15 лекция. Новая парадигма развития энергетики роль Internet of Energy Содержание 2 Новая парадигма энергетики Почему сейчас предпосылки Технологии энергетического перехода
 Скачать 1.53 Mb.
|
|
Новая парадигма развития энергетики – роль Internet of Energy Содержание2 Новая парадигма энергетики Почему сейчас? предпосылки Технологии «энергетического перехода» Эффекты цифровизации От интернета вещей – к интернету энергии Три кита новой энергетики: глобальное видение3 декарбонизация цифровизация децентрализация Два кита новой энергетикицифровизация децентрализация 4 Децентрализация: рост числа генераторов5 Германия:
Источник: Bloomberg New Energy Finance Цифровизация: взрывной рост и радикальное удешевление трех компонентов6 С 2008 г. на 90% снизилась стоимость сбора, хранения и передачи данных:
8,7 11,2 18,2 22,9 28,4 7,1 7,2 7,4 7,4 7,5 5 0 15 10 25 20 30 5,5 6,4 0,1 0,5 1992 2003 2012 2013 2015 2016 2017 Количество подключенных устройств, млрд Население Земли, млрд. Количество подключенных устройств в мире и население Земли, млрд Динамика удельных затрат ключевых новых технологий 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2008 2010 2012 2014 2016 Снижение цены (2008 = 100) Сенсоры Крупные солнечные станции Батареи для электромобилей Умные устройства Интеллектуальные счетчики Технологии «энергетического перехода»7 накопители большие данные Smart Grids электромобили управление спросом энергоменеджмент зданий агрегаторы распределенная генерация блокчейн кибер- безопасность машинное обучение, ИИ Edge processing Smart Data Internet of things виртуальн. эл.станции Существующие технологии Новые технологии АСУ распределенной энергетики (DERM) Источник: Bloomberg New Energy Finance 1й уровень: IoE = Интернет вещей (IoT) в энергетическом секторе (цифровая инфраструктура и сервисы)8 IoE 1-го уровня = цифровизация: выгоды для стейкхолдеров9 Источник: МЭА Цифровые данные и аналитика в существующих системах могут приносить выгоду как владельцам активов энергетического сектора, так и более широкой системе электроснабжения, потребителям и окружающей среде IoE 1-го уровня = цифровизация: количественная оценка потенциала10 Источник: МЭА Цифровизация может сэкономить около 80 млрд долл. США ежегодно до 2040, или около 5% от общих годовых затрат на производство электроэнергии IoE 1-го уровня уже активно внедряется и формирует большой рынок…11 Инвестиции в цифровую электроэнергетическую инфраструктуру и программное обеспечение Источник: МЭА По данным МЭА, инвестиции в инфраструктуру IoE в электроэнергетике в 2014-2016 гг. росли на 20% в год, превысив в 2016 г. мировые инвестиции в газовую генерацию 0 20 60 40 80 2014 2015 2016 Мировые инвестиции в газовую генерацию Инвестиции в энергетическ ий сектор Индии Доходы индустрии видеоигр Млрд. долл. 2016 Программное обеспечение для систем электроснабжения Программное обеспечение для управления энергией в промышленности Устройства для контроля энергии зданий Зарядные устройства для электромобилей Инфраструктура smart grid Интеллектуальные счетчики 12
производителей потоки энергии Источник: МЭА 13 Источник: МЭА
активный потребитель Локальные примеры: Brooklyn microgrid14
распределенной генерации (солнечные панели на домах), строительство микросетей Локальные примеры: Виртуальная электростанция в Adelaide, Австралия15
Принципы IoE 3-го уровняIoE – это совокупность электрических и цифровых каналов коммуникации и протоколов, позволяющих организовать автоматическое взаимодействие между субъектами электроэнергетического рынка (как конечными потребителями любого размера в сетях, так и между самими сетями). Основные требования системы: Способность к самоорганизованному автоматическому принятию оптимальных решений Способность к обеспечению надежности и управляемости при широком внедрении РГ и ВИЭ Недискриминационный доступ к инфраструктуре Высокая степень наблюдаемости и прозрачности Масштабируемость системы, независимо от набора оборудования, участников и географического расположения Ответственность участников за соблюдение принятых стандартов и регламентов 16 3-й уровень: IoE = полностью автоматизированная система управления всеми элементами «старой» и «новой» энергетики (самоорганизующаяся система)Распределенная генерация (включая ВИЭ) Накопители Управление спросом Энерго- эффективность Электромобили Микрогриды и умные сети Умные счетчики и инверторы Агрегаторы, в т.ч. виртуальные электростанции 17 Предиктивная аналитика Просьюмеры Блокчейн и смарт-контракты Умные дома/ здания 3-й уровень: IoE = система автоматизированного управления всеми элементами «старой» и «новой» энергетики (самоорганизующаяся система)Распределенная генерация (включая ВИЭ) Накопители Управление спросом Энерго- эффективность Электромобили Микрогриды и умные сети Умные счетчики и инверторы Агрегаторы, в т.ч. виртуальные электростанции 18 Предиктивная аналитика Просьюмеры Блокчейн и смарт-контракты Умные дома/ здания Примеры IoE 3-го уровня: США19 Проект трансформации энергосистемы США находится в стадии разработки концепции архитектуры, которой занимается GridWise Architecture Council. Источник: Gridwise Architecture Council Выводы и рекомендации20 Децентрализация и цифровизация меняют отрасль - даже без декарбонизацииОптимизация нормативного и рыночного регулирования под нужды идущих измененийМеняться предстоит всемСтимулы VS ответственность участников рынкаДолгосрочная стратегия развития в новой парадигме – или business as usual?