente es un sistema de energía que integra inteligentemente las actividades de todos los participantes en los procesos de producción, transmisión, distribución y uso para proporcionar electricidad de manera económica, sostenible y segura (3).
Su premisa principal es la conexión entre todos los participantes en el mercado energético. La red conecta las centrales eléctricas, grandes y pequeños, y consumidores de energía en una estructura. Puede existir y funcionar gracias a dos elementos: la automatización basada en sensores avanzados y un sistema de TIC.
En pocas palabras: la red inteligente “sabe” dónde y cuándo surge la mayor necesidad de energía y el mayor suministro, y puede dirigir el exceso de energía hacia donde más se necesita. Como resultado, dicha red puede mejorar la eficiencia, confiabilidad y seguridad de la cadena de suministro de energía.
3. Red inteligente - esquema básico
4. Tres áreas de redes inteligentes, objetivos y beneficios derivados de ellas
Redes inteligentes permitirle tomar lecturas remotas de medidores de electricidad, monitorear el estado de recepción y de la red, así como el perfil de recepción de energía, identificar consumos ilegales de energía, interferencias en medidores y pérdidas de energía, desconectar/conectar remotamente al receptor, cambiar de tarifa, archivar y facturar valores leídos y otras actividades (4).
Es difícil determinar con precisión la demanda de electricidad, por lo que normalmente el sistema debe utilizar la llamada reserva caliente. El uso de generación distribuida (consulte el Glosario de Smart Grid) en combinación con Smart Grid puede reducir significativamente la necesidad de mantener grandes reservas en pleno funcionamiento.
Pilar redes inteligentes existe un extenso sistema de medición, contabilidad inteligente (5). Incluye sistemas de telecomunicaciones que transmiten datos de medición a puntos de decisión, así como algoritmos inteligentes de información, pronóstico y toma de decisiones.
Las primeras instalaciones piloto de sistemas de medición "inteligentes" ya están en construcción, cubriendo ciudades o comunas individuales. Gracias a ellos, puede, entre otras cosas, ingresar tarifas por hora para clientes individuales. Esto significa que en determinados momentos del día, el precio de la electricidad para ese único consumidor será más bajo, por lo que merece la pena encender, por ejemplo, una lavadora.
Según algunos científicos, como un grupo de investigadores del Instituto Max Planck alemán en Göttingen dirigido por Mark Timm, millones de contadores inteligentes podrían crear en el futuro una forma completamente autónoma red de autorregulación, descentralizado como Internet, y seguro porque es resistente a los ataques a los que están expuestos los sistemas centralizados.
Fuerza desde la pluralidad
Fuentes de electricidad renovables Debido a la pequeña capacidad unitaria (RES) son fuentes distribuidas. Estos últimos incluyen fuentes con una capacidad unitaria de menos de 50-100 MW, instaladas en las proximidades del consumidor final de energía.
Sin embargo, en la práctica, el límite para una fuente considerada como fuente distribuida varía mucho de un país a otro, por ejemplo, Suecia es 1,5 MW, Nueva Zelanda 5 MW, EE. UU. 5 MW, Reino Unido 100 MW. .
Con un número suficientemente grande de fuentes dispersas en un área pequeña del sistema eléctrico y gracias a las oportunidades que brindan redes inteligentes, se vuelve posible y rentable combinar estas fuentes en un sistema controlado por el operador, creando una "central eléctrica virtual".
Su objetivo es concentrar la generación distribuida en un sistema lógicamente conectado, aumentando la eficiencia técnica y económica de la producción de electricidad. La generación distribuida ubicada en las proximidades de los consumidores de energía también puede utilizar los recursos locales de los combustibles, incluidos los biocombustibles y la energía renovable, e incluso los residuos municipales.
Una planta de energía virtual conecta muchas fuentes de energía locales diferentes en un área determinada (centrales hidroeléctricas, eólicas, fotovoltaicas, turbinas de ciclo combinado, generadores accionados por motores, etc.) y almacenamiento de energía (tanques de agua, baterías) que son controlados de forma remota por un extensa red de TI.
Los dispositivos de almacenamiento de energía deben desempeñar una función importante en la creación de centrales eléctricas virtuales que le permitan ajustar la generación de electricidad a los cambios diarios en la demanda de los consumidores. Por lo general, tales depósitos son baterías o supercondensadores; las estaciones de almacenamiento por bombeo pueden desempeñar un papel similar.
Un área energéticamente equilibrada que forma una central eléctrica virtual puede separarse de la red eléctrica mediante interruptores modernos. Dicho interruptor protege, realiza trabajos de medición y sincroniza el sistema con la red.
