Jaringan Energi Cerdas

Permintaan energi global diperkirakan tumbuh sekitar 2,2 persen per tahun. Artinya konsumsi energi global saat ini lebih dari 20 petawatt jam akan meningkat menjadi 2030 petawatt jam pada tahun 33. Pada saat yang sama, penekanan ditempatkan pada penggunaan energi secara lebih efisien daripada sebelumnya.

1. Otomatis dalam jaringan pintar

Proyeksi lain memperkirakan bahwa transportasi akan mengkonsumsi lebih dari 2050 persen permintaan listrik pada tahun 10, sebagian besar karena semakin populernya kendaraan listrik dan hibrida.

Jika pengisian baterai mobil listrik tidak dikelola dengan baik atau tidak bekerja sendiri sama sekali, ada risiko beban puncak karena terlalu banyak baterai yang diisi secara bersamaan. Kebutuhan akan solusi yang memungkinkan kendaraan dapat diisi pada waktu yang optimal (1).

Sistem tenaga klasik abad ke-XNUMX, di mana listrik diproduksi terutama di pembangkit listrik pusat dan dikirim ke konsumen melalui jalur transmisi tegangan tinggi dan jaringan distribusi tegangan menengah dan rendah, tidak sesuai dengan tuntutan era baru.

Dalam beberapa tahun terakhir, kita juga dapat melihat perkembangan pesat dari sistem terdistribusi, produsen energi kecil yang dapat berbagi surplus dengan pasar. Mereka memiliki andil yang signifikan dalam sistem terdistribusi. sumber energi terbarukan.

Daftar istilah jaringan pintar

AMI - kependekan dari Advanced Metering Infrastructure. Berarti infrastruktur perangkat dan perangkat lunak yang berkomunikasi dengan meteran listrik, mengumpulkan data energi, dan menganalisis data ini.

Generasi terdistribusi - produksi energi oleh instalasi atau fasilitas pembangkit kecil yang terhubung langsung ke jaringan distribusi atau terletak di sistem tenaga penerima (di belakang perangkat kontrol dan metering), biasanya menghasilkan listrik dari sumber energi terbarukan atau non-tradisional, seringkali dikombinasikan dengan produksi panas (kogenerasi terdistribusi ). . Jaringan pembangkit terdistribusi dapat mencakup, misalnya, prosumer, koperasi energi, atau pembangkit listrik kota.

meteran pintar – meteran listrik jarak jauh yang memiliki fungsi mengirimkan data pengukuran energi secara otomatis ke pemasok dan dengan demikian menawarkan lebih banyak peluang untuk penggunaan listrik secara sadar.

Sumber daya mikro – Pembangkit listrik kecil, biasanya digunakan untuk konsumsi sendiri. Sumber mikro dapat berupa pembangkit listrik tenaga surya, air atau angin domestik kecil, turbin mikro yang menggunakan gas alam atau biogas, unit dengan mesin yang menggunakan gas alam atau biogas.

Dalil – konsumen energi sadar yang menghasilkan energi untuk kebutuhannya sendiri, misalnya, dalam sumber mikro, dan menjual surplus yang tidak terpakai ke jaringan distribusi.

Tarif dinamis – tarif dengan mempertimbangkan perubahan harga energi harian.

Ruang-waktu yang dapat diamati

Memecahkan masalah ini (2) memerlukan jaringan dengan infrastruktur "berpikir" yang fleksibel yang akan mengarahkan energi tepat ke tempat yang dibutuhkan. Keputusan seperti itu jaringan energi pintar - jaringan listrik pintar.

2. Tantangan yang dihadapi pasar energi

Secara umum, smart grid adalah sistem tenaga yang secara cerdas mengintegrasikan aktivitas semua peserta dalam proses produksi, transmisi, distribusi, dan penggunaan untuk menyediakan listrik secara ekonomis, berkelanjutan, dan aman (3).

Premis utamanya adalah hubungan antara semua peserta di pasar energi. Jaringan menghubungkan pembangkit listrik, besar dan kecil, dan konsumen energi dalam satu struktur. Itu bisa ada dan berfungsi berkat dua elemen: otomatisasi yang dibangun di atas sensor canggih dan sistem TIK.

Sederhananya: jaringan pintar "tahu" di mana dan kapan kebutuhan terbesar akan energi dan pasokan terbesar muncul, dan dapat mengarahkan kelebihan energi ke tempat yang paling dibutuhkan. Akibatnya, jaringan seperti itu dapat meningkatkan efisiensi, keandalan, dan keamanan rantai pasokan energi.

