Часть серии по |
Энергетика |
---|
Преобразование электроэнергии |
Электроэнергетическая инфраструктура |
Компоненты электроэнергетических систем |
Электрическая сеть представляет собой взаимосвязанную сеть для доставки электроэнергии от производителей к потребителям. Электрические сети различаются по размеру и могут охватывать целые страны или континенты. Он состоит из: [1]
Хотя электрические сети широко распространены, по состоянию на 2016 год [Обновить]1,4 миллиарда человек во всем мире не были подключены к электросетям. [2] По мере роста электрификации количество людей, имеющих доступ к электросети, растет. Около 840 миллионов человек (в основном в Африке) не имели доступа к электросети в 2017 году по сравнению с 1,2 миллиардами в 2010 году [3].
Электрические сети могут быть подвержены злонамеренному вторжению или атаке; Таким образом, существует потребность в безопасности электрических сетей . Кроме того, по мере модернизации электрических сетей и внедрения компьютерных технологий киберугрозы становятся угрозой безопасности. [4] Особые опасения связаны с более сложными компьютерными системами, необходимыми для управления сетями. [5]
Сети почти всегда синхронны, то есть все распределительные зоны работают с синхронизированными частотами трехфазного переменного тока (так что колебания напряжения происходят почти в одно и то же время). Это позволяет передавать электроэнергию переменного тока по всей территории, подключая большое количество производителей и потребителей электроэнергии и потенциально обеспечивая более эффективные рынки электроэнергии и избыточное производство.
Комбинированная передача и распределение сеть является частью поставки электроэнергии, известной как « энергосеть » в Северной Америке , или просто «сетка». В Великобритании , Индии , Танзании , Мьянме , Малайзии и Новой Зеландии сеть известна как Национальная сеть.
Раньше электрическая энергия производилась рядом с устройством или службой, требующей этой энергии. В 1880-е годы электричество конкурировало с паром, гидравликой и особенно угольным газом . Угольный газ сначала производился на территории заказчика, но позже был преобразован в газификационные установки, обеспечивающие экономию за счет масштаба . В промышленно развитых странах в городах имелись газовые сети, используемые для освещения. Но газовые лампы давали плохой свет, рассеивали тепло, делали комнаты жаркими и задымленными и выделяли водород и окись углерода . Они также представляли опасность возникновения пожара. В 1880-х годах электрическое освещение вскоре стало более выгодным по сравнению с газовым.
Электроэнергетические компании создали центральные станции, чтобы воспользоваться эффектом масштаба, и перешли к централизованному производству, распределению и системному управлению. [6] После того, как война токов была решена в пользу мощности переменного тока , с передачей электроэнергии на большие расстояния стало возможным объединять станции для балансировки нагрузок и улучшения коэффициентов нагрузки. Исторически линии передачи и распределения принадлежали одной и той же компании, но начиная с 1990-х годов многие страны либерализовали регулирование рынка электроэнергии таким образом, что это привело к отделению бизнеса по передаче электроэнергии от бизнеса по распределению.[7]
В Соединенном Королевстве Чарльз Мерц из консалтингового партнерства Merz & McLellan построил электростанцию Neptune Bank возле Ньюкасл-апон-Тайн в 1901 году [8] и к 1912 году превратился в крупнейшую интегрированную энергосистему в Европе. [9] Мерц был назначен главой парламентского комитета, и его выводы привели к Отчету Уильямсона 1918 года, который, в свою очередь, создал законопроект о электроснабжении 1919 года. Этот закон был первым шагом на пути к интегрированной электроэнергетической системе. Закон об электроэнергии (поставке) 1926 года привел к созданию Национальной сети. [10] Совет Центрального электроэнергиистандартизировал электроснабжение страны и создал первую синхронизированную сеть переменного тока, работающую на 132 кВ и 50 Гц . Он начал работать как национальная система, National Grid , в 1938 году.
