smart grids impArticol scris de Maria Bivolu | IMPULS, nr. 2

Sistemele electroenergetice sunt supuse astăzi unor provocări ca urmare a progreselor tehnologice în domeniul surselor de energie regenerabilă, sistemelor de telecomunicaţie, electronicii de putere etc. Dezvoltarea unor surse noi de energie curată se produce pe fondul crizei energetice, a schimbărilor climatice şi a stimulentelor, de preţ, de pe piaţa de energie electrică.

Conform Agenţiei Internaţionale a Energiei, consumul de energie electrică în Europa va creşte, până în 2030, cu o rată anuală de 1,4%, iar puterea instalată în surse de energie regenerabilă se va dubla, de la 13%, în prezent, la 26% în 2030 [1]. Se constată un ritm de creştere a consumului de energie electrică care solicită o disponibilitate crescută de putere în sursele de producţie.

Companiile energetice din lume au în vedere creșterea eficienței energetice, accelerarea producței de energie regenerabilă si dezvoltarea tehnologiilor de tip SmartGrids – potrivit raportului global Deloitte Energy Predictions 2010.

Conceptul  Reţelelor Electrice Inteligente – SmartGrids a fost lansat în anul 2005 în cadrul Platformei Tehnologice Europene pentru Reţele Electrice ale Viitorului, a Programului Cadru 7 al Comisiei Europene. În viitorul apropiat SmartGrids sunt considerate un „Internet al energiei”, deoarece pun la dispoziția consumatorului informații despre energie in timp real, dându-i astfel posibilitatea să facă alegeri inteligente. Reţeaua electrică inteligentă (Smart Grid) poate moderniza reţeaua actuală de electricitate, astfel încât să facă faţă cerinţelor societăţii secolului XXI.

Se doreşte ca tranzitul către reţelele viitorului să se realizeze printr-o abordare integrată şi inovatoare pe plan tehnic, comercial şi de reglementare.

CONCEPTUL DE „REŢELE ELECTRICE INTELIGENTE”. IMPLICAŢIILE GENERĂRII DISTRIBUITE

Dezvoltarea generării distribuite în reţelele de distribuţie clasice asigură creşterea gradului de continuitate în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor, optimizarea costului energiei electrice, încurajarea dezvoltării surselor de energie regenerabilă şi a celor cu emisii reduse, îmbunătăţirea nivelului de tensiune etc.

Reţelele electrice au fost gândite să transfere energia electrică într-un singur sens, adică dinspre reţeaua de transport spre consumatorii finali, conectaţi la reţeaua de distribuţie. Odată cu introducerea unui număr cât mai mare de generatoare dispersate în reţea, circulaţia de puteri poate deveni bidirecţională, necesitând sisteme de protecţii mult mai complexe. Pe de altă parte, integrarea unui număr mare de generatoare distribuite atât în reţeaua de distribuţie cât şi în cea de transport creează probleme de reglaj al  frecvenţei, iar uneori al tensiunii.

Este, deci, necesară adaptarea reţelelor electrice pentru funcţionarea în condiţiile injectării de putere dinspre reţelele de distribuţie spre reţeaua de transport fără a conduce la restricţii de funcţionare. În plus, sunt necesare noi coduri tehnice şi protocoale de comunicare care să permită adaptarea reţelelor electrice pentru a face faţă noilor provocări. Totodată, pentru o funcţionare eficientă a reţelei electrice este necesară dezvoltarea sistemelor informaţionale, de calcul şi de telecomunicaţii care să contribuie la eficientizarea managementului tehnic şi economic al reţelei pentru îmbunătăţirea serviciului de furnizare a energiei electrice către consumatori.

Dezvoltarea surselor eoliene se dovedeşte a fi cea mai facilă, dar şi mai puţin riscantă, cale de   substituire a centralelor electrice ce funcţionează pe combustibili fosili. Fermele eoliene trebuie combinate cu surse de producţie hidroelectrice cu acumulare, care să permită echilibrarea producţiei şi consumului depăşind problemele, suplimentare în reţelele electrice, datorită caracterului aleatoriu al vântului.

Se impune un sistem de management al consumului care se bazează pe dezvoltarea de strategii pentru modularizarea consumului local şi încorporarea unor sisteme automate de control local bazat pe măsurări electronice. Astfel de sisteme automate devin vitale companiilor de distribuţie în condiţiile în care puterea instalată în sursele distribuite conectate la reţea este din ce în ce mai mare.

