Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Как сделать автономное электричество: Как обеспечить своему дому электрическую автономность — Российская газета

Содержание

Автономное электроснабжение дома сделать самому своими руками

Автономное электроснабжение дома – это обеспечение необходимого количества электроэнергии для жилого помещения или загородного участка без перебоев питания и перепадов подачи напряжения. Вопрос о самостоятельном создании автономной системы электроснабжения является актуальным для людей, проживающих вдали от городской жизни.

Такая потребность может возникнуть по целому ряду причин:

  • сложность подключения к уже существующей сети электроснабжения;
  • отсутствие стабильности подаваемого напряжения;
  • перебои питания.

Электроэнергия, необходимая для нормальной жизнедеятельности в загородном доме, должна вырабатываться бесконечно, независимо от внешних факторов. При выборе источника энергии предпочтение следует отдать возобновляемому и безвредному для окружающей среды и людей варианту.

Требования к автономному электроснабжению

Автономное электроснабжение частного дома зависит от суммарной мощности потребителей электроэнергии и характера их «потребностей». Чаще всего, к числу энергопотребителей относятся:

  • система отопления дома;
  • холодильное оборудование;
  • кондиционирование;
  • различная крупная и мелкая бытовая техника;
  • насосное оборудование, обеспечивающее подачу воды от скважины или колодца.

Любой вид потребителя электроэнергии имеет свою мощность. Однако требования, предъявляемые к сети электропитания у всех одни. Это, в первую очередь, стабильность подаваемого напряжения и его частота. Для многих потребителей также важна синусоидальность формы переменного напряжения.

Следующим этапом является определение необходимой суммарной мощности, которую должно обеспечить автономное электроснабжение дома, а также технические характеристики электропитания. Специалисты рекомендуют завышать суммарную мощность на 15-30%. Это делается с целью обеспечения роста потребления электроэнергии в дальнейшем.

Далее следует определиться с техническими характеристиками, на основе которых будет строиться система автономного электроснабжения дома (САЭ). Они зависят от того, какую функцию будет выполнять САЭ: полностью автономное энергоснабжение или резервный источник питания. Если система играет роль «подстраховки» подачи энергоресурсов, необходимо установить длительность работы САЭ в период отсутствия централизованного энергоснабжения.

Немаловажным фактором при планировании системы автономного электроснабжения частного дома являются финансовые возможности домовладельца. Бюджет проекта определяет, насколько дорогим будет приобретаемое оборудование, и какая часть работ подлежит выполнению своими руками. Известно, что самостоятельное выполнение работ обойдется значительно дешевле, чем оплата услуг специалистов, привлекаемых со стороны. При этом стоит учитывать наличие необходимого оборудования и навыки работы с ним, а также уровень технического образования домовладельца.

Достоинства

Одним из основных преимуществ САЭ является отсутствие платы за потребление энергии. Это весомая экономия в условиях загородной жизни. Автономное электроснабжение дома, в отличие от централизованного, не имеет каких-либо социальных норм потребления энергии.

Качество электроэнергии зависит от правильного подсчета суммарной мощности на стадии проектирования системы и введения нужного оборудования в эксплуатацию. Благодаря этому, не возникает риск перепадов напряжения или отключения электричества. Не стоит опасаться, что резкий скачок мощности выведет из строя домашнюю технику. Качество и количество электроэнергии будет именно таким, какое было запланировано изначально, а не таким, которое способна выделить ближайшая подстанция.

Оборудование САЭ достаточно надежное и редко выходит из строя. Данное преимущество сохраняется при должном уходе и правильной эксплуатации всех элементов системы.

Разрабатываются специальные программы, благодаря которым существует возможность продажи излишков электроэнергии государству. Однако об этом стоит подумать заранее (на стадии проектирования САЭ). Для этого придется подготовить разрешительную документацию, которая подтверждает, что оборудование вырабатывает электроэнергию заявленного качества и в определенном количестве.

Автономное электроснабжение дома имеет еще одно несомненное преимущество: полная независимость. Какова бы ни была стоимость потребляемого электричества, у домовладельца всегда будут собственные энергоресурсы.

Автономное электроснабжение загородного дома: недостатки

Несмотря на множество преимуществ, САЭ имеет ряд минусов, среди которых не только дорогостоящее оборудование, но и высокие расходы на его эксплуатацию. Перед выбором приборов и материалов следует тщательно все рассчитать, для того чтобы оборудование не вышло из строя раньше, чем успело окупиться.

Если автономное электроснабжение частного дома по каким-либо причинам перестало функционировать, не следует ждать дежурную бригаду электриков с местной подстанции. Обо всем придется позаботиться самостоятельно – вызвать специалистов и оплатить услуги по ремонту САЭ. Для того чтобы этого не произошло и оборудование прослужило как можно дольше, следует регулярно приглашать специалистов для профилактического осмотра и технического обслуживания автономного электроснабжения дома.