В Соединенных Штатах в 1920-х годах коммунальные предприятия сформировали совместные предприятия, чтобы совместно использовать покрытие пиковой нагрузки и резервное питание. В 1934 году, с принятием Закона о холдинговых компаниях коммунального обслуживания (США), электроэнергетические компании были признаны важными общественными благами и получили определенные ограничения и регулирующий надзор за их деятельностью. Закон об энергетической политике 1992 г. требовал от владельцев линий электропередач предоставить компаниям-производителям электроэнергии открытый доступ к их сетям [6] [11]и привел к реструктуризации работы электроэнергетической отрасли с целью создания конкуренции в производстве электроэнергии. Электроэнергетические компании больше не строились как вертикальные монополии, где производство, передача и распределение осуществлялись одной компанией. Теперь три этапа можно разделить между различными компаниями, чтобы обеспечить справедливый доступ к передаче высокого напряжения. [12] : 21 Закон об энергетической политике 2005 г. разрешил стимулы и гарантии по кредитам для производства альтернативной энергии и передовых инновационных технологий, позволяющих избежать выбросов парниковых газов .
Во Франции электрификация началась в 1900-х годах: 700 коммун в 1919 году и 36 528 в 1938 году. В то же время эти тесные сети начали соединяться между собой: Париж в 1907 году на 12 кВ, Пиренеи в 1923 году на 150 кВ и, наконец, почти к 1938 году вся страна объединилась на 220 кВ. В 1946 году сетка была самой плотной в мире. В том же году государство национализировало отрасль, объединив частные компании в Électricité de France . Частота была стандартизирована на 50 Гц, и сеть 225 кВ заменила 110 кВ и 120 кВ. С 1956 года рабочее напряжение было стандартизовано на 220/380 В, заменив предыдущие 127/220 В. В 1970-х годах была внедрена сеть 400 кВ, новый европейский стандарт.
В Китае электрификация началась в 1950-х годах. [13] В августе 1961 года электрификация участка Баоцзи-Фэнчжоу железной дороги Баочэн была завершена и сдана в эксплуатацию, став первой электрифицированной железной дорогой в Китае . [14] С 1958 по 1998 год длина электрифицированной железной дороги Китая достигла 6 200 миль (10 000 километров). [15] По состоянию на конец 2017 года это число достигло 54 000 миль (87 000 километров). [16] В существующей системе электрификации железных дорог Китая Государственная сетевая корпорация Китая.является важным поставщиком энергии. В 2019 году он завершил проект электроснабжения важных электрифицированных железных дорог Китая в своих рабочих зон, таких как Jingtong железной дороги , Haoji железной дороги , Чжэнчжоу-Ваньчжоу высокоскоростных железных дорог , и так далее, предоставляя гарантию питания на 110 тяговых станций, а ее совокупный Протяженность строительства ЛЭП составила 6 586 километров. [17]
Производство электроэнергии - это процесс производства электроэнергии из источников первичной энергии, обычно на электростанциях . Обычно это делается с помощью электромеханических генераторов, приводимых в действие тепловыми двигателями или кинетической энергией воды или ветра. Другие источники энергии включают солнечную фотоэлектрическую и геотермальную энергию .
Сумма выходной мощности генераторов в сети - это выработка в сети, обычно измеряемая в гигаваттах (ГВт).
Передача электроэнергии - это основная масса электрической энергии от генерирующего объекта через сеть соединенных между собой линий к электрической подстанции , которая подключается к распределительной системе. Эта сетевая система соединений отличается от локальной проводки между высоковольтными подстанциями и потребителями.
Поскольку энергия часто генерируется далеко от места потребления, система передачи может преодолевать большие расстояния. Для заданного количества мощности эффективность передачи выше при более высоких напряжениях и меньших силах тока. Поэтому напряжение повышается на генерирующей станции и понижается на местных подстанциях для распределения потребителям.
Большинство трансмиссий трехфазное . Трехфазный, по сравнению с однофазным, может обеспечить гораздо большую мощность для данного количества проводов, поскольку нейтральный и заземляющий провода являются общими. [18] Кроме того, трехфазные генераторы и двигатели более эффективны, чем их однофазные аналоги.
