Akıllı ızgara - Smart grid

Geleneksel bir sistemin (solda) ve akıllı şebekenin (sağda) özellikleri
Akıllı şebekeler hakkında video
Kamu altyapısı
Grand Coulee Barajı savak.jpg
Büyük Coulee Barajı
Varlıklar ve tesisler
kavramlar
Sorunlar ve fikirler
Çalışma alanları
Örnekler

Bir akıllı şebeke bir bir elektrik şebekesi olmak üzere çalışma ve enerji çeşitli önlemler içermektedir:

  • Enerji verimli kaynaklar
  • Yedek olarak kablosuz ile yukarıdakileri bağlamak ve izlemek için yeterli yardımcı program sınıfı fiber geniş bant . Yük devretmeyi sağlamak için "karanlık" kapasitede yeterli yedek, genellikle gelir için kiralanır.

Elektronik güç koşullandırma ve elektriğin üretim ve dağıtımının kontrolü, akıllı şebekenin önemli yönleridir.

Akıllı şebeke politikası, Avrupa'da Akıllı Şebeke Avrupa Teknoloji Platformu olarak düzenlenmektedir. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki politika 42 USC ch.'de açıklanmıştır . 152, alt bölüm. IX § 17381.

Terimin tipik kullanımı teknik altyapıya odaklanmış olsa da, akıllı şebeke teknolojisinin kullanıma sunulması, elektrik hizmetleri endüstrisinin temelden yeniden yapılandırılmasını da ima eder.

Arka plan

Elektrik şebekesinin tarihsel gelişimi

İlk alternatif akım elektrik şebekesi sistemi 1886'da Massachusetts , Great Barrington'da kuruldu . O zamanlar şebeke, elektrik enerjisi iletimi , elektrik dağıtımı ve talebe dayalı kontrolden oluşan merkezi bir tek yönlü sistemdi .

20. yüzyılda yerel şebekeler zamanla büyüdü ve sonunda ekonomik ve güvenilirlik nedenleriyle birbirine bağlandı. 1960'lara gelindiğinde, gelişmiş ülkelerin elektrik şebekeleri çok büyük, olgun ve yüksek oranda birbirine bağlı hale geldi; binlerce 'merkezi' nesil elektrik santrali, yüksek kapasiteli elektrik hatları aracılığıyla ana yük merkezlerine güç sağlıyor ve daha sonra bu merkezlere güç sağlamak üzere dallara ayrılıp bölünüyordu. tüm tedarik alanında daha küçük endüstriyel ve ev kullanıcıları. 1960'ların şebekesinin topolojisi, güçlü ölçek ekonomilerinin bir sonucuydu: 1 GW (1000 MW) ila 3 GW ölçeğindeki büyük kömür, gaz ve petrol yakıtlı elektrik santrallerinin hala maliyet etkin olduğu görülüyor. yalnızca istasyonlar çok büyüdüğünde maliyet etkin olabilen verimliliği artıran özelliklere.

Elektrik santralleri, fosil yakıt rezervlerine yakın olacak şekilde stratejik olarak yerleştirildi (madenler veya kuyuların kendileri veya demiryolu, karayolu veya liman tedarik hatlarına yakın). Hidroelektrik barajların dağlık alanlara yerleştirilmesi, ortaya çıkan şebekenin yapısını da güçlü bir şekilde etkiledi. Soğutma suyu temini için nükleer santraller kuruldu. Son olarak, fosil yakıtla çalışan elektrik santralleri başlangıçta çok kirleticiydi ve elektrik dağıtım ağları izin verdiğinde nüfus merkezlerinden ekonomik olarak mümkün olduğunca uzağa yerleştirildi. 1960'ların sonunda, elektrik şebekesi gelişmiş ülke nüfusunun ezici çoğunluğuna ulaştı ve yalnızca uzak bölgesel alanlar 'şebeke dışı' kaldı.

Farklı kullanıcıların (son derece değişken) tüketim düzeyine göre uygun faturalandırmaya izin vermek için kullanıcı bazında elektrik tüketiminin ölçülmesi gerekliydi. Şebekenin büyüme döneminde sınırlı veri toplama ve işleme kapasitesi nedeniyle, sabit tarife düzenlemelerinin yanı sıra gece elektriğinin gündüz elektriğinden daha düşük bir oranda ücretlendirildiği ikili tarife düzenlemeleri yaygın olarak uygulandı. İkili tarife düzenlemeleri için motivasyon, düşük gece talebiydi. Çift tarifeler, günlük talebi 'düzeltmeye' hizmet eden 'ısı bankalarının' bakımı gibi uygulamalarda düşük maliyetli gece elektrik gücünün kullanımını mümkün kıldı ve gece boyunca kapatılması gereken türbin sayısını azalttı. , böylece üretim ve iletim tesislerinin kullanım ve karlılığını artırmak. 1960'ların şebekesinin ölçüm yetenekleri, fiyat sinyallerinin sistem aracılığıyla yayılma derecesine ilişkin teknolojik sınırlamalar anlamına geliyordu .

1970'lerden 1990'lara kadar artan talep, artan sayıda elektrik santraline yol açtı. Bazı bölgelerde, fakir sonuçlanan bu talebe yetişmek olamazdı özellikle yoğun zamanlarda, elektrik tedarik güç kalitesi dahil kesintileri , elektrik kesintileri ve voltaj . Sanayi, ısıtma, iletişim, aydınlatma ve eğlence için elektrik giderek daha fazla bağımlı hale geldi ve tüketiciler her zamankinden daha yüksek güvenilirlik seviyeleri talep etti.

20. yüzyılın sonlarına doğru, elektrik talep kalıpları oluşturuldu: evsel ısıtma ve iklimlendirme , her gün yalnızca kısa süreler için çalıştırılacak bir dizi 'en yüksek güç jeneratörü' tarafından karşılanan talepte günlük zirvelere yol açtı. Bu pik jeneratörlerin nispeten düşük kullanımı (genellikle, nispeten daha düşük sermaye maliyetleri ve daha hızlı başlatma süreleri nedeniyle gaz türbinleri kullanıldı), elektrik şebekesinde gerekli yedeklilik ile birlikte, elektrik şirketlerine yüksek maliyetlerle sonuçlandı, bu da elektrik şirketlerine yüksek maliyetler getirdi. Artan tarifeler şeklinde aktarıldı.

21. yüzyılda Çin, Hindistan ve Brezilya gibi bazı gelişmekte olan ülkeler akıllı şebeke dağıtımının öncüleri olarak görülüyordu.

Modernizasyon fırsatları

21. yüzyılın başlarından bu yana, elektrik şebekesinin sınırlamalarını ve maliyetlerini çözmek için elektronik iletişim teknolojisindeki gelişmelerden yararlanma fırsatları belirgin hale geldi. Ölçümle ilgili teknolojik sınırlamalar artık tepe güç fiyatlarının ortalamasının alınmasını ve tüm tüketicilere eşit olarak aktarılmasını zorunlu kılmaz. Buna paralel olarak, fosil yakıtlı elektrik santrallerinden kaynaklanan çevresel zararlara ilişkin artan endişeler, büyük miktarlarda yenilenebilir enerji kullanma arzusuna yol açmıştır . Rüzgar enerjisi ve güneş enerjisi gibi baskın formlar oldukça değişkendir ve bu nedenle, kaynakların aksi halde kontrol edilebilir şebekeye bağlantısını kolaylaştırmak için daha karmaşık kontrol sistemlerine duyulan ihtiyaç belirgin hale geldi. Güç fotovoltaik hücreler (ve daha az bir ölçüde rüzgar türbinleri ) da önemli ölçüde sorgulamaya büyük, merkezi güç istasyonları için zorunluluk çağrısında bulundu. Hızla düşen maliyeti hem de oluşturulan güç ile, yüksek oranda dağıtılmış olan birine merkezi ızgara topoloji önemli bir değişime işaret ve sağ ızgara sınırları tüketilen. Son olarak, bazı ülkelerde terörist saldırılara ilişkin artan endişe, potansiyel saldırı hedefleri olarak algılanan merkezi elektrik santrallerine daha az bağımlı olan daha sağlam bir enerji şebekesi çağrılarına yol açmıştır.

"Akıllı şebeke" tanımı

Akıllı Şebeke'nin ilk resmi tanımı , ABD Kongresi tarafından Ocak 2007'de onaylanan ve Aralık 2007'de Başkan George W. Bush tarafından kanunla imzalanan 2007 tarihli Enerji Bağımsızlığı ve Güvenlik Yasası (EISA-2007) tarafından sağlandı . Bu tasarının XIII'ü, Akıllı Şebeke için bir tanım olarak kabul edilebilecek on özellik ile aşağıdaki gibi bir açıklama sunmaktadır:

"Gelecekteki talep artışını karşılayabilecek güvenilir ve emniyetli bir elektrik altyapısını sürdürmek ve birlikte bir Akıllı Şebekeyi karakterize eden aşağıdakilerin her birine ulaşmak için Ulusun elektrik iletim ve dağıtım sisteminin modernizasyonunu desteklemek ABD'nin politikasıdır: (1) Elektrik şebekesinin güvenilirliğini, güvenliğini ve verimliliğini artırmak için dijital bilgi ve kontrol teknolojisinin artan kullanımı (2) Tam siber güvenlik ile şebeke operasyonlarının ve kaynaklarının dinamik optimizasyonu (3) Dağıtılmış kaynakların dağıtımı ve entegrasyonu ve yenilenebilir kaynaklar dahil olmak üzere üretim (4) Talep yanıtı, talep tarafı kaynaklar ve enerji verimliliği kaynaklarının geliştirilmesi ve dahil edilmesi (5) 'Akıllı' teknolojilerin konuşlandırılması (fiziksel kaynakları optimize eden gerçek zamanlı, otomatikleştirilmiş, etkileşimli teknolojiler) cihazların ve tüketici cihazlarının çalıştırılması), ölçüm, şebeke işlemleri ve durumu ile ilgili iletişim ve dağıtım otomasyonu. (6) 'Akıllı' cihazların ve tüketici cihazlarının entegrasyonu. (7) Plug-in elektrikli ve hibrit elektrikli araçlar ve termal depolamalı klima dahil olmak üzere gelişmiş elektrik depolama ve tepe tıraş teknolojilerinin dağıtımı ve entegrasyonu. (8) Tüketicilere zamanında bilgi ve kontrol seçenekleri sağlanması. (9) Şebekeye hizmet eden altyapı da dahil olmak üzere, elektrik şebekesine bağlı cihazların ve ekipmanların iletişim ve birlikte çalışabilirliği için standartların geliştirilmesi. (10) Akıllı şebeke teknolojilerinin, uygulamalarının ve hizmetlerinin benimsenmesinin önündeki mantıksız veya gereksiz engellerin belirlenmesi ve azaltılması."

Avrupa Birliği Komisyonu Akıllı Şebekeler için Görev Gücü ayrıca akıllı şebeke tanımını şu şekilde sağlar:

"Akıllı Şebeke, düşük kayıplı ve yüksek seviyelerde ekonomik olarak verimli, sürdürülebilir bir güç sistemi sağlamak için kendisine bağlı tüm kullanıcıların - jeneratörler, tüketiciler ve her ikisini birden yapanlar - davranış ve eylemlerini maliyet etkin bir şekilde entegre edebilen bir elektrik ağıdır. arz ve güvenliğin kalitesi ve güvenliği Akıllı bir şebeke, aşağıdakileri sağlamak için akıllı izleme, kontrol, iletişim ve kendi kendini iyileştirme teknolojileriyle birlikte yenilikçi ürünler ve hizmetler kullanır:

  1. Her boyuttaki ve teknolojideki jeneratörlerin bağlanmasını ve çalışmasını daha iyi kolaylaştırır.
  2. Tüketicilerin sistemin işleyişini optimize etmede rol oynamasına izin verin.
  3. Tüketicilere tedariklerini nasıl kullanacakları konusunda daha fazla bilgi ve seçenek sağlayın.
  4. Tüm elektrik tedarik sisteminin çevresel etkisini önemli ölçüde azaltın.
  5. Mevcut yüksek sistem güvenilirliği, kalite ve tedarik güvenliğini koruyun ve hatta iyileştirin.
  6. Mevcut hizmetleri verimli bir şekilde sürdürmek ve geliştirmek."

