Rete elettrica smart grid che vende acquisto di energia. Reti elettriche intelligenti Le Smart Grid in Russia: casi, prospettive, difficoltà

Problemi e soluzioni

• Il funzionamento delle fonti energetiche rinnovabili (eolica e solare) è guidato piuttosto dalle condizioni meteorologiche e condizioni climatiche piuttosto che alle esigenze degli utenti, il che rende ancora più complessa la gestione e la distribuzione dell’energia elettrica. Di conseguenza, viene compromessa la stabilità delle reti in termini di tensione e frequenza.
• Problemi si presentano anche per le centrali termoelettriche, che devono funzionare al massimo a pieno carico. Tuttavia, dati i cambiamenti nella domanda e nella produzione di energia solare ed eolica, gli impianti devono adeguare la loro produzione di energia abbastanza frequentemente. Ciò porta alla perdita di prestazioni e all'usura.
• Lo stoccaggio dell’elettricità può risolvere entrambi i problemi.
• Tra le varie tecnologie disponibili per immagazzinare energia elettrica, la batteria (galvanica) è diventata quella più utilizzata.
• Tuttavia, la batteria è una fonte di corrente continua, quindi è necessario un convertitore per collegarla alla rete.
• Ansaldo Sistemi Industriali produce le apparecchiature di potenza e i relativi sistemi di controllo necessari per regolare le batterie di accumulo elettrico e garantire che i parametri corrispondano alla rete nazionale.

Lo stoccaggio dell'energia elettrica fa parte di un progetto ASI chiamato Zeus

ZEUS: Reti Intelligenti Locali

Le reti intelligenti locali (Micro Smart Grid) sono un sistema elettrico di generatori e carichi collegati. Una rete intelligente potrebbe non esserlo grande rete,servendo determinato territorio e non connesso ad altre reti (es. isola).
La rete locale è controllata da un'infrastruttura intelligente (es. Energy Management System), che gestisce i flussi energetici.

Il Power Management System (PMS) o Sistema di Gestione dell'Elettricità regola la produzione e il consumo di energia elettrica in tempo reale.

Una rete elettrica intelligente (Smart Grid) è divisa in cluster, solitamente secondo principio territoriale Ogni cluster può funzionare offline se la rete esterna non è disponibile.

Reti intelligenti locali

Soluzioni per lo stoccaggio dell'energia

Principali caratteristiche della batteria

Un sistema di accumulo di energia elettrica può prelevare energia dalla rete quando vi è un eccesso di produzione e, viceversa, fornire energia elettrica in proporzione
ha bisogno in caso di carenza. Il limite di tempo di carica/scarica può durare secondi, minuti o ore. Pertanto il sistema può funzionare in diversi modi:

• Rimozione del picco di carico/manipolazione temporanea: Il sistema può immagazzinare energia quando il carico della rete è basso e rilasciare elettricità durante i picchi di carico. Applicazioni tipiche: energia solare, impianti eolici per aumentare la produttività.
• Bilanciamento: compensazione della produzione casuale di energia dal sole/vento ogni secondo/ogni minuto. Qualità della potenza: il sistema può controllare la potenza reattiva indipendentemente dalla potenza attiva. Ciò aumenta il fattore di potenza lineare o riduce le armoniche indesiderate nella rete.
• Regolazione del voltaggio: Il dispositivo di controllo della potenza reattiva può essere utilizzato dal gestore della rete per garantire la stabilità della tensione di rete.
• Regolazione della frequenza, riserve primarie e secondarie: Una funzione di controllo dedicata collega automaticamente la potenza attiva alla frequenza di linea. L'operatore di rete può utilizzare questa funzione per garantire che l'apparecchiatura funzioni in modalità "standby" per la regolazione della frequenza.
• Partenza a freddo: Il sistema può fornire emergenza anche a partire da uno stato di blackout. La batteria, tramite un inverter, alimenta la rete dopo un'interruzione di corrente e consente così il normale funzionamento della rete.
• “Riserva” primaria per le centrali elettriche tradizionali: l'apparecchiatura lavora in parallelo al generatore di calore principale, garantendone il pieno carico, poiché la “riserva” necessaria può essere fornita dalla batteria entro un minuto.

Soluzioni per batterie

La batteria è collegata alla rete tramite inverter con filtro attivo; Questa soluzione viene utilizzata negli impianti solari ed eolici. La carica/scarica di un gruppo di batterie è controllata da un convertitore DC/DC.

Il sistema è basato su Soluzione PMS, proprietà Ansaldo Sistemi Industriali:

Convertitore CC/CC

La carica/scarica di un gruppo di batterie è controllata da convertitori DC/DC separati, ciascuno dei quali funziona su un gruppo di batterie in
secondo il diagramma tensione-corrente (V/I) fornito dal produttore della batteria. Ogni gruppo di batterie dispone di un BMS (Battery Management System)
batteria). Il BMS è collegato al sistema Scada Artics Smat Energy dell'azienda. Le curve della batteria standard sono mostrate di seguito:

Il sistema può interagire con vari tipi di batterie: agli ioni di litio, al sodio e altre. L'utilizzo di un controller cc/cc separato per ciascun gruppo di batterie consente un migliore controllo in linea del sistema e una maggiore efficienza.
Ciascun gruppo di batterie può essere caricato e scaricato utilizzando una logica di controllo separata per ottimizzare le prestazioni della batteria. Differenza di lavoro tra vari tipi le batterie a causa di inevitabili deviazioni possono essere compensate. Ciascun convertitore cc/cc è collegato al bus CC con filtro attivo interno del convertitore. Il circuito CC interno standard funziona nell'intervallo di tensione compreso tra 0,6 e 1 kV, a seconda delle dimensioni e della potenza del sistema di accumulo. La soluzione Ansaldo Sistemi Industriali prevede la ridondanza in un gruppo batterie (ad esempio ciascun gruppo funzionerà indipendentemente dal funzionamento degli altri gruppi batterie).

Inverter con filtro attivo

	Interfaccia di rete fornito da collegamento dell'inverter con filtro attivo con sistema separato controllalo consente separatamente regolare attivo e reattivo energia. Speciale il filtro di linea viene pulito alta frequenza armoniche, no lasciandoli entrare nella rete.
	Voltaggio filtrato inverter per rimozione armonica. Coefficiente completo armonico distorsioni - dentro valori accettabili (ad esempio non più del 2%).

