Умные сети в борьбе с непостоянством ВИЭ и неэкономичной природой бытовых приборов
«Умные» электросети интегрируют возобновляемые ресурсы и сокращают отходы
Производство возобновляемой энергии помогает сократить выбросы парниковых газов. Но в то время как гидроэнергия и энергия биомассы находятся под диспетчерским управлением и могут вырабатываться при необходимости, энергия ветра и солнца поступает с перерывами и, следовательно, непредсказуема.
В новом отчете «Повышение энергоэффективности с помощью „умных“ электросетей» рассказывается, как с помощью информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) можно смягчить последствия изменения климата путем создания более управляемой и эффективной энергетической системы. Этот отчет был подготовлен по поручению Международного Союза Электросвязи (МСЭ/ ITU) в целях поддержки «Международного года устойчивой энергетики для всех» и является частью деятельности Сектора стандартизации электросвязи (МСЭ–T) в области ИКТ и изменения климата.
Что такое «умная» электросеть?
«Умная» электросеть — это электрическая сеть, применяющая ИКТ для автоматического сбора и использования информации от поставщиков и потребителей. Это позволяет интегрировать энергию от непредсказуемых и действующих непостоянно возобновляемых источников и распределять электроэнергию гораздо эффективнее. «Умная» электросеть будет поставлять электроэнергию более рентабельно и с меньшими выбросами парниковых газов. Она представляет собой уникальную возможность осуществить электрификацию развивающихся стран, в которых доступ к электроэнергии по-прежнему весьма ограничен.
Существующие устройства ИКТ уже оставляют свой значительный след, прежде всего в бытовом секторе. Ожидается, что он возрастет в ближайшие годы. Размещение датчиков, сетевого оборудования и вычислительных и воспроизводящих устройств само по себе повысит спрос на энергоносители.
«Работа по сокращению энергопотребления устройств ИКТ является достойным занятием. Тем не менее разработчикам „умных“ электросетей следует избегать применения оборудования, которое само по себе повышает выбросы парниковых газов», — объясняет один из авторов отчета Франко Даволи, профессор Университета Генуи, Италия.
Инфраструктура энергетики — один из основных источников парниковых газов
Производство электроэнергии и тепла вносит существенный вклад в выбросы парниковых газов, и ожидается, что его доля будет расти. В настоящее время электроэнергия в основном генерируется крупными электростанциями, работающими на ископаемом топливе.
«Инфраструктура ИКТ обладает массой возможностей сохранять энергию и сокращать отходы. Одной из наиболее очевидных является использование резервного хранения энергии и генераторов, компенсирующих относительный недостаток возможностей хранения энергии для управления дисбалансом в спросе и предложении электроэнергии. Ее огромный энергетический след может сыграть активную роль в развитии „умных“ электросетей, в частности в регулировании спроса и предложения», — отмечает Флавио Куккьетти, Telecom Italia.
Инициативы в различных странах мира
Реализация Инициативы на уровне министров в области чистой энергии началась в 2010 году, объединив усилия 23 правительств с целью повышения энергоэффективности, увеличения поставок чистой энергии и расширения доступа к чистой энергии. Международное сообщество поддержки «умных» электросетей развивает глобальное партнерство в области «умных» электросетей, уделяя основное внимание политике, стандартам и регулированию, моделям финансирования и ведения бизнеса, развитию технологий и систем, вовлечению пользователей и потребителей и навыкам и знаниям трудоспособного населения.
Европейская комиссия с 2006 года осуществляет разработку Европейского стратегического плана по энергетическим технологиям совместно с отраслевым и научно-исследовательским сообществом. В плане определено, что следующие факторы обладают мощным потенциалом, дающим возможность уменьшить углеродный след Европы: энергия ветра, энергия солнца, электросети, биоэнергия, улавливание и хранение углерода, устойчивая атомная энергетика, топливные ячейки и водород и «умные» города.
В Соединенных Штатах в настоящее время правительство поставило цель удвоения использования чистой энергии к 2035 году и обеспечения наличия миллиона электромобилей на дорогах к 2015 году для обеспечения энергоснабжения страны в будущем. В Законе об энергетической независимости и безопасности от 2007 года содержится призыв принять принципы и инициативы для модернизации существующих в стране сетей передачи и распределения электроэнергии.
