Электрическая сеть (или электрическая сеть ) — это взаимосвязанная сеть для доставки электроэнергии от производителей к потребителям. Электрические сети состоят из электростанций (часто расположенных вблизи источников энергии и вдали от густонаселенных районов), электрических подстанций для повышения или понижения напряжения , передачи электроэнергии на большие расстояния и, наконец, распределения электроэнергии отдельным потребителям, где напряжение снова понижается до требуемого рабочего напряжения. Электрические сети различаются по размеру и могут охватывать целые страны или континенты. От мала до велика существуют микросети , синхронные сети большой площади и суперсети .
Сети почти всегда синхронны, то есть все распределительные сети работают с синхронизированными частотами трехфазного переменного тока (так что колебания напряжения происходят почти одновременно). Это позволяет передавать мощность переменного тока по всей территории, соединяя большое количество производителей и потребителей электроэнергии и потенциально обеспечивая более эффективные рынки электроэнергии и резервную генерацию.
Объединенная сеть передачи и распределения является частью системы доставки электроэнергии, известной в Северной Америке как « электрическая сеть » или просто «сеть». В Великобритании , Индии , Танзании , Мьянме , Малайзии и Новой Зеландии сеть известна как National Grid.
Хотя электрические сети широко распространены, по состоянию на 2016 год [update]1,4 миллиарда человек во всем мире не были подключены к электросетям. [1] По мере роста электрификации число людей, имеющих доступ к электросети, растет. Около 840 миллионов человек (в основном в Африке), что составляет ок. В 2017 году 11% населения мира не имели доступа к электросети по сравнению с 1,2 миллиарда в 2010 году. [2]
Электрические сети могут быть подвержены злонамеренному вторжению или атаке; Таким образом, существует необходимость в безопасности электросетей . Кроме того, по мере модернизации электрических сетей и внедрения компьютерных технологий киберугрозы начинают становиться угрозой безопасности. [3] Особые опасения связаны с более сложными компьютерными системами, необходимыми для управления сетями. [4]
Микросеть — это локальная сеть, которая обычно является частью региональной глобальной синхронной сети, но может отключаться и работать автономно. [5] Это может произойти в тех случаях, когда в основной сети происходят сбои. Это называется изолированностью и может работать бесконечно, используя собственные ресурсы.
По сравнению с более крупными сетями, микросети обычно используют распределительную сеть с более низким напряжением и распределенные генераторы. [6] Микросети могут быть не только более устойчивыми, но и дешевле внедряться в изолированных районах.
Цель проекта состоит в том, чтобы локальная территория производила всю используемую ею энергию. [5]
Примеры реализации включают в себя:
Широкая синхронная сеть , также известная в Северной Америке как «межсетевое соединение», напрямую соединяет множество генераторов, поставляющих мощность переменного тока с одинаковой относительной частотой многим потребителям. Например, в Северной Америке есть четыре основных межсоединения ( Западное межсоединение , Восточное межсоединение , Квебекское межсоединение и Техасское межсоединение ). В Европе одна большая сеть соединяет большую часть континентальной Европы .
Глобальная синхронная сеть (также называемая «межсоединением» в Северной Америке) — это электрическая сеть регионального масштаба или выше, которая работает на синхронизированной частоте и электрически связана вместе в нормальных условиях системы. Они также известны как синхронные зоны, крупнейшей из которых является синхронная сеть континентальной Европы (ENTSO-E) с выработкой 667 гигаватт (ГВт), а самым широким обслуживаемым регионом является регион системы IPS/UPS, обслуживающей страны бывший Советский Союз. Синхронные сети с достаточной мощностью облегчают торговлю электроэнергией на обширных территориях. В ENTSO-E в 2008 году на Европейской энергетической бирже (EEX) продавалось более 350 000 мегаватт-часов в день . [15]
Каждое из межсоединений в Северной Америке работает с номинальной частотой 60 Гц, а в Европе — с частотой 50 Гц. Соседние межсоединения с одинаковой частотой и стандартами могут быть синхронизированы и напрямую соединены, образуя более крупное межсоединение, или они могут распределять мощность без синхронизации через высоковольтные линии электропередачи постоянного тока ( связи постоянного тока ) или с помощью трансформаторов переменной частоты (VFT). , которые обеспечивают контролируемый поток энергии, а также функционально изолируют независимые частоты переменного тока с каждой стороны.