Çoğu tanımın ortak bir unsuru, veri akışını ve bilgi yönetimini akıllı şebekenin merkezi haline getirerek, elektrik şebekesine dijital işleme ve iletişimin uygulanmasıdır . Çeşitli yetenekler, dijital teknolojinin güç şebekeleriyle derinlemesine entegre kullanımından kaynaklanmaktadır. Yeni şebeke bilgilerinin entegrasyonu, akıllı şebekelerin tasarımındaki kilit konulardan biridir. Elektrik şirketleri artık kendilerini üç sınıf dönüşüm yaparken buluyorlar: Çin'de güçlü şebeke olarak adlandırılan altyapının iyileştirilmesi ; akıllı şebekenin özü olan dijital katmanın eklenmesi ; ve akıllı teknolojiye yapılan yatırımlardan yararlanmak için gerekli olan iş süreci dönüşümü. Elektrik şebekesi modernizasyonunda, özellikle de trafo merkezi ve dağıtım otomasyonunda devam eden çalışmaların çoğu, artık akıllı şebekenin genel konseptine dahil edilmiştir.

Erken teknolojik yenilikler

Akıllı şebeke teknolojileri, daha önceki elektronik kontrol, ölçüm ve izleme girişimlerinden ortaya çıktı. 1980'lerde, büyük müşterilerden gelen yükleri izlemek için otomatik sayaç okuma kullanıldı ve sayaçları günün farklı saatlerinde elektriğin nasıl kullanıldığını depolayabilen 1990'ların Gelişmiş Ölçüm Altyapısına dönüştü . Akıllı sayaçlar , izlemenin gerçek zamanlı olarak yapılabilmesi için sürekli iletişim sağlar ve evdeki yanıta duyarlı cihazlar ve "akıllı prizler" talep etmek için bir ağ geçidi olarak kullanılabilir . Bu tür talep tarafı yönetim teknolojilerinin ilk biçimleri , güç kaynağı frekansındaki değişiklikleri izleyerek şebekedeki yükü pasif olarak algılayan dinamik talep farkında cihazlardı. Endüstriyel ve ev tipi klimalar, buzdolapları ve ısıtıcılar gibi cihazlar, şebekenin en yüksek durumda olduğu zamanlarda aktivasyonu önlemek için görev döngülerini ayarladılar. 2000'den başlayarak, İtalya'nın Telegestore Projesi, düşük bant genişliğine sahip elektrik hattı iletişimi ile bağlanan akıllı sayaçları kullanarak çok sayıda (27 milyon) evi ağlayan ilk projeydi . Bazı deneyler, güç hatları üzerinden geniş bant (BPL) terimini kullanırken, diğerleri , gaz ve su gibi diğer hizmetlerin ölçümünü desteklemenin yanı sıra, evdeki farklı cihazlara daha güvenilir bağlantılar için teşvik edilen ağ ağı gibi kablosuz teknolojileri kullandı .

Geniş alan ağlarının izlenmesi ve senkronizasyonu, 1990'ların başında, Bonneville Enerji İdaresi akıllı şebeke araştırmasını, çok geniş coğrafi alanlarda elektrik kalitesindeki anormalliklerin çok hızlı analizini yapabilen prototip sensörlerle genişlettiğinde devrim yarattı . Bu çalışmanın doruk noktası, 2000 yılında ilk operasyonel Geniş Alan Ölçüm Sistemi (WAMS) idi. Diğer ülkeler bu teknolojiyi hızla entegre ediyor - Çin, son 5 yıllık ekonomik plan 2012'de tamamlandığında kapsamlı bir ulusal WAMS'ye sahip olmaya başladı.

Akıllı şebekelerin en eski dağıtımları, İtalyan sistemi Telegestore (2005), Austin, Texas'taki ağ ağı (2003'ten beri) ve Boulder, Colorado'daki (2008) akıllı şebekeyi içerir . Aşağıdaki Dağıtımlar ve denenen dağıtımlar bölümüne bakın.

Özellikleri

Akıllı şebeke, elektrik arzının zorluklarına karşı mevcut ve önerilen yanıtların tamamını temsil eder. Çok çeşitli faktörler nedeniyle, birbiriyle rekabet eden sayısız taksonomi vardır ve evrensel bir tanım üzerinde anlaşma yoktur. Bununla birlikte, burada olası bir sınıflandırma verilmiştir.

Güvenilirlik

Akıllı şebeke, arıza tespitini iyileştiren ve teknisyenlerin müdahalesi olmadan ağın kendi kendini iyileştirmesine izin veren durum tahmini gibi teknolojileri kullanır . Bu, daha güvenilir elektrik tedariki ve doğal afetler veya saldırılara karşı daha az kırılganlık sağlayacaktır.

Akıllı şebekenin bir özelliği olarak birden fazla güzergah lanse edilse de, eski şebeke aynı zamanda birden çok güzergahı da içeriyordu. Şebekedeki ilk enerji hatları radyal bir model kullanılarak inşa edildi, daha sonra bağlantı, ağ yapısı olarak adlandırılan birden fazla yolla garanti edildi. Bununla birlikte, bu yeni bir sorun yarattı: ağdaki mevcut akış veya ilgili etkiler herhangi bir belirli ağ öğesinin sınırlarını aşarsa, başarısız olabilir ve akım diğer ağ öğelerine yönlendirilebilir, bu da sonunda başarısız olabilir ve bir arızaya neden olabilir. domino etkisi . Elektrik kesintisine bakın . Bunu önlemeye yönelik bir teknik, yuvarlanan elektrik kesintisi veya voltaj düşürme ( karartma) yoluyla yük atmadır .

Ağ topolojisinde esneklik

Yeni nesil iletim ve dağıtım altyapısı , bina çatılarındaki fotovoltaik paneller gibi dağıtılmış üretime izin vererek olası çift ​​yönlü enerji akışlarını daha iyi idare edebilecek , aynı zamanda elektrikli arabaların, rüzgar türbinlerinin, pompalanan hidroelektrik enerjisinin akülerine/pillerinden şarj, yakıt hücrelerinin ve diğer kaynakların kullanımı.

Klasik şebekeler tek yönlü elektrik akışı için tasarlanmıştır, ancak yerel bir alt ağ tükettiğinden daha fazla güç üretiyorsa, ters akış güvenlik ve güvenilirlik sorunlarına yol açabilir. Akıllı bir şebeke bu durumları yönetmeyi amaçlar.

Yeterlik

Enerji altyapısının verimliliği genel iyileşmeye çok sayıda katkıları dahil, özellikle akıllı şebeke teknolojisinden de beklenmemektedir talep tarafı yönetimi örneği, elektrik fiyatındaki kısa vadeli sivri sırasında klima kapatarak için, mümkün olduğunda üzerinde gerilimi azaltıcı dağıtım hatları Gerilim/VAR Optimizasyonu (VVO) aracılığıyla Wayback Machine'de 2013-06-27 arşivlendi , sayaç okuma için kamyon yuvarlanmalarını ortadan kaldırdı ve Gelişmiş Ölçüm Altyapısı sistemlerinden gelen verileri kullanarak iyileştirilmiş kesinti yönetimi ile kamyon yuvarlanmalarını azalttı. Genel etki, iletim ve dağıtım hatlarında daha az fazlalık ve daha düşük güç fiyatlarına yol açan jeneratörlerin daha fazla kullanılmasıdır.

Yük ayarı/Yük dengeleme

Elektrik şebekesine bağlı toplam yük, zaman içinde önemli ölçüde değişebilir. Toplam yük, istemcilerin birçok bireysel seçiminin toplamı olmasına rağmen, toplam yükün mutlaka sabit veya yavaş değişen olması gerekmez. Örneğin popüler bir televizyon programı başlasa milyonlarca televizyon anında akım çekmeye başlayacaktır. Geleneksel olarak, güç tüketimindeki hızlı bir artışa, büyük bir jeneratörün başlatma süresinden daha hızlı yanıt vermek için, bazı yedek jeneratörler enerji tüketen bir bekleme moduna alınır. Akıllı şebeke, yükü geçici olarak (daha büyük bir jeneratörü çalıştırmaya zaman tanımak için) veya sürekli olarak (sınırlı kaynaklar olması durumunda) azaltmak için tüm televizyon setlerini veya başka bir daha büyük müşteriyi uyarabilir. Matematiksel tahmin algoritmalarını kullanarak, belirli bir arıza oranına ulaşmak için kaç tane yedek jeneratör kullanılması gerektiğini tahmin etmek mümkündür. Geleneksel şebekede, arıza oranı ancak daha fazla yedek jeneratör pahasına azaltılabilir. Akıllı bir şebekede, istemcilerin küçük bir kısmı tarafından bile yükün azaltılması sorunu ortadan kaldırabilir.

Geleneksel olarak yük dengeleme stratejileri, talebi daha tekdüze hale getirmek için tüketicilerin tüketim modellerini değiştirmek için tasarlanırken, enerji depolama ve bireysel yenilenebilir enerji üretimindeki gelişmeler, tüketicilerin davranışlarını etkilemeden dengeli güç şebekeleri tasarlama fırsatları sağlamıştır. Tipik olarak, yoğun olmayan zamanlarda enerji depolamak, yoğun saatlerde yüksek talep arzını kolaylaştırır. Dinamik oyun-teorik çerçevelerin, Nash dengesini kullanarak enerji maliyetini optimize ederek depolama planlamasında özellikle verimli olduğu kanıtlanmıştır .

Pik azaltma/tesviye ve kullanım süresi fiyatlandırması

Ayrıca bakınız: Tod metre ve talep yanıtı
Elektrikli araçların akıllı şarjı ile maksimum yükten kaçınma

Yüksek maliyetli kullanım dönemlerinde talebi azaltmak için iletişim ve ölçüm teknolojileri, enerji talebinin yüksek olduğu ev ve iş yerlerindeki akıllı cihazları bilgilendirir ve ne kadar elektriğin ne zaman kullanıldığını takip eder. Ayrıca, kamu hizmeti şirketlerine, sistem aşırı yüklenmelerini önlemek için cihazlarla doğrudan iletişim kurarak tüketimi azaltma yeteneği verir. Örnekler, bir grup elektrikli araç şarj istasyonunun kullanımını azaltan veya bir şehirdeki klimaların sıcaklık ayar noktalarını değiştiren bir yardımcı program olabilir . Kullanıcıları, kullanımı kısmaya ve en yüksek kesinti veya en yüksek seviyelendirme denilen şeyi yapmaya motive etmek için , yüksek talep dönemlerinde elektrik fiyatları artırılır ve düşük talep dönemlerinde düşürülür. Tüketicilerin ve tüketici cihazlarının yoğun dönemlerde elektriği kullanmanın yüksek fiyat priminden haberdar olması mümkün olursa, tüketicilerin ve işletmelerin yüksek talep dönemlerinde daha az tüketme eğiliminde olacağı düşünülmektedir. Bu, klimaları açıp kapamak veya bulaşık makinesini 17:00 yerine 21:00'de çalıştırmak gibi takaslar yapmak anlamına gelebilir. İşletmeler ve tüketiciler, yoğun olmayan zamanlarda enerji kullanmanın doğrudan bir ekonomik faydasını gördüklerinde, teori, işletme enerji maliyetini tüketici cihazlarına ve bina inşaat kararlarına dahil edecekleri ve dolayısıyla daha enerji verimli hale gelecekleridir.