El mundo es cada vez más inteligentes
W redes inteligentes actualmente invertido por todas las empresas de energía más grandes del mundo. En Europa, por ejemplo, EDF (Francia), RWE (Alemania), Iberdrola (España) y British Gas (Reino Unido).
6. La red inteligente combina fuentes tradicionales y renovables
Un elemento importante de este tipo de sistema es la red de distribución de telecomunicaciones, que proporciona una transmisión IP bidireccional confiable entre los sistemas de aplicación central y los medidores de electricidad inteligentes ubicados directamente al final del sistema de energía, en los consumidores finales.
En la actualidad, las redes de telecomunicaciones más grandes del mundo para las necesidades Red electrica inteligente de los operadores de energía más grandes de sus países, como LightSquared (EE. UU.) o EnergyAustralia (Australia), se producen utilizando tecnología inalámbrica Wimax.
Además, la primera y una de las mayores implementaciones planificadas del sistema AMI (Infraestructura de Medición Avanzada) en Polonia, que es una parte integral de la red inteligente de Energa Operator SA, implica el uso del sistema Wimax para la transmisión de datos.
Una ventaja importante de la solución Wimax en relación con otras tecnologías utilizadas en el sector de la energía para la transmisión de datos, tales como PLC, es que no hay necesidad de apagar secciones enteras de las líneas de energía en caso de una emergencia.
7. Pirámide energética en Europa
El gobierno chino ha desarrollado un gran plan a largo plazo para invertir en sistemas de agua, mejorar y ampliar las redes de transmisión y la infraestructura en áreas rurales, y redes inteligentes. La Corporación China State Grid planea introducirlos para 2030.
La Federación de la Industria Eléctrica de Japón planea desarrollar una red inteligente de energía solar para 2020 con el apoyo del gobierno. Actualmente, se está implementando en Alemania un programa estatal para probar energía electrónica para redes inteligentes.
Una energía “superred” se creará en los países de la UE, a través del cual se distribuye la energía renovable, principalmente de parques eólicos. A diferencia de las redes tradicionales, no se basará en corriente alterna, sino en corriente eléctrica continua (CC).
Los fondos europeos financiaron el programa de investigación y formación relacionado con el proyecto MEDOW, que reúne a universidades y representantes de la industria energética. MEDOW es una abreviatura del nombre en inglés "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".
Se espera que el programa de entrenamiento para correr hasta marzo de 2017. Creación redes de energías renovables a escala continental y la conexión eficiente a las redes existentes (6) tiene sentido debido a las características específicas de las energías renovables, que se caracterizan por excedentes o carencias periódicas de capacidad.
El programa Smart Peninsula que opera en la península de Hel es bien conocido en la industria energética polaca. Es aquí donde Energa ha implementado los primeros sistemas de prueba de lectura remota del país y cuenta con la infraestructura técnica adecuada para el proyecto, que se actualizará aún más.
Este lugar no fue elegido por casualidad. Esta zona se caracteriza por grandes fluctuaciones en el consumo de energía (alto consumo en verano, mucho menos en invierno), lo que crea un desafío adicional para los ingenieros energéticos.
El sistema implementado debe caracterizarse no solo por una alta confiabilidad, sino también por la flexibilidad en el servicio al cliente, que les permita optimizar el consumo de energía, cambiar las tarifas eléctricas y utilizar fuentes de energía alternativas emergentes (paneles fotovoltaicos, pequeños aerogeneradores, etc.).
Recientemente, también apareció información de que Polskie Sieci Energetyczne quiere almacenar energía en baterías potentes con una capacidad de al menos 2 MW. El operador planea construir instalaciones de almacenamiento de energía en Polonia que respaldarán la red eléctrica, asegurando la continuidad del suministro cuando las fuentes de energía renovable (FER) dejen de funcionar debido a la falta de viento o al anochecer. La electricidad del almacén irá luego a la red.
Las pruebas de la solución podrían comenzar dentro de dos años. Según información no oficial, los japoneses de Hitachi ofrecen PSE para probar potentes contenedores de baterías. Una de estas baterías de iones de litio es capaz de entregar 1 MW de potencia.
Los almacenes también pueden reducir la necesidad de ampliar las centrales eléctricas convencionales en el futuro. Los parques eólicos, que se caracterizan por una alta variabilidad en la producción de energía (dependiendo de las condiciones meteorológicas), obligan a las energías tradicionales a mantener una reserva de energía para que los molinos de viento puedan ser reemplazados o complementados en cualquier momento con una producción de energía reducida.
