スマートエネルギーグリッド

世界のエネルギー需要の成長率は、年間約 2,2% であると推定されています。 これは、現在 20 ペタワット時を超える世界のエネルギー消費量が、2030 年には 33 ペタワット時まで増加することを意味します。 同時に、エネルギーをこれまで以上に効率的に使用することも重視されています。

1. スマートネットワーク内の自動車

他の予測では、主に電気自動車やハイブリッド車の人気の高まりにより、2050 年までに交通機関が電力需要の 10% 以上を消費すると予測しています。

もし 電気自動車のバッテリーを充電する が適切に制御されていないか、単独ではまったく動作しない場合、同時に充電しすぎるバッテリーによりピーク負荷が発生する危険性があります。 車両を最適なタイミングで充電できるソリューションの必要性 (1)。

電気が主に中央発電所で生産され、高圧送電線や中低圧の配電網を通じて消費者に届けられる、二十世紀の古典的な電力システムは、新しい時代の需要にうまく対応できません。 。

近年では、余剰を市場と共有できる小規模エネルギー生産者である分散型システムの急速な発展も見られます。 分散システムでは大きなシェアを占めています。 再生可能エネルギー源.

スマートグリッド用語集

AMI - Advanced Metering Infrastructure の略。 電気メーターと通信し、エネルギー データを収集し、このデータを分析するデバイスおよびソフトウェアのインフラストラクチャを意味します。

分散型発電 - 配電網に直接接続された、または受信者の電力システム (制御および計量装置の背後) に配置された小規模な発電設備または施設によるエネルギー生産。通常、再生可能または非伝統的なエネルギー源から電力を生産し、多くの場合、熱生産 (分散コージェネレーション) と組み合わせて使用​​されます。 ）。 . 分散型発電ネットワークには、たとえば、プロシューマー、エネルギー協同組合、または自治体の発電所が含まれる場合があります。

スマートメーター – エネルギー計測データを供給者に自動的に送信する機能を備えているため、電気を意識的に使用する機会が増えるリモート電気メーター。

マイクロエネルギー源 – 通常、自家消費用に使用される小さな発電所。 マイクロ ソースは、家庭用の小規模な太陽光発電所、水力発電所、または風力発電所、天然ガスまたはバイオガスで稼働するマイクロ タービン、天然ガスまたはバイオガスで稼働するエンジンを備えたユニットです。

プロシューマー – たとえば、マイクロソースで自分のニーズに合わせてエネルギーを生産し、未使用の余剰分を配電ネットワークに販売する、意識的なエネルギー消費者。

動的な料金体系 – エネルギー価格の日々の変化を考慮した関税。

観測可能な時空

これらの問題 (2) を解決するには、エネルギーが必要な場所に正確に送られる、柔軟で「考える」インフラストラクチャを備えたネットワークが必要です。 この決断は スマートエネルギーグリッド – スマート パワー グリッド。

2. エネルギー市場が直面する課題

大まかに言うと、スマート グリッドは、生産、送電、配電、使用プロセスのすべての参加者の活動をインテリジェントに統合し、費用対効果が高く、持続可能で安全な方法で電力を供給する電力システムです (3)。

その大前提は、エネルギー市場のすべての参加者間のつながりです。 発電所をつなぐネットワーク、大小のエネルギー消費者を XNUMX つの構造にまとめます。 それは、高度なセンサーと ICT システムに基づいて構築された自動化という XNUMX つの要素のおかげで存在し、機能することができます。

簡単に言うと、スマート グリッドは、エネルギーの需要と供給がいつどこで最大になるかを「認識」し、余剰エネルギーを最も必要とされる場所に送ることができます。 結果として、このようなネットワークはエネルギーサプライチェーンの効率、信頼性、セキュリティを向上させることができます。

3. スマートグリッド - 基本図

4. スマートグリッドの XNUMX つの分野、目標とその結果得られるメリット

スマートネットワーク リモートで電力メーターの測定値を取得し、受信およびネットワークのステータスとエネルギー受信プロファイルを監視し、違法なエネルギー消費、メーターの干渉、エネルギー損失を特定し、受信者のリモートでの切断/接続、料金表の切り替え、アーカイブと請求を行うことができます。読み取り値およびその他のアクションの場合 (4)。

