Smart Microgrids – "умные" энергетические микросети

Статья журналиста Говарда Болдуина (Howard Baldwin)

Несмотря на приставку “micro”, сети Smart Microgrid – небольшие распределенные аналоги обычных централизованных сетей электропередачи – становятся большим бизнесом. Согласно опубликованному в августе 2013 года отчету аналитической компании MarketsandMarkets, за период с 2012 по 2020 год среднегодовые темпы роста на рынке сетей microgrid составят 17 процентов. К 2022 году мощность этих сетей составит 15,4 гигаватт, а объем рынка увеличится до 27 млрд долларов.

Есть ли связи между технологией Smart Microgrid и подключенной жизнью? Есть, и немало. Все зависит от того, как энергетические микросети используются. Если микросеть снабжает электроэнергией определенный район, она становится энергетическим аналогом зоны покрытия Wi-Fi.

Несколько подключенных друг к другу микросетей могут обеспечивать энергией несколько "зон покрытия", используя методы, хорошо знакомые любому сетевому инженеру. Если одна из микросетей отключится, ее потребители тут же начнут получать энергию через другие сети того же кластера. Точно так же в случае сбоя одного сетевого узла в Интернете трафик немедленно переключается на другие узлы. В результате повышается надежность сети. Таким образом, Smart Microgrid – это энергетические сети эпохи Интернета.

Три типа сетевых соединений в энергетике

По мнению Пола Сентолеллы (Paul A. Centolella), вице-президента бостонской фирмы Analysis Group, специализирующейся в области экономического, финансового и стратегического консалтинга, существуют три типа энергетических микросетей: "Сеть первого типа снабжает энергией одно здание, обеспечивая его независимость от централизованной сети переменного тока. Но чаще всего встречается второй тип – кампусные сети, обеспечивающие энергией комплекс зданий на определенной территории. На этой территории создается внутренняя сеть распределения и внутренний источник энергии. Кампусная сеть, как и сеть первого типа, может работать независимо от централизованной энергосети".

Сеть третьего типа работает по методу Интернета, используя топологию сети распределения. "По мере увеличения надежности и устойчивости сетей, интеграции распределенных генерирующих мощностей и систем хранения энергии, сеть распределения начинает превращаться в совокупность взаимно подключенных микросетей, – говорит Сентолелла. – Такие сети могут действовать совершенно независимо, а в экстренных случаях подключаться к внешним сетям".

В последнем случае они будут связываться с сетями smart grid, повышая роль и значение сетевых соединений еще больше. "В будущем энергетическая распределительная сеть станет сотовой системой, – поясняет Сентолелла. – Оператор сможет настраивать и интегрировать эту систему [по своему усмотрению]. Он также сможет передавать производителям и потребителям энергии актуальные ценовые предложения, что позволит эксплуатировать распределительную сеть более эффективно и поддерживать надежность услуг на максимально высоком уровне".

Первопроходцы Smart Microgrid

Организации разворачивают энергетические микросети в самых разных местах как в развитых, так и в развивающихся странах. По словам Терри Мона (Terry Mohn), главного исполнительного директора компании General Microgrids из Сан-Диего (штат Калифорния), львиную долю бизнеса его компания ведет за рубежом, электрифицируя сельские районы в таких странах, как Кения и Индия. "Мы работаем с правительствами тех стран, где энергетическая инфраструктура развита крайне слабо", – говорит он, добавляя, что, в зависимости от местных условий, в качестве источника энергии для микросетей выступают аккумуляторные или солнечные (фотоэлектрические) батареи.

"Мы не строим длинные линии электропередачи, а передаем энергию через распределенные системы микросетей, – отмечает Терри Мон. – Это позволяет создавать двунаправленные потоки энергии. Как только в определенной зоне возникает избыток энергии, эта зона становится источником энергии для соседних деревень и поселков". По словам Мона, энергия, вырабатываемая его микросетями, используется исключительно для очистки воды. Таким образом, микросети, развернутые его компанией, помогают повышать урожаи, но не используются для развития сетевых соединений.

В развитых странах микросети можно использовать как для производства энергии, так и для развития сетей как таковых. По мнению Терри Мона, сети Smart Microgrid можно в первую очередь устанавливать в "автономных зонах", то есть в университетских и корпоративных городках, на стадионах, в портах, в производственных зонах и на территории воинских частей.

Одним из крупнейших первых заказчиков решений Smart Microgrid стали муниципальные образования штата Коннектикут. "За последние два года по территории нашего штата пронеслось несколько ураганов, которые пять раз повреждали централизованную сеть электропередачи, – говорит Алекс Крейги (Alex Kragie), один из руководителей департамента энергетики и охраны природы этого штата. – В таких случаях граждане искренне негодуют, но лишь до тех пор, пока не узнают, сколько стоит укладка кабеля под землей".

Микросети способны смягчить энергетические проблемы штата. В настоящее время они строятся в девяти муниципальных образованиях Коннектикута. "Микросети хорошо масштабируются, – отмечает Алекс Крейги, – но наши города очень плотно застроены и отличаются высокой скученностью. К примеру, в Бриджпорте отделение полиции, пожарная охрана и дом престарелых расположены в непосредственной близости друг к другу. В Хартфорде на пятачке диаметром в несколько сотен метров располагаются школа, дом престарелых, бензозаправка и продуктовый магазин".

Крейги считает, что в таких городах микросети могут гарантировать бесперебойное энергоснабжение банков, водоочистных сооружений, аптек и государственных приютов: "Наша цель состоит в том, чтобы повысить безопасность граждан и удобство жизни в случае отключения электроэнергии. Если природные катаклизмы становятся нормой, то нужно строить более надежные системы".

Подключение к Интернету вещей

В отличие от развивающихся стран, в промышленно развитом мире микросети можно, помимо прочего, использовать для развития сетевых соединений. "Доступ в Интернет можно поддерживать с помощью как беспроводных, так и проводных каналов, – отмечает Алекс Крейги. – Менеджеры каждой энергетической микросети будут сами решать, как осуществлять коммуникации с максимальной эффективностью".

Микросети безусловно являются частью Интернета вещей. "Если Интернет вещей понимать как способность интеллектуальных устройств к обмену информацией, – говорит Пол Сентолелла, – то на элементарном уровне это будет означать обмен данными о функционировании распределенных ресурсов между элементами энергетической сети и операторами. Со временем такой информационный обмен может привести к созданию многоуровневой архитектуры управления".

В июле в Вашингтоне прошла конференция, посвященная, в числе прочего, взаимодействию интеллектуальных энергетических сетей Smart Grid с широкополосными коммуникационными сетями. Один из докладов, отметил Пол Сентолелла, был посвящен использованию сети smart grid для анализа текущих и будущих тарифов на электроэнергию и определения моментов, когда энергию нужно использовать по минимальной цене. По его словам, "этот вопрос остается предметом активных научных исследований, поскольку до сих пор неясно, какие результаты мы получим на выходе".

Результаты могут оставаться неясными, но от этого перспективы не перестают быть менее захватывающими. Одна из проблем энергетики состоит в том, что произведенная, но не использованная электроэнергия попросту теряется. А теперь представим себе сложное взаимное соединение интеллектуальных сетей, позволяющее передавать неиспользованную энергию туда, где ее не хватает. Этот энергетический Интернет, так непохожий на привычную глобальную коммуникационную сеть, принесет не менее поразительные результаты.