Преимущества синхронных зон включают объединение генерации, что приводит к снижению затрат на выработку; объединение нагрузки, приводящее к значительному выравнивающему эффекту; общее обеспечение резервов, что приводит к снижению затрат на первичную и вторичную резервную электроэнергию; открытие рынка, что приведет к возможности заключения долгосрочных контрактов и краткосрочных обменов электроэнергией; и взаимопомощь в случае беспорядков. [16]
Одним из недостатков глобальной синхронной сети является то, что проблемы в одной части могут иметь последствия для всей сети. Например, в 2018 году Косово из-за спора с Сербией использовало больше энергии, чем вырабатывало , что привело к отставанию фазы во всей синхронной сети континентальной Европы от того, чем она должна была быть. Частота упала до 49,996 Гц. Это привело к тому, что некоторые виды часов стали отставать на шесть минут. [17]
Суперсеть или суперсеть — это глобальная сеть передачи, предназначенная для обеспечения возможности торговли большими объемами электроэнергии на большие расстояния . Иногда ее также называют мегасеткой . Суперсети могут поддержать глобальный энергетический переход , сглаживая локальные колебания энергии ветра и солнечной энергии . В этом контексте они рассматриваются как ключевая технология смягчения последствий глобального потепления . Суперсети обычно используют постоянный ток высокого напряжения (HVDC) для передачи электроэнергии на большие расстояния. Линии электропередачи HVDC последнего поколения могут передавать энергию с потерями всего 1,6% на 1000 км. [19]
Электроэнергетические предприятия между регионами во многих случаях связаны между собой для повышения экономичности и надежности. Электрические межсоединения позволяют добиться экономии за счет масштаба, позволяя приобретать энергию из крупных и эффективных источников. Коммунальные предприятия могут получать электроэнергию из резервов генераторов из другого региона, чтобы обеспечить непрерывное и надежное электроснабжение и диверсифицировать свои нагрузки. Межсетевое соединение также позволяет регионам иметь доступ к дешевой энергии, получая ее из разных источников. Например, один регион может производить дешевую гидроэлектроэнергию в сезоны паводка, но в сезоны маловодья другой регион может производить более дешевую электроэнергию с помощью ветра, что позволяет обоим регионам получать доступ друг к другу к более дешевым источникам энергии в разное время года. Соседние коммунальные предприятия также помогают другим поддерживать общую частоту системы, а также помогают управлять передачей данных между регионами коммунальных предприятий. [20]
Уровень межсетевого соединения электроэнергии (EIL) сети представляет собой отношение общей мощности межсетевого соединения к сети, деленной на установленную производственную мощность сети. В ЕС поставлена цель достичь 10% национальных сетей к 2020 году и 15% к 2030 году. [21]
Производство электроэнергии — это процесс производства электроэнергии из источников первичной энергии, обычно на электростанциях . Обычно это делается с помощью электромеханических генераторов , приводимых в движение тепловыми двигателями или кинетической энергией воды или ветра. Другие источники энергии включают солнечную фотоэлектрическую и геотермальную энергию .
Сумма выходной мощности генераторов в сети представляет собой выработку электроэнергии в сети, обычно измеряемую в гигаваттах (ГВт).
Передача электроэнергии — это массовое перемещение электрической энергии от генерирующей площадки через сеть взаимосвязанных линий к электрической подстанции , которая подключается к системе распределения. Эта сетевая система соединений отличается от местной проводки между высоковольтными подстанциями и потребителями.
Поскольку электроэнергия часто генерируется далеко от места ее потребления, система передачи может покрывать большие расстояния. Для данного количества мощности эффективность передачи выше при более высоких напряжениях и более низких токах. Поэтому напряжение повышают на электростанции и понижают на местных подстанциях для распределения потребителям.
Большая часть передачи трехфазная . Трехфазный, по сравнению с однофазным, может обеспечить гораздо большую мощность для данного количества проводов, поскольку нейтральный и заземляющий провода являются общими. [22] Кроме того, трехфазные генераторы и двигатели более эффективны, чем их однофазные аналоги.