Los operadores de toda Europa están invirtiendo en el almacenamiento de energía. Recientemente, los británicos pusieron en marcha la mayor instalación de este tipo en nuestro continente. La instalación en Leighton Buzzard, cerca de Londres, es capaz de almacenar hasta 10 MWh de energía y entregar 6 MW de potencia.
Detrás de él están S&C Electric, Samsung, así como UK Power Networks y Younicos. En septiembre de 2014, esta última empresa construyó el primer almacenamiento comercial de energía en Europa. Fue lanzado en Schwerin, Alemania y tiene una capacidad de 5 MW.
El documento "Smart Grid Projects Outlook 2014" contiene 459 proyectos implementados desde 2002, en los que el uso de nuevas tecnologías, las capacidades de las TIC (teleinformación) contribuyeron a la creación de una "red inteligente".
Cabe señalar que se tuvieron en cuenta los proyectos en los que al menos un Estado miembro de la UE participó (fue socio) (7). Esto eleva el número de países cubiertos en el informe a 47.
Hasta el momento, se han destinado 3,15 millones de euros para estos proyectos, aunque el 48 por ciento de ellos aún no se han completado. Los proyectos de I+D consumen actualmente 830 millones de euros, mientras que las pruebas y la implementación cuestan 2,32 millones de euros.
Entre ellos, per cápita, Dinamarca es el que más invierte. Francia y el Reino Unido, por otro lado, tienen los proyectos más presupuestados, con un promedio de 5 millones de euros por proyecto.
En comparación con estos países, a los países de Europa del Este les fue mucho peor. Según el informe, generan solo el 1 por ciento del presupuesto total de todos estos proyectos. Por el número de proyectos implementados, los cinco primeros son: Alemania, Dinamarca, Italia, España y Francia. Polonia ocupó el puesto 18 en el ranking.
Suiza estaba delante de nosotros, seguida de Irlanda. Bajo el lema de red inteligente, se están implementando soluciones ambiciosas, casi revolucionarias, en muchos lugares del mundo. planes para modernizar el sistema eléctrico.
Uno de los mejores ejemplos es el Proyecto de Infraestructura Inteligente de Ontario (2030), que se ha elaborado en los últimos años y tiene una duración estimada de hasta 8 años.
8. Plan de despliegue de Smart Grid en la provincia canadiense de Ontario.
¿Virus energéticos?
Sin embargo, si red de energía volverse como Internet, debe tener en cuenta que puede enfrentar las mismas amenazas que enfrentamos en las redes informáticas modernas.
9. Robots diseñados para trabajar en redes de energía
Los laboratorios F-Secure advirtieron recientemente sobre una nueva amenaza compleja para los sistemas de servicios de la industria, incluidas las redes eléctricas. Se llama Havex y utiliza una nueva técnica extremadamente avanzada para infectar computadoras.
Havex tiene dos componentes principales. El primero es el software troyano, que se utiliza para controlar de forma remota el sistema atacado. El segundo elemento es el servidor PHP.
Los atacantes adjuntaron el caballo de Troya al software APCS/SCADA responsable de monitorear el progreso de los procesos tecnológicos y de producción. Las víctimas descargan dichos programas de sitios especializados, sin darse cuenta de la amenaza.
Las víctimas de Havex fueron principalmente instituciones y empresas europeas involucradas en soluciones industriales. Parte del código de Havex sugiere que sus creadores, además de querer robar datos sobre los procesos de producción, también podrían influir en su curso.
10. Áreas de redes inteligentes
Los autores de este malware estaban especialmente interesados en las redes de energía. Posiblemente un elemento futuro sistema de energía inteligente los robots también lo harán.
Recientemente, investigadores de la Universidad Tecnológica de Michigan desarrollaron un modelo de robot (9) que entrega energía a lugares afectados por cortes de energía, como los causados por desastres naturales.
Máquinas de este tipo podrían, por ejemplo, restaurar la energía de la infraestructura de telecomunicaciones (torres y estaciones base) para llevar a cabo operaciones de rescate de manera más eficiente. Los robots son autónomos, ellos mismos eligen el mejor camino hacia su destino.
Pueden tener baterías a bordo o paneles solares. Pueden alimentarse unos a otros. Significado y funciones redes inteligentes ir mucho más allá de la energía (10).
La infraestructura creada de esta manera se puede utilizar para crear una nueva vida móvil inteligente del futuro, basada en tecnologías de última generación. Hasta ahora, solo podemos imaginar las ventajas (pero también las desventajas) de este tipo de solución.
