Европейски SmartGrid проекти

Интелигентните електрически мрежи (SmartGrid) отварят вратите за нови приложения с голямо значение, предоставяйки възможности за безопасно интегриране на повече възобновяеми енергийни източници (ВЕИ), електромобили и разпределени генератори в мрежата. SmartGrid доставят електрическата енергия по-ефективно и по-надеждно чрез технологии за отговор на търсенето, всеобхватен контрол и мониторинг. В SmartGrid се извършва автоматично преконфигуриране на мрежата за предотвратяване или възстановяване на прекъсванията на електрозахранването. Потребителите могат да управляват своята консумация и да участват активно на пазара на електрическа енергия. Значителен брой от тези проекти се реализират в страни-членки на Европейския Съюз (ЕС), правейки ЕС една от най-активните зони за тестване и развитие на SmartGrid. В настоящата статия ще представим някои от най-новите Европейски SmartGrid проекти.

През последните години броят на Европейските SmartGrid проекти се увеличава. Те са с различни цели и резултати и се осъществяват със значителни обществени и частни инвестиции като се разделят на проекти за проучване и развитие, демонстрационни и приложни проекти. Необходимо е извършването на общ преглед на внедрените проекти, за да се направи мониторинг на посоката, която поема Европа, да се обосноват инвестициите, както и да се дискутират предизвикателствата и възможните отклонения.

Споделянето на резултатите от тези проекти допринася за увеличаване на запаса от знания и за ускоряване на иновационния процес. От 2010г. насам Центърът за научни и технически проучвания на ЕС (JRC) регулярно публикува доклади за SmartGrid проектите в Европа.

IBM проект за балансираща електрическа енергия от електромобили
Като част от IBM инициативата за по-интелигентна планета, компанията взима участие в консорциума „Електромобили в разпределен и интегриран пазар, използващи устойчива енергия и отворени мрежи“ (EDISON). Частично финансиран от Министерството за Климата и Енергията на Дания, това е съвместен проект с партньори DONG Енерджи – най-голямата датска енергийна компания, регионалната енергийна компания Oestkraft, Датския Технически Университет, Siemens, Eurisco и Датската Енергийна Асоциация.

Целта на проекта е да достави балансираща електрическа енергия за електричество, генерирано от вятърни турбини, посредством използването на електромобили (EV) и техните акумулатори. За да се управлява, балансира и прогнозира въздействието на голям брой електромобили върху електрическата мрежа, е необходимо да бъде разработена нов вид измервателна, анализираща и контролна инфраструктура за интелигентна комуникация на електромобилите с мрежата, определяща динамично времевите интервали, през които се извършва зареждане или разреждане. Това ще бъде повлияно от непостоянните количества енергия, подавани към мрежата от възобновяеми енергийни източници (ВЕИ) като вятърна енергия, както и от кумулативното търсене на енергия в мрежата във всеки един момент.

IBM Дания и IBM Проучвания – Цюрих ще разработят технологии, синхронизиращи зареждането и потенциално разреждането на електромобилите при наличие на вятърна енергия в мрежата. Други представляващи интерес области са симулациите на такива системи за прогнозиране търсенето и предлагането, свързани с електромобилите, както и да се изучи влиянието на динамичните ценови модели върху използването на електромобилите и цялата електрическа мрежа чрез аналитични техники в реално време.

Разпределена мрежова интелигентност
Преходът към нов енергиен микс се извършва с пълна скорост и град Нидерщетен, намиращ се в германската провинция Баден-Вюртемберг, е пример за успешно адаптиране към него. Разпределителният мрежов оператор Netze BW и Siemens внедряват решение за автоматизация на мрежата в района около града, което ще служи като модел за бъдещи проекти.

Целта е да се даде възможност на съществуващата разпределителна мрежа да работи с максимална автономност като бъде снабдена с възможно най-голяма децентрализирана интелигентност и като се използват малко допълнителни кабели СН (средно напрежение). Решението се базира върху доказана технология за енергийна автоматизация от Siemens, която ще се използва в нова конфигурация.