Однако для обычных проводников одними из основных потерь являются резистивные потери, которые имеют квадратичный закон тока и зависят от расстояния. Линии электропередачи переменного тока высокого напряжения могут терять 1-4% на сотню миль. [23] Однако постоянный ток высокого напряжения может иметь вдвое меньшие потери, чем переменный ток. На очень больших расстояниях эта эффективность может компенсировать дополнительные затраты на необходимые преобразовательные станции переменного/постоянного тока на каждом конце.
Сети передачи сложны и имеют дублирующие пути. Физическое расположение часто определяется наличием земли и ее геологией. Большинство сетей передачи данных обеспечивают надежность, которую обеспечивают более сложные ячеистые сети . Резервирование позволяет случаться сбоям в линии, и питание просто перенаправляется во время ремонта.
Подстанции могут выполнять множество различных функций, но обычно преобразуют напряжение от низкого к высокому (повышение) и от высокого к низкому (понижение). Между генератором и конечным потребителем напряжение может трансформироваться несколько раз. [25]
Три основных типа подстанций по функциям: [26]
Помимо трансформаторов, к другим основным компонентам или функциям подстанций относятся:
Распределение — это заключительный этап передачи власти; он передает электроэнергию от системы передачи отдельным потребителям. Подстанции подключаются к системе передачи и понижают напряжение передачи до среднего напряжения в диапазоне от2 кВ и35 кВ . Первичные распределительные линии передают эту мощность среднего напряжения к распределительным трансформаторам , расположенным рядом с помещениями потребителя. Распределительные трансформаторы снова понижают напряжение до рабочего напряжения . Потребители, которым требуется гораздо большее количество электроэнергии, могут быть подключены непосредственно к первичному уровню распределения или к уровню подпередачи . [29]
Распределительные сети делятся на два типа: радиальные и сетевые. [30]
В городах и поселках Северной Америки сеть имеет тенденцию следовать классической конструкции с радиальным питанием . Подстанция получает электроэнергию из сети электропередачи, мощность понижается с помощью трансформатора и передается на шину, от которой фидеры расходятся во всех направлениях по сельской местности. Эти фидеры несут трехфазное питание и, как правило, идут по основным улицам рядом с подстанцией. По мере увеличения расстояния от подстанции разветвление продолжается, поскольку меньшие отводы распространяются, чтобы покрыть области, пропущенные фидерами. Эта древовидная структура вырастает за пределы подстанции, но по соображениям надежности обычно содержит как минимум одно неиспользуемое резервное соединение с ближайшей подстанцией. Это соединение можно включить в случае чрезвычайной ситуации, чтобы часть территории обслуживания подстанции могла альтернативно снабжаться другой подстанцией.
Сетевое хранилище энергии (также называемое крупномасштабным хранилищем энергии ) — это набор методов, используемых для хранения энергии в больших масштабах в пределах электрической сети . Электрическая энергия сохраняется в периоды, когда электроэнергии много и она недорогая (особенно из источников прерывистой энергии , таких как возобновляемая энергия от энергии ветра , приливной энергии и солнечной энергии ) или когда спрос низкий, а затем возвращается в сеть, когда спрос высок, и цены на электроэнергию, как правило, выше.
По состоянию на 2020 год [update]крупнейшей формой сетевого хранения энергии является плотинная гидроэлектроэнергия , причем как традиционная гидроэлектростанция, так и гидроаккумулирующая гидроэлектроэнергия .
Разработки в области аккумуляторных батарей позволили коммерчески жизнеспособным проектам хранить энергию во время пикового производства и высвобождать во время пикового спроса, а также использовать ее, когда производство неожиданно падает, давая время для подключения к сети более медленно реагирующих ресурсов.
Двумя альтернативами сетевому хранению энергии являются использование пиковых электростанций для заполнения дефицита поставок и реагирование на спрос для переноса нагрузки на другое время.
Спрос или нагрузка на электрическую сеть — это общая электроэнергия, потребляемая пользователями сети.
График изменения спроса во времени называется кривой спроса .
