ЕНЕРГИЯ - Списание за оборудване, технологии и инженеринггодина V, брой 2, 2013

Европейски Smart Grid проекти

Европейски Smart Grid проекти

Интелигентните енергийни мрежи отбелязват нов етап в развитието към повече права на потребителите, по-висока степен на интеграция на възобновяемите енергийни източници в мрежата и по-висока енергийна ефективност, като съществено допринасят за намаляването на емисиите на парникови газове, създаването на работни места и технологичното развитие.
Внедряването на интелигентни енергийни мрежи и измервателни системи позволяват на доставчиците и мрежовите оператори да преминат от общ поглед върху енергийното поведение на потребителите към подробна информация относно енергийното поведение на отделните крайни потребители.
Крайната цел на интелигентната мрежа е да модернизира електроенергийната система чрез разработване и приемане на нови комуникационни технологии.


Интелигентните енергийни мрежи ще интегрират в себе си електропреносни и електроразпределителни мрежи, информационни и комуникационни технологии, с цел повишаване на ефективността при генерирането, транспорта, разпределението и консумацията на електроенергия.

Проект “Интелигентна държава”
Германската провинция Хесен награди RWE Deutschland с първата Награда за интелигентна енергия 2012 за техния проект “Интелигентна държава” в категорията Електроснабдяване. Проектът, финансиран от Федералното министерство на икономиката, е възложен на RWE Deutschland и партньори от индустрията и академичните среди като ABB, Consentec и Техническият университет в Дортмунд в Битбург-Прюм в Айфел за тестване на интелигентна електроразпределителна мрежа в провинциален район с площ от 170км2. Проектът осигурява отговори на въпроса как електрическата енергия, произведена от слънце и вятър, може да се използва ефективно в провинциалните райони, докато в същото време се гарантира високо ниво на сигурност на електроснабдяването. В проекта са били инвестирани общо 6,2 милиона евро и ще тества практическата приложимост на решенията за интелигентни мрежи в региона Айфел.

Едно от предизвикателствата, пред които са изправени сега разпределителните мрежи, е необходимостта да се съгласува увеличаващият се брой с обхвата на технологиите за добиване на енергия от възобновяеми източници, като същевременно се запазят нивата на регулиране на напрежението. Ролята на ABB в проекта е по-нататъшно разработване на своите регулатори на напрежение, базирани на платформата за силова електроника PCS100 AVC и интегрирането им в електроразпределителната мрежа.

Активният напреженов регулатор PCS100 (PCS100 АVC) е система, базирана на инверторна технология, която защитава чувствителните промишлени и търговски товари от смущения в напрежението. Тя осигурява бърза и точна корекция на спадовете и скоковете на напрежението, както и неговото непрекъснато регулиране и компенсиране според натоварването. Регулаторът е проектиран оптимално, за да осигури необходимия имунитет на оборудването срещу спадовете на напрежението, очаквани от захранващата променливотокова мрежа. PCS100 AVC е наличен с мощности на товара от 160kVA до 30MVA, а PCS80 AVC - от 25kVA до 75kVA. И двата предлагат ефективност при работа над 98% и изключително бърза реакция при трифазни спадове на напрежението до 70% и еднофазни спадове до 55% в захранващата мрежа. Стандартните модели предлагат подобрена производителност, която позволява корекция на спадовете и скоковете на напрежението. Всички модели PCS100 AVC/PCS80 AVC осигуряват непрекъснато регулиране в рамките на +/-10% от номиналното работно напрежение на електрическата мрежа, а също така премахват дисбаланса на напрежението от захранването.

Регулатори на напрежение, които се базират на платформата PCS100 AVC, поддържат нивата на захранващото напрежение дори и по време на променящите се натоварвания от възобновяеми източници. За да бъде в състояние да компенсира по-големи колебания на напрежението в бъдеще, тъй като децентрализираното производство на електроенергия от възобновяеми източници продължава да расте, регулаторът на напрежение има достатъчно голям диапазон на регулиране - от +/-10%. В допълнение, при монтаж на открито той трябва да бъде проектиран така, че да осигурява ниски емисии на шум и надеждна целогодишна работа дори и при екстремни температури.