Monitoraggio della potenza attiva e reattiva

Funzioni separate per il monitoraggio attivo e reattivo
energia

UN): Questa funzione cravatte potenza attiva alla frequenza di rete B): Fattore di potenza come funzione di potenza attiva. C): Potenza reattiva come funzione tensione di rete.

Capacità di continuità
alimentazione durante i guasti (esempio)

Controllo della frequenza primaria e secondaria. Regolazione della potenza reattiva per stabilizzare la tensione nella rete. Funzionamento automatico in parallelo in reti deboli alimentate da piccoli gruppi diesel-elettrici.

Inverter con filtro attivo per reti deboli

Funzionalità del sistema in caso di cortocircuito in modo che i dispositivi di distribuzione protettiva abbiano il tempo di accendersi.

INVERTER MODULARE: mopotenza 20 - 1000 kW

INVERTER IN CONTAINER: Stazioni da 500-750-1000-1500 kW

Soluzione di accumulo elettrico

Sistema batteria offline

Batterie inserite collegamento parallelo su un bus CC. Centrale solare

COMUNICAZIONE: inverter - stazione - rete esterna

Generatore di alberi

Un generatore ad albero è uno speciale generatore sincrono azionato dall'albero principale centrale elettrica; ruota a velocità costante. Il collegamento tra il generatore e la rete è assicurato da un inverter con filtro attivo. Il sistema viene utilizzato durante la navigazione in modalità risparmio carburante.

Anche l'alimentazione elettrica della nave è fornita da un generatore diesel-elettrico.
La rete è caratterizzata da una bassa potenza installata e può essere considerata come La rete locale regolato dal Power Management System (PMS). Il generatore ad albero deve fornire alimentazione alla rete in modalità autonoma o in parallelo con altri gruppi diesel. È necessario fornire i seguenti parametri:

L'inverter è in grado di fornire una regolazione primaria in termini di frequenza e tensione. È anche possibile fornire una regolazione secondaria utilizzando punti definiti dal PMS.

GENERAZIONE MISTA: GENERATORE DIESEL E SOLARE

CENTRALE ELETTRICA PER AREE REMOTE

Nelle regioni remote, le reti possono essere isolate dalle linee elettriche principali. Tali reti, di norma, funzionano in modalità “isola” autonoma e sono alimentate da generatori vari tipi, incluso dal diesel-elettrico. Lo sviluppo delle fonti energetiche rinnovabili contribuisce allo sviluppo di sistemi in grado di funzionare con combustibili tradizionali o rispettosi dell'ambiente.

I nuovi driver stanno diventando alti efficienza e risparmio energetico. Esempio: progetto di stazione di pompaggio remota stazioni dove generatori diesel lavorare in parallelo con quelli solari. Il sistema include una stazione per generare energia utilizzando unità diesel. Parallelo viene utilizzata la generazione solare pannelli. L'impianto solare produce energia elettrica e la immette in rete utilizzando un inverter con attivo filtro. Questa soluzione ti permette di risparmiare energia e ridurre le emissioni anidride carbonica, perché durante il giorno viene data la priorità di distribuzione energia ottenuta da fonti rinnovabili fonti di energia.

GENERAZIONE MISTA: GENERATORE DIESEL E CENTRALE ELETTRICHE MAREMORE

GENERATORI IDRAULICI (PICCOLE HPP)

ENERGIA SOLARE E IMMAGAZZINAMENTO

Impianti solari, range di potenza 1 - 10 MWh

STOCCAGGIO DI ELETTRICITÀ PER LINEE DI TRASMISSIONE E DISTRIBUZIONE

Stoccaggi di energia elettrica che vanno da pochi MW a decine di MW. Tipo di batteria: sodio-nichel e ioni di litio.
Funzionalità:

• Controllo della frequenza primaria e secondaria
• Potenza reattiva: modalità capacitiva/induttiva
• Possibilità di spostamento orario
• Limitazione del carico di punta

CONCLUSIONI

L'ASI può fornire il necessario dotazioni tecnologiche, integrarlo nel sistema, gestire gran parte della catena energetica.
La vasta esperienza di ASI nelle energie alternative e nelle soluzioni energetiche sostenibili garantisce:

• Sviluppo e implementazione di soluzioni flessibili ed efficaci soluzioni tecnologiche.
• Ritorno rapido sull'investimento.
• Un approccio complesso.
• Facile integrazione con soluzioni di automazione degli edifici e di monitoraggio wireless.

Lo stato delle reti energetiche in Russia si sta avvicinando a un livello critico di deterioramento. Margine di prestazioni e durata sistemi energetici quasi esaurito. Oggi circa il 60-70% delle immobilizzazioni del complesso della rete elettrica sono scadute da tempo. Nel contesto di un forte aumento del consumo energetico, i centri di dispacciamento non sempre riescono a far fronte alle situazioni emergenti, il che porta a conseguenze e perdite corrispondenti per le aziende energetiche. Necessità di nuovo soluzioni moderne Tali situazioni non sono solo una questione di minimizzazione delle perdite, ma sono una condizione per lo sviluppo dell’industria energetica nel suo insieme.

I carichi moderni sul sistema di alimentazione richiedono un'analisi dello stato rapida e accurata sistema di lavoro per localizzare i problemi o prevenirli prevedendo i carichi sui singoli segmenti del sistema. A questo proposito, le reti energetiche devono essere sempre più integrate da nuove soluzioni digitali intelligenti in grado di supportare il compito di raccogliere e analizzare grandi quantità di dati.

In un numero paesi europei Il processo di modernizzazione del settore dell’energia elettrica verso la creazione di reti di alimentazione “intelligenti”, denominate Smart Grid, va avanti in modo sistematico e coerente da molto tempo. La gestione "intelligente" della rete elettrica fornisce automazione, monitoraggio e controllo della trasmissione bidirezionale dell'energia in tutte le fasi, dalla centrale elettrica alla presa domestica. Per le dimensioni della Russia, implementare rapidamente e passare completamente all’utilizzo di soluzioni Smart Grid non è così semplice. Tuttavia, i progetti per integrare le tecnologie “intelligenti” nell’energia industriale non sono più qualcosa di cui parlare del futuro.