Целите на проекта са внедряване на децентрализирана интелигентност със „самооздравителна“ функционалност („самооздравителна“ мрежа), подобряване стабилността на напрежението, включително оптимизация на напрежението, разработване на стандартизирани решения за автоматизация на вторични подстанции и надеждно управление на неизправностите за намаляване стойността на Системния Индекс за Средна Продължителност на Прекъсванията (SAIDI).

В района на трансформаторната подстанция на Нидерщетен различни възобновяеми енергийни източници (ВЕИ) като вятърна енергия и фотоволтаици захранват мрежата и това количество енергия се увеличава. Понякога мрежата, състояща се от повече от 80 вторични подстанции и почти 87km кабели, е на границата на своя капацитет на натоварване. Когато това се случи, трябва да бъдат осигурени електрическото захранване и стабилността на качеството на електрическата енергия.

За мрежовия оператор Netze BW едно скъпоструващо разширение на разпределителната мрежа не е най-доброто решение. Dr. Jan Mrosik, Главен Изпълнителен Директор на Направлението за Енергиен Мениджмънт на Siemens, обобщава по-привлекателната алтернатива : „Ние не бихме могли да осъществим прехода към нов енергиен микс в Германия без интелигентни електрозахранващи мрежи. Технологията за това съществува отдавна и Siemens имат най-всеобхватното продуктово портфолио в цялата индустрия. В Нидерщетен ние ще покажем как съществуващите разпределителни мрежи могат да бъдат подготвени за бъдещето чрез доказани продукти от нашата SmartGrid модулна система“.

Oсновният акцент на техническото решение е върху мониторинг на мрежата и управление на неизправностите с интелигентна измервателна технология и широкообхватен контрол за активна стабилност на напрежението. За тази цел, 9 от 84-те вторични подстанции, разположени в най-важните възлови точки, трябва да бъдат оборудвани с технология за енергийна автоматизация, а 5 подстанции в крайните фидери трябва да бъдат снабдени със системи за измерване на напрежението. Данните от измерванията могат да се наблюдават и трансферират чрез дистанционно предаване.

Главният елемент на проекта за модернизация е контролер за разпределителна мрежа в подстанцията на Нидерщетен, базиран върху Siemens SICAM система за енергийна автоматизация, отговаряща за контрол на напрежението и управление на неизправностите. Играейки ролята на връзка между централната SCADA система и интелигентните полеви устройства, тя също дава възможност на контролера да възстанови без човешка намеса засегнатите мрежови секции в случай на неизправност.

За широкообхватен контрол на напрежението трябва да бъдат инсталирани два регулатора СН във фаза, измерващи качеството на енергията на първичната и вторичната страна. В рамките на целия проект контролерите на напрежение ще получават сигнали от мрежовия контролер за промяна на напрежението на силовите трансформатори въз основа на измервания на напрежението в мрежата СН. По време на проекта ще бъде извършено проучване на мрежата чрез системата за управление на неизправностите като се направят подробни изчисления за надеждността на мрежата Нидерщетен преди и след внедряване на автоматизацията.

Проектът има много ползи за потребителите. Децентрализираната мрежова интелигентност прави работата на разпределителната мрежа енергийно и ценово ефективна, тъй като инсталираното решение за автоматизация не изисква скъпоструващо разширение на мрежата. Подобреното откриване на неизправностите и тяхното бързо диагностициране и отстраняване води до значително намaляване на стойността на Системния Индекс за Средна Продължителност на Прекъсванията и така се получават значителни икономии. Качеството на електрическата енергия се оптимизира и се осигурява надежно електрозахранване в района на Нидерщетен. Получените резултати и придобитият опит от този проект ще бъдат взети предвид при бъдещи проекти на Netze BW.

Гъвката система за управление на електрическата мрежа
Разработвайки гъвката система за управление за електрическата мрежа, ERDF - главен оператор на разпределителната мрежа във Франция, и Schneider Electric демонстрират тяхната ангажираност за развитие на SmartGrid. ERDF и Schneider Electric обединиха усилия за разработване и тестване на софтуер и решения за управление на мрежите СН и НН, за проектиране и мониторинг на подстанции на бъдещето и за подпомагане увеличаването на генерираната възобновяема енергия.