Smart Grid във Вахтендонк, Германия
Сектор „Инфраструктура и градове” на компанията Siemens съвместно с SWK STADTWERKE KREFELD (SWK) работят заедно за превръщане на съществуващата в община Вахтендонк на Долен Рейн, Германия система за захранване в интелигентна мрежа. Ще бъдат доставени необходимите компоненти за интелигентни вторични подстанции, интелигентни измервателни уреди, както и технологии за измерване, наблюдение и комуникация. SWK ще комбинира тези отделни компоненти в интелигентна система и ще ги изпробва в специално избрани мрежи ниско напрежение. Другите цели включват разработване и осигуряване на система за предаване на данни от мрежата до контролния център на SWK. Чрез този проект двете компании ще получат подробна информация за поведението на разпределителната мрежа с непропорционално висок брой възобновяеми енергийни източници. Друга цел е да се тества приложимостта на техническите компоненти в ежедневна употреба, за да се получат идеи, които ще бъдат полезни за по-нататъшното развитие на интелигентните мрежи.

Германия въведе нова енергийна политика, така нареченият енергиен преход. Като се има предвид, че в миналото е имало само шепа частни производители, подаващи енергия в мрежите, тази цифра ще се увеличава значително в бъдеще. Чрез действието на фотоволтаичните, вятърните и системите на биомаса, днешните потребители на енергия все повече ще стават производители. В резултат на това, условията в мрежата ще се променят и електроразпределителната мрежа трябва също да стане по-интелигентна. Тя ще трябва да бъде доразвита за да е в състояние да продължи да поддържа своята стабилност и да се гарантира захранването. SWK откриха съвместен проект със Siemens във Вахтендонк на Долен Рейн, който ще оборудва мрежата, за да посрещне тези предизвикателства и да се събере практически опит и да се изгради експертен опит при преобразуването на електрическата мрежа в интелигентна.

Общност във Вахтендонк, област Клеве, наброяваща 8хил. души, избра региона за модел на интелигентна мрежа, защото има много висок процент разпределени централи, които захранват мрежата. Около 80% от електричеството се доставя от възобновяеми енергийни източници, монтирани на покриви фотоволтаични централи. В допълнение, последиците, произтичащи от децентрализираното производство на електроенергия, ще станат по-очевидни при провинциалните електроенергийни мрежи. Колебанията на напрежението се дължат на колебанията на електроенергията от възобновяеми енергийни източници, наред с други причини, а в момента операторът на мрежата като цяло не отчита колебанията в разпределителната мрежа систематично, особено в мрежата за ниско напрежение. Затова са необходими сензори в мрежата за да следят качеството й и ако е необходимо, да се предприемат превантивни действия.

Като част от проекта ще бъдат монтирани интелигентни измервателни уреди в 100 жилища и в редица кабелни разпределителни кутии, за да изпълняват необходимите функции за измерване. За тази цел, Siemens оборудва своите интелигентни измервателни уреди с допълнителна функция, чрез която важните данни, отнасящи се до състоянието на мрежата, ще могат да бъдат записани и изпратени. Така нареченият анализ на моментното състояние на мощността позволява да бъдат направени "моментни снимки" на иначе "сляпата" система за ниско напрежение, под формата на синхронни параметри на мрежата. Това дава възможност на измервателните уреди да направят повече от записа на потреблението на енергия: Те действат като сензорите ниско напрежение, доставяйки данни, които ще бъдат използвани за анализ на разпределителната мрежа във Вахтендонк, с цел подобряване на стабилността и прозрачността на мрежата.

Веднага след като определен праг е превишен или не е достигнат, интелигентните измервателни уреди ще предадат данните чрез захранващата мрежа до вторичната подстанция, а от там и до SWK, така че незабавно да могат да бъдат взети съответните контрамерки за стабилизиране. За стабилизиране на мрежата също се използват пет интелигентни вторични подстанции с регулируеми разпределителни трансформатори от Siemens. Тези регулируеми разпределителни трансформатори използват данни в реално време от системата ниско напрежение, измерени от интелигентните измервателни уреди като контролна променлива и след това динамично адаптират напрежението в локалната мрежа.

