Умные электрические сети: путь к энергоэффективности

Традиционная модель электрической сети, консолидированная в течение 20-го века, поддерживала рост и развитие значительной части мира в этот период. Однако ближе к концу он стал проявлять признаки истощения из-за постоянного увеличения потребности в энергии, с одной стороны, и загрязнения окружающей среды, связанного с генерацией, с другой.

Глобальный спрос на электроэнергию неуклонно растет в течение нескольких десятилетий и будет продолжать расти в ближайшие годы, что обусловлено как ростом населения, так и необходимостью удовлетворить растущую зависимость общества от электричества.

Увеличение спроса объясняется не только потреблением стран и обществ, которые уже пользуются и используют этот энергетический вектор, но и теми, которые еще не имеют услуги, но будут иметь ее в ближайшие годы.

Согласно данным, собранным в рамках программы ООН «Устойчивая энергетика для всех» (SE4ALL), в 2022 году более 750 миллионов человек по-прежнему не имели доступа к электричеству. Историческая тенденция такова, что с большей или меньшей скоростью значительная часть этих миллионов людей увеличит потребление электроэнергии в течение этого десятилетия.

Самым немедленным ответом на этот растущий и, по-видимому, неудержимый спрос на электроэнергию является внедрение новых генерирующих установок на основе традиционных ископаемых видов топлива (уголь, нефть и природный газ). Тем не менее они оказывают сильное влияние на загрязнение, поскольку они несут ответственность за большую часть выбросов углекислого газа, парникового газа, который способствует изменению климата.

Среди трех упомянутых ископаемых видов топлива природный газ оказывает наименьшее воздействие на окружающую среду из-за высокой доли углерод-водорода в его молекулах, что отражается примерно в 40-процентном снижении выбросов по сравнению с углем и на 25 % по сравнению с мазутом. Благодаря этому и экономической рентабельности ресурса, Этот тип электростанций был установлен массово и во всех уголках мира.

Изменение климата привело к разработке и внедрению систем производства электроэнергии, основанных на возобновляемых источниках энергии, которые не производят загрязняющих выбросов или отходов. Эти источники энергии могут удовлетворить возрастающий спрос на электроэнергию и даже заменить значительную часть существующих в настоящее время невозобновляемых источников генерации.

Однако расширение участия возобновляемых источников энергии в энергетической матрице создает новые проблемы, начиная от экономических вопросов и заканчивая воздействием на окружающую среду или окончательной утилизацией отходов после окончания срока службы оборудования.

Одной из наиболее важных технических проблем, связанных с этими источниками энергии, является изменчивость энергетического ресурса, который зависит от погоды, как в случае ветра и солнечного света или циклов дня и ночи в случае солнечного света.

Хотя сегодня климатические модели позволяют с допустимой погрешностью предсказывать, какой будет скорость ветра или облачность на несколько дней вперед, такие прогнозы не избавлены от ошибок и даже неудач из-за наличия невесомых факторов.

Следовательно, если увеличение спроса на электроэнергию будет удовлетворяться только за счет возобновляемых источников энергии, в будущем могут возникнуть периодические проблемы с поставками, которые затронут многих пользователей.

Если увеличение спроса на электроэнергию будет удовлетворяться только за счет возобновляемых источников энергии, в будущем могут возникнуть периодические проблемы с поставками, которые затронут многих пользователей.

Еще одним важным вопросом при включении возобновляемых источников энергии в энергетическую матрицу является географическая доступность ресурса.

Исходя из вышеизложенного, стоит задаться вопросом, что происходит, когда система не может обеспечить требуемую энергию либо из-за аномально высоких требований, либо из-за перебоев в работе генераторов на основе возобновляемых источников, либо из-за сбоев в сети. В этих случаях обычно имеют место обрушения, локальные отключения электроэнергии и ухудшение качества электроснабжения в целом.

Воздействие этих событий в основном экономическое, хотя оно имеет и социальные последствия. Имеются многочисленные отчеты и исследования по этому поводу, которые показывают, что потери, вызванные перебоями в электроснабжении, могут достигать миллионов.

По оценкам, в Соединенных Штатах Америки потери из-за перебоев в поставках, длящихся более одного дня, в супермаркетах и ​​оптовых продажах составляют от 30 000 до 5 миллионов долларов США в зависимости от объема торговли. В той же стране также подсчитано, что стоимость потери питания для компьютерного центра составляет порядка 8 851 доллара в минуту, что составляет более 12 миллионов долларов в день. Помимо конкретной суммы денег, этот же эффект можно почти линейно экстраполировать на другие развитые страны.

Что касается неэкономических аспектов, перебои в подаче электроэнергии имеют более сложные последствия для количественной оценки, в частности, в секторах здравоохранения и образования.

По данным Всемирного банка, общие потери в системах передачи и распределения, включая как так называемые технические (связанные с неисправностями в сети), так и нетехнические (связанные с мошенничеством с электроэнергией и неучтенной энергией), составляют около 15 % в латиноамериканском регионе и почти 20 % на Ближнем Востоке и в Африке.

Чтобы понять величину этих цифр, можно сравнить процент потерь с увеличением потребности в энергии. В условиях, когда спрос растет со скоростью почти 1% в год, необходимо увеличить выработку в размере 1,15%, чтобы удовлетворить спрос плюс потери. Другими словами, из каждых 100 МВт генерации, включенных в электрическую систему, только 85% доходит до потребителей.

Одним из решений описанных в статье проблем является внедрение, так называемых, умных (интеллектуальных) электрических сетей. Подробно о них смотрите здесь: Интеллектуальная энергетическая сеть, Smart grid, умная сеть электроснабжения