Базовая нагрузка — это минимальная нагрузка на сеть за любой заданный период, пиковая нагрузка — это максимальная нагрузка. Исторически базовая нагрузка обычно удовлетворялась оборудованием, которое было относительно дешевым в эксплуатации и работало непрерывно в течение недель или месяцев, но в глобальном масштабе это становится все менее распространенным явлением. Дополнительные потребности в пиковой нагрузке иногда создаются дорогостоящими пиковыми электростанциями , которые представляют собой генераторы, оптимизированные для быстрого включения в работу, но они тоже становятся все менее распространенными.
Однако, если потребность в электроэнергии превысит мощность местной электросети, это приведет к возникновению проблем с безопасностью, например, к перегоранию. [31]
Сети предназначены для подачи электроэнергии своим потребителям практически при постоянном напряжении. Этого приходится достигать при меняющемся спросе, переменных реактивных нагрузках и даже нелинейных нагрузках, когда электроэнергия обеспечивается генераторами, а также распределительным и передающим оборудованием, которое не является абсолютно надежным. [32] Часто в сетях используются переключатели ответвлений на трансформаторах рядом с потребителями, чтобы регулировать напряжение и поддерживать его в пределах технических характеристик.
В синхронной сети все генераторы должны работать на одной и той же частоте и оставаться почти в фазе друг с другом и с сетью. Производство и потребление должны быть сбалансированы по всей сети, поскольку энергия потребляется по мере ее производства. Для вращающихся генераторов местный регулятор регулирует крутящий момент, поддерживая почти постоянную скорость вращения при изменении нагрузки. Энергия сохраняется в краткосрочной перспективе за счет кинетической энергии вращения генераторов.
Хотя скорость в основном поддерживается постоянной, небольшие отклонения от номинальной частоты системы очень важны для регулирования отдельных генераторов и используются как способ оценки равновесия сети в целом. Когда сеть загружена незначительно, частота сети превышает номинальную частоту, и это воспринимается системами автоматического управления выработкой по всей сети как указание на то, что генераторам следует снизить свою мощность. И наоборот, когда сеть сильно загружена, частота естественным образом снижается, и регуляторы настраивают свои генераторы так, чтобы выдавать больше мощности ( управление падением скорости ). Когда генераторы имеют одинаковые настройки управления снижением скорости, это гарантирует, что несколько параллельных генераторов с одинаковыми настройками будут распределять нагрузку пропорционально их номиналу.
Кроме того, часто существует централизованное управление, которое может изменять параметры систем AGC в течение минуты или дольше для дальнейшей настройки потоков региональной сети и рабочей частоты сети.
В целях хронометража номинальная частота может изменяться в краткосрочной перспективе, но она корректируется таким образом, чтобы не допустить значительного увеличения или потери времени с помощью сетевых часов в течение всего 24-часового периода.
Вся синхронная сеть работает на одной и той же частоте, соседние сети не будут синхронизированы, даже если они работают на одной и той же номинальной частоте. Высоковольтные линии постоянного тока или трансформаторы переменной частоты могут использоваться для соединения двух межсетевых сетей переменного тока, не синхронизированных друг с другом. Это обеспечивает преимущества межсетевого соединения без необходимости синхронизации еще более широкой области. Например, сравните обширную карту синхронной сети Европы с картой линий высокого напряжения постоянного тока.
Сумма максимальных выходных мощностей ( паспортная мощность ) генераторов, подключенных к электрической сети, может рассматриваться как мощность сети.
Однако на практике они никогда не исчерпываются одновременно. Как правило, некоторые генераторы продолжают работать с более низкой выходной мощностью ( вращающийся резерв ), чтобы справиться с сбоями, а также с изменением спроса. Кроме того, генераторы могут быть отключены по причине технического обслуживания или по другим причинам, например, из-за доступности энергоресурсов (топлива, воды, ветра, солнца и т. д.) или ограничений по загрязнению.
Фиксированная мощность — это максимальная выходная мощность в сети, которая доступна немедленно в течение определенного периода времени, и это гораздо более полезный показатель.