Увеличаващата се интеграция на променливите възобновяеми енергии в допълнение към управлението на товарите, инициирана от външни оператори, може да има голямо техническо въздействие върху мрежовите операции на ERDF, водещо до допълнителни разходи за пренос и разпределение на електрическа енергия. Необходими са нова информация и активна технология за ресурсите за управление както на баланса между търсене и предлагане, така и на капацитета на мрежата. Тази технология дава възможност на външните оператори да контролират такива ресурси, предоставяйки на ERDF безпрецедентна видимост на тази гъвкавост, позволявайки им да настройват разпределителната мрежа и да я правят по-надеждна. Тези гъвкави ресурси са от децентрализирани източници от малък мащаб ( <10MW ), свързани директно към разпределителната мрежа (например, вятърна или соларна енергия), от съхранение на енергия, но също така включват и дейности за управление на товарите от външни оператори. Такива ресурси се съединяват, за да осигурят необходимата електрическа енергия за удовлетворяване на търсенето.

ERDF и Schneider Electric вече участваха в няколко SmartGrid проекта и ще затвърдят сътрудничеството помежду си с това гъвкаво приложение за разпределителни мрежови оператори (ERDF, обществени електрически компании и т.н.) чрез внедряването му в Лион, като част от проекта Greenlys. Приложението за мониторинг ще идентифицира точно всички разпределени ресурси и ще класира технически пазарните оферти за използване на тези ресурси на енергийните, балансиращите или капацитетни пазари за предотвратяване на технически проблеми при активиране от външни оператори. Също така, то ще оптимизира оперативните и инвестиционни разходи в мрежата чрез активно управление на разпределените ресурси като алтернатива на традиционните решения за укрепване на мрежата.

„Като световен лидер в управлението на енергия за съоръжения и инфраструктури, както и за индустриални, сградни и жилищни пазарни сегменти, Schneider Electric е ангажирана да разработва SmartGrid и се стреми към укрепване на широкия обхват от услуги със софтуер и системи за работа на мрежата и Системи за Управление на Разпределени Енергийни Ресурси (DERMS)” - каза Frederic Abbal, Изпълнителен Вицепрезидент на Подразделението за Енергия на Schneider Electric. Този проект илюстрира значението на нашите решения за всички участници на енергийния пазар и в частност на операторите на разпределителните мрежи.“

Philippe Monloubou, председател на Борда на ERDF изтъкна: „Продължаването на модернизацията и автоматизацията на мрежата, особено при по-ниските напрежения, ще насърчи развитието на възобновяемата енергия, като същевременно ще повиши качеството на услугите. Благодарение на тясното сътрудничество с нашите партньори, такива като Schneider Electric, ние успяхме да покажем ефективността на SmartGrid, която е полезна за клиентите и френския индустриален сектор като цяло. Това ще даде възможност на ERDF да бъде оборудвана с инструменти за поддържане управлението на товарите и качеството на услугите“.

Решенията, разработени при партньорството между ERDF и Schneider Electric, ще им позволят да укрепят водещите си позиции в съответните сфери на дейност и тяхната ангажираност за развитие на SmartGrid във Франция и в чужбина.

Софтуерни решения за разширяване на SmartGrid
Ventyx, компания на ABB, подписа споразумение с Fortum – водещ доставчик на устойчива енергия в скандинавските и балтийските страни, Полша и Русия, за проучване на ползите от стратегиите за предвидима поддръжка на своите активи за пренос и разпределение, използвайки Ventyx Asset Health софтуер. Споразумението разширява партньорството на Fortum с ABB в съвместен проект за проектиране и инсталиране на първата в Европа едромащабна градска SmartGrid електрическа мрежа на Кралското пристанище в Стокхолм.