Выбор альтернативного источника энергии

Главная проблема автономного электроснабжения дома – выбор альтернативного источника энергии, которых на данный момент не так уж и много. Наиболее распространенными считаются следующие виды:

  • бензиновые и дизельные генераторы;
  • солнечные батареи;
  • ветровая энергия;
  • гидроэлектроэнергия;
  • аккумуляторы.

Каждый из этих источников обладает определенными характеристиками и особенностями, с которыми следует внимательно ознакомиться.

Генераторы

Это наиболее простой и дешевый способ обеспечения дома необходимым количеством электроэнергии. Устройство работает по принципу сжигания топлива. Если речь идет про автономное электроснабжение дома, генератор предполагает создание достаточной базы для хранения топлива. В запасе должно находиться как минимум 200 л дизельного топлива, бензина или других горючих веществ. В данном случае выгодно отличаются газовые генераторы. Для их бесперебойной работы требуется подключение к газопроводу, и проблема с хранением топлива отпадает автоматически.

Солнечные элементы

Автономное электроснабжение дома на солнечных батареях — довольно распространенное явление в западных странах. Существует несколько методов преобразования солнечной энергии в электричество:

  1. Фото-вольтовые клетки – используются для концентрации солнечной энергии. С помощью специальных зеркал солнечные лучи генерируются в определенном направлении либо нагревают жидкость, проходящую через паровые турбины электрогенератора (теплового двигателя).
  2. Фото-ячейки – энергия, накопленная фотоэлементами на крыше дома, является постоянным током. Для того чтобы ее можно было использовать в домашнем хозяйстве, она подлежит обязательному преобразованию в переменный ток.

Автономное электроснабжение дома своими руками с использованием солнечных батарей является наиболее эффективным и экономичным вариантом. Данное оборудование служит около 40 лет. Однако в зависимости от погодных условий подача электричества в течение дня может прерываться.

Ветровая энергия

Если погодные условия не позволяют использовать солнечные батареи, альтернативным вариантом может стать энергия ветра. Она берется через турбины, расположенные на высоких башнях (от 3 м). Автономные ветряки преобразовывают энергию при помощи установленных инверторов. Главным условием является наличие постоянного ветра со скоростью не менее 14 км/ч.

Гидроэлектроэнергия

Если поблизости загородного дома расположена речка или озеро, можно воспользоваться водяными источниками энергии. Гидроэлектроэнергия в небольших масштабах является наиболее реальным и выгодным вариантом автономного электроснабжения дома. Использование одной турбины не считается экологически и социально опасным явлением. Микротурбины просты в эксплуатации и имеют долгий срок службы.

Аккумуляторы

Для полноценного электроснабжения дома данный вариант не подходит. Аккумуляторы используются в качестве аварийной подачи электроэнергии либо как дополнение к альтернативным источникам энергии. Принцип работы достаточно прост – пока в сети есть электричество, батареи заряжаются, если подача электроэнергии прерывается, аккумуляторы отдают энергию через специальный инвертер.

Схема автономного электроснабжения дома

Общая схема САЭ состоит из последовательно расположенных элементов:

  1. Первичного источника электроэнергии – могут быть использованы вышеописанные солнечные батареи, генераторы, работающие на различных видах топлива и другие.
  2. Зарядного устройства – преобразует напряжение от первичного источника до величин, необходимых для обеспечения нормальной работы аккумулятора.
  3. Аккумуляторной батареи – используется для накопления и отдачи энергии.
  4. Инвертора – предназначен для создания нужного напряжения.

Все эти элементы являются неотъемлемой частью автономного электроснабжения дома, и работать друг без друга не могут.

Монтаж САЭ

Выполнить автономное электроснабжение дома своими руками достаточно просто. Для этого понадобятся составляющие: несколько аккумуляторов, которые для увеличения емкости подключаются по параллельной схеме, зарядное устройство и инвертор. При наличии электроэнергии в сети, аккумуляторы накапливают энергию от зарядного устройства. Если электроэнергия отключается, аккумуляторы обеспечивают подачу электроресурсов посредством инвертора.

Производители предлагают широкий ассортимент инверторов, рассчитанных на потребителей с определенной мощностью. От этих показателей зависит количество электроприборов, которые могут работать от этого источника. Чем больше количество техники в доме, тем больше должна быть суммарная емкость аккумуляторов. При неправильном подборе емкости, батареи будут быстрее разряжаться.

Это наиболее распространенные варианты создания автономного электроснабжения дома. Стоимость таких систем достаточно большая, особенно если учитывать расходы на топливо для генераторов. Самыми приемлемыми в этом плане считаются бесплатные источники энергии, такие как солнце, ветер и вода. Стоит такое оборудование значительно дороже, однако оно быстро окупается и служит многие годы. Монтировать САЭ своими руками достаточно просто. Нужно четко следовать инструкции и придерживаться схемы.