В большинстве сетевых кодексов указано, что нагрузка распределяется между генераторами в порядке их значимости в соответствии с их предельными затратами (т. е. в первую очередь с наименьшими затратами), а иногда и с учетом их воздействия на окружающую среду. Таким образом, поставщики дешевой электроэнергии, как правило, практически постоянно работают на пределе своих возможностей, а более дорогие производители включаются только в случае необходимости.
Отказы обычно связаны с отключением автоматических выключателей генераторов или линий электропередачи из-за неисправностей, приводящих к потере генерирующих мощностей потребителей или избыточному спросу. Это часто приводит к снижению частоты, а остальные генераторы реагируют и вместе пытаются стабилизироваться выше минимума. Если это невозможно, то может произойти ряд сценариев.
Крупный сбой в одной части сети, если его быстро не компенсировать, может привести к изменению маршрута тока от оставшихся генераторов к потребителям по линиям электропередачи недостаточной мощности, что приведет к дальнейшим сбоям. Таким образом, одним из недостатков широко подключенной сети является возможность каскадных сбоев и повсеместного отключения электроэнергии . Центральный орган обычно назначается для облегчения связи и разработки протоколов для поддержания стабильной сети. Например, Североамериканская корпорация по надежности электроснабжения получила обязательные полномочия в Соединенных Штатах в 2006 году и имеет консультативные полномочия в соответствующих частях Канады и Мексики. Правительство США также определило коридоры электропередачи национальных интересов , где, по его мнению, возникли узкие места в передаче электроэнергии.
Падение напряжения – это намеренное или непреднамеренное падение напряжения в системе электроснабжения . Преднамеренные отключения используются для снижения нагрузки в аварийной ситуации. [33] Снижение длится в течение нескольких минут или часов, в отличие от кратковременного провала (или провала) напряжения. Термин «затемнение» происходит от затемнения, которое возникает при освещении лампами накаливания при падении напряжения. Снижение напряжения может быть следствием нарушения работы электросети или может иногда применяться с целью снизить нагрузку и предотвратить отключение электроэнергии , известное как отключение электроэнергии . [34]
Отключение электроэнергии (также называемое отключением электроэнергии , отключением электроэнергии , отключением электроэнергии , отключением электроэнергии или отключением электроэнергии ) — это потеря электроэнергии в определенной области.
Сбои в электроснабжении могут быть вызваны неисправностями на электростанциях, повреждением линий электропередачи, подстанций или других частей распределительной системы , коротким замыканием , каскадным отказом , срабатыванием предохранителя или автоматического выключателя , а также человеческой ошибкой.
Сбои в подаче электроэнергии особенно важны на объектах, где окружающая среда и общественная безопасность находятся под угрозой. Такие учреждения, как больницы , очистные сооружения, шахты , убежища и тому подобное, обычно имеют резервные источники питания, такие как резервные генераторы , которые автоматически запускаются при отключении электроэнергии. Другие критически важные системы, такие как телекоммуникации , также должны иметь аварийное питание. В аккумуляторном помещении телефонной станции обычно имеется набор свинцово-кислотных аккумуляторов для резервного питания, а также розетка для подключения генератора в течение длительных периодов отключения электроэнергии.
Системы производства и передачи электроэнергии не всегда могут удовлетворить требования пикового спроса — наибольшее количество электроэнергии , необходимое всем потребителям коммунальных услуг в данном регионе. В таких ситуациях общий спрос должен быть снижен либо путем отключения обслуживания некоторых устройств, либо путем снижения напряжения питания ( отключения питания ), чтобы предотвратить неконтролируемые перебои в обслуживании, такие как перебои в подаче электроэнергии (повсеместные отключения электроэнергии) или повреждение оборудования. Коммунальные предприятия могут налагать сброс нагрузки на зоны обслуживания посредством целевых отключений электроэнергии, веерных отключений или путем заключения соглашений с конкретными промышленными потребителями с высокой нагрузкой об отключении оборудования в периоды общесистемного пикового спроса.