Однако для обычных проводников одной из основных потерь являются резистивные потери, которые имеют квадратичный закон по току и зависят от расстояния. Линии электропередачи переменного тока высокого напряжения могут терять 1-4% на сотню миль. [19] Однако постоянный ток высокого напряжения может иметь половину потерь переменного тока. На очень больших расстояниях такая эффективность может компенсировать дополнительные затраты на требуемые преобразовательные станции переменного / постоянного тока на каждом конце.
Сети передачи сложны с резервными путями. Физическая планировка часто определяется доступной землей и ее геологическим строением. Большинство сетей передачи предлагают надежность, которую обеспечивают более сложные ячеистые сети . Избыточность позволяет возникать сбоям в линии, а питание просто перенаправляется во время ремонта.
Подстанции могут выполнять множество различных функций, но обычно преобразуют напряжение от низкого к высокому (повышение) и от высокого к низкому (понижение). Между генератором и конечным потребителем напряжение может трансформироваться в несколько раз. [21]
Три основных типа подстанций по функциям: [22]
Помимо трансформаторов, к другим основным компонентам или функциям подстанций относятся:
Распределение - это заключительный этап в доставке энергии; он передает электроэнергию от системы передачи к отдельным потребителям. Подстанции подключаются к системе передачи и понижают напряжение передачи до среднего напряжения в диапазоне от2 кВ и35 кВ . Первичные распределительные линии передают эту мощность среднего напряжения к распределительным трансформаторам, расположенным рядом с помещениями заказчика. Распределительные трансформаторы снова понижают напряжение до напряжения утилизации . Клиенты, которым требуется гораздо большее количество энергии, могут быть подключены непосредственно к первичному уровню распределения или субпередающему уровню. [25]
Распределительные сети делятся на два типа: радиальные и сетевые. [26]
В крупных и малых городах Северной Америки сетка имеет тенденцию следовать классической конструкции с радиальной подачей . Подстанция получает питание от сети передачи, мощность понижается с помощью трансформатора и отправляется на шину.из которых кормушки расходятся во все стороны по сельской местности. Эти фидеры несут трехфазное питание и, как правило, проходят по основным улицам рядом с подстанцией. По мере того, как расстояние от подстанции увеличивается, разветвление продолжается, поскольку меньшие отводы расширяются, чтобы покрыть области, пропущенные фидерами. Эта древовидная структура вырастает за пределы подстанции, но по соображениям надежности обычно содержит как минимум одно неиспользуемое резервное соединение с ближайшей подстанцией. Это соединение может быть включено в случае аварии, так что часть обслуживаемой территории подстанции может альтернативно питаться от другой подстанции.
В синхронной сети все генераторы должны работать на одной и той же частоте и должны оставаться почти в фазе друг с другом и с сетью. Для вращающихся генераторов местный регулятор регулирует крутящий момент, поддерживая постоянную скорость при изменении нагрузки. Контроль скорости падения гарантирует, что несколько параллельных генераторов распределяют изменения нагрузки пропорционально их номинальной мощности. Производство и потребление должны быть сбалансированы по всей сети, потому что энергия потребляется по мере ее производства. Энергия мгновенно накапливается за счет кинетической энергии вращения генераторов.
Небольшие отклонения от номинальной частоты системы очень важны для регулирования отдельных генераторов и оценки равновесия сети в целом. Когда сеть сильно загружена, частота снижается, и регуляторы регулируют свои генераторы так, чтобы на выходе было больше мощности ( регулировка спада скорости ). Когда сеть слабо загружена, частота сети превышает номинальную, и это воспринимается системами автоматического управления генерацией в сети как указание на то, что генераторы должны снизить свою мощность.
Кроме того, часто существует централизованное управление, которое может изменять параметры систем AGC в течение минуты или дольше, чтобы дополнительно регулировать потоки в региональной сети и рабочую частоту сети. Для целей хронометража номинальная частота может изменяться в краткосрочной перспективе, но ее можно отрегулировать, чтобы часы, работающие от сети, не набирали или не теряли значительное время в течение всего 24-часового периода.