Sürdürülebilirlik

Akıllı şebekenin geliştirilmiş esnekliği, güneş enerjisi ve rüzgar enerjisi gibi oldukça değişken yenilenebilir enerji kaynaklarının , enerji depolama ilavesi olmadan bile daha fazla nüfuz etmesine izin verir . Mevcut ağ altyapısı, birçok dağıtılmış besleme noktasına izin verecek şekilde oluşturulmamıştır ve tipik olarak, yerel (dağıtım) düzeyde bir miktar beslemeye izin verilse bile, iletim düzeyi altyapısı buna uyum sağlayamaz. Bulutlu veya fırtınalı hava nedeniyle dağıtılmış üretimdeki hızlı dalgalanmalar, gaz türbinleri ve hidroelektrik jeneratörler gibi daha kontrol edilebilir jeneratörlerin çıktısını değiştirerek istikrarlı güç seviyeleri sağlaması gereken güç mühendisleri için önemli zorluklar sunar. Akıllı şebeke teknolojisi, bu nedenle şebekede çok büyük miktarlarda yenilenebilir elektrik için gerekli bir koşuldur. Araçtan şebekeye destek de vardır .

Pazar etkinleştirici

Akıllı şebeke, tedarikçiler (enerji fiyatları) ve tüketiciler (ödeme isteklilikleri) arasında sistematik iletişime izin verir ve hem tedarikçilerin hem de tüketicilerin operasyonel stratejilerinde daha esnek ve sofistike olmalarına izin verir. Sadece kritik yüklerin en yüksek enerji fiyatlarını ödemesi gerekecek ve tüketiciler enerjiyi kullanırken daha stratejik olabilecekler. Daha fazla esnekliğe sahip jeneratörler, stratejik olarak maksimum kar için enerji satabilecekken, baz yük buhar türbinleri ve rüzgar türbinleri gibi esnek olmayan jeneratörler, talep düzeyine ve halihazırda faaliyette olan diğer jeneratörlerin durumuna göre değişen bir tarife alacak. Genel etki, enerji verimliliğini ve tedarikin zamanla değişen sınırlamalarına duyarlı enerji tüketimini ödüllendiren bir sinyaldir. Evsel düzeyde, bir dereceye kadar enerji depolama veya termal kütleye sahip cihazlar (buzdolapları, ısı bankaları ve ısı pompaları gibi) piyasada 'oynamak' için iyi bir konuma sahip olacak ve talebi daha düşük seviyeye uyarlayarak enerji maliyetini en aza indirmeye çalışacaktır. maliyet enerji destek süreleri. Bu, yukarıda bahsedilen ikili tarifeli enerji fiyatlandırmasının bir uzantısıdır.

Talep yanıt desteği

Talep yanıt desteği, jeneratörlerin ve yüklerin gerçek zamanlı olarak otomatik bir şekilde etkileşime girmesine izin vererek, ani artışları düzleştirmek için talebi koordine eder. Bu artışlarda oluşan talep payını ortadan kaldırmak, yedek jeneratör ekleme maliyetini ortadan kaldırır, aşınma ve yıpranmayı azaltır ve ekipmanın ömrünü uzatır ve düşük öncelikli cihazlara yalnızca en ucuz olduğunda enerji kullanmalarını söyleyerek kullanıcıların enerji faturalarını kesmelerine olanak tanır. .

Şu anda, elektrik şebekesi sistemleri, üretim tesisleri, iletim hatları, trafo merkezleri ve büyük enerji kullanıcıları gibi yüksek değerli varlıkları için kontrol sistemleri içinde değişen derecelerde iletişime sahiptir. Genel olarak bilgi, kullanıcılardan ve kontrol ettikleri yüklerden tesislere geri dönerek tek yönlü akar. Kamu hizmetleri talebi karşılamaya çalışır ve değişen derecelerde başarılı olur veya başarısız olur (karartmalar, sürekli elektrik kesintisi, kontrolsüz elektrik kesintisi). Kullanıcıların toplam güç talebi miktarı , hızla değişen güç kullanımına cevap verebilmek için yedek üretim tesislerinin bekleme modunda olmasını gerektiren çok geniş bir olasılık dağılımına sahip olabilir. Bu tek yönlü bilgi akışı pahalıdır; üretim kapasitesinin son %10'u, zamanın %1'i kadar küçük bir oranda gerekli olabilir ve elektrik kesintileri ve kesintiler tüketiciler için maliyetli olabilir.

Talep yanıtı ticari, konut yükleri ve endüstriyel yüklerle sağlanabilir. Örneğin, Alcoa'nın Warrick Operasyonu, nitelikli bir Talep Yanıt Kaynağı olarak MISO'ya katılıyor ve Trimet Aluminium, izabe tesisini kısa vadeli bir mega pil olarak kullanıyor.

Bazı erken akıllı sayaç mimarileri, verilerin alınmasında 24 saate kadar gecikmeye izin vererek, cihaz tedarik ederek veya talep ederek herhangi bir olası tepkiyi önleyerek, veri akışının gecikmesi büyük bir endişe kaynağıdır.

Gelişmiş hizmetler için platform

Diğer endüstrilerde olduğu gibi, sağlam iki yönlü iletişim, gelişmiş sensörler ve dağıtılmış bilgi işlem teknolojisinin kullanılması, güç dağıtımı ve kullanımının verimliliğini, güvenilirliğini ve güvenliğini artıracaktır. Ayrıca, yangın izleme ve gücü kesebilen alarmlar, acil servislere telefon görüşmeleri vb. gibi tamamen yeni hizmetler veya mevcut hizmetler üzerinde iyileştirmeler yapma potansiyelini de açar.

Megabit tedarik edin, gücü kilobit ile kontrol edin, gerisini sat

Birinin cihazlarını otomatik olarak izlemek ve kapatmak için gereken veri miktarı, ses, güvenlik, İnternet ve TV hizmetlerini desteklemek için uzak evlere bile ulaşan veri miktarına kıyasla çok küçüktür. Birçok akıllı şebeke bant genişliği yükseltmesi, tüketici hizmetlerini desteklemek için aşırı provizyon yaparak ve enerjiyle ilgili hizmetlerle iletişimi sübvanse ederek veya yoğun saatlerde daha yüksek oranlar gibi enerjiyle ilgili hizmetleri iletişimle sübvanse ederek ödenir. Bu, özellikle hükümetlerin her iki hizmeti de kamu tekeli olarak yürüttüğü durumlarda geçerlidir. Güç ve iletişim şirketleri genellikle Kuzey Amerika ve Avrupa'da ayrı ticari işletmeler olduğundan, çeşitli işletmeleri işbirliği yapmaya teşvik etmek için önemli miktarda hükümet ve büyük satıcı çabası gerekmiştir. Cisco gibi bazıları, uzun süredir endüstriye sağladıkları cihazlara çok benzer cihazları tüketicilere sağlama fırsatı görüyor. Silver Spring Networks veya Google gibi diğerleri, ekipman satıcılarından ziyade veri entegratörleridir. AC güç kontrol standartları, elektrik hattı ağının akıllı şebeke ve ev cihazları arasındaki birincil iletişim aracı olacağını öne sürse de, bitler, başlangıçta Güç Hatları Üzerinden Geniş Bant ( BPL ) aracılığıyla eve değil, sabit kablosuz ile ulaşabilir.

teknoloji

Akıllı şebeke teknolojilerinin çoğu, üretim ve telekomünikasyon gibi diğer uygulamalarda zaten kullanılıyor ve şebeke operasyonlarında kullanılmak üzere uyarlanıyor.

Siemens Akıllı metre Manauara Alışveriş Merkezi, üçüncü büyük enerji tüketici de güç istasyonunda yüklü Manaus .
  • Entegre iletişim: İyileştirme alanları şunları içerir: trafo merkezi otomasyonu, talep yanıtı, dağıtım otomasyonu, denetleyici kontrol ve veri toplama ( SCADA ), enerji yönetim sistemleri, kablosuz ağ ağları ve diğer teknolojiler, güç hattı taşıyıcı iletişimi ve fiber optik . Entegre iletişim, sistem güvenilirliğini, varlık kullanımını ve güvenliği optimize etmek için gerçek zamanlı kontrol, bilgi ve veri alışverişine izin verecektir.
  • Algılama ve ölçüm: Temel görevler, tıkanıklık ve şebeke istikrarını değerlendirmek, ekipman sağlığını izlemek, enerji hırsızlığını önlemek ve kontrol stratejilerini desteklemektir. Teknolojiler şunları içerir: gelişmiş mikroişlemci sayaçları ( akıllı sayaç ) ve sayaç okuma ekipmanı, geniş alan izleme sistemleri, (tipik olarak Gerçek zamanlı termal derecelendirme (RTTR) sistemleriyle birlikte Dağıtılmış sıcaklık algılama ile çevrimiçi okumalara dayanır ), elektromanyetik imza ölçümü/analizi, zaman kullanım ve gerçek zamanlı fiyatlandırma araçları, gelişmiş anahtarlar ve kablolar, geri saçılım radyo teknolojisi ve Dijital koruyucu röleler .
  • Akıllı sayaçlar .
  • Fazör ölçüm birimleri . Güç sistemleri mühendisliği topluluğundaki pek çok kişi , 2003'teki Kuzeydoğu elektrik kesintisinin, geniş bir alan fazör ölçüm ağı mevcut olsaydı çok daha küçük bir alanı kapsayabileceğine inanıyor .
  • Dağıtılmış güç akışı kontrolü: güç akışı kontrol cihazları, içindeki güç akışını kontrol etmek için mevcut iletim hatlarına kenetlenir. Bu tür cihazlarla etkinleştirilen iletim hatları, bu enerjinin şebeke içinde nasıl yönlendirildiği üzerinde daha tutarlı, gerçek zamanlı kontrol sağlayarak yenilenebilir enerjinin daha fazla kullanımını destekler. Bu teknoloji, şebekenin daha sonra kullanmak üzere yenilenebilir kaynaklardan gelen kesintili enerjiyi daha etkin bir şekilde depolamasını sağlar.
  • Gelişmiş bileşenler kullanılarak akıllı güç üretimi: Akıllı güç üretimi, diğerlerinden bağımsız olarak, seçilen yükte verimli bir şekilde başlatabilen, durdurabilen ve çalışabilen birden fazla özdeş jeneratör kullanarak elektrik üretimini taleple eşleştirme kavramıdır , bu da onları baz yük ve tepe güç üretimi için uygun hale getirir. . Yük dengeleme adı verilen arz ve talebin eşleşmesi , istikrarlı ve güvenilir bir elektrik arzı için esastır. Dengedeki kısa süreli sapmalar frekans değişimlerine yol açar ve uzun süreli bir uyumsuzluk, elektrik kesintilerine neden olur . Güç iletim sistemlerinin operatörleri, tüm jeneratörlerin güç çıkışını elektrik şebekelerinin yüküyle eşleştirerek dengeleme göreviyle görevlendirilir . Rüzgar türbinleri ve güneş pilleri gibi giderek kesintili ve değişken jeneratörler şebekeye eklendiğinden, yük dengeleme görevi çok daha zor hale geldi ve diğer üreticileri üretimlerini geçmişte olduğundan çok daha sık uyarlamaya zorladı. İlk iki dinamik ızgara kararlılık santralleri kavramını kullanarak sipariş edildi Elering ve tarafından inşa edilecek Wärtsilä içinde Kiisa , Estonya ( Kiisa Santrali ). Amaçları "elektrik arzındaki ani ve beklenmedik düşüşleri karşılamak için dinamik üretim kapasitesi sağlamaktır." 2013 ve 2014 yıllarında hazır olmaları planlanıyor ve toplam çıktıları 250 MW olacak.
  • Güç sistemi otomasyonu , belirli şebeke kesintileri veya kesintileri için hızlı teşhis ve kesin çözümler sağlar. Bu teknolojiler, diğer dört temel alanın her birine dayanır ve katkıda bulunur. Gelişmiş kontrol yöntemleri için üç teknoloji kategorisi şunlardır: dağıtılmış akıllı ajanlar (kontrol sistemleri), analitik araçlar (yazılım algoritmaları ve yüksek hızlı bilgisayarlar) ve operasyonel uygulamalar (SCADA, trafo merkezi otomasyonu, talep yanıtı vb.). Yapay zeka programlama tekniklerini kullanan Çin'deki Fujian elektrik şebekesi, bir kontrol stratejisini hızla doğru bir şekilde hesaplayabilen ve uygulayabilen geniş bir alan koruma sistemi yarattı. Gerilim Kararlılığı İzleme ve Kontrol (VSMC) yazılımı , optimum kontrol çözümünü güvenilir bir şekilde belirlemek için hassasiyete dayalı ardışık doğrusal programlama yöntemini kullanır.