Черный старт — это процесс восстановления работы электростанции или части электрической сети без использования внешней сети передачи электроэнергии для восстановления после полного или частичного отключения. [35]
Обычно электроэнергия, используемая на станции, обеспечивается собственными генераторами станции. Если все основные генераторы станции отключены, служебная мощность станции обеспечивается за счет отбора энергии из сети через линию электропередачи станции. Однако во время отключения электроэнергии на обширной территории электроэнергия за пределами объекта недоступна. При отсутствии электросети необходимо выполнить так называемый «черный старт» для запуска электросети в эксплуатацию.
Для обеспечения черного старта на некоторых электростанциях имеются небольшие дизель-генераторы , обычно называемые дизель-генераторами с черным пуском (BSDG), которые можно использовать для запуска более крупных генераторов (мощностью в несколько мегаватт ), которые, в свою очередь, могут использоваться для запуска основной сети. генераторы электростанций. Генерирующие станции с паровыми турбинами требуют эксплуатационной мощности станции до 10% мощности для насосов питательной воды котлов , нагнетателей воздуха для горения котлов, а также для подготовки топлива. Обеспечивать такую большую резервную мощность на каждой станции неэкономично, поэтому электроэнергия для полного запуска должна подаваться по выделенным соединительным линиям от другой станции. Часто гидроэлектростанции назначаются в качестве источников аварийного пуска для восстановления межсетевых соединений. Гидроэлектростанции требуется очень небольшая начальная мощность для запуска (достаточно, чтобы открыть впускные заслонки и подать ток возбуждения на катушки возбуждения генератора), и она может очень быстро подключить к сети большой блок мощности, чтобы обеспечить запуск системы, работающей на ископаемом топливе. или атомные станции. Некоторые типы турбин внутреннего сгорания могут быть настроены на запуск из черного состояния, что обеспечивает еще один вариант в местах, где нет подходящих гидроэлектростанций. [36] В 2017 году коммунальное предприятие в Южной Калифорнии успешно продемонстрировало использование аккумуляторной системы хранения энергии для обеспечения полного запуска, запуская газовую турбину комбинированного цикла из состояния холостого хода. [37]
Несмотря на новые институциональные механизмы и сетевые конструкции электросетей, их инфраструктуры энергоснабжения стареют во всем развитом мире. Факторами, способствующими текущему состоянию электрической сети и его последствиям, являются:
Реакция спроса — это метод управления сетью, при котором розничным или оптовым клиентам предлагается или стимулируется либо в электронном виде, либо вручную снизить свою нагрузку. В настоящее время операторы передающих сетей используют реакцию спроса, чтобы запросить снижение нагрузки у основных потребителей энергии, таких как промышленные предприятия. [39] Такие технологии, как интеллектуальные измерения, могут стимулировать потребителей использовать электроэнергию, когда электроэнергии много, позволяя устанавливать переменные цены.
Учитывая, что все взаимосвязано, а также открытая конкуренция, происходящая в свободной рыночной экономике , становится разумным разрешить и даже поощрять распределенную генерацию (ДР). Генераторы меньшего размера, обычно не принадлежащие коммунальному предприятию, можно подключить к сети, чтобы обеспечить потребность в электроэнергии. Меньшая генерирующая установка может принадлежать домовладельцу с избыточной мощностью от солнечной панели или ветряной турбины. Это может быть небольшой офис с дизельным генератором. Эти ресурсы могут быть подключены к сети либо по указанию коммунального предприятия, либо по инициативе владельца генерации с целью продажи электроэнергии. Многим небольшим производителям разрешено продавать электроэнергию обратно в сеть по той же цене, которую они заплатили бы при ее покупке.
