스마트 에너지 네트워크

세계 에너지 수요는 매년 약 2,2% 성장할 것으로 추정됩니다. 이는 현재 20페타와트시 이상의 전 세계 에너지 소비가 2030년에는 33페타와트시로 증가한다는 것을 의미합니다. 동시에 에너지를 그 어느 때보다 효율적으로 사용하는 데 중점을 두고 있습니다.

1. 스마트 그리드에서 자동

다른 예측에서는 2050년까지 교통이 전력 수요의 10% 이상을 소비할 것으로 예측하는데, 이는 주로 전기 및 하이브리드 자동차의 인기가 높아짐에 따라 발생합니다.

면 전기차 배터리 충전 제대로 관리되지 않거나 자체적으로 작동하지 않으면 너무 많은 배터리가 동시에 충전되어 최대 부하가 발생할 위험이 있습니다. 최적의 시간에 차량을 충전할 수 있는 솔루션의 필요성 (1).

주로 중앙 발전소에서 전기를 생산하고 고압 송전선과 중압 및 저압 배전망을 통해 소비자에게 전달하는 고전적인 XNUMX세기 전력 시스템은 새 시대의 요구에 부적합합니다.

최근에는 잉여분을 시장과 공유할 수 있는 소규모 에너지 생산자인 분산 시스템의 급속한 발전도 볼 수 있습니다. 그들은 분산 시스템에서 상당한 점유율을 가지고 있습니다. 재생 가능한 에너지원.

스마트 그리드 용어집

AMI - Advanced Metering Infrastructure의 약자입니다. 전기 계량기와 통신하고 에너지 데이터를 수집하고 이 데이터를 분석하는 장치 및 소프트웨어의 인프라를 의미합니다.

분산 세대 - 배전망에 직접 연결되거나 수혜자의 전력 시스템(제어 및 계량 장치 뒤)에 위치한 소규모 발전 설비 또는 시설에 의한 에너지 생산, 일반적으로 열 생산과 함께 재생 가능 또는 비전통적 에너지원에서 전기를 생산(분산 열병합 발전) ). . 분산 발전 네트워크에는 예를 들어 프로슈머, 에너지 협동 조합 또는 도시 발전소가 포함될 수 있습니다.

스마트 미터 – 에너지 계량 데이터를 공급자에게 자동으로 전송하는 기능이 있어 전기를 의식적으로 사용할 수 있는 더 많은 기회를 제공하는 원격 전기 계량기.

마이크로 전원 – 일반적으로 자체 소비에 사용되는 소규모 발전소. 마이크로 소스는 소규모 가정용 태양열, 수력 또는 풍력 발전소, 천연 가스 또는 바이오가스로 작동하는 마이크로 터빈, 천연 가스 또는 바이오가스로 작동하는 엔진이 있는 장치일 수 있습니다.

프로슈머 – 예를 들어 미량 자원에서 자신의 필요를 위해 에너지를 생산하고 사용하지 않은 잉여분을 유통망에 판매하는 의식적인 에너지 소비자.

동적 요금 – 에너지 가격의 일일 변동을 고려한 관세.

관측 가능한 시공간

이러한 문제(2)를 해결하려면 에너지가 필요한 곳으로 정확히 전달되는 유연한 "사고" 인프라를 갖춘 네트워크가 필요합니다. 그러한 결정 스마트 에너지 그리드 – 스마트 전력망.

2. 에너지 시장이 직면한 과제

일반적으로 스마트 그리드는 경제적이고 지속 가능하며 안전한 방식으로 전기를 제공하기 위해 생산, 전송, 배전 및 사용 과정에서 모든 참여자의 활동을 지능적으로 통합하는 전력 시스템입니다(3).

주요 전제는 에너지 시장의 모든 참가자 간의 연결입니다. 네트워크는 발전소를 연결합니다, 크고 작은 에너지 소비자가 하나의 구조에 있습니다. 첨단 센서를 기반으로 하는 자동화와 ICT 시스템이라는 두 가지 요소 덕분에 존재하고 기능할 수 있습니다.

간단히 말해서, 스마트 그리드는 에너지에 대한 가장 큰 수요와 가장 큰 공급이 언제 어디서 발생하는지 "알고" 초과 에너지를 가장 필요한 곳으로 보낼 수 있습니다. 결과적으로 이러한 네트워크는 에너지 공급망의 효율성, 신뢰성 및 보안을 향상시킬 수 있습니다.

3. 스마트 그리드 - 기본 체계

4. 스마트그리드의 XNUMX가지 영역, 그로 인한 목표 및 혜택

스마트 네트워크 원격으로 전기 계량기 판독, 수신 및 네트워크 상태 모니터링, 에너지 수신 프로필 모니터링, 불법 에너지 소비 식별, 계량기 및 에너지 손실 간섭 식별, 원격으로 수신자 연결 끊기/연결, 관세 전환, 읽기 값 및 기타 활동에 대한 보관 및 청구(4).