Enerji piyasasını bozan BT şirketleri

Akıllı şebeke, geleneksel elektrik şebekesinin eksik olduğu BT tabanlı çözümler sunar. Bu yeni çözümler, geleneksel olarak enerji şebekesi ile ilgili olmayan yeni girişlerin önünü açıyor. Teknoloji şirketleri, geleneksel enerji piyasası oyuncularını çeşitli şekillerde bozuyor. Mikro şebekeler nedeniyle daha merkezi olmayan enerji üretimini karşılamak için karmaşık dağıtım sistemleri geliştirirler. Ek olarak, veri toplamadaki artış, teknoloji şirketleri için iletim şebekesi sensörlerini kullanıcı düzeyinde dağıtma ve sistem rezervlerini dengeleme gibi birçok yeni olasılık getiriyor. Mikro şebekelerdeki teknoloji, haneler için enerji tüketimini kamu hizmetlerinden satın almaktan daha ucuz hale getirir. Ayrıca konut sakinleri, akıllı sayaçlara bağlantı ile enerji tüketimlerini daha kolay ve etkin bir şekilde yönetebilmektedir. Bununla birlikte, mikro şebekelerin performansları ve güvenilirliği, güç üretimi, depolama ve yük gereksinimleri arasındaki sürekli etkileşime büyük ölçüde bağlıdır. Yenilenebilir enerji kaynaklarını, enerji kaynaklarını kömür ve gaz olarak depolama ile birleştiren bir hibrit teklif, tek başına hizmet veren bir mikro şebekenin hibrit teklifini gösteriyor.

Sonuçlar

Teknoloji şirketlerinin enerji piyasasına girişinin bir sonucu olarak, kamu hizmetleri ve DSO'ların mevcut müşterileri elde tutmak ve yeni müşteriler yaratmak için yeni iş modelleri oluşturma ihtiyacı.

Bir müşteri katılımı stratejisine odaklanın

DSO'lar, müşteriye karşı sadakat ve güven oluşturmak için iyi müşteri katılım stratejileri oluşturmaya odaklanabilir. Mikro şebekeler aracılığıyla kendi enerjisini üretmeye karar veren müşterileri elde tutmak ve çekmek için DSO'lar, tüketicinin ürettiği fazla enerjinin satışı için satın alma anlaşmaları sunabilir. BT şirketlerinin kayıtsızlığı, hem DSO'lar hem de kamu hizmetleri, mükemmel müşteri hizmeti yaratmak için tüketicilere enerji kullanımı tavsiyesi ve verimlilik yükseltmeleri vermek için pazar deneyimlerini kullanabilir.

Yeni girilen teknoloji şirketleriyle ittifaklar oluşturun

Uzmanlıklarında BT şirketleriyle rekabet etmeye çalışmak yerine, hem kamu hizmetleri hem de DSO'lar, birlikte iyi çözümler oluşturmak için BT şirketleriyle ittifaklar oluşturmaya çalışabilir. Fransız kamu hizmeti şirketi Engie, bunu hizmet sağlayıcı Ecova ve OpTerra Energy Services'i satın alarak yaptı.

Yenilenebilir enerji kaynakları

Yenilenebilir enerji üretimi genellikle iletim şebekeleri yerine dağıtım düzeyinde bağlanabilir, bu da DSO'ların akışları yönetebileceği ve gücü yerel olarak dağıtabileceği anlamına gelir. Bu, DSO'lara enerjiyi doğrudan tüketiciye satarak pazarlarını genişletmeleri için yeni bir fırsat getiriyor. Aynı zamanda, bu durum, halihazırda eskiyen varlıkların yüksek maliyetleriyle kapana kısılmış olan fosil yakıtlar üreten kamu hizmetlerini zorluyor. Devletten geleneksel enerji kaynakları üretmek için daha katı düzenlemeler, işte kalmanın zorluğunu artırmakta ve geleneksel enerji şirketlerinin yenilenebilir enerji kaynaklarına geçiş yapma baskısını artırmaktadır. Daha fazla yenilenebilir enerji üretmek için kamu hizmetini değiştiren bir iş modelinin bir örneği, şu anda yenilenebilir enerjiye yoğun bir şekilde yatırım yapan devlete ait bir petrol şirketi olan Norveç merkezli şirket Equinor'dur.

Araştırma

Başlıca programlar

IntelliGrid  – Elektrik Gücü Araştırma Enstitüsü (EPRI) tarafından oluşturulan IntelliGrid mimarisi, gelişmiş ölçüm, dağıtım otomasyonu ve talep yanıtı. Mimari ayrıca cihazları, sistemleri ve teknolojiyi değerlendirmek için yaşayan bir laboratuvar sağlar. Güney Kaliforniya Edison, Long Island Power Authority, Salt River Projesi ve TXU Electric Delivery dahil olmak üzere çeşitli kamu hizmetleri IntelliGrid mimarisini uygulamıştır. IntelliGrid Konsorsiyumu,küresel araştırma çabalarını bütünleştiren ve optimize eden, teknoloji Ar-Ge'sine fon sağlayan, teknolojileri entegre etmek için çalışan ve teknik bilgileri yayanbir kamu/özel ortaklığıdır .

Grid 2030  – Grid 2030, elektrik hizmetleri endüstrisi, ekipman üreticileri, bilgi teknolojisi sağlayıcıları, federal ve eyalet devlet kurumları, çıkar grupları, üniversiteler ve ulusal laboratuvarlar tarafından geliştirilen ABD elektrik sistemi için ortak bir vizyon beyanıdır. Üretim, iletim, dağıtım, depolama ve son kullanımı kapsar. Ulusal Elektrik Dağıtım Teknolojileri Yol Haritası, Grid 2030 vizyonunun uygulama belgesidir. Yol Haritası, şebekeyi modernize etmek için temel sorunları ve zorlukları özetlemekte ve hükümet ile endüstrinin Amerika'nın gelecekteki elektrik dağıtım sistemini inşa etmek için izleyebileceği yolları önermektedir.

Modern Grid Initiative (MGI) , ABD elektrik şebekesini modernize etmek ve entegre etmek için ABD Enerji Bakanlığı (DOE), Ulusal Enerji Teknolojisi Laboratuvarı (NETL), kamu hizmetleri, tüketiciler, araştırmacılar ve diğer şebeke paydaşları arasında ortak bir çabadır. DOE'nin Elektrik Dağıtımı ve Enerji Güvenilirliği Ofisi (OE), Grid 2030 ve Ulusal Elektrik Dağıtım Teknolojileri Yol Haritası üzerine inşa edilen ve GridWise ve GridWorks gibi diğer programlarla uyumlu olan girişimin sponsorudur.

GridWise  – ABD elektrik şebekesini modernize etmek için bilgi teknolojisi geliştirmeye odaklanan bir DOE OE programı. GridWise Alliance ile birlikte çalışan program, iletişim mimarisine ve standartlarına yatırım yapar; simülasyon ve analiz araçları; akıllı teknolojiler; test yatakları ve gösteri projeleri; ve yeni düzenleyici, kurumsal ve piyasa çerçeveleri. GridWise Alliance, kamu ve özel elektrik sektörü paydaşlarından oluşan bir konsorsiyumdur ve fikir alışverişi, işbirliği çabaları ve federal ve eyalet düzeyinde politika yapıcılarla toplantılar için bir forum sağlar.

GridWise Mimari Konseyi (GWAC) , ABD Enerji Bakanlığı tarafındanülkenin elektrik enerjisi sistemiyle etkileşime giren birçok kuruluş arasında birlikte çalışabilirliği teşvik etmek ve sağlamak içinkuruldu. GWAC üyeleri, elektrik tedarik zincirinin birçok bileşenini ve kullanıcılarını temsil eden dengeli ve saygın bir ekiptir. GWAC, elektrik sistemi genelinde birlikte çalışabilirlik hedefini ifade etmek, birlikte çalışabilirliği mümkün kılmak için gereken kavramları ve mimarileri belirlemek ve sistemlerin, cihazların ve ulusun faaliyetlerini kapsayan kurumların birlikte çalışmasını kolaylaştırmak için eyleme geçirilebilir adımlar geliştirmek için endüstri rehberliği ve araçları sağlar. elektrik sistemi. GridWise Mimari Konseyi Birlikte Çalışabilirlik Bağlam Ayar Çerçevesi, V 1.1, gerekli yönergeleri ve ilkeleri tanımlar.

GridWorks  – Kablolar ve iletkenler, trafo merkezleri ve koruyucu sistemler ve güç elektroniği gibi ana şebeke bileşenlerini modernize ederek elektrik sisteminin güvenilirliğini artırmaya odaklanan bir DOE OE programı. Programın odak noktası, yüksek sıcaklıklı süper iletken sistemler, iletim güvenilirliği teknolojileri, elektrik dağıtım teknolojileri, enerji depolama cihazları ve GridWise sistemleri üzerindeki çabaları koordine etmeyi içerir.

Pasifik Kuzeybatı Akıllı Şebeke Gösteri Projesi. - Bu proje, Kuzeybatı Pasifik'teki beş eyalette (Idaho, Montana, Oregon, Washington ve Wyoming) bir gösteridir. Yaklaşık 60.000 ölçülü müşteriyi içerir ve geleceğin akıllı şebekesinin birçok temel işlevini içerir.

Solar Cities - Avustralya'da Solar Cities programı, akıllı sayaçları, en yüksek ve en yoğun olmayan fiyatlandırmayı, uzaktan anahtarlamayı ve ilgili çabaları denemek için enerji şirketleriyle yakın işbirliğini içeriyordu. Ayrıca şebeke yükseltmeleri için sınırlı bir fon sağladı.

Akıllı Şebeke Enerji Araştırma Merkezi (SMERC) -California Üniversitesi'nde bulunan Los Angeles, çabalarını akıllı EV şarj ağı teknolojisinin geniş ölçekli testine adadı. Bir kamu hizmeti ve tüketici son cihazları arasında iki yönlü bilgi akışı için başka bir platform yarattı. SMERC ayrıca bir Kontrol Merkezi, Talep Yanıt Otomasyon Sunucusu (DRAS), Ev Alanı Ağı (HAN), Pil Enerjisi Depolama Sistemi (BESS) ve fotovoltaik (PV) panellerden oluşan bir talep yanıt (DR) test yatağı geliştirdi. Bu teknolojiler, Los Angeles Su ve Güç Departmanı ve Güney Kaliforniya Edison bölgesi içinde EV şarj cihazları, pil enerji depolama sistemleri, güneş panelleri, DC hızlı şarj cihazı ve Araçtan Şebekeye (V2G) birimlerinden oluşan bir ağ olarak kurulur. Bu platformlar, iletişim ve kontrol ağları, bölgedeki UCLA liderliğindeki projelerin, iki yerel hizmet kuruluşu, SCE ve LADWP ile ortaklaşa test edilmesini sağlar.

Smart Quart - Almanya'da Smart Quart projesi, akıllı şebekeleri işletmek için teknoloji geliştirmek, test etmek ve sergilemek için üç akıllı bölge geliştiriyor. Proje, E.ON , Viessmann , gridX ve RWTH Aachen Üniversitesi ile birlikte hidrojenlibir işbirliğidir. 2024 yılı sonuna kadar her üç ilçeye de yerel olarak üretilen enerjinin sağlanması ve büyük ölçüde fosil enerji kaynaklarından bağımsız olması planlanmaktadır.

