ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА - 2022 - РОЛЬ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В SMART GRID И MICROGRID

DOI 10.57112/22022-27

УДК 620.92

РОЛЬ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В SMART GRID И MICROGRID

Ливинцева Анастасия Вадимовна

Попов Андрей Николаевич

Аннотация:

Возобновляемые ресурсы являются ключевыми компонентами успеха интеллектуальных сетевых энергетических систем. Энергетическая система Smart grid – это энергосистема, которая использует Интернет, связь в реальном времени, датчики и возобновляемые источники. Многие интеллектуальные сети стремятся заменить или интегрировать в существующие сетевые системы, чтобы обеспечить более чистое, эффективное и надежное распределение энергии. Интеграция возобновляемых ресурсов в качестве источника энергии для энергосистемы является важной частью инициативы по экологически безопасному производству энергии. За счет использования возобновляемых ресурсов это сократит количество невозобновляемых ресурсов, которые необходимо использовать, что непосредственно уменьшит количество загрязнения, производимого в результате использования этих материалов. Интеллектуальные сети также обеспечивают более надежную систему благодаря своей архитектуре, основанной на Интернете. Благодаря использованию сети Интернет наряду с датчиками и SCADA; интеллектуальные сети обеспечивают мгновенное обнаружение неисправностей, самовосстановление, удаленное техническое обслуживание и связь в режиме реального времени.

Ключевые слова: альтернативные источники энергии, Smart grid, энергосистема, SCADA, Microgrid.

В этой статье будут рассмотрены три возобновляемых источника энергии. Одним из известных методов генерации для интеллектуальных сетей и систем распределенной генерации являются солнечные панели или фотоэлектрические элементы. Эти элементы собирают солнечную энергию от солнечного света, а затем преобразуют ее в полезную электрическую энергию. Фотоэлектрические элементы используют фотоэлектрический эффект, который описывает взаимодействие фотонов, производимых солнцем, и полупроводникового материала, из которого изготовлены элементы. Строение солнечной панели включает проводящий материал вдоль внешнего края и задней части полупроводникового материала, который собирает генерируемую электроэнергию. Недавние достижения в технологии солнечных панелей привели к снижению стоимости и применению систем непосредственно к потребительским нагрузкам.

Еще одной из систем возобновляемой энергетики, которые в последнее время получили широкое распространение, являются ветряные турбины. Ветряные турбины используют естественную выработку ветра на Земле для выработки электроэнергии. Когда дует ветер, он вращает пропеллеры турбины, которая вращает ротор турбины, приводя в движение генератор и затем производя электроэнергию. Скорость ветра и угол наклона пропеллеров турбины влияют на количество вырабатываемой электроэнергии. Ветряные турбины производят чистую энергию, хотя и занимают большую площадь. Помимо наличия крупных компонентов, ветряные турбины обычно встречаются в большом количестве, занимающие значительную площадь.

Следующая система возобновляемых источников энергии – это гидроэлектростанции. Гидроэлектростанции вырабатывают электроэнергию за счет проточной воды, а также могут обеспечивать накопление энергии. Они подключены к естественному водоему или интегрированы в систему водоснабжения. Плотина строится между двумя резервуарами воды на разных высотах, при прохождении воды через плотину вырабатывается энергия. Чем больше воды проходит через турбины плотины, тем больше энергии может быть произведено. Несмотря на чистые аспекты гидроэлектроэнергетики, плотины могут нарушить экосистемы, существующие в пределах установленных водоемов.

В рамках интеллектуальных сетевых систем должна быть установлена система, помогающая управлять интеграцией этих возобновляемых ресурсов и сетевых технологий, и это известно как управление энергией. Система энергоменеджмента состоит из автоматизированных инструментов, которые могут использоваться операторами для поддержания эффективного баланса между спросом и предложением энергии. Эта система отслеживает, контролирует и оптимизирует выработку и передачу энергии посредством сбора данных, что способствует повышению надежности и эффективности. Архитектура управления энергопотреблением использует такие системы, как программируемые логические контроллеры, диспетчерское управление и сбор данных для обеспечения простоты использования, удаленной связи и общего обслуживания.