Вся синхронная сеть работает на одной и той же частоте, соседние сети не будут синхронизированы, даже если они будут работать на одной и той же номинальной частоте. Высоковольтные линии постоянного тока или трансформаторы переменной частоты могут использоваться для соединения двух соединительных сетей переменного тока, которые не синхронизированы друг с другом. Это обеспечивает преимущество соединения без необходимости синхронизации еще более широкой области. Например, сравните глобальную синхронную сеточную карту Европы с картой линий HVDC.
Сети предназначены для снабжения потребителей электроэнергией при в основном постоянном напряжении. Это должно быть достигнуто с изменяющимся спросом, переменными реактивными нагрузками и даже нелинейными нагрузками, с электричеством, обеспечиваемым генераторами, а также распределительным и передающим оборудованием, которое не является абсолютно надежным. [27] Часто сети используют переключатели ответвлений на трансформаторах рядом с потребителями, чтобы регулировать напряжение и поддерживать его в пределах спецификации.
Спрос или нагрузка на электрическую сеть - это общая электрическая мощность, отводимая пользователями сети.
График изменения спроса во времени называется кривой спроса .
Базовая нагрузка - это минимальная нагрузка на сеть за любой заданный период, пиковая нагрузка - это максимальная нагрузка. Исторически базовая нагрузка обычно удовлетворялась относительно дешевым в эксплуатации оборудованием, которое работало непрерывно в течение недель или месяцев, но в глобальном масштабе это становится все менее распространенным. Дополнительные требования к пиковой нагрузке иногда производятся дорогостоящими установками пиковой нагрузки, которые представляют собой генераторы, оптимизированные для быстрого ввода в эксплуатацию, но они также становятся все менее распространенными.
Сумма максимальной выходной мощности ( паспортная мощность ) генераторов, подключенных к электрической сети, может считаться мощностью сети.
Однако на практике они никогда не заканчиваются полностью одновременно. Как правило, некоторые генераторы продолжают работать на более низкой выходной мощности ( вращающийся резерв ), чтобы справляться с отказами, а также с изменением спроса. Кроме того, генераторы могут быть отключены для обслуживания или по другим причинам, например, из-за наличия энергозатрат (топливо, вода, ветер, солнце и т. Д.) Или из-за ограничений загрязнения.
Устойчивая мощность - это максимальная выходная мощность в сети, которая немедленно доступна в течение заданного периода времени, и является гораздо более полезным показателем.
Отказы обычно связаны с отключением автоматических выключателей генераторов или линий электропередачи из-за неисправностей, ведущих к потере генерирующей мощности для потребителей или избыточному спросу. Это часто приводит к снижению частоты, а остальные генераторы реагируют и вместе пытаются стабилизироваться выше минимума. Если это невозможно, может возникнуть ряд сценариев.
Большой отказ в одной части сети - если его быстро не компенсировать - может привести к изменению маршрута тока от оставшихся генераторов к потребителям по линиям электропередачи недостаточной мощности, что приведет к дальнейшим сбоям. Таким образом, одним из недостатков широко подключенной сети является возможность каскадных отказов и широкомасштабных отключений электроэнергии . Центральный орган обычно назначается для облегчения связи и разработки протоколов для поддержания стабильной сети. Например, North American Electric Reliability Corporation получила обязательные полномочия в Соединенных Штатах в 2006 году и имеет консультативные полномочия в соответствующих частях Канады и Мексики. Правительство США также определило коридоры передачи электроэнергии, представляющие национальные интересы., где, по ее мнению, возникли узкие места в передаче.