Cosa abbiamo?

Le prime reti di distribuzione “intelligenti” sono apparse a Mosca, San Pietroburgo e Kazan, e poco dopo a Irkutsk. Uno di questi progetti è una zona pilota, implementata congiuntamente con "Lenenergo". Comprende una sezione della rete a 6 kV nella parte storica di San Pietroburgo. L'obiettivo del progetto è confermare la funzionalità delle soluzioni e delle tecnologie proposte e dimostrare la possibilità di integrazione nella rete Smart Grid utilizzando un esempio reale.

Merita attenzione anche il progetto in Siberia, dove vengono implementate le tecnologie Smart Grid "Società della rete elettrica di Irkutsk". Schneider Electric ha fornito una gamma di servizi per la realizzazione di una rete “intelligente”, compresa la progettazione, la fornitura e l'installazione di apparecchiature, l'installazione di software e la successiva manutenzione delle apparecchiature. Inoltre, i dipendenti sono stati formati sulle nozioni di base per lavorare con la nuova tecnologia.

Il prossimo progetto di successo è un caso JSC "Società della rete elettrica baschirica" a Ufa. SU questo momento Un progetto pilota è stato completato e sono in corso i lavori per replicarlo in tutta la città. Nell'ambito del progetto pilota, le apparecchiature obsolete sono state sostituite con nuove apparecchiature con funzioni di osservabilità e controllabilità, nonché un elevato livello di sicurezza e affidabilità. Sono stati installati anche dispositivi di misurazione dell'elettricità commerciale ed è stato organizzato un centro di controllo della rete per l'intera città. In seguito all'attuazione del progetto, il livello effettivo delle perdite di elettricità è diminuito dal 19% all'1%.

Secondo Dmitrij Sharovatov, direttore generale JSC "Bashkir Electric Grid Company": "Senza nuovi approcci alla costruzione di processi e organizzazione aziendali processi di produzione Il futuro di qualsiasi settore, compresa l’energia, è impossibile”.

Naturalmente, l’implementazione del concetto di Smart Grid in Russia è un processo lungo e articolato in più fasi. Allo stesso tempo, l’uso di piattaforme “intelligenti” per la gestione dei grandi dati sui consumi energetici offre tutta una serie di vantaggi.

Una delle funzionalità più importanti dei sistemi intelligenti è la capacità di ridurre i costi operativi. Le sottostazioni di nuova generazione riducono i costi operativi combinando più sistemi di controllo e monitoraggio in un'unica rete. Allo stesso tempo vi è una riduzione delle spese in conto capitale. Una conseguenza altrettanto importante dell’implementazione delle reti intelligenti è il miglioramento della protezione del sistema energetico, poiché le informazioni provenienti da tutte le stazioni e sottostazioni possono essere controllate da un’unica applicazione.

In generale, il progetto Smart Grid ha un orizzonte di ritorno sull'investimento a medio e lungo termine. Per rendere la rete efficiente in termini di costi e intelligente, è necessaria tutta una serie di attività. Sulla base dell’esperienza dei paesi europei, ci vuole in media un anno e mezzo perché il sistema cominci a giustificare gli investimenti.

Oggi la maggior parte delle tecnologie innovative nel settore dell'energia elettrica è stata sviluppata all'estero. Pertanto, la maggior parte dei sistemi intelligenti di monitoraggio e controllo non possono essere utilizzati appieno nelle reti russe, poiché esistono numerose differenze tecnologiche tra l’infrastruttura elettrica della Russia e quella dei paesi occidentali. A questo proposito, gli sviluppi nazionali nel campo dell'Internet delle cose, delle microreti intelligenti, dei sistemi di analisi e controllo dei sistemi energetici hanno tutte le possibilità di prendere piede in un enorme mercato che sta appena iniziando a svilupparsi.

Le soluzioni energetiche intelligenti che il mercato attende sono, innanzitutto, quelle che mireranno a risolvere i principali problemi del settore: miglioramento della qualità e dell'affidabilità della fornitura energetica, aumento dell'efficienza operativa, miglioramento qualitativo condizione tecnica infrastrutture della rete energetica, aumentando l’efficienza energetica.

Sarà possibile discutere le prospettive per lo sviluppo di soluzioni intelligenti nel campo dell'energia, nonché conoscere soluzioni intelligenti già pronte per il mercato energetico russo allo Smart Energy Summit 2018 che si terrà a Mosca il 27-28 marzo.

Un elenco completo dei partecipanti e i dettagli del programma sono disponibili dopo aver compilato questo modulo.

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Per circa 15 anni nel settore energetico globale e circa 8 anni in quello domestico, si è discusso dell’implementazione e dello sviluppo dei concetti di “Smart Grid” e “Digital Substation”. La partecipazione a numerosi forum e discussioni dedicate a questo argomento, i contatti personali con specialisti nel complesso della rete elettrica, la mia esperienza nello sviluppo e nell'implementazione di apparecchiature elettriche di potenza mi rendono diffidente nei confronti di questo argomento di moda. Ho la sensazione che tutto ciò che viene fatto in questo settore assomigli ormai ad una setta.

Esistono diverse tesi, il cui dubbio è “tabù” ed escluso dalla discussione pubblica:

1. Smart Grid è un approccio fondamentalmente nuovo alla costruzione del settore dell’energia elettrica in generale e del complesso della rete elettrica in particolare.
2. Smart Grid è una politica mirata dei principali attori del mercato energetico volta ad aumentare l'efficienza nell'uso delle risorse.
3. Le tecnologie “Smart Grid” e “Digital Substation” porteranno ad una notevole riduzione dei costi di costruzione e gestione degli impianti della rete elettrica.
4. L’introduzione delle “reti intelligenti” e delle “sottostazioni digitali” consentirà un forte aumento dell’efficienza nell’uso delle fonti energetiche rinnovabili e migliorerà l’ambiente.
5. Le tecnologie “Smart Grid” e “Digital Substation” sono l’energia di domani, che viene creata oggi.

Questo è tutt'altro lista completa argomenti, ma per gli scopi di questo articolo ci limiteremo ad essi.