Разработка на защитено цифрово решение за автоматизация на подстанция
Компаниите Alstom Grid и Cisco обявиха подписването на търговско и технологично споразумение за разработване на следващо поколение цифрови решения за подстанции в електрическите мрежи. Това сътрудничество ще включва опита на Alstom в интелигентните мрежи и цифровите решения за подстанции и опита на Cisco при свързаните мрежови решения и IP комуникационни технологии, като заедно предоставят решение, което допълнително да подкрепя усилията на промишлеността за модернизация на мрежата.

Решението, което интегрира износоустойчиви рутери и комутатори Connected Grid™ за приложение в подстанции на Cisco с комуникационни и защитни функции заедно със системата за управление на автоматизацията на подстанция DS Agile™ на Alstom, ще създаде ново ниво на IP-базирана комуникационна производителност с интегрирана кибер сигурност, разпределено наблюдение и контрол. Това ще осигури ключови центрове за обмен на енергия и информация в рамките на модерна архитектура на мрежата.

Решението на Alstom и Cisco може да позволи на операторите на електроразпределителните дружества да осигурят пълна защита за справяне с политиките за сигурност, управление на потребителския достъп до критични ресурси, както и способността за откриване и намаляване на евентуални кибер атаки в цялата мрежова инфраструктура. Цифровата архитектура на подстанцията включва всеобхватен контрол за сигурност въз основа на препоръките на Националния институт за стандарти и технологии и Международната електротехническа комисия. Този архитектурен подход с разделяне на слоеве, може да осигури оптимално разполагане за автоматизацията на подстанцията и фазата на проектиране на технологията за изпълнение. Той също така позволява лесно проектиране и интеграция на комуникационната инфраструктура, критична защита и контрол, мониторинг на активите и управление на оборудването на мрежата. Мрежата на подстанцията поддържа съществуващите и нововъведените комуникационни стандарти, като IEC 61850, както и приоритизиране на трафика на данни за управление пред неоперативния трафик на данни. Цифровото решение за подстанция, базирано на мрежата на Cisco с множество услуги и следващо поколение интелигентни електронни устройства на Alstom, ще предостави на електроразпределителните дружества гъвкавост за разполагане на множество приложения върху обща мрежова инфраструктура. Решението също така осигурява интелигентни системи за операторите на подстанцията, чрез които да наблюдават и контролират всички активи на подстанцията за оптимизиране на оперативните разходи.

DS Agile е последното автоматизирано от край до край мрежово решение на Alstom за цифрови подстанции, като съчетава най-модерния хардуер, софтуер, комуникации и най-високите инженерни технологии. То осигурява подобрена осведоменост за ситуациите в подстанцията: висока надеждност, сигурност и оперативна съвместимост с IEC 61850 Ethernet мрежовите архитектури. Също така, позволява пълна интеграция с оперативната зала и приложения за интелигентни мрежи като стабилност, планове за защита на големи зони, както и онлайн наблюдение на състоянието. То е готово за интелигентните мрежи, предоставяйки пълни цифрови решения за подстанция, обединявайки компоненти като Micom IED на Alstom, КРУ контрол, серия H Ethernet комутатори, контролери с голяма зона, COSI неконвенционални трансформатори, MU Agile обединяващи устройства и PhasorPoint WAMPACS, за да се превърне референция при иновативните системи за автоматизация. 

EcoGrid - Домашна система за управление като част от интелигентните мрежи 
В рамките на проект, спонсориран от ЕС, прототип на интелигентни мрежи ще бъде инсталиран и пуснат в експлоатация на датския остров Борнхолм в Балтийско море. Siemens ще достави интелигентна система за контрол на енергийни товари в битови и търговски приложения. Решението за интелигентно използване на електрическата енергия ще се реализира посредством изграждане на децентрализирана система за управление на енергията и компоненти от портфолиото на Siemens за сградни технологии. Целта на проекта EcoGrid е да докаже, че непостоянното производство на електроенергия от вятърни и фотоволтаични централи чрез интелигентно управление на товара, могат да формират основа за надеждно и устойчиво електроснабдяване.

Решението на Siemens за управление на товара непрекъснато получава актуализирани ценови сигнали от този пазар, които се превръщат в оптимизирани управляващи сигнали за свързаните силови товари. Една от най-важните характеристики на бъдещата интелигентна енергийна система ще бъде осъществена в Борнхолм: вместо проследяване на товара на генераторите, товарите ще бъдат контролирани чрез проекта EcoGrid въз основа на моментно наличната енергия, произведена от възобновяеми енергийни източници. Решението за управление на товарите в бъдещите интелигентни мрежи ще бъде едно от най-важните компоненти за интегриране и оптимално използване на електроенергията от възобновяеми източници.