전력 수요를 정확하게 결정하기 어렵기 때문에 일반적으로 시스템은 소위 핫 리저브를 사용해야 합니다. 스마트 그리드와 함께 분산 발전(스마트 그리드 용어집 참조)을 사용하면 대규모 매장량을 완전히 가동해야 하는 필요성을 크게 줄일 수 있습니다.

기둥 스마트 그리드 광범위한 측정 시스템, 지능형 회계(5)가 있습니다. 여기에는 측정 데이터를 의사 결정 지점으로 전송하는 통신 시스템과 지능형 정보, 예측 및 의사 결정 알고리즘이 포함됩니다.

"지능형" 계량 시스템의 첫 번째 시범 설치는 이미 건설 중이며 개별 도시 또는 코뮌을 대상으로 합니다. 그들 덕분에 무엇보다도 개별 고객에 대한 시급을 도입할 수 있습니다. 이것은 하루 중 특정 시간에 그러한 단일 소비자의 전기 가격이 낮아질 것임을 의미하므로 예를 들어 세탁기를 켜는 것이 좋습니다.

Mark Timm이 이끄는 괴팅겐의 독일 막스 플랑크 연구소의 연구원 그룹과 같은 일부 과학자에 따르면 수백만 대의 스마트 미터가 미래에 완전히 자율적인 자체 규제 네트워크, 인터넷처럼 분산되어 있고 중앙 집중식 시스템이 노출되는 공격에 강하기 때문에 안전합니다.

복수의 강점

재생 가능한 전기 소스 작은 단위 용량(RES)으로 인해 소스가 분산됩니다. 후자는 에너지의 최종 소비자 가까이에 설치된 50-100MW 미만의 단위 용량을 가진 소스를 포함합니다.

그러나 실제로 분배된 것으로 간주되는 소스의 한계값은 국가마다 크게 다릅니다. 예를 들어 스웨덴에서는 1,5MW, 뉴질랜드에서는 5MW, 미국에서는 5MW, 영국에서는 100MW입니다. .

전력 시스템의 작은 영역에 충분히 많은 수의 소스가 분산되어 있고 그들이 제공하는 기회 덕분에 스마트 그리드, 이러한 소스를 운영자가 제어하는 ​​하나의 시스템으로 결합하여 "가상 발전소"를 만드는 것이 가능하고 수익성이 있습니다.

그 목표는 분산 발전을 논리적으로 연결된 하나의 시스템에 집중시켜 전기 생산의 기술 및 경제적 효율성을 높이는 것입니다. 에너지 소비자와 가까운 곳에 위치한 분산 발전은 바이오 연료 및 재생 에너지, 심지어 도시 폐기물을 포함한 지역 연료 자원을 사용할 수도 있습니다.

가상 발전소는 특정 지역(수력, 풍력, 태양광 발전소, 복합 화력 터빈, 엔진 구동 발전기 등)의 다양한 로컬 전원과 원격으로 제어되는 에너지 저장 장치(물 탱크, 배터리)를 연결합니다. 광범위한 IT 네트워크 시스템.

가상 발전소 생성에서 중요한 기능은 에너지 저장 장치에 의해 수행되어야 하며, 이를 통해 소비자 수요의 일일 변화에 따라 전력 생산을 조정할 수 있습니다. 일반적으로 이러한 저장소는 배터리 또는 슈퍼커패시터입니다. 양수 저장 스테이션도 비슷한 역할을 할 수 있습니다.

가상 발전소를 형성하는 에너지적으로 균형 잡힌 영역은 최신 스위치를 사용하여 전력망에서 분리할 수 있습니다. 이러한 스위치는 시스템을 보호하고 측정 작업을 수행하며 시스템을 네트워크와 동기화합니다.

세상이 똑똑해지고 있다

W 스마트 그리드 현재 세계에서 가장 큰 모든 에너지 회사에서 투자하고 있습니다. 예를 들어 유럽에서는 EDF(프랑스), RWE(독일), Iberdrola(스페인) 및 British Gas(영국)가 있습니다.

6. 스마트 그리드는 전통적 자원과 재생 가능한 자원을 결합합니다.

이러한 유형의 시스템의 중요한 요소는 최종 소비자의 전력 시스템 끝에 직접 위치한 스마트 전력 계량기와 중앙 애플리케이션 시스템 사이에 안정적인 양방향 IP 전송을 제공하는 통신 분배 네트워크입니다.

현재 세계 최대의 통신망이 필요로 하는 스마트 그리드 LightSquared(미국) 또는 EnergyAustralia(호주)와 같은 해당 국가에서 가장 큰 에너지 사업자의 제품은 Wimax 무선 기술을 사용하여 생산됩니다.