Quindi punto per punto:

1. Cosa c’è di così fondamentalmente nuovo nella costruzione dell’industria dell’energia elettrica che offrono gli apologeti delle “reti intelligenti”? Sovrapposizione di un altro sistema al sistema esistente di produzione, trasmissione e consumo di elettricità: informazione. Questo principio è stato descritto nella nostra infanzia con la seguente battuta: cosa succede se incroci un serpente con un riccio? Già, un metro e mezzo di filo spinato. La novità fondamentale del sistema implica l'emergere di NUOVE qualità e funzioni precedentemente assenti. In questo senso, tecnologie moderne La “rete intelligente” e la “sottostazione digitale” cambiano semplicemente l’esecutore in una serie di operazioni tecnologiche. Invece di una zia con un taccuino, le letture dei contatori vengono effettuate da un sistema di comunicazione elettronica, invece di un relè elettromagnetico, viene utilizzato un relè microelettronico, ecc. L'introduzione di nuovi sistemi e tecnologie non è rivoluzionaria: è di normale natura evolutiva. E, dal punto di vista della teoria dello sviluppo sistemi tecnici, ci troviamo ora di fronte alla “fase finale dello sviluppo”, caratterizzata da un gran numero di piccoli miglioramenti al sistema esistente. Ciò non è dovuto allo sviluppo in quanto tale, ma al fatto che nel corso dei decenni un gran numero di varie imprese e strutture che devono giustificare la loro esistenza. Cioè, nella fase iniziale di sviluppo del complesso della rete elettrica, hanno lavorato per il suo sviluppo, e ora per il proprio.
2. A mio avviso, gli unici attori veramente interessati a promuovere le tecnologie della “rete intelligente” e delle “sottostazioni digitali” sono i produttori di apparecchiature elettriche (e, più specificamente, i produttori di dispositivi digitali e mezzi di comunicazione). La maggior parte delle dichiarazioni sull'elevata efficienza e altre meravigliose proprietà di questi prodotti sono di natura puramente di marketing e non sono supportate da alcuna seria ricerca quantitativa. Probabilmente esistono e sono semplicemente abilmente nascosti alla mia vista. Le ragioni dei produttori sono chiare e nobili: creano nuovi prodotti e cercano di creare mercati per la loro vendita sostenibile. Non capisco che rapporto abbiano queste ragioni con le dichiarazioni sulla creazione di nuova energia.
3. Uno degli argomenti dei produttori di apparecchiature a favore delle “sottostazioni digitali” e della “rete intelligente” è l'affermazione che l'uso di nuove tecnologie porterà ad una riduzione dei costi di costruzione di nuovi impianti di rete elettrica. Non ho visto alcuna conferma reale di questa tesi da nessuna parte. Ma quello che ho riscontrato è una certa astuzia quando, per dimostrare l'economicità dei costi delle apparecchiature digitali, molte persone le tolgono dalle fasce di calcolo dei costi sistemi aggiuntivi. Ad esempio: quando si costruiscono sottostazioni digitali è possibile risparmiare notevolmente sul costo dei cavi di controllo. Allo stesso tempo, i costi per l'organizzazione di un sistema di alimentazione operativa garantita, i costi per l'organizzazione e la garanzia del funzionamento del bus di processo stesso, i costi per la formazione del personale e il supporto software vengono eliminati dall'equazione. Dopotutto, non è un segreto che i dispositivi elettronici, non importa quanto velocemente si sviluppino, diventino obsoleti altrettanto rapidamente. E sono interrotti. E perdono il sostegno dei produttori. Nessun produttore onesto di elettronica dichiara, senza riserve, che il ciclo di vita dei propri prodotti è di almeno 20 anni, per non parlare di 30-40 anni. E questo è quanto durano solitamente le apparecchiature elettriche. Ciò porta ad una riduzione complessiva dei tempi tra le ricostruzioni. Il che è positivo per i produttori, ma difficilmente porta a una riduzione del costo di possesso di un oggetto. E in generale, dove hai visto un produttore che dice: "Ho realizzato un dispositivo così meraviglioso che costa meno, ma devi acquistarlo meno spesso"?!!
4. Anche il drammatico aumento di efficienza previsto non ispira fiducia. Ed ecco perché. I moderni sistemi digitali consentono di raccogliere un’enorme quantità di informazioni. Ciò che viene presentato come un bene incondizionato. Ma questo non è un dato di fatto. La quantità di informazioni non è molto correlata alla controllabilità. Il fatto che ora disponiamo di terabyte di dati su vari aspetti economici e attività sociali, non rende la nostra società più ragionevole e gestibile. È lo stesso con le reti. Prima creiamo un sistema di raccolta dati, poi un sistema di archiviazione dei dati. E poi un sistema per ordinare e filtrare i dati. Perché in realtà abbiamo bisogno dell'1% di ciò che riceviamo. Inoltre, c'è una differenza molto evidente nella mentalità tra gli sviluppatori sistemi meccanici e sviluppatori di elettronica e software. Questa differenza è illustrata in modo molto preciso da una delle leggi di Murphy: “Se i costruttori costruissero le case nello stesso modo in cui i programmatori scrivono programmi, allora il primo picchio che volasse dentro distruggerebbe la civiltà” (Seconda Legge di Weinberg). È uno scherzo, sì. Ma c'è un granello di verità molto grande in esso. E stiamo parlando di reti elettriche che devono funzionare per decenni senza guasti di sistema o blackout continui. In qualsiasi area geografica e zone climatiche. Inoltre vorrei toccare un altro aspetto. La tendenza emersa più di 15 anni fa è stata quella di escludere l’uomo dalla gestione operativa del sistema. Questo sogno visionario degli scrittori di fantascienza non è ancora realizzabile, ma ha già influito sulle qualifiche del personale e sui principi della formazione. In senso figurato, stiamo lottando per la situazione descritta nella vecchia battuta sovietica sulla fuga di Belka e Strelka: “Chukchi, hai dato da mangiare ai cani? Guarda, non toccare i dispositivi!" Dimentichiamoci dell’effetto ambientale per motivi di chiarezza. Oppure dobbiamo cambiare la civiltà. La nostra civiltà ha sempre scelto tra ecologia e comodità: comodità.
5. Ma cosa sono le tecnologie Smart Grid? Lasciano più domande che risposte. Non sono formalizzati e sono spesso multidirezionali. Sono più spesso usati come una sorta di password. Solo cinque anni fa, le parole d’ordine erano “nanotecnologia” e “innovazione”. Pochi tra coloro che usarono queste parole sapevano davvero cosa significassero. Nella migliore delle ipotesi, ha adattato le sue soluzioni alla definizione di Wikipedia, preoccupandosi solo del rispetto formale. Naturalmente, i nostri cavi sono nanotecnologici: sono fatti di atomi (se guardi da vicino). La maggior parte delle discussioni sul tema “rete intelligente” si riducono a destreggiarsi tra i significati. E, per questo motivo, non ha senso. È questo il futuro del nostro settore energetico? Inoltre, questo concetto è nato in Occidente e viene introdotto nel nostro sistema “così com’è”, senza riflessione creativa e critica. Non sono un “westernphobe”, anche se adesso va di moda. Ma il rifiuto sconsiderato dell’esperienza domestica, quasi secolare… è sorprendente.