Akıllı şebeke modelleme

Akıllı güç şebekelerini modellemek için birçok farklı konsept kullanılmıştır. Genellikle karmaşık sistemler çerçevesinde incelenirler . Yakın tarihli bir beyin fırtınası oturumunda, elektrik şebekesi optimal kontrol , ekoloji , insan bilişi, camsı dinamikler, bilgi teorisi , bulutların mikrofiziği ve diğerleri bağlamında ele alındı . İşte son yıllarda ortaya çıkan analiz türlerinden bir seçki.

Kendilerini doğrulayan ve denetleyen koruma sistemleri

Pelqim Spahiu ve Ian R. Evans, çalışmalarında trafo merkezi tabanlı akıllı koruma ve hibrit Denetim Birimi kavramını tanıttılar.

Kuramoto osilatörleri

Kuramoto modeli üzerinde iyi çalışılmış bir sistemdir. Elektrik şebekesi de bu bağlamda tanımlanmıştır. Amaç, sistemi dengede tutmak veya faz senkronizasyonunu (faz kilitleme olarak da bilinir) sürdürmektir . Tek tip olmayan osilatörler aynı zamanda farklı teknolojileri, farklı tipte güç jeneratörlerini, tüketim kalıplarını vb. modellemeye yardımcı olur. Model ayrıca ateşböceklerinin yanıp sönmesindeki senkronizasyon modellerini tanımlamak için de kullanılmıştır.

biyo-sistemler

Güç şebekeleri, diğer birçok bağlamda karmaşık biyolojik sistemlerle ilişkilendirilmiştir. Bir çalışmada, elektrik şebekeleri yunus sosyal ağıyla karşılaştırıldı. Bu yaratıklar, olağandışı bir durumda iletişimi kolaylaştırır veya yoğunlaştırır. Hayatta kalmalarını sağlayan iletişim son derece karmaşıktır.

Rastgele sigorta ağları

In sızma teorisi , rastgele sigorta ağları incelenmiştir. Akım yoğunluğu bazı bölgelerde çok düşük ve diğerlerinde çok güçlü olabilir. Bu nedenle analiz, ağdaki olası sorunları düzeltmek için kullanılabilir. Örneğin, yüksek hızlı bilgisayar analizi, atmış sigortaları tahmin edebilir ve bunları düzeltebilir veya elektrik kesintisine yol açabilecek kalıpları analiz edebilir. İnsanların karmaşık ağlarda uzun vadeli kalıpları tahmin etmesi zordur, bu nedenle bunun yerine sigorta veya diyot ağları kullanılır.

Akıllı Şebeke İletişim Ağı

Ağ Simülatörleri , ağ iletişim etkilerini simüle etmek/taklit etmek için kullanılır. Bu genellikle, ağ simülatörü tarafından sağlanan sanal ağ ile akıllı şebeke cihazları, uygulamalar vb. ile bir laboratuvar kurmayı içerir.

Nöral ağlar

Güç şebekesi yönetimi için de sinir ağları düşünülmüştür. Elektrik güç sistemleri birçok farklı şekilde sınıflandırılabilir: doğrusal olmayan, dinamik, ayrık veya rastgele. Yapay Sinir Ağları (YSA), bu problemlerin en zoru olan lineer olmayan problemleri çözmeye çalışır.

Talep Tahmini

YSA'ların bir uygulaması talep tahminidir. Şebekelerin ekonomik ve güvenilir bir şekilde çalışması için talep tahmini önemlidir, çünkü yükün tüketeceği güç miktarını tahmin etmek için kullanılır. Bu, hava koşullarına, günün türüne, rastgele olaylara, olaylara vb. bağlıdır. Doğrusal olmayan yükler için olsa da, yük profili düzgün ve öngörülebilir değildir, bu da geleneksel Yapay Zeka modellerini kullanarak daha yüksek belirsizlik ve daha az doğruluk ile sonuçlanır. YSA'ların bu tür modelleri geliştirirken dikkate aldığı bazı faktörler: elektrik tüketimine dayalı olarak farklı müşteri sınıflarının yük profillerinin sınıflandırılması, geleneksel şebekelere kıyasla gerçek zamanlı elektrik fiyatlarını tahmin etmek için talebin artan duyarlılığı, geçmiş talebi şu şekilde girme ihtiyacı tek bir girdide birleştirmek yerine tepe yükü, taban yükü, vadi yükü, ortalama yük vb. gibi farklı bileşenler ve son olarak türün belirli girdi değişkenlerine bağımlılığı. Son duruma bir örnek olarak, ister hafta içi ister hafta sonu olsun, Hastane şebekeleri üzerinde fazla bir etkisi olmayacak olan gün tipi verilebilir, ancak bu, yerleşik konut şebekelerinin yük profilinde büyük bir faktör olacaktır.

Markov süreçleri

Gibi rüzgar enerjisi popülerlik kazanmaya devam ediyor, gerçekçi elektrik şebekesi çalışmalarında gerekli bir madde haline gelir. Çevrimdışı depolama, rüzgar değişkenliği, arz, talep, fiyatlandırma ve diğer faktörler matematiksel bir oyun olarak modellenebilir. Burada amaç kazanan bir strateji geliştirmektir. Markov süreçleri , bu tür bir sistemi modellemek ve incelemek için kullanılmıştır.

maksimum entropi

Bu yöntemlerin tümü, şu veya bu şekilde, aktif bir araştırma alanı olan maksimum entropi yöntemleridir . Bu, Shannon'ın ve iletişim ağlarını inceleyen diğer birçok araştırmacının fikirlerine kadar uzanır . Günümüzde benzer hatlar boyunca devam eden modern kablosuz ağ araştırmaları genellikle ağ tıkanıklığı sorununu ele alıyor ve bunu en aza indirmek için oyun teorisi, FDMA , TDMA ve diğerlerinin yenilikçi kombinasyonları dahil olmak üzere birçok algoritma öneriliyor .

ekonomi

Pazar görünümü

2009'da ABD akıllı şebeke endüstrisi yaklaşık 21.4 milyar dolar değerindeydi - 2014 yılına kadar en az 42.8 milyar doları aşacak. ABD'deki akıllı şebekelerin başarısı göz önüne alındığında, dünya pazarının 2009'da 69.3 milyar dolardan 2014'e kadar 171.4 milyar dolara çıkarak daha hızlı büyümesi bekleniyor. sayaçlar tarafından toplanan büyük miktarda veriyi iletmek ve düzenlemek için kullanılan yazılım üreticileri.

Akıllı Şebeke Pazarı'nın büyüklüğü 2017'de 30 milyar ABD Doları'nın üzerindeydi ve %11'in üzerinde büyüme kaydederek 2024 yılına kadar 70 Milyar ABD Dolarına ulaşması bekleniyor. Yaşlanan elektrik şebekesi altyapısının yönlendirdiği güç sektörünü dijitalleştirmeye yönelik artan ihtiyaç, küresel pazarı canlandıracak boy. Sektör, öncelikle, küresel enerji karışımında yenilenebilir kaynakların artan payının yanı sıra elverişli hükümet düzenlemeleri ve yetkileri tarafından yönlendiriliyor. Uluslararası Enerji Ajansı'na (IEA) göre, dijital elektrik altyapısına yapılan küresel yatırımlar 2017'de 50 milyar ABD dolarının üzerindeydi.

Electric Power Research Institute tarafından 2011 yılında yapılan bir araştırma, ABD akıllı şebekesine yapılan yatırımın 20 yılda 476 milyar dolara mal olacağı, ancak bu süre zarfında 2 trilyon dolara kadar müşteri avantajı sağlayacağı sonucuna varıyor. 2015 yılında, Dünya Ekonomik Forumu , elektrik altyapısını modernize etmek, genişletmek ve merkezi olmayan hale getirmek için önümüzdeki 25 yıl içinde OECD üyeleri tarafından 7,6 trilyon dolardan fazla (veya yılda 300 milyar dolar) dönüşümsel bir yatırım gerektiğini bildirdi. dönüşüme. Uluslararası Enerji Ajansı tarafından 2019 yılında yapılan bir araştırma , ABD elektrik şebekesinin mevcut (değeri düşmüş) değerinin 1 trilyon ABD dolarından fazla olduğunu tahmin ediyor. Bunu akıllı bir şebekeyle değiştirmenin toplam maliyetinin 4 trilyon ABD dolarından fazla olduğu tahmin ediliyor. Akıllı şebekeler ABD genelinde tam olarak dağıtılırsa, ülke yılda 130 milyar ABD doları tasarruf etmeyi bekliyor.

Genel ekonomik gelişmeler

Müşteriler elektrik tedarikçilerini farklı tarife yöntemlerine göre seçebildikleri için nakliye maliyetlerinin odağı artacaktır. Bakım ve değiştirme maliyetlerinin azaltılması, daha gelişmiş kontrolü teşvik edecektir.

Akıllı şebeke, elektrik gücünü konut seviyesine kadar kesin bir şekilde sınırlar, küçük ölçekli dağıtılmış enerji üretim ve depolama cihazlarını birbirine bağlar, çalışma durumu ve ihtiyaçları hakkında bilgi iletir, fiyatlar ve şebeke koşulları hakkında bilgi toplar ve şebekeyi merkezi kontrolün ötesinde işbirlikçi bir sisteme taşır. ağ.

ABD ve İngiltere tasarruf tahminleri ve endişeleri

2003 yılında Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı'nın yaptığı bir araştırma, akıllı şebeke yeteneklerine sahip ABD şebekelerinin dahili modernizasyonunun, çalışmanın birkaç yılı içinde uygulanması halinde, önümüzdeki 20 yılda 46 ila 117 milyar dolar tasarruf sağlayacağını hesapladı. Bu endüstriyel modernizasyon faydalarının yanı sıra, akıllı şebeke özellikleri, su ısıtıcıları gibi düşük öncelikli ev cihazlarını koordine ederek enerji verimliliğini şebekenin ötesine genişletebilir, böylece güç kullanımları en çok arzu edilen enerji kaynaklarından yararlanır. Akıllı şebekeler, çatı üstü güneş panelleri sahipleri gibi çok sayıda küçük güç üreticisinin güç üretimini de koordine edebilir - aksi takdirde yerel tesislerdeki güç sistemleri operatörleri için sorun teşkil edecek bir düzenleme.

Önemli bir soru, tüketicilerin piyasa sinyallerine yanıt olarak hareket edip etmeyeceğidir. ABD Enerji Bakanlığı (DOE), Amerikan Geri Kazanım ve Yeniden Yatırım Yasası Akıllı Şebeke Yatırım Hibe ve Gösterileri Programının bir parçası olarak, zamana dayalı fayda oranı programlarına abone olan tüketicilerin kabul, elde tutma ve tepkilerini incelemek için özel tüketici davranışı çalışmalarını finanse etti Arşivlendi 2015 -03-18, gelişmiş ölçüm altyapısı ve ev içi ekranlar ve programlanabilir iletişim termostatları gibi müşteri sistemlerini içeren Wayback Machine'de .

Bir başka endişe de, akıllı şebekeleri tam olarak desteklemek için telekomünikasyon maliyetinin engelleyici olabileceğidir. Cihazların şebeke frekansına tepki olarak yüklerini değiştirerek zirveleri tıraş ettiği bir " dinamik talep yönetimi " biçimi kullanılarak daha ucuz bir iletişim mekanizması önerilmiştir . Şebeke frekansı, ek bir telekomünikasyon ağına ihtiyaç duymadan yük bilgilerini iletmek için kullanılabilir, ancak ekonomik pazarlığı veya katkıların miktarını desteklemez.

Spesifik ve kullanımda kanıtlanmış akıllı şebeke teknolojileri olmasına rağmen, akıllı ızgara bir hangi ilgili teknolojiler kümesi için toplu bir terimdir şartname genellikle oldukça spesifik bir teknoloji için bir isim daha kabul edilmektedir. Böyle modernize edilmiş bir elektrik şebekesinin faydalarından bazıları, talep tarafı yönetimi olarak adlandırılan yoğun saatlerde tüketici tarafında güç tüketimini azaltma yeteneği ; etkinleştirme ızgara bağlantı arasında dağıtılan nesil ile (güç fotovoltaik diziler , küçük rüzgar türbinleri , mikro hidro ya da kombine ısı ve güç binalarda jeneratörler); dağıtılmış üretim yük dengelemesi için şebeke enerji depolamasının dahil edilmesi ; ve yaygın güç şebekesi kademeli arızaları gibi arızaları ortadan kaldırmak veya içermek . Akıllı şebeke artan verimlilik ve güvenilirlik tüketicilerin tasarruf ve yardım azaltması bekleniyor CO
2 emisyonlar.