În concordanţă cu acţiunea de echilibrare a puterilor, în ultimii ani, s-a dezvoltat, conceptul de stocare a energiei,dezvoltarea surselor hidro pare a fi cea mai bună soluţie de stocare.

De asemenea, se remarcă evoluţiile tehnologice în sisteme rotative inerţiale (cu o limită maximă recent anunţată de 20 MW) şi sisteme de stocare a energiei în baterii, care pot furniza puteri de ordinul zecilor de MW. Dezvoltarea acestor tehnologii a fost posibilă şi datorită evoluţiei electronicii de putere.

SMART GRIDS ÎN VIZIUNEA UE ȘI SUA

Ideea de reţea “inteligentă” sau “activă” apare ca o consecinţă a evoluţiei tehnologice care va conferi o flexibilitate crescută reţelei electrice şi va creşte calitatea serviciului de alimentare cu energie electrică a consumatorilor contribuind  la îndeplinirea obiectivelor stabilite prin Strategia de la Lisabona.

Retelele electrice inteligente (Smart Grids) sunt retele electrice care pot sa integreze în mod inteligent comportamentul şi acţiunile tuturor utilizatorilor conectaţi la această reţea – producători de energie, consumatori şi cei care produc şi consumă simultan, cu scopul de a asigura furnizarea eficientă, sustenabilă, economică şi în condiţii de securitate a energiei electrice.(3)

În viitor, sistemul electroenergetic va fi împărţit între producţia centralizată şi producţia distribuită. Dezvoltarea noilor surse de energie şi a reţelelor de tensiune continuă a permis alimentarea cu energie electrică a unor zone izolate sau zone de munte, inaccesibile pentru reţelele clasice.

Fig. 1.

Înglobarea generatoarelor distribuite în sistemele electroenergetice clasice [3].

Generatoarele distribuite nu vor fi singurele surse de producţie care vor alimenta consumatorii ci vor fi integrate în sistem. Astfel, reţelele electrice de medie tensiune şi de joasă tensiune vor deveni “active”, având capacitatea de a furniza servicii de sistem.

La nivelul reţelei de distribuţie, care în mod tradiţional este orientată către serviciul de furnizare şi alimentarea consumatorilor, apar noi practici precum dispecerizarea acestora, calcule de reţea în timp real etc., ce se găseau iniţial în activităţile operaţionale de la nivelul reţelei de transport. La nivelul reţelei de transport este necesară dezvoltarea unei noi strategii şi unor practici operaţionale care să permită o funcţionare descentralizată dar cu un control centralizat.

O reţea inteligentă livrează electricitate de la furnizori la consumatori folosind tehnologie digitală cu comunicare pe două căi pentru a controla electrocasnicele din locuinţe cu scopul de a economisi energie, de a reduce costurile şi de a creşte fiabilitatea şi transparenţa serviciilor.

Practic, conceptul Smart Grid foloseşte un sistem bidirecţional de comunicaţie pe suportul cablurilor electrice existente, soluţie care face posibil transportul de date din oricare punct al reţelei către dispeceratul central. „Legarea” sistemului actual de distribuţie a energiei electrice la „Smart Grid” se va face prin intermediul punctelor de transformatoare electrice, care sunt operate de un soft inovator. În casa oamenilor se vor schimba doar contoarele.

Tehnologia de rețea inteligentă este un ansamblu de sisteme de control și management al rețelei, de senzori și mijloace de comunicare și informare, care încorporează atât elemente tradiționale, cât și de ultima generație. Ea combină elemente de software și hardware menite să îmbunătățească semnificativ modul în care este operat sistemul electric actual, oferind în acelasi timp si posibilitatea modernizarii ulterioare. Prin urmare, Smart Grid nu presupune înlocuirea rețelei existente.  (Potrivit: www.marketwatch.ro)

Reţelele inteligente de tip Smart Grid pot furniza energie electrică folosind tehnologia digitală şi pot, de asemenea, să integreze energia provenită din surse regenerabile. În plus, consumatorii vor avea posibilitatea de a reduce consumul în timpul orelor cu consum maxim, adaptând cantitatea luată din reţea la nevoile personale.

Se doreşte ca tranzitul către reţelele viitorului să se realizeze printr-o abordare integrată şi inovatoare pe plan tehnic, comercial şi de reglementare.

Potrivit raportului global Deloitte Energy Predictions 2010, sunt două elemente care vor influenţa statusul Smart Grid în Europa Centrală şi de Est: o viziune pe termen lung referitoare la acest aspect în anumite ţări şi o legislaţie care să sprijine această viziune.