3. Jaringan pintar - skema dasar

4. Tiga bidang jaringan pintar, tujuan dan manfaat yang timbul darinya

Jaringan pintar memungkinkan Anda untuk mengambil pembacaan meter listrik dari jarak jauh, memantau status penerimaan dan jaringan, serta profil penerimaan energi, mengidentifikasi konsumsi energi ilegal, gangguan pada meter dan kehilangan energi, memutuskan / menghubungkan penerima dari jarak jauh, beralih tarif, pengarsipan dan tagihan nilai baca, dan kegiatan lainnya (4).

Sulit untuk menentukan kebutuhan listrik secara akurat, sehingga biasanya sistem harus menggunakan apa yang disebut cadangan panas. Penggunaan pembangkit terdistribusi (lihat Daftar Istilah Smart Grid) dalam kombinasi dengan Smart Grid dapat secara signifikan mengurangi kebutuhan untuk menjaga cadangan besar tetap beroperasi penuh.

Pilar jaringan pintar ada sistem pengukuran yang luas, akuntansi cerdas (5). Ini mencakup sistem telekomunikasi yang mengirimkan data pengukuran ke titik keputusan, serta informasi cerdas, peramalan, dan algoritme pengambilan keputusan.

Instalasi percontohan pertama dari sistem pengukuran "cerdas" sedang dibangun, mencakup kota atau komune individu. Berkat mereka, Anda dapat, antara lain, memasukkan tarif per jam untuk klien individu. Ini berarti bahwa pada waktu-waktu tertentu dalam sehari, harga listrik untuk satu konsumen seperti itu akan lebih rendah, jadi ada baiknya menyalakan, misalnya, mesin cuci.

Menurut beberapa ilmuwan, seperti sekelompok peneliti dari Institut Max Planck Jerman di Göttingen yang dipimpin oleh Mark Timm, jutaan meter pintar di masa depan dapat menciptakan sistem yang sepenuhnya otonom. jaringan yang mengatur diri sendiri, terdesentralisasi seperti Internet, dan aman karena tahan terhadap serangan yang dialami oleh sistem terpusat.

Kekuatan dari pluralitas

Sumber listrik terbarukan Karena kapasitas unit kecil (RES) adalah sumber terdistribusi. Yang terakhir termasuk sumber dengan kapasitas unit kurang dari 50-100 MW, dipasang di dekat konsumen akhir energi.

Namun, dalam praktiknya, nilai batas untuk sumber yang dianggap terdistribusi sangat bervariasi dari satu negara ke negara lain, misalnya, di Swedia adalah 1,5 MW, di Selandia Baru 5 MW, di AS 5 MW, di Inggris 100 MW. .

Dengan sejumlah besar sumber yang tersebar di area kecil sistem tenaga dan berkat peluang yang mereka berikan jaringan pintar, menjadi mungkin dan menguntungkan untuk menggabungkan sumber-sumber ini ke dalam satu sistem yang dikendalikan oleh operator, menciptakan "pembangkit listrik virtual".

Tujuannya adalah untuk memusatkan pembangkit terdistribusi ke dalam satu sistem yang terhubung secara logis, meningkatkan efisiensi teknis dan ekonomi produksi listrik. Pembangkit terdistribusi yang terletak di dekat konsumen energi juga dapat menggunakan sumber daya bahan bakar lokal, termasuk biofuel dan energi terbarukan, dan bahkan limbah kota.

Pembangkit listrik virtual menghubungkan banyak sumber daya lokal yang berbeda di area tertentu (hidro, angin, pembangkit listrik fotovoltaik, turbin siklus gabungan, generator yang digerakkan mesin, dll.) dan penyimpanan energi (tangki air, baterai) yang dikendalikan dari jarak jauh oleh jaringan IT yang luas.

Fungsi penting dalam pembuatan pembangkit listrik virtual harus dimainkan oleh perangkat penyimpanan energi yang memungkinkan Anda untuk menyesuaikan pembangkitan listrik dengan perubahan harian dalam permintaan konsumen. Biasanya reservoir tersebut adalah baterai atau superkapasitor; stasiun penyimpanan yang dipompa dapat memainkan peran yang sama.

Area dengan keseimbangan energi yang membentuk pembangkit listrik virtual dapat dipisahkan dari jaringan listrik menggunakan sakelar modern. Sakelar semacam itu melindungi, melakukan pekerjaan pengukuran, dan menyinkronkan sistem dengan jaringan.

Dunia semakin pintar

W jaringan pintar saat ini diinvestasikan oleh semua perusahaan energi terbesar di dunia. Di Eropa, misalnya, EDF (Prancis), RWE (Jerman), Iberdrola (Spanyol) dan British Gas (Inggris).

6. Jaringan pintar menggabungkan sumber tradisional dan terbarukan

Elemen penting dari sistem jenis ini adalah jaringan distribusi telekomunikasi, yang menyediakan transmisi IP dua arah yang andal antara sistem aplikasi pusat dan meteran listrik pintar yang terletak langsung di ujung sistem tenaga, di konsumen akhir.