電力需要を正確に判断することは難しいため、通常、システムはいわゆるホット リザーブを使用する必要があります。 分散型発電 (スマート グリッド用語集を参照) をスマート グリッドと組み合わせて使用​​すると、完全な準備が整った状態で大規模な予備を維持する必要性が大幅に軽減されます。

ピラー スマートグリッド 広範な測定システムであるインテリジェント測定システムがあります (5)。 これには、測定データを意思決定ポイントに送信する通信システムのほか、インテリジェントな情報、予測、意思決定のアルゴリズムが含まれます。

「インテリジェント」測定システムの最初の試験導入は、個々の都市または地方自治体を対象としてすでに構築されています。 それらのおかげで、特に、個人のクライアントに時給を導入することができます。 これは、XNUMX日の特定の時間帯には、そのような単一の消費者の電気料金が安くなるため、たとえば洗濯機の電源を入れる価値があることを意味します。

マーク・ティム率いるドイツのマックス・プランク研究所（ゲッティンゲン）の研究者チームなど一部の科学者によると、将来的には数百万台のスマートメーターが完全に自律型のシステムを生み出す可能性があるという。 自己調整ネットワーク、インターネットのように分散化されており、集中型システムが受ける攻撃に耐性があるため安全です。

多重性による強さ

再生可能電源 ユニット電力 (RES) が低いため、これらは分散ソースです。 後者には、最終エネルギー消費者の近くに設置される、ユニット容量が 50 ～ 100 MW 未満の電源が含まれます。

ただし、実際には、分散型とみなされる電源の制限は国によって大きく異なります。たとえば、スウェーデンでは 1,5 MW、ニュージーランドでは 5 MW、米国では 5 MW、英国では 100 MW です。 。

十分な数の電源が電力システムの狭いエリアに分散されており、それらが提供する機能により スマートグリッド、これらの電源をオペレーターが制御する XNUMX つのシステムに組み合わせて「仮想発電所」を作成することが可能になり、収益性が高くなります。

その目標は、分散型発電を XNUMX つの論理的に接続されたシステムに集中させ、電力生産の技術的および経済的効率を高めることです。 分散型発電は、エネルギー消費者の近くに設置され、バイオ燃料や再生可能エネルギー、さらには都市廃棄物などの地元の燃料資源も利用できます。

仮想発電所は、特定の地域のさまざまな地域の電力源 (水力発電所、風力発電所、太陽光発電所、複合サイクル タービン、エンジン駆動発電機など) とエネルギー貯蔵装置 (水タンク、バッテリー) を接続します。これらは、広範な IT ネットワーク システムによってリモート制御されます。

仮想発電所を作成する際の重要な機能は、消費者の需要の日々の変化に合わせて発電を調整できるエネルギー貯蔵装置によって果たされるべきです。 通常、これらのリザーバーはバッテリーまたはスーパーキャパシタです。 揚水発電所も同様の役割を果たすことができます。

仮想発電所を形成するエネルギーバランスの取れたエリアは、最新のスイッチを使用して電力網から分離できます。 このようなスイッチは、システムを保護し、測定作業を実行し、システムをネットワークと同期させます。

世界はますます賢くなっています

W スマートグリッド 世界最大のエネルギー会社はすべて現在投資を行っています。 たとえば、ヨーロッパでは、EDF (フランス)、RWE (ドイツ)、Iberdrola (スペイン)、British Gas (イギリス) などが挙げられます。

6. スマートグリッドは従来の資源と再生可能資源を接続します

このタイプのシステムの重要な要素は、電気通信分配ネットワークです。これは、中央アプリケーション システムと、最終顧客のグリッドの端に直接配置されたスマート電力メーターとの間で信頼性の高い双方向 IP 伝送を提供します。

現在、世界最大の電気通信ネットワークは、 スマートグリッド LightSquared (米国) や EnergyAustralia (オーストラリア) など、自国の最大のエネルギー事業者は、Wimax ワイヤレス テクノロジーを使用して製造されています。