В архитектуре Smart grid используется диспетчерское управление и сбор данных (SCADA) для мониторинга и управления сетью за счет взаимодействия как программных, так и аппаратных элементов. По сути, архитектура SCADA состоит из удаленных терминалов (RTU) и программируемых логических контроллеров (PLC), которые подключаются к устройствам в сети, конечным терминалам и, в конечном счете, к программному обеспечению SCADA [1]. Это позволяет операторам интеллектуальных сетей контролировать системные процессы на месте или удаленно, отслеживать и обрабатывать данные в режиме реального времени, взаимодействовать с системными устройствами, такими как двигатели, датчики и устройства автоматического интерфейса, принимать обоснованные и важные для работы решения, а также вести подробные записи системных операций. В целом, системы SCADA могут иметь решающее значение для связи по сети, обработки данных и отчетов об ошибках, что помогает поддерживать эффективность и минимизировать время простоя.

Взаимосвязь фотоэлектрических элементов, гидроаккумулирующих насосов и ветряных турбин, которые составляют интеллектуальную сетевую систему, управляемую систему управления энергопотреблением. В этом случае способность энергетической системы производить, поддерживать и распределять бесперебойную энергию говорит о ее надежности. Надежность может оцениваться индивидуально на трех уровнях независимо или коллективно: генерация, передача и распределение. Она может быть усилена за счет резервирования, что затем приводит к минимальному времени простоя системы или отключению от желаемой нагрузки [2].

«Умная сеть» - это место, где соединяются линии передачи от других экспериментальных станций. Эта станция соединяет все системы, контролирует сеть и измеряет энергетические показатели с помощью компьютерного программного обеспечения SCADA.

Системы Smart grid и Microgrid представляют собой архитектуру для быстрого внедрения энергии, использующей возобновляемые источники энергии. Работа этих сетевых систем с использованием возобновляемых источников энергии обеспечивает производство чистой энергии, которая восполняется естественным путем. Интеллектуальная сетевая инфраструктура может обеспечить надежное производство и распределение энергии в напряженных регионах. Это стало возможным благодаря программному обеспечению для управления энергопотреблением, SCADA и сетевым компонентам Интернета, которые уменьшают потребность в физическом обслуживании. Хотя интеллектуальные сети и микросети имеют много преимуществ при их использовании, включая удаленное управление, необходимо учитывать некоторые особенности. Это включает в себя преобразование существующих сетевых систем или внедрение новой сетевой инфраструктуры, что может быть дорогостоящим и масштабным проектом. Подход к локализованной сети лучше всего подходит для обслуживания предполагаемого сообщества и управления затратами с течением времени, это также сведет к минимуму нагрузку на возобновляемые ресурсы и уменьшит углеродный след.

Список используемой литературы

1. Aghenta, L. O. Development of an IOT based open source SCADA system for PV System Monitoring / L. O. Aghenta and M. T. Iqbal // IEEE Canadian Conference of Electrical and Computer Engineering (CCECE). – 2019. – Текст : электронный. – URL : https://www.aimspress.com/article/10.3934/ElectrEng.2020.1.57/pdf. – Режим доступа : свободный.

2. Chren S., Towards multi-layered reliability analysis in smart grids / S. Chren // IEEE International Symposium on Software Reliability Engineering Workshops (ISSREW). – 2017. – Текст : электронный. – URL : https://www.semanticscholar.org/paper/Towards-Multi-layered-Reliability-Analysis-in-Smart-Chren/244d644a237bfc8536cacce320e0c16f5ec7844f. – Режим доступа : свободный.

Информация об авторах

Попов А. Н. – к.т.н., доцент, Ливинцева А. В. – студент группы 8Э-21, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.