Япония содействует использованию возобновляемых ресурсов, создавая инфраструктуру для электромобилей и вводя новые услуги в «умных» электросетях.
В рамках своего принятого в 2008 году плана стимулирования экономики Китай инвестирует значительные средства в улучшение пропускной способности и надежности электрических сетей. Это должно позволить интегрировать возобновляемые источники энергии в энергетическую систему и повысить энергоэффективность.
В Республике Корея основное внимание уделяется мониторингу энергопользования и увеличению производства на основе экологически чистых источников.
К «умным» энергосетям
Использование возобновляемых источников энергии снижает предсказуемость энергосистем. Это означает, что они требуют для мониторинга и управления новых мощностей, которые могут предоставить ИКТ. Цель состоит в том, чтобы преобразовать структуру управления и контроля традиционной электросети в интерактивную, взаимодействующую «умную» электросеть (см. Рисунок).
Согласно Карло Торнелли и Джанлуиджи Просерпио, Ricerca sul Sistema Energetico (RSE SpA), Research on the Energy System, Милан, «расширенные функции контроля и управления, вводимые при использовании „умных“ устройств и капиллярной сети связи, являются основой нового «умного“ объекта, добавляемого к электросети».
Сколько узлов будет содержать «умная» электросеть и каков будет их энергетический след? Италия, на которую приходится около 10% населения и потребления электрической энергии в Европе, служит основой для оценки этого, поскольку компания Telecom Italia выпустила подробную информацию об энергетическом следе ее сетевых сегментов.
В Италии проживает 60 млн. человек, ее площадь составляет 301 тыс. кв. км, и в ней около 8 тыс. муниципалитетов. Насчитывается свыше 30 млн. абонентов электроэнергетических служб и почти 20 млн. абонентов компаний фиксированной службы.
Потребление электроэнергии в Италии составляет 317 тераватт-час в год. Производство электроэнергии осуществляется в основном примерно сотней крупных электростанций и приблизительно 4000 традиционных электростанций меньшего размера (с использованием тепловых или гидроэнергоресурсов). Электроэнергия подается по высоковольтным линиям электропередач, подключенным в состоящей из ячеек сети посредством сотен высоковольтных подстанций примерно к 3 тыс. высоковольтных или средневольтных трансформаторных подстанций, а затем более чем к 400 тыс. высоковольтных или средневольтных подстанций. В помещениях клиентов установлено более 30 млн. автоматизированных интеллектуальных счетчиков.
«Интеллектуальные технологии, вводимые для повышения эффективности электросети и сохранения равновесия между спросом и предложением, уменьшают потребности в резервных энергогенераторах. Точно так же управление спросом и более совершенные системы хранения создают гибкость, необходимую для управления работающими непостоянно источниками возобновляемой энергии», — добавляет
Паоло Джемма, старший эксперт в компании Huawei.
Двусторонние потоки электроэнергии
Сегмент распределения, где соединены конечные пользователи, — это сегмент, ощущающий на себе наибольшее влияние развития «умных» электросетей. Задача состоит в том, чтобы интегрировать разрозненные малые и средние генераторы и управлять двусторонними потоками электроэнергии в сети, предназначенной для одностороннего потока.
Этот новый канал двусторонней связи с клиентами используется для сбора данных и передачи информации, позволяя реагировать в режиме реального времени на условия сети путем динамичного ценообразования и сброса нагрузки. Он может использоваться для информирования поставщиков электроэнергии, например об энергопотреблении конкретных приборов и расположении нового источника электроэнергии, произведенной посредством подключаемых электромобилей.
Стоит отметить ожидаемое воздействие, которое подключаемые электромобили окажут на хранение энергии. Их значительная энергоемкость представляет собой существенный потенциальный источник электроэнергии для сети. В ходе первой большой волны коммерциализации электромобилей управление подключаемыми электромобилями и подключаемыми гибридными электромобилями будет осуществляться только в виде гибких нагрузок из-за фактических технических ограничений автомобиля.