Високо усъвършенстваните системи за сградна автоматизация са не само в състояние да контролират отоплителни, вентилационни и климатични приложения по енергийно ефективен начин, но също така могат да оптимизират консумацията на енергия. Чрез свързването на технология за управление на енергията със сградната автоматизация се разширява управлението на класическите мрежи за пренос и разпределение на нивото на сградите. Взаимодействието на разпределителните електрически мрежи в рамките на различните нива на напрежение и наличието на двупосочен обмен на данни, ще позволи на потребителите да адаптират своето потребление на енергия в съответствие с динамичните цени на енергията, предлагани от енергийния пазар в реално време. Освен това, потребителите ще могат да подават произведената електроенергия от ВЕИ обратно в мрежата и да действат като децентрализирани генератори.

Проект за интелигентно измерване
Landis+Gyr и естонското подразделение на Ericsson, Ericsson Eesti, осигуряват решение за интелигентно измерване в жилища за електроразпределителното дружество на Естония Eesti Energia, Elektrilevi. Всички естонски домакинства ще преминат към технологията за интелигентно отчитане и фактуриране базирано на потреблението до 2017г.

Ericsson Eesti и Elektrilevi OU подписаха договор за изпълнение на проекта за интелигентно измерване. Като основен партньор на Ericsson Eesti, Landis+Gyr е отговорен за предоставяне на интелигентна инфраструктура за измерване по проекта, включително интелигентни измервателни уреди, концентратори на данни и крайна система за данни (HES – head-end system). Ericsson Eesti е отговорен за проекта и реализацията му. Компанията е отговорна и за интегриране на системата за интелигентно измерване в системите на Elektrilevi. Финландското подразделение на Landis+Gyr, ще достави приблизително около 630хил. интелигентни електромера за жилищата, малко над 10хил. концентратори за данни и софтуер интелигентно измерване HES на Gridstream. Решението използва трансфер на данни чрез PLC програмируем контролер, допълнено с 2G/3G технология. Пилотни инсталации на системата започнаха през есента на 2012г., а проектът трябва да бъде завършен до януари 2017г. Според естонските национални разпоредби, измервателната система трябва да измерва почасова консумация от 2017г., а това е извън възможностите на настоящата инфраструктура за измерване.

Интелигентната системата за измерване Gridstream HES е оперативно съвместима с крайната система за данни, която осигурява комуникация и слой за събиране на данни между инфраструктурата от интелигентни електромери и IT системите на електроразпределителната компания. Системата дава възможност за сигурна комуникация с инфраструктурата за измерване и е оперативно съвместима с други устройства, базирани на IDIS стандарти. Тя не само осигурява стандартна информация от интелигентно измерване за системата за управление на данните от измервания и системата за взаимодействие с клиентите, но също и разширени функции за мониторинг на поддръжката на мрежата. Може да бъде предоставяна гъвкава информация за качеството на електрическата енергия на разпределителни системи за управление, позволяващи на системата да изпраща алармени сигнали за прекъсвания и неизправности. Освен това, тя може да се използва за моделиране на товарите в мрежата чрез управление на релета, изградена е за ефективно управление на комуникационната мрежа, предоставяйки прозрачна информация за състоянието на системата и ефикасни инструменти за отстраняване на неизправности. Системата е проектирана чрез използване на общи комуникационни стандарти и протоколи, както и стандартизирани и широко използвани технологии, които осигуряват използваемостта, съвместимостта и адаптивността на системата и в бъдеще.

Предимствата са прецизна информация в реално време за консумацията на енергия, събитие и качество на електроенергията за бизнес и мрежовите системи за управление; достъп до най-съвременните електромери на Landis+Gyr, от IT системите на ЕРП; мащабируемо решение от пилотни до големи системи за интелигентно отчитане; приложения поддържащи ефективно управление на инфраструктурата за измерване; решение с бъдеще: стандартни интерфейси на електромерите (IDIS, DLMS) и други системи (IEC 61968-9).