Saat ini, jaringan telekomunikasi terbesar di dunia untuk kebutuhan Smart Grid dari operator energi terbesar di negara mereka - seperti LightSquared (USA) atau EnergyAustralia (Australia) - diproduksi menggunakan teknologi nirkabel Wimax.

Selain itu, implementasi sistem AMI (Advanced Metering Infrastructure) pertama dan salah satu terbesar di Polandia, yang merupakan bagian integral dari jaringan pintar Energa Operator SA, melibatkan penggunaan sistem Wimax untuk transmisi data.

Keuntungan penting dari solusi Wimax dalam kaitannya dengan teknologi lain yang digunakan di sektor energi untuk transmisi data, seperti PLC, adalah tidak perlu mematikan seluruh bagian saluran listrik jika terjadi keadaan darurat.

7. Piramida energi di Eropa

Pemerintah Cina telah mengembangkan rencana jangka panjang yang besar untuk berinvestasi dalam sistem air, meningkatkan dan memperluas jaringan transmisi dan infrastruktur di daerah pedesaan, dan jaringan pintar. Perusahaan Jaringan Negara China berencana untuk memperkenalkannya pada tahun 2030.

Federasi Industri Listrik Jepang berencana untuk mengembangkan jaringan pintar bertenaga surya pada tahun 2020 dengan dukungan pemerintah. Saat ini, program negara bagian untuk menguji energi elektronik untuk jaringan pintar sedang dilaksanakan di Jerman.

Sebuah "jaringan super" energi akan dibuat di negara-negara Uni Eropa, di mana energi terbarukan akan didistribusikan, terutama dari ladang angin. Tidak seperti jaringan tradisional, ini tidak akan didasarkan pada arus bolak-balik, tetapi pada arus listrik searah (DC).

Dana Eropa mendanai penelitian terkait proyek dan program pelatihan MEDOW, yang menyatukan universitas dan perwakilan industri energi. MEDOW adalah singkatan dari nama bahasa Inggris "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".

Program pelatihan ini diharapkan berlangsung hingga Maret 2017. Penciptaan jaringan energi terbarukan pada skala kontinental dan koneksi yang efisien ke jaringan yang ada (6) masuk akal karena karakteristik spesifik energi terbarukan, yang dicirikan oleh kelebihan atau kekurangan kapasitas secara berkala.

Program Semenanjung Pintar yang beroperasi di Semenanjung Hel terkenal di industri energi Polandia. Di sinilah Energa telah menerapkan sistem pembacaan jarak jauh percobaan pertama di negara itu dan memiliki infrastruktur teknis yang sesuai untuk proyek tersebut, yang akan ditingkatkan lebih lanjut.

Tempat ini tidak dipilih secara kebetulan. Area ini dicirikan oleh fluktuasi tinggi dalam konsumsi energi (konsumsi tinggi di musim panas, apalagi di musim dingin), yang menciptakan tantangan tambahan bagi para insinyur energi.

Sistem yang diterapkan harus dicirikan tidak hanya oleh keandalan yang tinggi, tetapi juga oleh fleksibilitas dalam layanan pelanggan, memungkinkan mereka untuk mengoptimalkan konsumsi energi, mengubah tarif listrik dan menggunakan sumber energi alternatif yang muncul (panel fotovoltaik, turbin angin kecil, dll.).

Baru-baru ini juga muncul informasi bahwa Polskie Sieci Energetyczne ingin menyimpan energi dalam baterai yang kuat dengan kapasitas minimal 2 MW. Operator berencana untuk membangun fasilitas penyimpanan energi di Polandia yang akan mendukung jaringan listrik dengan memastikan kontinuitas pasokan ketika sumber energi terbarukan (RES) berhenti berfungsi karena kurangnya angin atau setelah gelap. Listrik dari gudang kemudian akan masuk ke jaringan.

Pengujian solusi bisa dimulai dalam dua tahun. Menurut informasi tidak resmi, Jepang dari Hitachi menawarkan PSE untuk menguji wadah baterai yang kuat. Salah satu baterai lithium-ion tersebut mampu memberikan daya 1 MW.

Gudang juga dapat mengurangi kebutuhan untuk memperluas pembangkit listrik konvensional di masa depan. Peternakan angin, yang dicirikan oleh variabilitas tinggi dalam keluaran daya (tergantung pada kondisi meteorologi), memaksa energi tradisional untuk mempertahankan cadangan daya sehingga kincir angin dapat diganti atau ditambah kapan saja dengan keluaran daya yang berkurang.

Operator di seluruh Eropa berinvestasi dalam penyimpanan energi. Baru-baru ini, Inggris meluncurkan instalasi terbesar dari jenis ini di benua kami. Fasilitas di Leighton Buzzard dekat London mampu menyimpan energi hingga 10 MWh dan menghasilkan daya 6 MW.