Для крупномасштабной интеграции электромобилей потребуется интеллект, способный управлять операциями по зарядке и разрядке для обеспечения динамической сетевой нагрузки; это подразумевает отключение или сокращение скорости зарядки и даже отдачу электроэнергии во время критических событий в сети. Конечно, для использования транспортных средств таким образом потребуется согласие владельцев автомобилей. Экономические стимулы и ценообразование в режиме реального времени являются реальными способами вовлечь клиентов в управление энергией.
ИКТ для управления сетью
Для увеличения интеллекта сети потребуются инновации, которые затронут традиционную инфраструктуру связи и энергоснабжения — иерархию, определяемую предложением. Инфраструктура связи пока работает главным образом в верхней части электрической иерархии, такой как электростанции и подстанции, и используется специальными сетями, такими как радиорелейные.
Будущие электросети, с другой стороны, должны будут интегрировать огромное количество датчиков и «умных» счетчиков в сегменте распределения, в местах расположения распределенных энергоресурсов и в домах для поддержки приложений, относящихся к спросу/предложению, распределенной генерации и энергоснабжению. Это позволит производить большие и увеличивающиеся объемы информации для управления электросетями.
Разнообразный набор приложений и поставщиков электроэнергии в распределенной сети «умной» электросети предполагает наличие архитектуры, ориентированной на услуги. Потребуются новые стандарты для технологий передачи, бытовой автоматизации и электромобильности.
«Известна неэкономичная природа бытовых приборов и других устройств в зданиях либо из-за способа их использования, либо из-за недостаточных стандартов эффективности, совершенствование которых должно происходить в дальнейшем. Использование домашних сетей и ИКТ для управления энергией увеличит потребление, хотя в области ИКТ существуют и аспекты компенсации», – говорит Директор Бюро стандартизации электросвязи МСЭ Малколм Джонсон.
Wi-Fi доминирует в беспроводных домашних сетях, но является относительно дорогостоящей для внедрения технологией и требует слишком много электроэнергии для обеспечения работы аккумуляторов в недорогих приложениях дистанционного управления. Устройство Bluetooth используется в некоторых высокотехнологичных пультах дистанционного управления и периферийных устройствах персональных компьютеров, но имеет те же недостатки, что и Wi-Fi; оно относительно дорогое и характеризуется коротким сроком работы аккумуляторов.
Z-Wave — это проприетарный протокол беспроводной связи, разработанный для приложений дистанционного управления в бытовой и коммерческой среде. Он встраивается или добавляется в электронные устройства и системы, такие как системы освещения, управления доступом, развлечений и в бытовую технику. В отличие от других беспроводных сетевых технологий, таких как Bluetooth и беспроводная ЛВС, Z-Wave и ZigBee (беспроводная технология малого радиуса действия) характеризуются меньшим энергопотреблением и меньшей скоростью передачи данных.
Организация сетей по линиям электропередач зарекомендовала себя как надежная технология связи для распределения с высокой пропускной способностью видео, игр, доступа в интернет и других приложений класса развлечений высокой четкости в быту. Производителям необходимо сосредоточиться на оптимизации ее энергетических характеристик, так как потребление энергии пока остается исключительно высоким. При более низкой скорости и меньшей пропускной способности данная испытанная технология позволит домашним вычислительным сетям осуществлять связь с «умными» электросчетчиками, давая потребителям возможность контролировать использование электроэнергии и управлять ими.
Могут появиться другие технологии интерфейса, обеспечивающие оптимальную связь между счетчиком и пользователем. Инициативы в этой области включают МСЭ–T G.hn (Рекомендации МСЭ–T G.9960–G.9964, вместе с механизмом сосуществования, представленном в МСЭ–T G.9972), МСЭ–T G.hnem (МСЭ–T G.9955 и G.9956), IEEE 1901, Multimedia over Coax Alliance и Universal Powerline Association.