Riassumendo quanto sopra, vorrei offrire la mia visione del tema “rete intelligente” e “sottostazione digitale”

1. Questi termini sono un trucco di marketing per designare una classe di prodotti e tecnologie per modernizzare il complesso della rete elettrica utilizzando moderne soluzioni IT.
2. Il complesso della rete elettrica, sia nel nostro Paese che nella maggior parte degli altri Paesi, si sta avvicinando alla fine del suo ciclo di vita ed è sull’orlo di un rinnovamento globale. Poiché oggi non sono stati proposti metodi fondamentalmente nuovi di produzione e trasmissione dell'elettricità, il nuovo ciclo di sviluppo dell'energia globale non ha l'opportunità di fare un salto di qualità fondamentale nel processo di rinnovamento. L’avvio di discussioni e sviluppi nel campo della “rete intelligente” e della “sottostazione digitale” è stato un tentativo di creare artificialmente questo fondamentale salto di qualità. Il successo di questo tentativo è discutibile. Ma l’idea è bella: buttiamoci dentro l’idea e lasciamo che siano le persone a capire cosa farne.
3. Come dovrebbe essere, intorno all'idea di base, non molto stupida, si sono sviluppate molte speculazioni e vere e proprie sciocchezze. Ma questo per effetto– questa è una cosa del tutto prevista e normale. Le nuove tecnologie non sono mai nate in tutta la loro completezza ed elaborazione in una volta. L'unica cosa che mi piacerebbe vedere da parte di coloro che prendono decisioni nel nostro settore energetico è una posizione equilibrata e attiva. Non sono solo i produttori di apparecchiature a dover capire come si svilupperà la rete elettrica in un orizzonte di pianificazione di 50 anni. Questo è il compito dei sistemi energetici: formulare un concetto generale e garantire una domanda effettiva di prodotti.
4. L’idea di “rete intelligente” e “sottostazione digitale” manca di un’ideologia chiara e attraente. L’idea di “farlo un po’ meglio di quello che è” non può ispirare imprese e scoperte creative.
5. E la cosa più paradossale: questo va fatto!
   C'è speranza che il moto browniano cumulativo acquisisca finalmente un vettore significativo di sviluppo e saremo in grado di fare questo salto di qualità. Ed è molto più interessante lavorare per questa fragile prospettiva che provare a riprodurre le tecnologie del secolo scorso.

L'accademico V.E. Fortov è accademico-segretario del Dipartimento di energia, ingegneria meccanica, meccanica e processi di controllo dell'Accademia russa delle scienze, direttore dell'Istituto congiunto alte temperature RAS. Le sue ricerche scientifiche sono riconosciute di fondamentale importanza per lo sviluppo dell'energia pulsata e industriale, della fisica spaziale, della fusione termonucleare controllata e della tecnologia missilistica. Ha ricoperto incarichi elevati: vicepresidente dell'Accademia russa delle scienze; vice Presidente del governo della Federazione Russa, Presidente Comitato di Stato Federazione Russa sulla politica scientifica e tecnica; Ministro della Scienza e della Tecnologia della Federazione Russa. Ha ricevuto importanti riconoscimenti, sia dal nostro paese che da paesi stranieri.

Vladimir Evgenievich, a giugno, nell'ambito del IV Forum economico internazionale di San Pietroburgo, si è tenuta la tavola rotonda “Smart Grids - Smart Energy - Smart Economy”, da lei moderata. Ci può spiegare cosa si intende con il termine “reti intelligenti”?

- "Reti intelligenti", o "Smart Grid", è una direzione su larga scala nell'energia moderna. Questo termine è apparso relativamente di recente: l'energia cessa di essere solo un mezzo per una vita confortevole, ma diventa un mezzo per sviluppare tutte le aree dell'attività umana. Il significato di “Smart Grid” è rendere “intelligente” la generazione, trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica, saturare le reti elettriche con moderni strumenti diagnostici, sistemi di controllo elettronico, algoritmi, dispositivi tecnici come i limitatori di corrente di cortocircuito delle linee superconduttrici e molti, molti altri apparsi oggi nella scienza e nella tecnologia. In parole povere, questa è una combinazione delle capacità della tecnologia dell'informazione, già familiari a noi da Internet, con l'ingegneria elettrica.

Questo ti dà una vittoria?

Ciò fornisce una riduzione multipla, più volte, delle perdite durante la trasmissione di energia elettrica dal generatore al consumatore, un aumento multiplo dell'affidabilità della fornitura di energia, consente di ridistribuire in modo ottimale i flussi di energia e quindi ridurre i carichi di punta (e tutti gli impianti elettrici sono progettati specificatamente per i carichi di punta). Ciò offre finalmente al consumatore l'opportunità di partecipare al mercato dell'elettricità.

Dopotutto, se prima il consumatore prendesse energia elettrica da un venditore, allora ora è in condizioni di mercato: può scegliere tra le società di generazione. Questo, tra l'altro, era lo scopo delle riforme nel settore energetico: creare un ambiente competitivo. Ma affinché tu, come consumatore, possa analizzare dove è più conveniente acquistare e ottenere energia, devi sapere esattamente dove e a quali prezzi viene venduta, dove oggi ce n’è in eccesso e dove c’è una carenza.