В XXI веке электроэнергетическая отрасль стремится использовать новые подходы для удовлетворения растущего спроса на энергию. Коммунальные предприятия вынуждены развивать свои классические топологии для обеспечения распределенной генерации. Поскольку производство энергии с помощью солнечных и ветровых генераторов на крышах становится все более распространенным, различия между распределительными и передающими сетями будут продолжать стираться. В июле 2017 года генеральный директор Mercedes-Benz заявил, что энергетической отрасли необходимо лучше работать с компаниями из других отраслей, чтобы сформировать «тотальную экосистему», интегрировать центральные и распределенные энергетические ресурсы (DER), чтобы давать клиентам то, что они хотят. Электрическая сеть изначально была построена таким образом, чтобы электричество передавалось от поставщиков электроэнергии к потребителям. Однако с введением DER электроэнергия должна течь в обоих направлениях по электрической сети, поскольку у потребителей могут быть такие источники энергии, как солнечные панели. [40]
Интеллектуальная сеть представляет собой усовершенствованную электрическую сеть 20-го века, использующую двустороннюю связь и распределенные так называемые интеллектуальные устройства. Двусторонние потоки электроэнергии и информации могут улучшить сеть доставки. Исследования в основном сосредоточены на трех системах интеллектуальной сети – системе инфраструктуры, системе управления и системе защиты. [41] Электронное регулирование мощности и контроль производства и распределения электроэнергии являются важными аспектами интеллектуальной сети. [42]
Интеллектуальная сеть представляет собой полный набор текущих и предлагаемых решений проблем электроснабжения. Ожидается, что внедрение технологий интеллектуальных сетей, в частности включая управление спросом, внесет большой вклад в общее повышение эффективности энергетической инфраструктуры . Повышенная гибкость интеллектуальной сети позволяет более широко использовать весьма изменчивые возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия и энергия ветра , даже без добавления накопителей энергии . Интеллектуальные сети также могут отслеживать и контролировать бытовые устройства, которые не являются критически важными в периоды пикового энергопотребления, и восстанавливать свои функции в непиковые часы. [43]
Интеллектуальная сеть включает в себя различные эксплуатационные и энергетические меры:
Проблемы, связанные с технологией интеллектуальных сетей, в основном касаются интеллектуальных счетчиков, элементов, которые они обеспечивают, и общих проблем безопасности. Внедрение технологии интеллектуальных сетей также подразумевает фундаментальную реорганизацию отрасли электроэнергетических услуг, хотя типичное использование этого термина сосредоточено на технической инфраструктуре. [47]
Политика интеллектуальных сетей организована в Европе как Европейская технологическая платформа Smart Grid. [48] Политика США описана в 42 USC ch. 152, подп. IX § 17381.Поскольку в электроэнергетическом секторе существует некоторое сопротивление концепциям распределенной генерации с использованием различных возобновляемых источников энергии и микромасштабных когенерационных установок, некоторые авторы предупреждают, что массовый отказ от энергосистемы [ необходимо определение ] возможен, поскольку потребители могут производить электроэнергию, используя автономные сети. системы, в основном состоящие из солнечных фотоэлектрических технологий. [49] [50] [51]
Институт Роки Маунтин предположил, что может произойти широкомасштабное нарушение энергосистемы. [52] Это подтверждается исследованиями, проведенными на Среднем Западе. [53] Однако в документе отмечается, что выход из строя энергосистемы может быть менее вероятен в таких странах, как Германия, где зимой наблюдается больший спрос на электроэнергию. [54]
Раньше электроэнергия производилась рядом с устройством или услугой, требующей эту энергию. В 1880-х годах электричество конкурировало с паром, гидравликой и особенно с угольным газом . Угольный газ сначала производился на территории заказчика, но позже превратился в газификационные установки, обеспечивающие эффект масштаба . В промышленно развитых странах города имели сети газопровода, используемого для освещения. Но газовые лампы давали плохой свет, тратили тепло, делали помещения жаркими и задымленными, а также выделяли водород и угарный газ . Они также представляли опасность пожара. В 1880-х годах электрическое освещение вскоре стало выгоднее газового.