В частности, G.hnem (Рекомендации МСЭ–T G.9955 и G.9956) определяет семейство из трех стандартов узкополосных систем связи по линиям электропередачи следующего поколения. Рекомендации МСЭ–T G.9955 и G.9956 поддерживают связь внутри и вне помещений по низковольтным и средневольтным линиям, а также через трансформатор низковольтных в средневольтные линии передачи и через трансформатор средневольтных в низковольтные линии электропередачи как для связи в городских районах, так и для связи на дальние расстояния в сельских районах. В данных Рекомендациях рассматривается использование электросети для приложений на основе счетчиков коммунальных услуг, для передовой инфраструктуры снятия показаний счетчиков, а также другие приложения «умных» электросетей, такие как подключение электромобиля к зарядной станции, бытовая автоматизация и сценарии связи по домашним сетям. Стандарты включают методы электромагнитной совместимости и смягчения последствий, определенные в сотрудничестве с Сектором радиосвязи МСЭ (МСЭ–R). Они обеспечивают высокую степень совместимости со службами радиосвязи и защищают такие службы от излучений при связи по линиям электропередач.
Кроме того, 5-я Исследовательская комиссия МСЭ–T разрабатывает методику оценки воздействия проектов в области ИКТ на окружающую среду. В данной Рекомендации будут представлены принципы, требования и методы для количественного определения, мониторинга и представления отчетности о сокращении выбросов парниковых газов, экономии энергопотребления и повышении энергоэффективности в результате реализации проектов в области ИКТ, таких как «умная» электросеть.
Что касается средневольтных и низковольтных подстанций, то существующих беспроводных соединений будет недостаточно для выполнения возрастающих требований относительно качества обслуживания и нагрузки трафика, генерируемого измерениями и контролем и мониторингом информации, проходящей по инфраструктуре распределенного контроля «умной» электросети. Потребуется модернизация подстанций до 3G (IMT-2000), а в конечном счете до 4G (IMT-Advanced) или до проводных технологий.
Необходимы директивы по стандартам для обеспечения руководящих указаний по проектированию и выполнению требований по энергосбережению для устройств и установок ИКТ следующего поколения. Эта задача должна быть возложена на МСЭ–Т в рамках его Группы по совместной координационной деятельности в области “ умных» электросетей и домашних сетей и 5-й Исследовательской комиссии МСЭ–T (Окружающая среда и изменение климата) в сотрудничестве с основными органами по стандартизации в области ИКТ и электрических полей.
Энергетические перспективы — в Африке и за ее пределами
«Умные» электросети могут играть важную роль в развертывании новой электроэнергетической инфраструктуры в развивающихся странах и на формирующихся рынках, обеспечивая более эффективную работу и снижение затрат. Тем не менее обоснование необходимости создания «умных» электросетей развивающимися странами состоит не в решении природоохранных задач, а в управлении пиковым спросом и предотвращении хищений электроэнергии.
В настоящее время 45% производства электроэнергии в странах Африки к югу от Сахары приходится на гидроэнергетику. Это представляет лишь малую часть огромного промышленного потенциала. Африка также располагает значительным потенциалом производства солнечной энергии. Для эксплуатации этих ресурсов потребуются огромные инвестиции в электростанции и электрификацию. Фонд DESERTEC и один из его проектов под названием «TuNur» в Тунисе является интерсным объектом использования солнечной энергии в Африке, если Фонд продолжит свою работу после выхода из него Simens и BASF.
Децентрализованная электроэнергия, часто основанная на возобновляемых источниках энергии, вероятно, будет важным компонентом любого значительного расширения доступа к электричеству, прежде всего в сельских и отдаленных районах. Тем не менее во многих развивающихся странах более высокие первоначальные инвестиции, необходимые для производства экологически чистой энергии (по сравнению с энергией на основе ископаемого топлива), могут быть препятствием на пути к широкому использованию возобновляемых источников энергии.
См. также
Конференция по электромобилям и усилия МОЭСК
Истсория вопроса с использованием ИКТ - какие дискуссии ведутся в рамках МСЭ:
Вот некоторые темы дискуссий, проходивших в Париже в ходе второй Недели «зеленых» стандартов МСЭ (17–21 сентября 2012 года), которая собрала высокопоставленных лиц, ответственных за разработку политики, представителей регуляторных органов, объединений частного сектора, научно-исследовательских институтов и организаций по разработке стандартов. Цель заключается в повышении уровня информированности о важности и возможностях использования стандартов информационно-коммуникационных технологий для создания «зеленой» экономики.