„Fortum е посветена в голямата трансформация на енергийната система за постигане на EU 2020 целите за емисии от парникови газове, възобновяема енергия и енергийна ефективност. В наши дни при наличието на ограничен персонал и ново търсене, ние трябва да използваме по-ефективно и по-продуктивно наличните активи за пренос и разпределение и работна сила за постигане на тези цели“ – каза Goran Hult, Вицепрезидент на Направление за Проучване и Развитие на Fortum и основен говорител на Световната Конференция на Ventyx в Барселона. „Решението на Ventyx за управление на активите предлага обещаващи възможности и ние сме оптимисти, че то ще ни помогне да постигнем своите цели за Кралското пристанище на Стокхолм.“

Ventyx предоставя многобройни решения за Кралското пристанище на Стокхолм. Едно от тях е Мрежов Мениджър DMS за приложения за разпределение, диспечерство и мониторинг. Друго решение е Системата за Управление на Отговора на Търсенето (DRMS) за въвеждане и управление на програми за отговор на търсенето на електроенергия, включващи виртуални електроцентрали и техния контрол. Други решения са тези за бизнес интелигентност (BI) за поддържане на мониторинг на специфични бизнес процеси и доклади, съдържащи ключови индикатори за представянето, табла и анализи.

Чрез прибавяне на решението за активи на Ventyx, Fortum може да получи по-добра видимост за състоянието на критичните активи, да определи приоритетите за дейностите по поддръжка и да осигури ремонта и обновяването. За да измери пълния потенциал на решението, Ventyx ще извърши специална Оценка на Ползите (VRA) и проучване за техническа осъществимост на софтуера, фокусирани върху критичните активи в преносните и разпределителните мрежи на Fortum. Оценката на Ползите ще се извършва като се използват собствени данни на Fortum и ще спомогне за определяне на осъществимостта и наличните възможности за икономии при прилагането на софтуера.

“Ние сме сигурни, че един реален анализ на решението за активите ще демонстрира способността за висока наличност, надеждност и оптимална работа на активите“ – каза Старши Вицепрезидентът на Ventyx и Генерален Мениджър на Asset Health Решения Shawn Lyndon. “Комбинирането на способността за осигуряване на широк поглед върху състоянието на физическите активи в мрежата със системите на ABB и Ventyx за разпределително управление и контрол ще помогне на Fortum да постигне по-високо ниво на оптимизация на физическите и финансови активи като разширение на концепцията за Кралското пристанище на Стокхолм, фокусирана върху надежността и опазване на околната среда.“

Проект на Trilliant за Smart измервателни устройства
Trilliant – доставчик на SmartGrid мрежи в Силиконовата Долина, който вече работи с British Gas по едно от най-големите приложения за Smart измервателни устройства във Великобритания, вече има нов партньор на същия конкурентен пазар. Компанията бе избрана от RWE npower – клон на RWE в Обединеното Кралство, да достави основната мрежова софтуерна платформа за първия етап от инсталирането на Smart измервателни устройства и комуникационни хъбове в домовете, свързани към SmartGrid.

Rob Conant - Главен Маркетинг Директор на Trilliant, каза, че RWE и Trilliant планират да следват модел, подобен на други приложения, използвайки комуникационни клетки за свързване на съоръженията към хиляди домашни комуникационни хъбове, които след това използват ZigBee безжичен стандарт за свързване към Smart електрически и газови измервателни устройства, както и домашни дисплеи, за които Правителството настоя да бъдат инсталирани като част от процеса.

През 2010г. Trilliant участва заедно с British Gas в подобно партньорство и оттогава British Gas води класацията със свързани над 600 000 Smart измервателни устройства. Това прави Trilliant най-големия доставчик на домашни Smart комуникационни решения за енергия.

Нито RWE enpower, нито някоя друга компания съобщават кои партньори ще използват във втория етап от внедряването на Smart измервателни устройства. Това е така, защото този втори етап ще бъде много различен от първия. Например, докато British Gas работи с Vodafone като свой главен парньор за клетъчна свързаност през първия етап, този и други енергийни търговци ще бъдат запитани за евентуално преминаване към регионални комуникационни партньорства съгласно исканията на Британското правителство. Но остава отворен въпросът как ще изглеждат тези комуникации и архитектури за управление на данни през следващия етап и как те ще се интегрират с всички измервателни устройства и мрежи от първия етап.