또한, Energa Operator SA의 스마트 네트워크의 필수적인 부분인 폴란드에서 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 시스템의 최초이자 가장 큰 계획 구현 중 하나는 데이터 전송을 위한 Wimax 시스템의 사용을 포함합니다.

PLC와 같은 데이터 전송을 위해 에너지 부문에서 사용되는 다른 기술과 관련하여 Wimax 솔루션의 중요한 이점은 비상 시 전력선의 전체 섹션을 끌 필요가 없다는 것입니다.

7. 유럽의 에너지 피라미드

중국 정부는 수도 시스템에 투자하고 농촌 지역의 송전망과 기반 시설을 업그레이드 및 확장하기 위한 대규모 장기 계획을 수립했습니다. 스마트 그리드. Chinese State Grid Corporation은 2030년까지 이를 도입할 계획입니다.

일본전력산업연맹은 정부 지원을 받아 2020년까지 태양광 스마트 그리드를 개발할 계획이다. 현재 독일에서는 스마트 그리드용 전자 에너지 테스트를 위한 국가 프로그램이 시행되고 있습니다.

에너지 "수퍼 그리드"가 EU 국가에서 만들어지며, 이를 통해 주로 풍력 발전소에서 재생 에너지가 배포됩니다. 기존 네트워크와 달리 교류가 아닌 직류(DC)를 기반으로 합니다.

유럽 ​​기금은 에너지 산업의 대학과 대표자를 한데 모으는 프로젝트 관련 연구 및 훈련 프로그램 MEDOW에 자금을 지원했습니다. MEDOW는 영어 이름 "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind"의 약자입니다.

교육 프로그램은 2017년 XNUMX월까지 진행될 예정입니다. 창조 재생 에너지 네트워크 대륙적 규모와 기존 네트워크에 대한 효율적인 연결(6)은 주기적인 용량 과잉 또는 부족을 특징으로 하는 재생 에너지의 특정 특성으로 인해 의미가 있습니다.

헬 반도에서 운영되는 스마트 반도 프로그램은 폴란드 에너지 산업에서 잘 알려져 있습니다. 여기에서 Energa는 국가 최초의 시험 원격 판독 시스템을 구현했으며 프로젝트에 적합한 기술 인프라를 갖추고 있으며 앞으로 더욱 업그레이드될 것입니다.

이 장소는 우연히 선택되지 않았습니다. 이 영역은 에너지 소비의 높은 변동(여름에는 높은 소비, 겨울에는 훨씬 적게)을 특징으로 하며, 이는 에너지 엔지니어에게 추가적인 과제를 안겨줍니다.

구현된 시스템은 신뢰성이 높을 뿐만 아니라 고객 서비스가 유연해야 에너지 소비를 최적화하고 전기 요금을 변경하며 새로운 대체 에너지원(태양광 패널, 소형 풍력 터빈 등)을 사용할 수 있습니다.

최근에는 Polskie Sieci Energetyczne이 최소 2MW 용량의 강력한 배터리에 에너지를 저장하기를 원한다는 정보도 나타났습니다. 사업자는 폴란드에 전력망을 지원하는 에너지 저장 시설을 건설하여 바람이 부족하거나 어두워지면 재생 에너지원(RES)이 작동을 멈출 때 공급의 연속성을 보장할 계획입니다. 창고의 전기는 그리드로 갈 것입니다.

솔루션 테스트는 1년 이내에 시작할 수 있습니다. 비공식 정보에 따르면 Hitachi의 일본인은 강력한 배터리 컨테이너를 테스트하기 위해 PSE를 제공합니다. 이러한 리튬 이온 배터리 중 하나는 XNUMXMW의 전력을 전달할 수 있습니다.

창고는 또한 미래에 기존 발전소를 확장할 필요성을 줄일 수 있습니다. 전력 출력의 높은 변동성(기상 조건에 따라 다름)을 특징으로 하는 풍력 발전소는 기존 전력이 전력 예비를 유지하도록 하여 언제든지 감소된 전력 출력으로 풍차를 교체하거나 보완할 수 있습니다.

유럽 ​​전역의 사업자는 에너지 저장 장치에 투자하고 있습니다. 최근에 영국인은 우리 대륙에서 이러한 유형의 가장 큰 설치를 시작했습니다. 런던 근처의 Leighton Buzzard에 있는 시설은 최대 10MWh의 에너지를 저장하고 6MW의 전력을 공급할 수 있습니다.

그 뒤에는 S&C Electric, Samsung, UK Power Networks 및 Younicos가 있습니다. 2014년 5월 후자의 회사는 유럽에서 최초의 상업용 에너지 저장소를 건설했습니다. 독일 슈베린(Schwerin)에서 발사되었으며 용량은 XNUMXMW이다.