Di belakangnya adalah S&C Electric, Samsung, serta UK Power Networks dan Younicos. Pada September 2014, perusahaan terakhir membangun penyimpanan energi komersial pertama di Eropa. Diluncurkan di Schwerin, Jerman dan memiliki kapasitas 5 MW.

Dokumen "Smart Grid Projects Outlook 2014" berisi 459 proyek yang dilaksanakan sejak 2002, di mana penggunaan teknologi baru, kemampuan ICT (teleinformation) berkontribusi pada penciptaan "smart grid".

Perlu dicatat bahwa proyek diperhitungkan di mana setidaknya satu Negara Anggota UE berpartisipasi (merupakan mitra) (7). Ini menjadikan jumlah negara yang tercakup dalam laporan menjadi 47.

Sejauh ini, 3,15 miliar euro telah dialokasikan untuk proyek-proyek ini, meskipun 48 persen di antaranya belum selesai. Proyek R&D saat ini menghabiskan 830 juta euro, sedangkan pengujian dan implementasi menelan biaya 2,32 miliar euro.

Di antara mereka, per kapita, Denmark berinvestasi paling banyak. Prancis dan Inggris, di sisi lain, memiliki proyek dengan anggaran tertinggi, rata-rata €5 juta per proyek.

Dibandingkan dengan negara-negara ini, negara-negara Eropa Timur bernasib jauh lebih buruk. Menurut laporan, mereka hanya menghasilkan 1 persen dari total anggaran semua proyek ini. Berdasarkan jumlah proyek yang dilaksanakan, lima besar adalah: Jerman, Denmark, Italia, Spanyol, dan Prancis. Polandia mengambil tempat ke-18 dalam peringkat.

Swiss berada di depan kami, diikuti oleh Irlandia. Di bawah slogan smart grid, solusi yang ambisius dan hampir revolusioner sedang diterapkan di banyak tempat di seluruh dunia. berencana untuk memodernisasi sistem tenaga.

Salah satu contoh terbaik adalah Ontario Smart Infrastructure Project (2030), yang telah disiapkan dalam beberapa tahun terakhir dan memiliki perkiraan durasi hingga 8 tahun.

8. Rencana untuk menyebarkan Smart Grid di provinsi Ontario Kanada.

Virus energi?

Namun, jika jaringan energi menjadi seperti Internet, Anda harus memperhitungkan bahwa ia mungkin menghadapi ancaman yang sama yang kita hadapi di jaringan komputer modern.

9. Robot yang dirancang untuk bekerja di jaringan energi

Laboratorium F-Secure baru-baru ini memperingatkan ancaman kompleks baru terhadap sistem layanan industri, termasuk jaringan listrik. Ini disebut Havex dan menggunakan teknik baru yang sangat canggih untuk menginfeksi komputer.

Havex memiliki dua komponen utama. Yang pertama adalah perangkat lunak Trojan, yang digunakan untuk mengontrol sistem yang diserang dari jarak jauh. Elemen kedua adalah server PHP.

Kuda Trojan dilampirkan oleh penyerang ke perangkat lunak APCS/SCADA yang bertanggung jawab untuk memantau kemajuan proses teknologi dan produksi. Korban mengunduh program semacam itu dari situs khusus, tanpa menyadari ancamannya.

Para korban Havex terutama adalah institusi dan perusahaan Eropa yang terlibat dalam solusi industri. Bagian dari kode Havex menunjukkan bahwa penciptanya, selain ingin mencuri data tentang proses produksi, juga dapat mempengaruhi jalannya.

10. Area jaringan pintar

Penulis malware ini sangat tertarik pada jaringan energi. Mungkin elemen masa depan sistem tenaga pintar robot juga akan.

Baru-baru ini, para peneliti di Michigan Technological University mengembangkan model robot (9) yang mengirimkan energi ke tempat-tempat yang terkena pemadaman listrik, seperti yang disebabkan oleh bencana alam.

Mesin jenis ini, misalnya, dapat memulihkan daya ke infrastruktur telekomunikasi (menara dan stasiun pangkalan) untuk melakukan operasi penyelamatan secara lebih efisien. Robot itu otonom, mereka sendiri yang memilih jalan terbaik ke tujuan mereka.

Mereka mungkin memiliki baterai di papan atau panel surya. Mereka bisa saling memberi makan. Arti dan Fungsinya jaringan pintar jauh melampaui energi (10).

Infrastruktur yang dibuat dengan cara ini dapat digunakan untuk menciptakan kehidupan cerdas seluler baru di masa depan, berdasarkan teknologi mutakhir. Sejauh ini, kita hanya bisa membayangkan keuntungan (tetapi juga kerugian) dari jenis solusi ini.