Плановете за Smart измервателни устройства във Великобритания са доста сложни поради факта, че потребителите могат да сменят своите доставчици на електричество и газ всеки месец. Това означава, че инсталираният хардуер трябва да е в състояние да подсигури превключванията между доставчиците като не трябва отделните страни да имат достъп до данните на конкурентите. В същото време, Великобритания е един от малкото пазари в света, който кара доставчиците да изискат съгласието на потребителите дали желаят или не желаят Smart измервателни устройства за следващите няколко години. Това е предпоставка за различни комбинации от клиентски програми, предложения за услуги и технологии.

Trilliant работи с няколко партньора във връзка с домашните Smart устройства за измерване на енергия. Двупосочната комуникация в реално време при свързването на тези устройства по ZigBee безжичен стандарт към комуникационните хъбове и последващото свързване чрез комуникационни клетки към енергийните съоръжения може да предложи повече интересни опции в сравнение с нискоскоростните мрежи.

GARPUR - Принцип за надеждност с моделиране на несигурността чрез вероятностна оценка на риска
Проектът GARPUR създава, разработва и оценява нови критерии за надеждност за непрекъснато внедряване през следващите няколко десетилетия на паневропейско ниво, увеличавайки максимално общественото благосъстояние. Координиран от SINTEF Енергийни Проучвания, GARPUR се осъществява със съвместното участие на 7 оператори на преносна система (TSO) от Белгия, България, Чехия, Дания, Франция, Исландия и Норвегия, 12 доставчика за проучване и развитие и един експерт по управление на иновации. Общата стойност на инвестициите се оценява на €10.9 милиона, със съответния принос от €7.8 милиона по 7-та Рамкова Програма на Европейската Комисия. GARPUR стартира на 1 септември 2013г. и ще продължи до 31 август 2017г.

Управлението на надеждността на електроенергийните системи има за цел да поддържа тяхната работа на желаното ниво, минимизирайки социално-икономическите разходи. В исторически план управлението на надеждността на електрическите мрежи в Европа се определя от т.н. „N-1” критерий – при повреда на един елемент (например един елемент от преносната система, един важен генериращ елемент или един важен елемент от разпределителната мрежа) останалите в действие елементи трябва да са в състояние да се приспособят към новата оперативна ситуация без да нарушават оперативните граници на сигурност на мрежата. В наши дни увеличаващата се несигурност на производството поради непостоянните енергийни източници, комбинирана с възможностите, предоставени от управление на търсенето на енергия и нейното съхранение, задава нови критерии с по-добър баланс между надеждността и направените разходи.

В рамките на проекта GARPUR ще бъдат изследвани пет алтернативи за подобряване управлението на надеждността на паневропейската енергийна система. Първата от тях е да се моделира пространствено-времевата вариация на възможностите за екзогенни заплахи и да се вземат предвид действителните критичности на прекъсванията в управлението на надеждността. Втората алтернатива е да се вземат предвид увеличените възможности за корективен контрол и вероятността за повреди при управлението на надеждността. Следващата алтернатива е да се използва гъвкавостта, предоставена от управлението на търсенето на енергия и нейното съхранение, за да се постигне увеличение на надеждността при появата на децентрализирано генериране на възобновяема енергия. Друга алтернатива е ясно формулираното моделиране на влиянието на системното разработване и на управленските решения за активите върху управлението на надеждността. Последната, пета алтернатива е за изрично взимане предвид значението на събития с малка вероятност и голямо въздействие, такива като тези, произхождащи от екстремни метереологични условия, например, в резултат на климатични промени или други, произхождащи от неблагоприятното поведение на външни организации.

След практическото им валидиране от операторите на преносната система, тези алтернативи трябва да бъдат анализирани с помощта на Платформа за Количествено Определяне. Използвайки тази платформа, TSO ще извършат пилотни тестове на новопредложените критерии за надеждност. Първо ще бъде извършен тест на паневропейско ниво, използвайки модел на европейското взаимно свързване на енергийни системи. След това трябва да бъдат извършени пилотни тестове от един или два TSO, възможно най-близки до контекста на реалния живот и свързани с оперативното планиране и/или с реалистичен проблем за инвестиционно планиране. Планира се тези тестове да използват реални системни и ценови данни за целите на инвестиционното планиране и реални измервания и данни за целите на оперативното планиране.