Un’altra esigenza di una Smart Grid riguarda le cosiddette fonti di energia rinnovabile. Sia qui che in Europa si parla molto della necessità di abbandonare l’energia basata sul carbonio associata alla combustione combustibile organico e passare all’energia alternativa: solare, eolica, idrogeno e così via. In particolare, ciò è dovuto anche allo sviluppo del trasporto elettrico, dove è necessario disporre di fonti di energia e di ricarica disperse. Ma per connettere le fonti di energia rinnovabile a una grande rete e renderle gli stessi oggetti di mercato delle altre fonti, abbiamo bisogno di queste reti intelligenti - "Smart Grid".

Ce n'è dell'altro? vecchio problema, associato ai consumatori di energia elettrica.

Ad esempio, colleghiamo la rete elettrica a una casa dove, diciamo, ci sono duecento appartamenti, di cui venti appartamenti non pagano l'elettricità, mentre il resto la paga regolarmente. Per forzare questi venti - dopotutto, in un negozio senza soldi non riceverai merci, e l'elettricità è lo stesso prodotto - devi spegnerli, ma spegnere quelli “non paganti”, senza disturbare i vicini. Oggi, ahimè, questa possibilità non esiste; se si spengono, allora tutta la casa.

In breve, dobbiamo saturare l'intero sistema, dalla generazione al consumatore, alla presa in un appartamento o in un'impresa, con l'elettronica intelligente che fornirà informazioni precise: quanta elettricità può essere fornita oggi, a quale prezzo. E tu, attraverso la società di gestione o te stesso, se sei in grado di farlo, scegli il produttore ottimale e domani - non questo, ma un altro. È quindi necessario combinare gli strumenti diagnostici, da un lato, con i moderni strumenti gestionali, dall’altro, e con gli strumenti decisionali, dall’altro. Questo è un compito molto difficile se parliamo dell'ultima fase della trasmissione dell'elettricità: al consumatore.

Cioè parliamo del livello del cittadino-consumatore e dello sbocco nel suo appartamento?

NO, problemi seri emergono anche in fasi molto precedenti. Diciamo, se, ad esempio, si verifica una corrente di cortocircuito in reti ad alta tensione da 220 kilovolt e oltre, è necessario spegnere rapidamente questa rete, ridistribuire il carico in tempo reale e quindi respingere l'incidente. E per questo abbiamo bisogno di nuovi metodi moderni per limitare le grandi correnti: decine di kiloampere. A proposito, ci siamo

L'Istituto delle alte temperature dell'Accademia russa delle scienze ha sviluppato interruttori automatici esplosivi che interrompono le correnti di kiloampere in pochi microsecondi.

O un altro problema simile: diciamo che un fulmine colpisce una linea elettrica, e molto grandi perdite- sovratensioni, cortocircuiti, falsi allarmi, ecc. Il nostro istituto ha sviluppato un generatore magnetico esplosivo che simula un fulmine su una linea elettrica: utilizza l'energia di un esplosivo (e la capacità specifica degli esplosivi chimici è un milione di volte superiore a quella dei condensatori) e la converte in un impulso corrente elettrica- si verifica una scarica, molto simile a un fulmine. Il nostro sviluppo ci consente di realizzare apparecchiature che possono essere posizionate su un'auto, per poi viaggiare su linee elettriche reali, sottostazioni e controllare la messa a terra, sistemi di limitazione della corrente e altre apparecchiature elettriche.

Il terzo problema: quando si lavora su una linea ad alta tensione e si vuole misurare corrente e tensione, è necessario assicurarsi che l'alta tensione non entri nel contatore. In precedenza, ciò veniva fatto utilizzando trasformatori, ma i trasformatori sono di grandi dimensioni e anche i loro isolanti sono piuttosto grandi, lunghi due metri. Si scopre che è possibile utilizzare una linea in fibra ottica - del tipo utilizzato nelle comunicazioni telefoniche e informatiche - e vedere il cambiamento nel piano di polarizzazione della rotazione di Faraday e da questo cambiamento nel piano di polarizzazione su un dispositivo molto piccolo determinare cosa la corrente scorre lì

Il significato di “Smart Grid” si estende alla scala delle reti nazionali?

Sì, abbiamo bisogno di dorsali o reti di distribuzione in grado di monitorare in modo indipendente le loro condizioni e la modalità operativa di consumatori, generatori, linee elettriche e sottostazioni e implementare automaticamente soluzioni che consentano un'alimentazione elettrica ininterrotta e la massima efficienza economica. Ad esempio, la stessa “rete intelligente” deve costituire un'azione di controllo per raggiungere il livello ottimale di perdite di elettricità quando i flussi lungo le linee elettriche aumentano a causa dell'aumento dei consumi di un grande consumatore o di un'intera interconnessione energetica. È necessario attivare l’autodiagnosi e l’autoguarigione, mentre le sezioni più deboli o gli elementi pericolosi della rete devono essere individuati automaticamente, e anche lo schema della rete deve essere ricostruito automaticamente per evitare un incidente.

Un elemento importante di una rete intelligente è una sottostazione digitale. Lavori su progetti simili sono in corso in Europa, Stati Uniti, Giappone, India, Cina, inclusa la nostra Federal Grid Company. In tale sottostazione, tutte le informazioni dei sistemi di monitoraggio, protezione e controllo vengono generate, elaborate e gestite in formato digitale utilizzando speciali trasformatori di strumenti digitali ottici e complessi di apparecchiature digitali di nuova generazione.

In breve, l’industria elettrica russa deve essere trasformata in un sistema di gestione integrale multilivello con un aumento del volume di automazione e un aumento dell’affidabilità critica, compresi gli anelli più deboli e vulnerabili, con l’anticipazione dei rischi e delle minacce sistemiche e con una risposta rapida a incidenti e incidenti. Questo è il significato dietro il termine “reti intelligenti” o “Smart Grid”.

Hanno parlato rappresentanti di aziende straniere?

Alla tavola rotonda hanno partecipato cinque volte più partecipanti interessati di quanto si aspettassero gli organizzatori. A dire il vero, molti di loro non avevano nemmeno un posto dove sedersi, tuttavia siamo rimasti seduti per 3,5 ore.

I partecipanti stranieri - rappresentanti delle più grandi aziende di ingegneria elettrica del mondo - hanno parlato molto attivamente, hanno condiviso le loro esperienze, hanno mostrato interesse per il nostro mercato, che è un mercato enorme, e sono pronti ad acquistare e implementare gran parte di ciò che l'Accademia Russa di Offerte di scienze.