Muhalefet ve endişeler

Çoğu muhalefet ve endişe, akıllı sayaçlara ve bunların etkinleştirdiği öğelere (uzaktan kumanda, uzaktan bağlantı kesme ve değişken oranlı fiyatlandırma gibi) odaklanmıştır. Akıllı sayaçlara muhalefetle karşılaşıldığında, genellikle rakiplerin gözünde akıllı şebekeyi akıllı sayaçlara bağlayan "akıllı şebeke" olarak pazarlanırlar. Belirli muhalefet veya endişe noktaları şunları içerir:

  • mahremiyetle ilgili tüketici endişeleri , örneğin kullanım verilerinin kolluk kuvvetleri tarafından kullanılması
  • elektriğin "adil" kullanılabilirliği konusundaki sosyal kaygılar
  • karmaşık oran sistemlerinin (örneğin değişken oranlar) açıklığı ve hesap verebilirliği ortadan kaldırarak tedarikçinin müşteriden yararlanmasına izin verdiği endişesi
  • çoğu akıllı ölçüm cihazına dahil edilmiş uzaktan kontrol edilebilir " öldürme anahtarı " ile ilgili endişeler
  • Enron tarzı bilgi kaldıracının kötüye kullanılmasına ilişkin sosyal kaygılar
  • Tüm güç kullanan faaliyetlerin kullanımını kontrol etmek için hükümet mekanizmalarına verme konusundaki endişeler
  • akıllı sayaçlardan kaynaklanan RF emisyonlarıyla ilgili endişeler

Güvenlik

Elektrik şebekelerinin akıllı şebekelere modernizasyonu, günlük süreçlerin optimizasyonuna izin verirken, çevrimiçi olan bir akıllı şebeke, siber saldırılara karşı savunmasız olabilir. Elektrik santrallerinde uzun mesafe seyahat için üretilen elektriğin gerilimini artıran transformatörler, iletim hatları ve elektriği tüketicilerine ileten dağıtım hatları özellikle hassastır. Bu sistemler, sahadan bilgi toplayan ve daha sonra bunu algoritmaların analiz ve karar verme süreçlerini otomatikleştirdiği kontrol merkezlerine ileten sensörlere dayanır. Bu kararlar, mevcut ekipmanın onları uyguladığı alana geri gönderilir. Bilgisayar korsanları, üretilen elektriğin kullanılmasına izin veren kanalları keserek bu otomatik kontrol sistemlerini bozma potansiyeline sahiptir. Buna hizmet reddi veya DoS saldırısı denir. Ayrıca, sistem boyunca iletilen bilgileri bozan bütünlük saldırılarının yanı sıra, bu tür bilgilerin uygun konuma ne zaman teslim edildiğini etkileyen senkronizasyonsuzlaştırma saldırılarını da başlatabilirler. Ayrıca, izinsiz giriş yapan kişiler, yenilenebilir enerji üretim sistemleri ve şebekeye bağlı akıllı sayaçlar aracılığıyla, daha özelleşmiş zayıflıklardan veya güvenliğine öncelik verilmemiş olanlardan yararlanarak tekrar erişim sağlayabilirler. Akıllı bir şebeke, akıllı sayaçlar gibi çok sayıda erişim noktasına sahip olduğundan, tüm zayıf noktalarını savunmak zor olabilir. Ayrıca, başta iletişim teknolojisi olmak üzere altyapının güvenliği konusunda da endişeler var. Endişeler esas olarak akıllı şebekenin kalbindeki iletişim teknolojisi etrafında toplanıyor. Müşterilerin evlerinde ve işyerlerinde kamu hizmetleri ve sayaçlar arasında gerçek zamanlı temasa izin verecek şekilde tasarlanan bu özelliklerin suç veya hatta terörist eylemler için kullanılma riski vardır. Bu bağlantının en önemli özelliklerinden biri, güç kaynaklarını uzaktan kapatma yeteneğidir, bu da kamu hizmetlerinin, ödemeyi temerrüde düşen müşterilere hızlı ve kolay bir şekilde durdurmasını veya sarf malzemelerini değiştirmesini sağlar. Bu, şüphesiz enerji sağlayıcıları için büyük bir nimettir, ancak aynı zamanda bazı önemli güvenlik sorunlarını da gündeme getirmektedir. Siber suçlular daha önce de birçok kez ABD elektrik şebekesine sızmıştı. Bilgisayar sızmasının yanı sıra, endüstride yaygın olarak kullanılan SCADA sistemlerini hedef alan Stuxnet gibi bilgisayar kötü amaçlı yazılımlarının bir akıllı şebeke ağına saldırmak için kullanılabileceğine dair endişeler de var .

Elektrik hırsızlığı, dağıtılan akıllı sayaçların elektrik iletim ağı ile iletişim kurmak için RF teknolojisini kullandığı ABD'de bir endişe kaynağıdır. Elektronik bilgisine sahip kişiler, akıllı sayacın gerçek kullanımdan daha düşük rapor vermesine neden olacak parazit cihazları tasarlayabilir. Benzer şekilde, aynı teknoloji, tüketicinin kullandığı enerjinin başka bir müşteri tarafından kullanıldığını göstermek ve faturasını artırmak için kullanılabilir.

İyi yürütülen, oldukça büyük bir siber saldırıdan kaynaklanan hasar, kapsamlı ve uzun süreli olabilir. Saldırının niteliğine bağlı olarak, yetersiz bir trafo merkezinin onarılması dokuz günden bir yıla kadar sürebilir. Ayrıca küçük bir yarıçapta saatlerce süren bir kesintiye neden olabilir. Trafik ışıkları ve diğer yönlendirme mekanizmalarının yanı sıra yeraltı yolları için havalandırma ekipmanı elektriğe bağlı olduğundan, ulaşım altyapısı üzerinde anında bir etkisi olabilir. Ek olarak, atık su arıtma tesisleri, bilgi teknolojisi sektörü ve iletişim sistemleri dahil olmak üzere elektrik şebekesine dayanan altyapı etkilenebilir.

Türünün ilk örneği olan Aralık 2015 Ukrayna elektrik şebekesi siber saldırısı , trafo merkezlerini çevrimdışı duruma getirerek yaklaşık çeyrek milyon insanın hizmetlerini kesintiye uğrattı. Dış İlişkiler Konseyi, devletlerin bu tür bir saldırının faillerinin olma ihtimalinin yüksek olduğunu, çünkü bunu yapmanın yüksek zorluk derecesine rağmen, bir saldırıyı gerçekleştirecek kaynaklara erişimleri olduğunu kaydetti. Siber saldırılar, askeri veya başka türlü daha büyük bir saldırının parçaları olarak kullanılabilir. Bazı güvenlik uzmanları, bu tür bir olayın başka yerlerdeki şebekelere kolayca ölçeklenebileceği konusunda uyarıyor. Sigorta şirketi Lloyd's of London, 15 eyaleti etkileme, 93 milyon insanı karanlıkta bırakma ve ülke ekonomisine çeşitli zararlarda 243 milyar ila 1 trilyon dolara mal olma potansiyeline sahip olan Doğu Bağlantısı'na yönelik bir siber saldırının sonucunu şimdiden modelledi. .

ABD Temsilciler Meclisi Ekonomik Kalkınma, Kamu Binaları ve Acil Durum Yönetimi Alt Komitesi'ne göre, elektrik şebekesi şimdiden çok sayıda siber saldırı gördü ve her beş kişiden ikisi onu etkisiz hale getirmeyi hedefliyor. Bu nedenle, ABD Enerji Bakanlığı, 2017 Dört Yıllık Enerji İncelemesinde elektrik şebekesinin siber saldırılara karşı savunmasızlığını azaltmak için araştırma ve geliştirmeye öncelik verdi ve bunları "yakın bir tehlike" olarak nitelendirdi. Enerji Bakanlığı ayrıca, hem saldırı direncini hem de kendi kendini iyileştirmeyi, günümüzün akıllı şebekesinin geleceğe dönük olmasını sağlamanın ana anahtarları olarak tanımladı. Halihazırda yürürlükte olan düzenlemeler, yani Kuzey Amerika Elektrik Güvenilirlik Konseyi tarafından getirilen Kritik Altyapı Koruma Standartları olsa da, bunların önemli bir kısmı zorunluluktan ziyade önerilerdir. Çoğu elektrik üretim, iletim ve dağıtım tesisi ve ekipmanının özel paydaşlara ait olması, bu tür standartlara uyumu değerlendirme görevini daha da karmaşık hale getirmektedir. Ek olarak, kamu hizmetleri tam olarak uymak isteseler bile, bunu yapmanın çok pahalı olduğunu görebilirler.

Bazı uzmanlar, akıllı elektrik şebekesinin siber savunmasını artırmanın ilk adımının, yazılım, donanım ve iletişim süreçlerinin araştırılması dahil olmak üzere mevcut altyapının kapsamlı bir risk analizini tamamlamak olduğunu savunuyor. Ek olarak, izinsiz girişlerin kendileri değerli bilgiler sağlayabileceğinden, sistem günlüklerini ve doğasına ve zamanlamasına ilişkin diğer kayıtları analiz etmek yararlı olabilir. İç Güvenlik Bakanlığı tarafından bu tür yöntemler kullanılarak zaten tespit edilen yaygın zayıflıklar arasında düşük kod kalitesi, uygunsuz kimlik doğrulama ve zayıf güvenlik duvarı kuralları yer alır. Bu adım tamamlandıktan sonra, bazıları yukarıda belirtilen başarısızlıkların veya eksikliklerin olası sonuçlarının bir analizini tamamlamanın mantıklı olduğunu öne sürüyor. Bu, paralel sistemler üzerinde hem anlık sonuçları hem de ikinci ve üçüncü dereceden basamaklı etkileri içerir. Son olarak, durumu ele almak için altyapı yetersizliklerinin basit bir şekilde düzeltilmesini veya yeni stratejileri içerebilen risk azaltma çözümleri kullanılabilir. Bu tür önlemlerden bazıları, siber saldırılara karşı daha dirençli olmalarını ve bunlardan kurtulmalarını sağlamak için kontrol sistemi algoritmalarının yeniden kodlanmasını veya verilerde olağandışı veya yetkisiz değişikliklerin daha verimli bir şekilde tespit edilmesini sağlayan önleyici teknikleri içerir. Sistemleri tehlikeye atabilecek insan hatasını hesaba katan stratejiler arasında, sahada çalışanların, yalnızca içeriklerini kontrol etmek için bile takıldığında kötü amaçlı yazılımlar oluşturabilecek garip USB sürücülere karşı dikkatli olmaları konusunda eğitilmesi yer alır.

Diğer çözümler arasında iletim trafo merkezlerinin, kısıtlı SCADA ağlarının, politika tabanlı veri paylaşımının ve kısıtlı akıllı sayaçların onaylanması yer alır.

İletim alt istasyonları, tek seferlik imza kimlik doğrulama teknolojilerini ve tek yönlü karma zincir yapılarını kullanır. Bu kısıtlamalar o zamandan beri hızlı imzalama ve doğrulama teknolojisi ve ara belleğe alma gerektirmeyen veri işlemenin oluşturulmasıyla giderildi.

Kısıtlı SCADA ağları için benzer bir çözüm oluşturulmuştur. Bu, bayt akışlarına Hash Tabanlı İleti Kimlik Doğrulama Kodunun uygulanmasını ve eski sistemlerde bulunan rastgele hata algılamasının veri özgünlüğünü garanti eden bir mekanizmaya dönüştürülmesini içerir.