さらに、ポーランドで計画されている最初の、そして最大規模の AMI (Advanced Metering Infrastructure) システムの実装の XNUMX つは、Energa Operator SA のスマート グリッドの不可欠な部分であり、データ送信に Wimax システムの使用が含まれています。

PLC など、エネルギー分野でデータ伝送に使用される他のテクノロジーと比較した Wimax ソリューションの重要な利点は、緊急時に電力線のセクション全体を切断する必要がないことです。

7. ヨーロッパのエネルギーピラミッド

中国政府は水道システムへの大規模な長期投資計画を策定し、農村部の送電網とインフラを改善・拡張してきた。 スマートグリッド。 中国国家電力網公司は2030年までにこれらを導入する計画だ。

電気事業連合会は政府の支援を受けて、2020年までに太陽光エネルギーを利用したスマートグリッドを開発する計画だ。 現在、ドイツはスマートグリッド向けの電子エネルギーをテストする政府プログラムを実施中です。

EU諸国ではエネルギーの「スーパーグリッド」が構築され、主に風力発電所からの再生可能エネルギーが供給されることになる。 従来のネットワークとは異なり、交流ではなく直流 (DC) に基づいています。

欧州の基金は、大学とエネルギー業界を結び付けるこのプロジェクトの関連研究・研修プログラム「MEDOW」に資金を提供した。 MEDOWとは、英語名「Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind」の略称です。

この研修プログラムは2017年XNUMX月まで続く予定です。 創造 再生可能エネルギーネットワーク 大陸規模でのネットワークと既存のネットワークへの効率的な接続 (6) は、周期的な容量の過剰または不足を特徴とする再生可能エネルギーの特有の特性を考慮すると理にかなっています。

ヘル半島で運営されているスマート ペニンシュラ プログラムは、ポーランドのエネルギー業界ではよく知られています。 ここで、エネルガは国内初の試験的な遠隔読書システムを導入し、さらに近代化されるプロジェクトに適切な技術インフラストラクチャを備えています。

この場所が選ばれたのは偶然ではありません。 この地域は、エネルギー消費量の変動が大きい（夏には消費量が多く、冬にははるかに少ない）という特徴があり、これがエネルギー技術者にとってさらなる課題となっています。

導入されるシステムは、高い信頼性だけでなく、顧客へのサービス提供における柔軟性も特徴とし、顧客がエネルギー消費の最適化、電気料金の変更、新たな代替エネルギー源（太陽光発電パネル、小型風力タービンなど）の利用を可能にする必要があります。

最近では、Polskie Sieci Energetyczne が少なくとも 2 MW の容量を持つ強力なバッテリーにエネルギーを貯蔵したいと考えているという情報も登場しました。 同社はポーランドに電力網をサポートするエネルギー貯蔵施設を建設し、風力不足や日没後に再生可能エネルギー源（RES）が機能しなくなった場合でも供給継続を確保する計画を立てている。 倉庫からの電気は送電網に送られます。

ソリューションのテストは 1 年以内に開始される可能性があります。 非公式情報によると、日立製作所の日本人企業が強力なバッテリーコンテナをテストするために PSE を提供しているとのことです。 このようなリチウムイオン電池の XNUMX つは、XNUMX MW の電力を供給できます。

倉庫があれば、将来的には従来型の発電所を拡張する必要性も軽減される可能性がある。 風力発電所は、（気象条件に応じて）出力が大きく変動するという特徴があるため、いつでも風車を交換したり、出力の低下によって補うことができるように、従来のエネルギーに電力の予備力を維持させる必要があります。

ヨーロッパ中の通信事業者はエネルギー貯蔵に投資しています。 最近、英国はこの種の施設としては大陸上最大規模の施設を立ち上げました。 ロンドン近郊の Leighton Buzzard サイトは、最大 10 MWh のエネルギーを貯蔵し、6 MW の電力を供給することができます。

S&C Electric、Samsung、UK Power Networks、Younicos の支援を受けています。 2014 年 5 月、後者の企業はヨーロッパ初の商用エネルギー貯蔵施設を建設しました。 ドイツのシュヴェリンで打ち上げられ、出力は XNUMX MW です。