Пропадание является преднамеренным или непреднамеренным падением напряжения в электрическом питании системы. Преднамеренные отключения используются для снижения нагрузки в аварийной ситуации. [28] Снижение длится минуты или часы, в отличие от кратковременного провала (или провала) напряжения . Термин "потемнение" происходит от затемнения, возникающего при освещении лампами накаливания при падении напряжения. Снижение напряжения может быть эффектом разрушения электрической сети, или может иногда быть наложено в попытке уменьшить нагрузку и предотвратить отключение электроэнергии , известное как затемнение . [29]
Отключения электроэнергии (также называется прекращение подачи энергии , А выход питания , A затемнение питания , сбой питания или затемнение ) является потеря электроэнергии в конкретной области.
Сбои в подаче электроэнергии могут быть вызваны неисправностями на электростанциях, повреждением линий электропередачи, подстанций или других частей распределительной системы, коротким замыканием , каскадным отказом , срабатыванием предохранителя или автоматического выключателя , а также ошибкой человека.
Сбои в подаче электроэнергии особенно важны на объектах, где окружающая среда и общественная безопасность находятся под угрозой. Такие учреждения, как больницы , очистные сооружения , шахты , убежища и т.п., обычно имеют резервные источники питания, такие как резервные генераторы , которые автоматически запускаются при отключении электроэнергии. Другие критически важные системы, такие как телекоммуникации , также должны иметь аварийное питание. В аккумуляторной телефонной станции обычно есть массивы свинцово-кислотных аккумуляторов для резервного питания, а также розетка для подключения генератора во время длительных периодов простоя.
Системы производства и передачи электроэнергии не всегда могут соответствовать требованиям пикового спроса - наибольшему количеству электроэнергии, необходимому для всех потребителей коммунальных услуг в данном регионе. В таких ситуациях общий спрос необходимо снизить, отключив обслуживание некоторых устройств или сократив напряжение питания ( отключение питания ), чтобы предотвратить неконтролируемые сбои в обслуживании, такие как перебои в подаче электроэнергии (массовые отключения электроэнергии) или повреждение оборудования. Коммунальные предприятия могут вводить сброс нагрузки на обслуживаемые зоны посредством целевых отключений электроэнергии, регулярных отключений электроэнергии или путем заключения соглашений с конкретными промышленными потребителями, активно использующими энергию, для отключения оборудования во время общесистемного пикового спроса.
Черный старт является процессом восстановления электростанции или части электрической сети к операции , не полагаясь на внешней электрической сеть передачи энергии для восстановления после полного или частичного выключения. [30]
Обычно электроэнергия, используемая на станции, вырабатывается собственными генераторами станции. Если все основные генераторы станции отключены, электроэнергия для обслуживания станции обеспечивается за счет потребления энергии из сети через линию электропередачи станции. Однако во время перебоев в работе сети внешнее электроснабжение недоступно. При отсутствии сетки мощности, так называемый черный старт должен быть выполнен , чтобы самонастройки энергосистемы в эксплуатацию.
Для обеспечения пуска с черным пуском на некоторых электростанциях есть небольшие дизельные генераторы , обычно называемые дизель-генераторами с черным пуском (BSDG), которые могут использоваться для запуска более крупных генераторов ( мощностью в несколько мегаватт ), которые, в свою очередь, могут использоваться для запуска основной сети. генераторы электростанций. Генерирующим станциям, использующим паровые турбины, требуется мощность станции до 10% от их мощности для насосов питательной воды котлов., нагнетатели воздуха для горения котлов, и для подготовки топлива. Обеспечение такой большой резервной мощности на каждой станции неэкономично, поэтому питание с черного старта должно подаваться по назначенным соединительным линиям от другой станции. Часто гидроэлектростанции используются в качестве источников аварийного запуска для восстановления межсетевых соединений. Гидроэлектростанции требуется очень небольшая начальная мощность для запуска (ровно столько, чтобы открыть впускные заслонки и обеспечить ток возбуждения обмоткам возбуждения генератора), и она может очень быстро подключить большой блок питания, чтобы разрешить запуск ископаемого топлива. или атомные станции. Некоторые типы турбин внутреннего сгорания могут быть настроены на запуск с нуля, что дает другой вариант в местах, где нет подходящих гидроэлектростанций. [31]В 2017 году коммунальное предприятие в Южной Калифорнии успешно продемонстрировало использование аккумуляторной системы хранения энергии, чтобы обеспечить запуск с нуля, запустив газовую турбину с комбинированным циклом из состояния простоя. [32]
Микросеть - это локальная сеть, которая обычно является частью региональной глобальной синхронной сети, но может отключаться и работать автономно. [33] Это может происходить тогда, когда в основной сети происходят перебои в работе. Это называется изолированным и может работать бесконечно за счет собственных ресурсов.