"Smart Grid Projects Outlook 2014" 문서에는 459년부터 구현된 2002개의 프로젝트가 포함되어 있으며, 이 프로젝트에서 신기술, ICT(원격 정보) 기능을 사용하여 "스마트 그리드" 생성에 기여했습니다.

적어도 하나의 EU 회원국이 참여(파트너)한 프로젝트가 고려되었다는 점에 유의해야 합니다(7). 이로써 보고서에 포함된 국가의 수는 47개국으로 늘어났습니다.

지금까지 이 프로젝트에 3,15억 48천만 유로가 할당되었지만 그 중 830%가 아직 완료되지 않았습니다. R&D 프로젝트는 현재 2,32억 XNUMX만 유로를 소비하는 반면 테스트 및 구현 비용은 XNUMX억 XNUMX만 유로입니다.

그 중 덴마크가 5인당 가장 많은 투자를 하고 있다. 반면에 프랑스와 영국은 프로젝트당 평균 XNUMX만 유로를 지출하는 가장 높은 예산으로 프로젝트를 수행합니다.

이들 국가에 비해 동유럽 국가들은 훨씬 더 나빴다. 보고서에 따르면 이러한 모든 프로젝트의 총 예산 중 1%만 생성합니다. 구현된 프로젝트 수를 기준으로 상위 18개 국가는 독일, 덴마크, 이탈리아, 스페인 및 프랑스입니다. 폴란드는 순위에서 XNUMX위를 차지했습니다.

스위스가 우리보다 앞서 있었고 아일랜드가 그 뒤를 이었습니다. 스마트 그리드라는 슬로건 아래 야심차고 거의 혁명적인 솔루션이 전 세계 여러 곳에서 구현되고 있습니다. 전력 시스템 현대화 계획.

가장 좋은 예 중 하나는 온타리오 스마트 인프라 프로젝트(2030)로 최근 몇 년 동안 준비되었으며 예상 기간은 최대 8년입니다.

8. 캐나다 온타리오주에 스마트 그리드 배치 계획.

에너지 바이러스?

그러나 만약 에너지 네트워크 인터넷처럼 되기 위해서는 현대 컴퓨터 네트워크에서 우리가 직면하는 것과 동일한 위협에 직면할 수 있다는 점을 고려해야 합니다.

9. 에너지 네트워크에서 작동하도록 설계된 로봇

F-Secure 연구소는 최근 전력망을 포함한 산업 서비스 시스템에 대한 새롭고 복잡한 위협에 대해 경고했습니다. 그것은 Havex라고 불리며 컴퓨터를 감염시키기 위해 매우 진보된 새로운 기술을 사용합니다.

Havex에는 두 가지 주요 구성 요소가 있습니다. 첫 번째는 공격받은 시스템을 원격으로 제어하는 ​​데 사용되는 트로이 목마 소프트웨어입니다. 두 번째 요소는 PHP 서버입니다.

트로이 목마는 공격자가 기술 및 생산 프로세스의 진행 상황을 모니터링하는 APCS/SCADA 소프트웨어에 부착했습니다. 피해자는 위협을 인식하지 못한 채 전문 사이트에서 이러한 프로그램을 다운로드합니다.

Havex의 피해자는 주로 산업 솔루션과 관련된 유럽 기관 및 회사였습니다. Havex 코드의 일부는 생성자가 생산 프로세스에 대한 데이터를 훔치고자 하는 것 외에도 그들의 과정에 영향을 줄 수 있다고 제안합니다.

10. 스마트 그리드 분야

이 악성코드의 작성자는 특히 에너지 네트워크에 관심이 있었습니다. 아마도 미래의 요소 스마트 전원 시스템 로봇도 그럴 것이다.

최근 Michigan Tech University의 연구원들은 자연 재해로 인한 것과 같이 정전의 영향을 받는 장소에 에너지를 전달하는 로봇 모델(9)을 개발했습니다.

예를 들어 이러한 유형의 기계는 구조 작업을 보다 효율적으로 수행하기 위해 통신 기반 시설(타워 및 기지국)에 전력을 복구할 수 있습니다. 로봇은 자율적이며 목적지까지 가는 최선의 경로를 스스로 선택합니다.

그들은 보드 또는 태양 전지 패널에 배터리가 있을 수 있습니다. 그들은 서로를 먹일 수 있습니다. 의미와 기능 스마트 그리드 에너지를 훨씬 뛰어넘습니다(10).

이렇게 만들어진 인프라는 첨단 기술을 기반으로 미래의 새로운 모바일 스마트 라이프를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 지금까지는 이러한 유형의 솔루션의 장점(단점도 포함)을 상상할 수 있을 뿐입니다.