Электроэнергетические компании создали центральные станции , чтобы воспользоваться преимуществами эффекта масштаба, и перешли к централизованному производству, распределению и управлению системами электроэнергии. [55] После того, как война токов была решена в пользу электроэнергии переменного тока , при передаче электроэнергии на большие расстояния стало возможным соединить станции, чтобы сбалансировать нагрузки и улучшить коэффициенты нагрузки. Исторически линии передачи и распределения принадлежали одной и той же компании, но, начиная с 1990-х годов, многие страны либерализовали регулирование рынка электроэнергии таким образом, что это привело к отделению бизнеса по передаче электроэнергии от бизнеса по распределению. [56]
В Соединенном Королевстве Чарльз Мерц из консалтингового партнерства Merz & McLellan построил электростанцию Нептун-Бэнк недалеко от Ньюкасл-апон-Тайн в 1901 году [57] , и к 1912 году она превратилась в крупнейшую интегрированную энергетическую систему в Европе. [58] Мерц был назначен главой парламентского комитета, и его выводы привели к составлению отчета Уильямсона 1918 года, который, в свою очередь, создал Закон об электроснабжении (поставках) 1919 года . Законопроект стал первым шагом на пути к интегрированной электроэнергетической системе. Закон об электроснабжении 1926 года привел к созданию Национальной сети. [59] Центральный совет по электроэнергетике стандартизировал электроснабжение страны и создал первую синхронизированную сеть переменного тока, работающую на 132 киловольтах и 50 герцах . В 1938 году она начала работать как национальная система National Grid .
Во Франции электрификация началась в 1900-х годах, с 700 коммун в 1919 году и 36 528 в 1938 году. вся страна была соединена между собой к 1938 году напряжением 220 кВ. В 1946 году сетка была самой плотной в мире. В том же году государство национализировало отрасль, объединив частные компании в Électricité de France . Частота была стандартизирована на уровне 50 Гц, а сеть 225 кВ заменила сети 110 кВ и 120 кВ. С 1956 года рабочее напряжение было стандартизировано на уровне 220/380 В, заменив предыдущее 127/220 В. В 1970-х годах была внедрена сеть 400 кВ, новый европейский стандарт. С 29 мая 1986 года рабочее напряжение конечного пользователя постепенно изменится до 230/400 В +/-10%. [60] [61]
В Соединенных Штатах в 1920-х годах коммунальные предприятия сформировали совместные предприятия для совместного покрытия пиковых нагрузок и резервного питания. В 1934 году, с принятием Закона о холдинговых компаниях общественного назначения (США), электроэнергетические компании были признаны важным общественным благом , и им были предоставлены определенные ограничения и регулирующий надзор за их деятельностью. Закон об энергетической политике 1992 года требовал, чтобы владельцы линий электропередачи позволяли электрогенерирующим компаниям открывать доступ к своей сети [55] [62] и привел к реструктуризации работы электроэнергетической отрасли с целью создания конкуренции в производстве электроэнергии. Электроэнергетические компании больше не создавались как вертикальные монополии, где генерация, передача и распределение осуществлялись одной компанией. Теперь эти три этапа можно разделить между различными компаниями, чтобы обеспечить справедливый доступ к передаче высокого напряжения. [20] [63] Закон об энергетической политике 2005 года разрешил стимулы и кредитные гарантии для производства альтернативной энергии и продвижения инновационных технологий, позволяющих избежать выбросов парниковых газов .
В Китае электрификация началась в 1950-х годах. [64] В августе 1961 года электрификация участка Баоцзи-Фэнчжоу Баочэнской железной дороги была завершена и сдана в эксплуатацию, став первой электрифицированной железной дорогой Китая . [65] С 1958 по 1998 год электрифицированная железная дорога Китая достигла 6200 миль (10 000 километров). [66] По состоянию на конец 2017 года это число достигло 54 000 миль (87 000 километров). [67] В нынешней системе электрификации железных дорог Китая Государственная сетевая корпорация Китая (архивировано 21 декабря 2021 г. в Wayback Machine ) является важным поставщиком электроэнергии. В 2019 году компания завершила проект электроснабжения важных электрифицированных железных дорог Китая в своих регионах деятельности, таких как железная дорога Цзинтун , железная дорога Хаоцзи , высокоскоростная железная дорога Чжэнчжоу-Ваньчжоу и т. д., предоставив гарантию электроснабжения для 110 тяговых станций, а также ее совокупную мощность. Протяженность строительства ЛЭП достигла 6586 километров. [68]
[...] если бы все страны мира обходились собственными ресурсами, в мире было бы еще больше энергетической бедности, чем сейчас. В настоящее время 1,4 миллиарда человек не подключены к электросетям [...]
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link){{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)Реагирование спроса может быть достигнуто на оптовом уровне, когда основные потребители энергии, такие как промышленные предприятия, сокращают потребление энергии и получают плату за участие.