Politikaya dayalı veri paylaşımı, artırılmış şebeke kararlılığı ve güvenilirliği sağlamak için GPS saati ile senkronize edilmiş ince taneli elektrik şebekesi ölçümlerini kullanır. Bunu, PMU'lar tarafından toplanan senkro-fazör gereksinimleri aracılığıyla yapar.

Ancak kısıtlı akıllı sayaçların tasdiki biraz farklı bir zorlukla karşı karşıyadır. Kısıtlı akıllı sayaçların onaylanmasıyla ilgili en büyük sorunlardan biri, enerji hırsızlığı ve benzeri saldırıları önlemek için siber güvenlik sağlayıcılarının cihazların yazılımlarının orijinal olduğundan emin olmaları gerektiğidir. Bu problemle mücadele etmek için kısıtlı akıllı ağlar için bir mimari oluşturulmuş ve gömülü sistemde düşük seviyede uygulanmıştır.

Evlat edinmenin diğer zorlukları

Bir kamu hizmeti, gelişmiş bir ölçüm sistemi veya herhangi bir tür akıllı sistem kurmadan önce , yatırım için bir iş gerekçesi hazırlamalıdır. Jeneratörlere kurulu güç sistemi stabilizatörleri (PSS) gibi bazı bileşenler çok pahalıdır, şebekenin kontrol sistemine karmaşık entegrasyon gerektirir, yalnızca acil durumlarda ihtiyaç duyulur ve yalnızca ağdaki diğer tedarikçilerin bunlara sahip olması durumunda etkilidir. Bunları kurmak için herhangi bir teşvik olmadan, güç tedarikçileri yapmaz. Çoğu hizmet kuruluşu, tek bir uygulama için (örneğin sayaç okuma) bir iletişim altyapısı kurmayı haklı bulmayı zor bulmaktadır. Bu nedenle, bir yardımcı programın tipik olarak aynı iletişim altyapısını kullanacak birkaç uygulamayı tanımlaması gerekir – örneğin, bir sayaç okuma, güç kalitesini izleme, müşterilerin uzaktan bağlanması ve bağlantısını kesme, talep yanıtını etkinleştirme, vb. İdeal olarak, iletişim altyapısı çalışmayacaktır. yalnızca kısa vadeli uygulamaları destekler, ancak gelecekte ortaya çıkacak beklenmedik uygulamaları destekler. Düzenleyici veya yasal eylemler, yardımcı programları akıllı şebeke bulmacasının parçalarını uygulamaya yönlendirebilir. Her kamu kuruluşunun yatırımlarını yönlendiren benzersiz bir iş, düzenleyici ve yasal etkenler kümesi vardır. Bu, her bir yardımcı programın kendi akıllı şebekesini oluşturmak için farklı bir yol izleyeceği ve farklı kuruluşların farklı benimseme oranlarında akıllı şebekeler oluşturacağı anlamına gelir.

Akıllı şebekelerin bazı özellikleri, şu anda benzer hizmetler sunan veya sağlamayı uman endüstrilerin muhalefetini çekiyor. Bir örnek, geniş banttan kablolu ve DSL İnternet sağlayıcıları ile elektrik hattı internet erişimi üzerinden rekabettir . Şebekeler için SCADA kontrol sistemleri sağlayıcıları, müşterilerini satıcıya bağlamak için diğer sistemlerle birlikte çalışamayacakları şekilde kasıtlı olarak özel donanım, protokoller ve yazılımlar tasarlamıştır.

Dijital iletişim ve bilgisayar altyapısının şebekenin mevcut fiziksel altyapısıyla birleştirilmesi, zorluklar ve doğal güvenlik açıkları ortaya çıkarmaktadır. Göre IEEE Güvenlik ve Gizlilik Dergisi , akıllı ızgara insanların büyük bilgisayar ve iletişim altyapısını geliştirmek ve kullanmak gerektireceğini destekleri daha büyük bir durumsal farkındalık derecesi ve daha spesifik komuta ve kontrol işlemleri için izin verir. Bu süreç, talep-cevap geniş alan ölçümü ve kontrolü, elektriğin depolanması ve taşınması ve elektrik dağıtımının otomasyonu gibi ana sistemleri desteklemek için gereklidir.

Güç Hırsızlığı / Güç Kaybı

Çeşitli "akıllı şebeke" sistemlerinin ikili işlevi vardır. Bu, çeşitli yazılımlarla birlikte kullanıldığında güç hırsızlığını tespit etmek için kullanılabilen ve eleme süreciyle ekipman arızalarının nerede meydana geldiğini tespit eden Gelişmiş Ölçüm Altyapısı sistemlerini içerir. Bunlar, insan sayaç okuma ihtiyacını ortadan kaldırma ve elektriğin kullanım süresini ölçme birincil işlevlerine ek olarak bulunmaktadır.

Hırsızlık dahil dünya çapındaki güç kaybının yılda yaklaşık iki yüz milyar dolar olduğu tahmin ediliyor.

Elektrik hırsızlığı, gelişmekte olan ülkelerde güvenilir elektrik hizmeti sağlarken de büyük bir zorluk teşkil etmektedir.

Dağıtımlar ve denenen dağıtımlar

Enel

Akıllı şebekenin en eski ve en büyük örneklerinden biri , İtalya'dan Enel SpA tarafından kurulan İtalyan sistemidir . 2005 yılında tamamlanan Telegestore projesi, şirket kendi sayaçlarını tasarlayıp ürettiği, kendi sistem entegratörü olarak hareket ettiği ve kendi sistem yazılımını geliştirdiği için kamu hizmeti dünyasında oldukça sıra dışıydı. Telegestore projesi, yaygın olarak akıllı şebeke teknolojisinin evde ticari ölçekte ilk kullanımı olarak kabul ediliyor ve 2,1 milyar euro proje maliyetiyle yıllık 500 milyon euro tasarruf sağlıyor.

ABD Enerji Bakanlığı - ARRA Akıllı Şebeke Projesi

Dünyanın bugüne kadarki en büyük dağıtım programlarından biri, 2009 Amerikan İyileştirme ve Yeniden Yatırım Yasası tarafından finanse edilen ABD Enerji Bakanlığı'nın Akıllı Şebeke Programıdır . Bu program, bireysel kamu hizmetlerinden eşleşen finansman gerektiriyordu. Bu programın bir parçası olarak toplam 9 milyar doların üzerinde Kamu/Özel fon yatırımı yapılmıştır. 65 milyonun üzerinde Gelişmiş "Akıllı" Sayaç, Müşteri Arayüzü Sistemleri, Dağıtım ve Trafo Otomasyonu, Volt/VAR Optimizasyon Sistemleri, 1.000'in üzerinde Senkrofazör , Dinamik Hat Derecelendirme, Siber Güvenlik Projeleri, Gelişmiş Dağıtım Yönetim Sistemleri, Enerji Depolama dahil Gelişmiş Ölçüm Altyapısı dahil teknolojiler Sistemler ve Yenilenebilir Enerji Entegrasyon Projeleri. Bu program Yatırım Hibeleri (eşleştirme), Gösteri Projeleri, Tüketici Kabul Çalışmaları ve İşgücü Eğitim Programlarından oluşuyordu. Tüm bireysel yardımcı programlardan alınan raporlar ve genel etki raporları 2015'in ikinci çeyreğine kadar tamamlanacaktır.

Austin, Teksas

ABD'de Austin şehri, Teksas , kendi yardımcı programının manuel sayaçlarının 1/3'ünü kablosuz bir ağ üzerinden iletişim kuran akıllı sayaçlarla ilk kez değiştirdiği 2003 yılından bu yana akıllı şebekesini oluşturmaya çalışıyor . Şu anda 200.000 cihazı gerçek zamanlı olarak yönetiyor (hizmet alanı genelinde akıllı sayaçlar, akıllı termostatlar ve sensörler) ve 2009 yılında 1 milyon tüketiciye ve 43.000 işletmeye hizmet veren 500.000 cihazı gerçek zamanlı olarak desteklemeyi planlıyor.

Boulder, Kolorado

Boulder, Colorado , akıllı şebeke projesinin ilk aşamasını Ağustos 2008'de tamamladı. Her iki sistem de akıllı sayacı, akıllı prizleri ve cihazları kontrol eden ev otomasyon ağına (HAN) bir ağ geçidi olarak kullanıyor . Bazı HAN tasarımcıları, ev elektroniği cihazlarının hızlı hareket eden iş segmentinde mevcut olan yeni standartlar ve teknolojilerle gelecekteki uyumsuzluklar endişesiyle, kontrol işlevlerini sayaçtan ayırmayı tercih ediyor.

Hidro Bir

Kanada, Ontario'da bulunan Hydro One , Trilliant'tan standartlara uygun bir iletişim altyapısı kullanan büyük ölçekli bir Akıllı Şebeke girişiminin ortasındadır. 2010 yılı sonuna kadar sistem Ontario eyaletinde 1,3 milyon müşteriye hizmet verecek. Girişim, Utility Planning Network'ten "Kuzey Amerika'daki En İyi AMR Girişimi" ödülünü kazandı.

Île d'Yeu

Île d'Yeu , 2020 Baharında 2 yıllık bir pilot programa başladı. Ker Pissot mahallesindeki ve çevresindeki yirmi üç ev, Engie'nin yazılımıyla akıllı bir şebeke olarak otomatikleştirilen bir mikro şebekeyle birbirine bağlandı . Beş eve 23,7 kW pik kapasiteli altmış dört güneş paneli ve bir eve 15 kWh depolama kapasiteli pil takıldı. Altı ev, sıcak su ısıtıcılarında fazla güneş enerjisini depolar. Dinamik bir sistem, güneş panellerinin sağladığı ve akü ve sıcak su ısıtıcılarında depolanan enerjiyi 23 evin sistemine bölüştürüyor. Akıllı şebeke yazılımı, enerji arzını ve talebini 5 dakikalık aralıklarla dinamik olarak güncelleyerek, enerjinin aküden mi yoksa panellerden mi çekileceğine ve sıcak su ısıtıcılarında ne zaman depolanacağına karar verir. Bu pilot program, Fransa'daki bu türden ilk projeydi.

Mannheim

City of Mannheim Almanya'da gerçek zamanlı kullanıyor Genişbant Hattı (BPL) onun Model Şehir Mannheim "MoMA" projesinde iletişimi.

Adana

Avustralya'daki Adelaide , Tonsley Park'ın yeniden geliştirilmesinde yerelleştirilmiş bir yeşil Akıllı Şebeke elektrik ağı uygulamayı da planlıyor.

Sidney

Sidney ayrıca Avustralya'da, Avustralya Hükümeti ile ortaklaşa Akıllı Şebeke, Akıllı Şehir programını uyguladı.

Evora

InovGrid , Portekiz'in Évora kentinde, şebeke yönetimini otomatikleştirmek, hizmet kalitesini iyileştirmek, işletme maliyetlerini azaltmak, enerji verimliliğini ve çevresel sürdürülebilirliği teşvik etmek ve yenilenebilir enerjilerin ve elektrikli araçların penetrasyonunu artırmak için elektrik şebekesini bilgi ve cihazlarla donatmayı amaçlayan yenilikçi bir projedir. . Tüm elektrik dağıtım şebekesinin durumunu herhangi bir anda kontrol etmek ve yönetmek, tedarikçilerin ve enerji hizmetleri şirketlerinin tüketicilere bilgi ve katma değerli enerji ürünleri ve hizmetleri sunmak için bu teknolojik platformu kullanmalarına olanak tanıyacak. Akıllı bir enerji şebekesi kurmaya yönelik bu proje, Portekiz ve EDP'yi Avrupa'da teknolojik yenilik ve hizmet sunumunun en ileri noktasına yerleştiriyor.

E-Enerji

Sözde E-Enerji projelerinde, birkaç Alman kuruluşu, altı bağımsız model bölgesinde ilk çekirdekçik oluşturuyor. Bir teknoloji yarışması, bu model bölgeleri, ana hedefi bir "Enerji İnterneti" oluşturmak olan araştırma ve geliştirme faaliyetlerini yürütmek üzere belirledi.