По сравнению с более крупными сетями, в микросетях обычно используются распределительные сети с более низким напряжением и распределенные генераторы. [34] Микросети могут быть не только более устойчивыми, но и дешевле в реализации в изолированных областях.
Цель дизайна состоит в том, чтобы локальная область производила всю используемую энергию. [33]
Примеры реализации включают:
Широкая область синхронная сетка , также известная как «взаимосвязь» в Северной Америке, напрямую соединяет множество генераторов поставляя энергию переменного ток с одной и той же относительной частотой для многих потребителей. Например, существует четыре основных взаимосвязей в Северной Америке ( Западные межсоединения , то восточные межсоединения , то Квебек межсоединения и Texas межсоединения ). В Европе одна большая сеть соединяет большую часть континентальной Европы .
Широкая область синхронная сетка (также называется «соединение» в Северной Америке) является электрической сетью в региональном масштабе или больше , который работает при синхронизированной частоте и электрический связан между собой при нормальных условиях системы. Они также известны как синхронные зоны, крупнейшая из которых - синхронная сеть Континентальной Европы (ENTSO-E) с выработкой 667 гигаватт (ГВт), а самый широкий регион обслуживаемой системы - это система IPS / UPS , обслуживающая страны региона. бывший Советский Союз. Синхронные сети с большой мощностью облегчают торговлю электроэнергией на обширных территориях. В ENTSO-E в 2008 году было продано более 350 000 мегаватт-часов в день наЕвропейская энергетическая биржа (EEX). [43]
Каждое из межсоединений в Северной Америке работает с номинальной частотой 60 Гц, а в Европе - с частотой 50 Гц. Соседние межсоединения с одинаковой частотой и стандартами могут быть синхронизированы и напрямую подключены, чтобы сформировать более крупное межсоединение, или они могут распределять мощность без синхронизации через высоковольтные линии электропередачи постоянного тока ( связи постоянного тока ) или с трансформаторами с регулируемой частотой (VFT) , которые позволяют контролировать поток энергии, а также функционально изолируют независимые частоты переменного тока каждой стороны.
Преимущества синхронных зон включают объединение генерации, что приводит к снижению затрат на генерацию; объединение нагрузки, приводящее к значительным уравнивающим эффектам; совместное создание резервов, что приводит к снижению затрат на первичную и вторичную резервную мощность; открытие рынка, приводящее к возможности заключения долгосрочных контрактов и краткосрочных обменов электроэнергией; и взаимопомощь в случае беспорядков. [44]
Одним из недостатков синхронной сетки большой площади является то, что проблемы в одной части могут иметь последствия для всей сетки. Например, в 2018 году Косово использовало больше электроэнергии, чем было произведено из-за спора с Сербией , что привело к тому, что фаза всей синхронной сети континентальной Европы отстала от того, что должно было быть. Частота упала до 49,996 Гц. Это привело к тому, что некоторые виды часов стали медленнее на шесть минут. [45]
Синхронные сети Европы
Два основных и три второстепенных соединения Северной Америки
Основные WASG по всему миру
Суперсеть или суперсеть представляет собой сеть передачи широкой области , которая предназначена , чтобы сделать возможной торговлю больших объемов электроэнергии на больших расстояниях. Иногда ее также называют мега-сеткой . Суперсети могут поддерживать глобальный энергетический переход , сглаживая локальные колебания энергии ветра и солнца . В этом контексте они считаются ключевой технологией для смягчения последствий глобального потепления . В суперсетях обычно используется постоянный ток высокого напряжения (HVDC) для передачи электроэнергии на большие расстояния. Линии электропередач HVDC последнего поколения могут передавать энергию с потерями всего 1,6% на 1000 км. [46]
Электроэнергетические сети между регионами многократно связаны между собой для повышения экономичности и надежности. Электрические соединителипозволяют добиться экономии за счет масштаба, позволяя приобретать энергию из крупных эффективных источников. Коммунальные предприятия могут потреблять электроэнергию из резервов генераторов из другого региона, чтобы обеспечить бесперебойную и надежную подачу электроэнергии и диверсифицировать свои нагрузки. Межсетевое соединение также позволяет регионам иметь доступ к дешевой энергии в больших объемах, получая электроэнергию из разных источников. Например, один регион может производить дешевую гидроэлектроэнергию в сезон половодья, но в периоды маловодья другой регион может производить более дешевую энергию за счет ветра, что позволяет обоим регионам получать доступ к более дешевым источникам энергии друг от друга в разное время года. Соседние энергокомпании также помогают другим поддерживать общую частоту системы, а также помогают управлять связями между регионами энергоснабжения. [12]