La crisi economica globale si è rivelata il segnale di partenza per la modernizzazione dell'economia e, prima di tutto, del settore dell'energia elettrica. Pertanto, Barack Obama, nel suo famoso discorso sullo sviluppo della scienza, ha individuato separatamente il tema delle "reti intelligenti", e più recentemente ha anche tenuto un discorso, in particolare sull'energia, in cui ha affermato che "Smart Grid" è una direzione che deve essere sviluppato attivamente. In effetti, l’implementazione della Smart Grid negli Stati Uniti ha già migliorato notevolmente l’affidabilità dei sistemi energetici nazionali. Pertanto, il bilancio degli Stati Uniti stanzia 4,5 miliardi di dollari solo per il programma per lo sviluppo delle “reti intelligenti”! Di conseguenza, l’Occidente sta aumentando i finanziamenti per la scienza in questa direzione: la quota di spesa per la scienza nelle aziende energetiche nei paesi sviluppati oggi è del 3-8%.

Gli approcci occidentali e russi all’organizzazione delle “reti intelligenti” sono diversi?

Indubbiamente. Gli esperti in Occidente si battono per un'interconnessione ordinata del funzionamento e dell'interazione di impianti di generazione, reti elettriche e consumatori localizzati in modo compatto, a livello territoriale e organizzativo comuni. Sono interessati alla possibilità di connettere piccole fonti di generazione di elettricità; il loro mercato è dettato dalla domanda di “reti intelligenti” locali;

Compiti gestionali a livello interregionale, nazionale e livello internazionale Attualmente sono meno preoccupati per il funzionamento dei sistemi energetici.

E in Russia, la fornitura di energia ai consumatori avviene in condizioni economiche, tecniche, naturali e climatiche difficili; ci concentriamo su grandi impianti di generazione, abbiamo un diverso livello di integrazione di grandi sistemi con un livello significativamente più elevato di complessità delle relazioni di sistema; Di conseguenza, dovremo ristrutturare l’intera rete elettrica globale secondo i principi dell’automazione multifunzionale. Anche tenendo conto del compito a lungo termine di ripristinare la gestione coordinata dei sistemi energetici dei paesi della CSI.

A proposito, a causa di questa specificità puramente russa, siamo sempre stati avanti in molti risultati: la centrale idroelettrica di Krasnoyarsk era la più potente, la centrale idroelettrica Sayano-Shushenskaya era la più alta, qui è stata costruita la prima turbina eolica, la più lunga energia sistema di 2,5 milioni di chilometri fu il primo ad essere costruito in URSS, il ciclo vapore-gas più economico con un'efficienza del 62% fu inventato dallo scienziato russo, l'accademico Sergei Alekseevich Khristianovich, la prima centrale nucleare fu la nostra, e così via e così via. Nella scienza elettronica e nell’energia, la Russia non ha mai avuto un ritardo così grande come, ad esempio, adesso nell’informatica e nella medicina. Il programma “rete intelligente” è stato lanciato negli Stati Uniti solo quattro anni fa: per la Russia si tratta di un piccolo vantaggio.

Per la Russia le “reti intelligenti” sono ancora solo un concetto o esiste la possibilità di essere messe in pratica?

Cominciamo con l'implementazione pratica. O.M. Budargin, presidente del consiglio di amministrazione della Federal Grid Company del Unified Energy System, ha affermato durante la tavola rotonda che il sottofinanziamento sistematico negli anni '90 e la mancanza di un approccio integrato nell'applicazione di nuove soluzioni tecnologiche nelle reti hanno portato al fatto che le nostre reti oggi sono, purtroppo, l'invecchiamento delle infrastrutture (50%), l'invecchiamento fisico e morale delle apparecchiature elettriche, i sistemi informativi e di controllo dei processi obsoleti. Pertanto, la società prevede di formare una nuova ideologia nei prossimi tre anni e piattaforma tecnologica per le trasformazioni e rendere i prossimi due anni un periodo per testare nuove soluzioni, tecnologie e realizzare progetti pilota per l’implementazione su vasta scala delle “reti intelligenti”.

Il programma di investimenti dell'azienda ammonta a oltre 200 miliardi di rubli all'anno. Pertanto, la società prevede di effettuare una modernizzazione completa e uno sviluppo innovativo di tutti i settori del settore dell'energia elettrica basati su tecnologie avanzate a livello globale in tutto il paese. La riduzione prevista delle perdite di elettricità derivanti dalle attività pianificate nelle reti di tutte le classi di tensione è di circa il 25%!

Quindi, molto brevemente: qual è il significato di “Smart Grid”?

In primo luogo, il successo dell’uscita crisi globale e lo sviluppo sostenibile post-crisi dell’economia del paese è in gran parte determinato dalla misura in cui l’industria russa dell’energia elettrica può soddisfare le esigenze attuali e future di risorse energetiche e servizi correlati. E, in secondo luogo, a differenza di altri settori della scienza, dove, sfortunatamente, c’è un notevole ritardo, sia gli scienziati che gli specialisti occidentali e russi stanno iniziando quasi contemporaneamente al tema delle “reti intelligenti”.

Scusa la brusca svolta dell'argomento: cosa faresti se non fossi un fisico, ma un filosofo?

Inizierei ad analizzare cosa sta succedendo Russia moderna. Negli ultimi due anni di crisi abbiamo subito cambiamenti economici radicali, molto dolorosi, prima di tutto, dolorosi per la scienza accademica. E questo nonostante il fatto che in epoca post-sovietica la scienza abbia avuto l'opportunità di essere più aperta, più libera da restrizioni ideologiche - questo è un fattore positivo, ma allo stesso tempo è diventata “libera” dal denaro e quindi una civiltà molto seria, quella che veniva chiamata “scienza dell’URSS”, in realtà crollò. Abbiamo perso uno strato assolutamente fenomenale di persone intelligenti, scuole scientifiche: farei qualcosa al riguardo. L'infrastruttura tecnica è crollata. Di recente, a giugno, ne abbiamo parlato in una riunione del Presidium dell'Accademia delle Scienze, quando abbiamo riassunto i risultati dell'esame dell'incidente di HPP Sayano-Shushenskaya. Noi cittadini russi oggi stiamo diventando persone di cui non sono sicuro che saranno in grado di gestire adeguatamente la potente arma chiamata infrastruttura scientifica e tecnica e che ci è stata lasciata in eredità dall'era precedente. Non possiamo sempre mantenere in ordine questa infrastruttura scientifica e tecnica in modo che svolga le sue funzioni, e quindi diventi pericolosa non solo per se stessa, ma anche per l'ambiente, per i suoi vicini.