Мероприятие этого года было организовано МСЭ и ассоциацией TechAmerica Europe в партнерстве с Европейской комиссией, Всемирной метеорологической организацией, Организацией Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры и ее Межправительственной океанографической комиссией, Университетом Организации Объединенных Наций, Центром по окружающей среде и развитию региона арабских стран и Европы, Европейской ассоциацией операторов сетей электросвязи и Глобальной инициативой по устойчивому развитию электронной сферы (GeSI). Принимающей стороной мероприятия выступала компания Microsoft при поддержке компаний Fujitsu, Huawei, Orange и Telefónica.
В повестке дня
Основной темой стало воздействие ИКТ на окружающую среду. В рамках сегмента высокого уровня по теме «Экологизация экономики через стандарты ИКТ» министры и высокопоставленные представители отрасли ИКТ обменяются мнениями по таким вопросам стратегического значения, как изменение климата и энергоэффективность, а также о том, каким образом ИКТ могут помочь ускорить переход к низкоуглеродной и ресурсосберегающей экономике.
На форуме по вопросам экологической устойчивости в секторе ИКТ будет подробно обсуждаться реакция отрасли на результаты Конференции Организации Объединенных Наций по устойчивому развитию ( «Рио+20»), проходившей в Рио-де-Жанейро, Бразилия, в июне 2012 года (см. статью на страницах 32–38). На этом форуме будут представлены примеры того, как ИКТ могут способствовать «зеленой» программе, в частности через такие упреждающие инициативы, как закупка «зеленых» ИКТ или основанные на ИКТ решения, содействующие устойчивому росту.
Сегодня мир немыслим без информационно-коммуникационных технологий. Их повсеместное использование принципиально изменило жизнь людей и ускорило экономический рост. Тем не менее, сам успех этих технологий превратил их в растущий источник выбросов парниковых газов. Однако эти технологии предлагают способы сокращения выбросов парниковых газов в других отраслях, например таких, как выработка электроэнергии, строительство и транспорт. Этот тезис МСЭ успешно довел до сведения Конференции «Рио+20». И этот же тезис мы должны представить Конференции участников Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКООНИК), которая будет проходить в Дохе, Катар, с 26 ноября по 7 декабря 2012 года.
На форуме по «умным городам» будут обсуждаться вопросы о том, как ИКТ могут обеспечить более «умные» и более «зеленые» способы жизни для населения нашей планеты в условиях стремительной урбанизации.
На форуме по стимулированию «умных» электросетей с помощью энергоэффективных ИКТ будут рассматриваться вопросы о том, как новые стандарты в этой области активизируют развертывание «умных» электросетей во всем мире.
На форуме «Картографирование электронных отходов для разрешения проблем в будущем» будет рассматриваться, наряду с прочим, негативное воздействие на окружающую среду и на состояние здоровья, связанное с неэффективным управлением отходами электрического и электронного оборудования, срок службы которого истек. Основной темой другого форума станет обеспечение более «зеленой» цепочки поставок ИКТ.
Особо важным мероприятием Недели «зеленых» стандартов является второй семинар-практикум на тему «Подводные сети связи для мониторинга климата и предупреждения о стихийных бедствиях», задача которого — начать разработку стратегического плана развертывания подводных кабелей электросвязи двойного назначения в открытом море. Этот инновационный подход требует понимания научных и общественных потребностей, новых инженерных технологий, коммерческих возможностей и юридических проблем, а также соглашения о стандартах датчиков.
МСЭ и GeSI проведут информационную и учебную сессию, чтобы помочь отрасли понять, каким образом внедрять методики МСЭ по оценке воздействия ИКТ на окружающую среду.
Состоится торжественная церемония награждения лауреатов второго конкурса «Приложения на базе экологически чистых ИКТ», представивших неординарные концептуальные работы на тему «Устойчивая энергетика для всех».