качественное изучение темы, формирование собственного виденияЧто же такое Smart Grid?С точки зрения Министерства энергетики США, интеллектуальным сетям (Smart Grid) присущи следующие атрибуты [2]:способность к самовосстановлению после сбоев в подаче электроэнергии;возможность активного участия в работе сети потребителей;устойчивость сети к физическому и кибернетическому вмешательству злоумышленников;обеспечение требуемого качества передаваемой электроэнергии;обеспечение синхронной работы источников генерации и узлов хранения электроэнергии;появление новых высокотехнологичных продуктов и рынков;повышение эффективности работы энергосистемы в целом.Гибкость. Сеть должна подстраиваться под нужды потребителей электроэнергии.Доступность. Сеть должна быть доступна для новых пользователей, причём в качестве новых подключений к глобальной сети могут выступать пользовательские генерирующие источники, в том числе ВЭИ с нулевым или пониженным выбросом CO2.Надёжность. Сеть должна гарантировать защищённость и качество поставки электроэнергии в соответствии с требованиями цифрового века.Экономичность. Наибольшую ценность должны представлять инновационные технологии в построении Smart Grid совместно с эффективным управлением и регулированием функционирования сети.Итак, мы видим концептуальные определения интеллектуальной сети, указывающие на важную роль Smart Grid в дальнейшем технологическом, экономическом и экологическом развитии общества. Помимо решения задач снижения нагрузки на окружающую среду, уменьшения энергетического дефицита за счёт использования возобновляемых источников энергии, повышения качества и надёжности работы энергосистемы в концепциях Smart Grid прослеживается ещё один очень важный аспект: Smart Grid является катализатором экономического подъёма. Реализация положений данной концепции будет подразумевать развитие инновационных технологий, расширение масштабов производства высокоинтеллектуальной продукции, более интенсивное применение электрической энергии в транспортной инфраструктуре (использование автомобилей с электродвигателями), развитие новых рыночных отношений с привлечением в энергетику потребителей в качестве активных игроков рынка (возможность продавать электроэнергию, используя локальные генерирующие источники). Благодаря реализации концепции Smart Grid человечество вступит в новую фазу существования, которая будет характеризоваться гармоничным взаимодействием с окружающей средой, улучшением качества жизни и общим экономическим подъёмом. Выглядит амбициозно, но отнюдь не фантастично. И едва ли это противоречит отечественным взглядам на развитие энергетики и страны в целом.Smart Grid в настоящее время выступает в качестве концепции интеллектуальной активно-адаптивной сети, которую можно описать следующими признаками [4]:насыщенность сети активными элементами, позволяющими изменять топологические параметры сети;большое количество датчиков, измеряющих текущие режимные параметры для оценки состояния сети в различных режимах работы энергосистемы;система сбора и обработки данных (программно-аппаратные комплексы), а также средства управления активными элементами сети и электроустановками потребителей;наличие необходимых исполнительных органов и механизмов, позволяющих в режиме реального времени изменять топологические параметры сети, а также взаимодействовать со смежными энергетическими объектами;средства автоматической оценки текущей ситуации и построения прогнозов работы сети;высокое быстродействие управляющей системы и информационного обмена.На основе указанных признаков можно дать достаточно чёткое определение интеллектуальной сети как совокупности подключённых к генерирующим источникам и электроустановкам потребителей программно-аппаратных средств, а также информационно-аналитических и управляющих систем, обеспечивающих надёжную и качественную передачу электрической энергии от источника к приёмнику в нужное время и в необходимом количестве.На уровне концептуальных отечественных документов можно определить предпосылки к развитию отечественной интеллектуальной энергетики.Согласно “Энергетической стратегии России на период до 2030 года” в качестве приоритетных направлений научно-технического прогресса в электроэнергетике выделяются следующиесоздание высокоинтегрированных интеллектуальных системообразующих и распределительных электрических сетей нового поколения в Единой энергетической системе РК (интеллектуальные сети – Smart Grid);использование низкотемпературных сверхпроводниковых индукционных накопителей электрической энергии для электрических сетей и гарантированного электроснабжения ответственных потребителей;широкое развитие распределенной генерации;развитие силовой электроники и устройств на их основе, прежде всего различного рода сетевых управляемых устройств (гибкие системы передачи переменного тока – FACTS);создание высокоинтегрированного информационно-управляющего комплекса оперативно-диспетчерского управления в режиме реального времени с экспертно-расчётными системами принятия решений;создание высоконадёжных магистральных каналов связи между различными уровнями диспетчерского управления и дублированных цифровых каналов обмена информацией между объектами и центрами управления;создание и широкое внедрение централизованных систем противоаварийного управления, охватывающих все уровни Единой энергетической системы России;создание автоматизированных систем управления спросом на электроэнергию;создание водородных систем аккумулирования энергии и покрытия неравномерностей графика нагрузки. |