Massachusetts

İçinde "akıllı şebeke" teknolojilerin ilk teşebbüs dağıtımları biri ABD'de elektrik tarafından 2009 yılında reddedildi düzenleyiciler içinde Massachusetts eyaleti , bir ABD devlet . Boston Globe'daki bir makaleye göre , Northeast Utilities'in Western Massachusetts Electric Co. yan kuruluşu, düşük gelirli müşterileri sonradan ödemeden ön ödeme faturalandırmaya (" akıllı kullanarak" faturalandırmaya) geçirecek kamu sübvansiyonlarını kullanarak bir "akıllı şebeke" programı oluşturmaya çalıştı. kartları "), önceden belirlenmiş bir miktarın üzerinde kullanılan elektrik için özel yüksek "prim" oranlarına ek olarak. O "önemli aşınmış gibi bu planın düzenleyicileri tarafından reddedildi korumaları için düşük gelirli shutoffs karşı müşterileri". Boston Globe'a göre , plan " haksız yere düşük gelirli müşterileri hedef aldı ve mücadele eden tüketicilerin ışıkları açık tutmasına yardımcı olmayı amaçlayan Massachusetts yasalarını atlattı ". Özellikle , akıllı şebeke planlarını ve Western Massachusetts Electric'in yukarıda bahsedilen "akıllı şebeke" planını destekleyen bir çevre grubunun sözcüsü , "Doğru kullanılırsa, akıllı şebeke teknolojisi, tepe talebi azaltmak için çok fazla potansiyele sahiptir. en eski, en kirli enerji santrallerinden bazılarını kapatın... Bu bir araç."

eEnergy Vermont konsorsiyumu

eEnergy Vermont konsorsiyumu, kısmen eyaletteki tüm elektrik hizmetlerinin çeşitli Akıllı Şebeke teknolojilerini hızla benimsediği 2009 tarihli Amerikan Kurtarma ve Yeniden Yatırım Yasası ile finanse edilen Vermont'ta ABD eyalet çapında bir girişimdir. Ölçüm Altyapısı dağıtımı ve şu anda çeşitli dinamik oran yapılarını değerlendiriyor.

Hollanda

Hollanda'da entegre akıllı şebeke teknolojilerini, hizmetlerini ve iş durumlarını göstermek için büyük ölçekli bir proje (>5000 bağlantı,>20 ortak) başlatıldı.

LIFE Fabrika Mikro şebekesi

YAŞAM Fabrika Microgrid Arşivlenen de 2018/10/22 Wayback Machine (LIFE13 ENV / ES / 000700) bir parçası olan bir demonstrasyon projesi olan LIFE + 2013 a uygulanması yoluyla programın asıl amacı göstermektir (Avrupa Komisyonu),mikro şebekelerin çevresel etkilerini en aza indirmek isteyen fabrikalarda enerji üretimi ve yönetimi için en uygun çözümlerden biri haline gelebileceği tam ölçekli endüstriyel akıllı şebeke .

Chattanooga

Chattanooga, TN'deki EPB , 2008'de akıllı şebeke inşaatına başlayan ve inşaat ve uygulamayı hızlandırmak için 2009'da ABD DOE'den 111.567.606 $ hibe alan belediyeye ait bir elektrik kuruluşudur (toplam 232.219.350 $ bütçe için). Enerji hattı kesicilerinin (1170 adet) dağıtımı Nisan 2012'de, akıllı sayaçların (172.079 adet) dağıtımı 2013 yılında tamamlandı. Akıllı şebekenin omurga fiber optik sistemi, ilk gigabit hızında internet bağlantısını sağlamak için de kullanıldı. Fiber to the Home girişimi aracılığıyla ABD'deki konut müşterilerine ve artık konut sakinleri için saniyede 10 gigabit'e varan hızlar sunuluyor. Akıllı şebekenin, elektrik kesintilerini ortalama %60 oranında azalttığı ve şehre yılda yaklaşık 60 milyon dolar tasarruf sağladığı tahmin ediliyor. Ayrıca, arızaları tespit etmek ve gidermek için "kamyon rulolarına" olan ihtiyacı azalttı, bu da tahmini olarak 630.000 kamyon sürüş mili ve 4,7 milyon pound karbon emisyonu azalmasına neden oldu. Ocak 2016'da EPB, Elektrik Yenilemede Performans Mükemmelliği (PEER) sertifikası alan ilk büyük güç dağıtım sistemi oldu.

OpenADR Uygulamaları

Belirli dağıtımlar, daha yüksek talep dönemlerinde yük atma ve talep azaltma için OpenADR standardını kullanır .

Çin

Çin'deki akıllı şebeke pazarının 22,3 milyar dolar olduğu ve 2015 yılına kadar 61.4 milyar dolarlık bir büyüme öngördüğü tahmin ediliyor. Honeywell , State Grid Corp ile Çin için bir talep yanıt pilotu ve fizibilite çalışması geliştiriyor . OpenADR talep yanıt standardını kullanan Çin . State Grid Corp., Çin Bilim Akademisi ve General Electric , Çin'in akıllı şebeke sunumu için standartlar geliştirmek üzere birlikte çalışmayı planlıyor.

Birleşik Krallık

OpenADR standart gösterildi Bracknell, İngiltere , tepe ticari binalarda kullanımı 45 oranında azaltılmıştır. Pilot uygulamanın bir sonucu olarak, İskoç ve Güney Enerjisi (SSE), Londra'nın batısındaki Thames Vadisi'ndeki 30 ticari ve endüstriyel binayı bir talep yanıt programına bağlayacağını söyledi .

Amerika Birleşik Devletleri

2009'da ABD Enerji Bakanlığı, katılımcı endüstriyel müşteriler için yoğun saatlerde enerji kullanımını otomatik olarak azaltan bir talep yanıt programı için Güney Kaliforniya Edison ve Honeywell'e 11 milyon dolarlık bir hibe verdi . Enerji Bakanlığı, programı OpenADR standardını kullanarak uygulaması için Honeywell'e 11.4 milyon dolarlık hibe verdi.

Hawaiian Electric Co. (HECO), bir ADR programının rüzgar enerjisi kesintilerine yanıt verme yeteneğini test etmek için iki yıllık bir pilot proje uyguluyor. Hawaii'nin 2030 yılına kadar gücünün yüzde 70'ini yenilenebilir kaynaklardan elde etme hedefi var. HECO, müşterilere bildirimden sonraki 10 dakika içinde güç tüketimini azaltmaları için teşvikler verecek.

Yönergeler, standartlar ve kullanıcı grupları

Bölüm IEEE Akıllı Şebeke Girişimi , IEEE 2030,2 iletim ve dağıtım ağları için yarar depolama sistemleri hedefleyen çalışmalarının bir uzantısı temsil eder. IEEE P2030 grup akıllı şebeke arayüzleri erken 2011 kurallar kapsayıcı bir dizi sunmak için bekliyor. Yeni yönergeler, piller ve süper kapasitörler ile volanlar gibi alanları kapsayacaktır . Grup ayrıca elektrikli araçları akıllı şebekeye entegre etmek için bir 2030.1 taslak yönergesi hazırladı .

IEC TC 57 , akıllı şebekenin bir parçası olarak kullanılabilecek bir uluslararası standartlar ailesi oluşturmuştur. Bu standartlar, trafo merkezi otomasyonu için bir mimari olan IEC 61850 ve IEC 61970 / 61968 - Ortak Bilgi Modelini (CIM) içerir. CIM, verileri bilgiye dönüştürmek için kullanılacak ortak anlambilim sağlar.

OpenADR , talep yanıt uygulamaları için kullanılan açık kaynaklı bir akıllı şebeke iletişim standardıdır. Tipik olarak, daha yüksek talep dönemlerinde elektrik gücü kullanan cihazların kapatılmasına neden olmak için bilgi ve sinyal göndermek için kullanılır.

MultiSpeak, akıllı şebekenin dağıtım işlevselliğini destekleyen bir özellik oluşturmuştur. MultiSpeak, bir dağıtım yardımcı programı veya dikey olarak entegre edilmiş bir yardımcı programın dağıtım bölümü için gerekli olan neredeyse tüm yazılım arabirimlerini destekleyen sağlam bir entegrasyon tanımları kümesine sahiptir. MultiSpeak entegrasyonu, genişletilebilir biçimlendirme dili (XML) ve web hizmetleri kullanılarak tanımlanır.

IEEE, senkrofazörleri desteklemek için bir standart oluşturmuştur – C37.118.

UCA International User Group, akıllı şebekelerde kullanılan standartların gerçek dünya deneyimini tartışır ve destekler.

LonMark International içindeki bir kamu hizmeti görev grubu, akıllı şebekeyle ilgili sorunlarla ilgilenir.

Akıllı sayaç uygulamaları için ortak bir iletişim platformu olarak TCP/IP teknolojisinin kullanımına yönelik artan bir eğilim vardır , böylece kamu hizmetleri ortak bir yönetim platformu olarak IP teknolojisini kullanırken birden çok iletişim sistemini dağıtabilir.

IEEE P2030 , "Enerji Teknolojisi ve Bilgi Teknolojisi Operasyonunun Elektrik Güç Sistemi (EPS) ve Son Kullanım Uygulamaları ve Yükleri ile Akıllı Şebeke Birlikte Çalışabilirliği için Taslak Kılavuz" geliştiren bir IEEE projesidir.

NIST , ITU-T G.hn'yi " güçlü paydaş mutabakatı olduğuna inandığı" Akıllı Şebeke için " Uygulama için Belirlenen Standartlardan" biri olarak dahil etti . G.hn, güç hatları, telefon hatları ve koaksiyel kablolar üzerinden yüksek hızlı iletişim için standarttır.

OASIS EnergyInterop' – Enerji birlikte çalışması için XML standartları geliştiren bir OASIS teknik komitesi. Başlangıç ​​noktası California OpenADR standardıdır.

2007 yılının Enerji Bağımsızlığı ve Güvenliği Yasası (EISA) altında, NIST uygulamak için gerekli olacak standartların yüzlerce belirlenmesi ve seçilmesine denetlenmesi görevini yapan Akıllı Izgara Bu standartlar tarafından anılacaktır ABD'de NIST için Federal Enerji Düzenleme Komisyonu (FERC). Bu çalışma başlamıştır ve ilk standartlar NIST'in Akıllı Şebeke kataloğuna dahil edilmek üzere seçilmiştir. Bununla birlikte, bazı yorumcular, Akıllı Şebeke standardizasyonundan elde edilebilecek faydaların, Akıllı Şebeke mimarisini ve teknolojilerini kapsayan artan sayıda patent tarafından tehdit edilebileceğini öne sürdüler. Standart Akıllı Şebeke unsurlarını kapsayan patentler, teknoloji ağ boyunca geniş bir şekilde dağıtılana ("kilitli") kadar açıklanmazsa, patent sahipleri pazarın geniş kesimlerinden beklenmeyen kiralar toplamaya çalıştığında önemli aksaklıklar meydana gelebilir.

GridWise Alliance sıralaması

Kasım 2017'de, kar amacı gütmeyen GridWise Alliance, temiz bir enerji grubu olan Clean Edge Inc. ile birlikte, elektrik şebekesini modernize etme çabalarında 50 eyaletin tümü için sıralamalar yayınladı. Kaliforniya bir numara oldu. Diğer üst eyaletler Illinois, Teksas, Maryland, Oregon, Arizona, Columbia Bölgesi, New York, Nevada ve Delaware idi. "Elektrik şebekesini tasarlayan, inşa eden ve işleten paydaşları temsil eden GridWise Alliance'ın 30'dan fazla sayfalık raporu, ülke çapında şebeke modernizasyonu çabalarına derinlemesine bir dalış yapıyor ve bunları devlete göre sıralıyor."

Ayrıca bakınız

Referanslar

bibliyografya

Dış bağlantılar