La seconda cosa che farei se fossi un filosofo. Un numero colossale di persone intelligenti e intelligenti ha perso il lavoro, si è trasformato in senzatetto, mendicanti, venditori di scarpe da ginnastica al mercato Cherkizovsky e così via. Dietro ognuno di questi eventi c'è una persona. Ma anche la società ne vale la pena! E come è potuto accadere che questa società non combatta effettivamente per i propri diritti? Perché le istituzioni democratiche, che sono una condizione necessaria di una società capitalista (la libertà senza democrazia è uno zoo), perché la stessa intellighenzia e la stessa società passano oltre?

Inoltre, se fossi un filosofo, penserei: oggi non esiste un'ideologia, e tutti diciamo che questo è fantastico, ma è fantastico - per il momento. Ad esempio, sono un fisico e ho lavorato negli istituti più prestigiosi e ora lavoro in un istituto prestigioso chiamato Accademia delle Scienze, e non ho mai sentito pressioni ideologiche. Non è che questo non valesse per i fisici o che non avessimo niente da dire, ma semplicemente non siamo stati coinvolti in questa faccenda, non ci interessava. Ma cosa sta succedendo adesso? Una generazione di giovani cittadini sta crescendo e per loro non formuliamo alcun compito. Non abbiamo un'ideologia, ma una già compresa correttamente, e mi sembra che oggi la filosofia dovrebbe dare, forse, non una, ma un insieme di alcune idee, offrire una certa scelta. Non posso essere d'accordo sul fatto che una persona lavori per essere ricca. Questa è una strada che non porta da nessuna parte. Anche gli antichi filosofi dicevano che non è ricco chi ha molto, ma chi ha bisogno di poco. Anche se questa è una parola strana - mancanza di spiritualità o spiritualità - ma una persona deve comunque avere qualcosa nella sua testa diverso dai costrutti filosofici primitivi. La religione è debole. Secondo me ci sono domande molto urgenti qui, e forse i filosofi lo fanno, ma non lo sento, sai, non le vedo - né in televisione, né sulla stampa, da nessuna parte.

Intervistato da Sergei SHARASHANE

L’efficienza energetica e la conservazione delle risorse sono aree strategicamente importanti nei paesi economicamente sviluppati, inclusa la Russia, dove le disposizioni in queste aree sono sancite a livello legislativo.

La disponibilità di risorse nel nostro Paese convive con lo sconsiderato spreco. E l’uso delle reti intelligenti è progettato per far fronte ai problemi esistenti.

Attualmente non esiste una definizione chiara della tecnologia Smart Grid: reti intelligenti, note anche come reti intelligenti o attive-adattive.

IN Paesi occidentali Con il termine “Smart Grid” si intende la fusione dei sistemi energetici esistenti con fonti energetiche alternative (non tradizionali), nonché l'utilizzo di dispositivi che ottimizzano il funzionamento del sistema, principalmente dispositivi di misurazione.

Ciò include anche la capacità della rete di autodiagnosi e autoguarigione.

In Russia, si può distinguere la seguente interpretazione, applicata a questo termine nella maggior parte delle fonti: con l'aiuto di reti intelligenti, viene effettuata la modernizzazione energetica al fine di ridurre le perdite.

Il sistema energetico è strutturato in modo abbastanza semplice; può essere rappresentato come una catena: viene fornito ai consumatori attraverso le reti. Allo stesso tempo, tutte le capacità di qualsiasi anello della catena devono essere affidabili ed efficienti, il che implica l’eliminazione di attrezzature obsolete e l’uso di soluzioni e tecnologie innovative.

• la capacità di regolare i carichi per i consumatori;
• riduzione delle perdite energetiche;
• ridurre i costi delle risorse;
• ridurre le emissioni di anidride carbonica nell’atmosfera attraverso il risparmio e l’attrazione di fonti alternative, ovvero migliorando situazione ecologica a breve e lungo termine;
• una spinta per lo sviluppo delle energie alternative, dell’industria manifatturiera dei contatori intelligenti, delle sottostazioni di trasformazione e di altri settori correlati;
• reazione rapida automatica alle mutevoli condizioni, risposta rapida a situazione di emergenza, circuito di autoriparazione;
• aumentare l’efficienza del sistema nel suo complesso.

Il sole e il vento come fonti energetiche sono intermittenti e, man mano che la quota di questo tipo di energia aumenta, si avverte sempre più la necessità di flessibilità nel sistema di approvvigionamento energetico e di equilibrio tra domanda e offerta.

Le reti intelligenti sono in grado di immagazzinare energia, rilasciandola quando necessario - ad esempio, durante i picchi di carico o le emergenze, possono regolarla portata e qualità dell'energia elettrica.

La Smart Grid aiuta a raccogliere tutta l'energia proveniente da varie fonti e a distribuirla correttamente tra i consumatori, garantendo al tempo stesso la stabilità della rete in termini di tensione e frequenza. Oltre a riorientare l’energia, collegare i consumatori a nuove fonti rappresenta una sfida importante. Si prevede che questi includeranno la generazione di fonti con emissioni di anidride carbonica pari a zero o ridotte.

La sicurezza dell'intero sistema è garantita dalla capacità delle reti e delle apparecchiature di autodiagnostica e autoriparazione.

L’attuazione pratica del concetto di reti intelligenti richiede un approccio sistematico e investimenti finanziari significativi. In questa direzione si stanno conducendo ricerche scientifiche e un lavoro attivo per introdurre innovazioni.

Progetti pilota vengono implementati in tutto il mondo e le aziende russe sono attivamente coinvolte in questo processo.

L’umanità si è posta per tempo le domande indicate, perché ignorarle potrebbe portare ad un collasso energetico generale. E l’introduzione delle reti intelligenti aiuterà a evitare tutto ciò.