Уровень межсоединения электроэнергии (EIL) сети - это отношение общей мощности межсоединения к сети, деленное на установленную производственную мощность сети. В ЕС он поставил цель достичь 10% национальных сетей к 2020 г. и 15% к 2030 г. [47]
Реагирование на спрос - это метод управления сетью, при котором розничных или оптовых клиентов запрашивают или стимулируют либо в электронном, либо вручную, чтобы снизить их нагрузку. В настоящее время операторы передающих сетей используют реакцию спроса, чтобы запросить снижение нагрузки у крупных потребителей энергии, таких как промышленные предприятия. [48] Такие технологии, как интеллектуальный учет, могут побудить потребителей использовать электроэнергию в условиях избытка электроэнергии, допуская переменные цены.
Несмотря на новаторские институциональные механизмы и сетевые конструкции электрической сети, ее инфраструктура энергоснабжения в развитых странах устаревает. Факторы, способствующие текущему состоянию электросети и его последствиям, включают:
Когда все взаимосвязано, а в условиях свободной рыночной экономики возникает открытая конкуренция , начинает иметь смысл разрешать и даже поощрять распределенную генерацию (DG). Генераторы меньшего размера, обычно не принадлежащие коммунальному предприятию, могут быть подключены к сети, чтобы удовлетворить потребность в электроэнергии. Меньший по размеру генерирующий объект может быть домовладельцем, у которого есть избыток энергии от солнечной панели или ветряной турбины. Это может быть небольшой офис с дизельным генератором. Эти ресурсы могут быть введены в эксплуатацию либо по требованию коммунального предприятия, либо владельцем генерации с целью продажи электроэнергии. Многим небольшим производителям разрешено продавать электроэнергию обратно в сеть по той же цене, которую они заплатили бы при ее покупке.
По мере продвижения 21 века электроэнергетическая отрасль стремится использовать новые подходы для удовлетворения растущего спроса на энергию. Коммунальные предприятия вынуждены развивать свои классические топологии для обеспечения распределенной генерации. По мере того как генерация становится все более распространенной из солнечных и ветряных генераторов на крыше, различия между распределительными и передающими сетями будут продолжать стираться. В июле 2017 года генеральный директор Mercedes-Benz заявил, что энергетическая отрасль должна лучше работать с компаниями из других отраслей, чтобы сформировать «общую экосистему», чтобы интегрировать центральные и распределенные энергоресурсы.(DER), чтобы дать клиентам то, что они хотят. Электрическая сеть изначально была построена таким образом, чтобы электричество передавалось от поставщиков электроэнергии к потребителям. Однако с введением DER мощность должна передаваться по электрической сети в обоих направлениях, потому что у потребителей могут быть источники энергии, такие как солнечные батареи. [50]
Смарт - сетки бы повышение электрической сети 20 - го века, используя двустороннюю связь и распределенных так называемых интеллектуальных устройств. Двусторонние потоки электроэнергии и информации могут улучшить сеть доставки. Исследования в основном сосредоточены на трех системах интеллектуальной сети - системе инфраструктуры, системе управления и системе защиты. [51]
Инфраструктурная система - это энергетическая, информационная и коммуникационная инфраструктура, лежащая в основе интеллектуальной сети, которая поддерживает:
Интеллектуальная сеть позволит электроэнергетической отрасли наблюдать и контролировать части системы с более высоким разрешением во времени и пространстве. [52] Одной из целей интеллектуальной сети является обмен информацией в реальном времени, чтобы сделать работу максимально эффективной. Это позволит управлять сетью во всех временных масштабах, от высокочастотных коммутационных устройств в микросекундном масштабе до изменений мощности ветра и солнечной энергии в минутном масштабе и до будущих последствий выбросов углерода, генерируемых производством электроэнергии в десятилетнем масштабе.