В новых отчетах представлены результаты анализа и возможности
Ряд новых отчетов МСЭ обеспечивают надежную основу для повестки дня Недели «зеленых» стандартов. В трех из этих отчетов обсуждаются вопросы использования подводных кабелей для мониторинга климата и предупреждения о стихийных бедствиях.
В отчете «Стратегия и дорожная карта» изложены основные технические, коммерческие, финансовые и правовые вопросы, которые необходимо решать для развития кабельной инфраструктуры, способной выполнять двойную задачу: обеспечение электросвязи и мониторинга.
В отчете «Возможности и юридические проблемы» разъясняется, как развертывание, эксплуатация и техническое обслуживание подводных кабелей электросвязи с научными датчиками рассматриваются по отдельности согласно международным и национальным законам, а также освещаются юридические препятствия.
В отчете «Исследование возможности технической реализации» показано, что подводные волоконно-оптические кабельные системы обеспечивают стабильную и надежную платформу, которая требуется для сбора данных за длительный период.
В других отчетах показаны практические способы того, как сектор ИКТ может внести свой вклад в сокращение выбросов парниковых газов. В отчете «Информационно-коммуникационные технологии — адаптация к изменению климата и смягчение его последствий: случай Ганы» показаны подходы к сокращению выбросов парниковых газов, в особенности в развивающихся странах.
В отчете «Обзор по вопросам энергопотребления устройств электропитания ИКТ» представлены результаты исследования более 300 имеющихся на рынке адаптеров для использования как для ИКТ, так и не для ИКТ.
В Комплекте материалов по экологической устойчивости сектора ИКТ, разработанном с участием более 50 партнеров, включая отраслевые и академические организации ИКТ, приводятся практические примеры способов, с помощью которых компании ИКТ могут обеспечить включение аспекта устойчивости в свои операции и управление.
В Руководящих указаниях по закупке «зеленых» ИКТ определен поэтапный процесс закупок, конкретизируются «зеленые» принципы, которые должны применяться в ходе закупки товаров, продуктов и услуг.
В отчете «Придание цепочкам поставок для ИКТ экологически безопасного характера — обследование инициатив по внедрению процедур надлежащего исполнения в отношении конфликтных минералов» проводится анализ различных инициатив по процедурам надлежащего исполнения, связанным с конфликтными минералами, и в этом контексте рассматривается, как отрасль ИКТ управляет своей цепочкой поставок.
В условиях возрастающей значимости общей устойчивости выбираемого нами уклада жизни ряд компаний приняли ответные меры и предоставляют потребителям информацию об экологическом воздействии продуктов, которые они закупают и используют. В отчете «Обзор схем экологического рейтинга мобильных телефонов» освещаются положительные и отрицательные стороны различных видов схем, реализуемых ведущими компаниями электросвязи.
В отчете «Повышение энергоэффективности с помощью „умных“ электросетей» показано, как ИКТ помогают смягчать последствия изменения климата путем создания более контролируемой и эффективной энергосистемы.
Я хотел бы выразить благодарность всем авторам этих отчетов, многие из них являются ведущими экспертами академических организаций — новой категории членов МСЭ, за их неоценимые аналитические материалы, ряд которых освещены в этом издании.
Заглядывая вперед, можно сказать, что Всемирная ассамблея по стандартизации электросвязи, которая состоится в Дубае с 20 по 29 ноября 2012 года, без сомнения, обновит Резолюцию 73 об информационно-коммуникационных технологиях и изменении климата. В данной резолюции, принятой на ВАСЭ-08 в Йоханнесбурге, Южная Африка, заявляется, что все члены МСЭ будут работать в направлении сокращения углеродного следа ИКТ, в то же время содействуя развитию ИКТ, «с тем чтобы они служили мощным межотраслевым средством измерения и снижения выбросов парниковых газов в различных сферах социально-экономической деятельности».
Благодаря таким мероприятиям как Ассамблея и, несомненно, Неделя «зеленых» стандартов МСЭ, мы будем продолжать помогать сообществам, странам и регионам лучше подготовиться к преодолению проблемы изменения климата, используя для этого ИКТ.
электроэнергия,
ресурсы,
возобновляемые источники энергии,
умные сети,
smart greed
22.12.2012, 6063 просмотра.