文書「スマートグリッドプロジェクト展望2014」には、459年以降に実施された2002件のプロジェクトが含まれており、そこでは新技術とICT（テレ情報）機能の利用が「スマートグリッド」の構築に貢献した。

少なくとも 7 つの EU 加盟国が参加した (パートナーだった) プロジェクトが考慮されていることに注意してください (47)。 これにより、報告書の対象となる国の数はXNUMXカ国となった。

これまでにこれらのプロジェクトに3,15億48万ユーロが割り当てられているが、そのうち830％はまだ完了していない。 現在、研究開発プロジェクトには 2,32 億 XNUMX 万ユーロが費やされ、テストと実装には XNUMX 億 XNUMX 万ユーロが費やされています。

その中で、一人当たりの投資額が最も多いのはデンマークです。 一方、フランスと英国は最も予算の高いプロジェクトを抱えており、5プロジェクトあたり平均XNUMX万ユーロとなっている。

これらの国と比較すると、東ヨーロッパ諸国の状況ははるかに悪いです。 報告書によると、これらすべてのプロジェクトの総予算のわずか 1% しか生み出されていません。 実施されたプロジェクトの数のトップ 18 は、ドイツ、デンマーク、イタリア、スペイン、フランスです。 ポーランドはランキングXNUMX位となった。

スイスが我々の先頭を走り、アイルランドがそれに続いた。 スマート グリッドのスローガンの下、野心的でほぼ革命的なソリューションが世界中の多くの場所で導入されています。 エネルギーシステムを近代化する計画.

最良の例の 2030 つは、カナダのオンタリオ州にスマート インフラストラクチャを構築するプロジェクト (8 年) です。このプロジェクトは近年準備され、最長 XNUMX 年間の期間で設計されました。

8. カナダのオンタリオ州におけるスマートグリッド導入計画。

エネルギーウイルス？

ただし、 エネルギーネットワーク インターネットのようになるには、現代のコンピューター ネットワークで遭遇するのと同じ脅威に直面する可能性があることを考慮する必要があります。

9. エネルギーネットワーク内で動作するように設計されたロボット

エフセキュア研究所の専門家は最近、電力供給ネットワークを含む業界サービス システムに対する新たな複雑な脅威の出現について警告しました。 これは Havex と呼ばれ、コンピューターに感染するために非常に高度な新技術を使用します。

Havex は XNUMX つの主要コンポーネントで構成されます。 XNUMX つ目は、攻撃されたシステムをリモートから制御するために使用されるトロイの木馬ソフトウェアです。 XNUMX 番目の要素は PHP サーバーです。

このトロイの木馬は、攻撃者によって、技術プロセスおよび生産プロセスの進捗状況を監視する役割を担う自動プロセス制御システム/SCADA ソフトウェアに添付されました。 被害者は、脅威に気づかずに、専門サイトからそのようなプログラムをダウンロードします。

Havexの被害者は主に欧州の機関や産業ソリューション企業だった。 Havex コードの一部は、その作成者が生産プロセスに関するデータを盗むことに加えて、その進捗状況にも影響を与える可能性があることを示唆しています。

10. スマートグリッドの領域

このマルウェアの作成者は、エネルギー ネットワークに特に興味を持っていました。 おそらく将来的な要素 スマートエネルギーシステム ロボットもそうするだろう。

最近、ミシガン工科大学の研究者らは、自然災害などの停電の影響を受けた場所にエネルギーを届けるロボットモデル (9) を開発しました。

このタイプの機械は、たとえば、電気通信インフラストラクチャ (鉄塔や基地局) の電力を回復して、救助活動をより効果的に実行できます。 ロボットは自律しており、目的地までの最適な経路を選択します。

バッテリーやソーラーパネルシステムが搭載されている場合があります。 彼らはお互いに餌を与えることができます。 意味と機能 スマートグリッド エネルギーをはるかに超えます(10)。

こうして構築されたインフラは、最新テクノロジーをベースに、未来の新たなモバイル・スマートライフを創造するために活用できます。 今のところ、このタイプのソリューションの利点 (ただし欠点も) を想像することしかできません。