Система управления - это подсистема интеллектуальной сети, которая предоставляет расширенные услуги управления и контроля. Большинство существующих работ направлены на повышение энергоэффективности, профиля спроса, полезности, стоимости и выбросов на основе инфраструктуры с использованием оптимизации , машинного обучения и теории игр . Ожидается, что в рамках развитой инфраструктуры интеллектуальной сети появится все больше и больше новых служб и приложений управления, которые в конечном итоге произведут революцию в повседневной жизни потребителей.
Система защиты интеллектуальной сети обеспечивает анализ надежности сети, защиту от сбоев, а также услуги безопасности и защиты конфиденциальности. Хотя дополнительная коммуникационная инфраструктура интеллектуальной сети обеспечивает дополнительные механизмы защиты и безопасности, она также представляет риск внешних атак и внутренних сбоев. В отчете о кибербезопасности технологии интеллектуальных сетей, впервые выпущенном в 2010 году, а затем обновленном в 2014 году, Национальный институт стандартов и технологий США указал, что возможность сбора большего количества данных об использовании энергии с помощью смарт-счетчиков клиентов также вызывает серьезные проблемы с конфиденциальностью. , поскольку информация, хранящаяся в счетчике, которая потенциально уязвима для утечки данных , может быть добыта для получения личных сведений о клиентах.[53]
В США Закон об энергетической политике 2005 г. и Раздел XIII Закона об энергетической независимости и безопасности 2007 г. предоставляют финансирование для поощрения развития интеллектуальных сетей. Цель состоит в том, чтобы позволить коммунальным предприятиям лучше прогнозировать свои потребности, а в некоторых случаях вовлекать потребителей в тариф по времени использования. Также были выделены средства на разработку более надежных технологий управления энергопотреблением. [54] [55]
Поскольку в электроэнергетическом секторе существует определенное сопротивление концепциям распределенной генерации с использованием различных возобновляемых источников энергии и микромасштабных когенерационных установок, несколько авторов предупредили, что массовый отказ сети [ необходимо определение ] возможен, поскольку потребители могут производить электроэнергию, используя вне сети. системы, в основном состоящие из солнечных фотоэлектрических технологий. [56] [57] [58]
Институт Скалистых гор предположил, что может иметь место широкомасштабный отказ сети. [59] Это подтверждается исследованиями на Среднем Западе. [60] Тем не менее, в документе указывается, что отказ сети может быть менее вероятным в таких странах, как Германия, которые имеют более высокий спрос на электроэнергию в зимний период. [61]
[...] если бы все страны мира довольствовались своими собственными ресурсами, в мире было бы даже больше энергетической бедности, чем сейчас. В настоящее время 1,4 миллиарда человек не подключены к электросети [...]
|journal=
( помощь )|journal=
( помощь )Удовлетворение спроса может быть достигнуто на оптовом уровне, когда основные потребители энергии, такие как промышленные предприятия, сокращают потребление энергии и получают плату за участие.
Викискладе есть медиафайлы по теме электросетей . |