Deşi unele din tendinţele prezentate în raport nu se pot aplica, poziţia geostrategică şi resursele de energie primară pot ajuta România să devină un jucător semnificativ în regiune, consideră analiştii Deloitte România, însă doar în condiţiile în care România va ţine pasul cu progresul tehnologic şi va reuşi să atragă finanţările necesare. Tehnologia Smart Grid poate revoluţiona industria prin scăderea consumului de energie cu până la 30%, ceea ce reduce şi necesitatea de a construi noi centrale electrice.

Fig. 2. Dezvoltarea sistemelor inteligente.

Platforma de control a reţelei electrice inteligente trebuie să permită operatorului reţelei să întreprindă acţiuni de echilibrare a puterilor, eficiente din punct de vedere economic, utilizând sistemele de stocare pe perioadele de vârf ale curbei de sarcină. Eficienţa economică a acestor acţiuni se bazează pe calcule de optimizare a utilizării surselor de producţie şi pe controlul voluntar al sarcinii, în acelaşi timp cu un management corespunzător al congestiilor.

În figura 2 este prezentată configurația unor reţelele electrice inteligente care,în viziunea EPRI (5), sunt constituite din două infrastructuri integrate: infrastructura pentru transferul energiei electrice (reţeaua electrică) şi infrastructura de transfer a informaţiilor [5].

Arhitectura de management industrială utilizează agenţi inteligenţi pentru interacţiunile manageriale, agenţii furnizând managerului informaţii de tip alerte sau mărimi electrice măsurate.

În urma interacţiunii manageriale, managerul întreprinde acţiuni decizionale la nivel de element al reţelei sau pe ansamblul reţelei. Funcţiile manageriale industriale acţionează asupra:

reţele informaţionale, precum router, switch, hub şi conexiuni comunicaţionale;

         – resurse de calcul, precum sistemele de automatizare din staţiile de transformare, servere de date sau servere pentru platformele de tranzacţionare ale pieţelor de energie electrică;

servicii software, precum SCADA, EMS sau componente GIS, precum şi sisteme de management al bazelor de date;

servicii şi funcţii de business, precum servere de management al tarifării, securităţii sau politicii operaţionale;

sisteme de stocare

CONCLUZII

Ca urmare a schimbărilor ce se produc la nivelul reţelei de distribuţie, se constată o tendinţă de orientare şi către utilizator nu numai asupra rețelei electrice,în ansamblul ei. Această este o caracteristică a reţelelor electrice inteligente, care vor asigura o securitatea în funcţionare şi calitatea energiei electrice precum şi facilitarea conectării la reţea a surselor de energie regenerabilă.

Conform  viziunii lansată la nivel european se impune accelerarea producției de energie regenerabilă şi a sistemelor de stocare care pot rezolva problemele legate de tendința ascendentă  a costului producerii energiei pe bază de resurse fosile care implică, bineâțeles, un efortul economic pe care îl implică procesul de întărire şi modernizare a reţelelor  electrice Se constată,tendinţa de inovare a sistemelor de transport, în special în domeniul autovehiculelor, prin orientarea acestora către funcţionarea pe energie electrică,în condițiile înlocuirii combustibililor de natură petrolieră,  cu o adaptare corespunzătoare a reţelelor electrice.

Viziunea europeană, asupra dezvoltării reţelelor electrice din Europa, în viitorul apropiat, constituie o bază pentru cercetare, dezvoltare şi programe demonstrative cu finanţare Europeană dar şi locală.

Susţinerea învăţământului condiţionând progresul tehnologic, se impune adaptarea acestuia la noile cerinţe,actualizarea programelor de studiu prin includerea viziunii asupra reţelelor inteligente şi sincronizarea tematicilor de cercetare lansate în cadrul programelor naţionale cu obiectivele stabilite în cadrul viziunilor europene.

     

IV.  Bibliografie

(1)  www.smartgrids.eu

(2)  www.galvinelectricity.org

(3) Comisia Europeană – Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future, Platforma Tehnologică Europeană SmartGrids, 2006.

(4) Comisia Europeană – Strategic Deployment Document for Europe’s Electricity Networks of the Future,Platforma Tehnologică Europeană SmartGrids, 2008.

(5) EPRI – The Integrated Energy and Communication Systems Architecture, Vol. IV, Technical Analysis,Electric Power Research Institute, 2004.

(6)  EcoMagazin