Электрическое отопление в квартире своими руками

В последнее время многие жители многоквартирных домов переходят от центральной отопительной системы к автономной. Связано это с тем, что при использовании тепла от ЖКХ можно долго ждать наступления отопительного сезона либо температура в квартире не достаточно высокая и все равно приходится покупать дополнительные обогреватели. Помимо этого центральная магистраль труб в старых панельных домах часто выходит из строя: трубы прорывают, постоянно меняются, в результате чего хозяевам остается только ждать, когда снова дадут тепло. Чтобы не зависеть от государственных услуг, можно сделать электрическое отопление в квартире своими руками и самостоятельно регулировать температурный режим жилья. О том, как осуществить монтаж и какие обогреватели для этого использовать мы поговорим далее!

Имейте ввиду!

Сразу же следует отметить, что электроотопление в квартире будет стоить гораздо дороже, нежели городское водяное отопление.

Связано это с высокой мощностью обогревателей и высокими тарифами на электроэнергию. Несмотря на это, если правильно рассчитать мощность электрообогревателей, задать экономичный режим работы и правильно разместить устройства по комнатам, можно значительно сэкономить на счету «за свет» и пользоваться индивидуальной отопительной системой без переплат. Далее мы расскажем, какие электрические обогреватели лучше всего выбрать и где их правильно установить, чтобы работа была эффективной.

Схема отопительной системы двухкомнатной хрущевки

Не менее важно сразу же выделить плюсы и минусы электрического отопления в квартире. Что касается преимуществ, это, конечно же, простота подключения, высокий КПД обогревателей, долговечность и небольшие габариты, что существенно экономит свободное пространство комнаты. Помимо этого на монтаж электроотопления не нужно оформлять дополнительные разрешения, на которые уходит много времени и нервов. Недостатки, как Вы понимаете, это высокие материальные затраты на коммунальные услуги и замену проводки, если это потребуется.

Сразу же рекомендуем просмотреть видео, на котором предоставлена современная идея для бытового применения:

Как подключить радиаторы без водяных труб?

Применение электрических радиаторов

Выбор подходящей системы

В зависимости от площади жилого помещения и качества утепления стен выбирается подходящий вариант автономного электрического отопления квартиры. Если Вы являетесь владельцем однокомнатной либо двухкомнатной хрущевки, тут может справиться система теплый пол в сочетании с электроконвекторами либо ИК-панелями. Комбинаций с инфракрасными обогреватели более выгодная и эффективная, т.к. тепловое излучение будет направлено сверху вниз и все тепло будет циркулировать в нижней части комнаты. Отопление квартиры электрическими конвекторами лучше только из-за того, что устройства не сушат воздух и не оказывают негативное влияние на самочувствие человека.

Существует множество отзывов о том, что ИК-обогреватели при постоянном излучении отрицательно влияют на здоровье, что и является их недостатком.

С остальными преимуществами и недостатками инфракрасных обогревателей Вы можете ознакомиться в соответствующей статье. Все же, как показывает статистика, в 2017 году такие устройства активно покупаются для бытового применения!

Что касается электрического теплого пола, он действительно очень популярен и эффективен. Осуществить укладку пленочного теплого пола под ламинат сможет любой, даже чайник в электрике. К тому же из материала можно сделать только подогреваемые дорожки в квартире, а не стелить пленку по всей площади пола. Такой вариант отопления положительно отобразиться на экономии электроэнергии и в то же время будет эффективно прогревать помещение.

Если же Вы проживаете в трехкомнатном либо четырехкомнатном жилище, тут уже более разумно будет использовать подключение электрического водяного отопления в квартире. Связано это с большой суммарной площадью комнат, на которую потребуется полноценная, мощная отопительная система. К примеру, если площадь составляет 130 м. кв., с расчетом 1 кВт/10 м.кв. нужно будет установить не меньше, чем 13-киловаттную связку из электрообогревателей. Конечно же, зимой Вы будете отдавать немало денег на эксплуатацию индивидуальной системы электрического отопления. К тому же, для использования такого варианта проводка должна быть мощной, способной выдержать высокие токовые нагрузки. В этом случае без замены электропроводки в квартире не обойтись, что, опять-таки, ударит по Вашему бюджету. В то же время, если использовать водяные радиаторы, работающие от электрокотла, отопление будет автономным и менее затратным, что позволит «убить одним выстрелом двух зайцев».

Рекомендуем сразу же ознакомиться со статьей о том, как правильно подключить котел к сети своими руками, чтобы Вы не наделали ошибок и система прослужила дольше!

Советы по монтажу

Чтобы Вы правильно осуществили монтаж автономного электрического отопления в квартире своими руками, рекомендуем учитывать следующие советы от специалистов:

  • Конвекторы размещайте под окнами (как показано на фото), чтобы устранить все сквозняки и компенсировать теплообмен между улицей и комнатой через стекла.
  • При выборе электрических конвекторов для автономного отопления квартиры отдавайте предпочтение внутрипольному варианту. В этом случае оборудование вообще не занимает свободный объем комнаты.
  • Проводка обязательно должна быть с заземлением. Подключать электрокотел без заземления категорически запрещается. О том, как сделать заземление в квартире своими руками, мы рассказывали в соответствующей статье.
  • Укладывать теплый пол рекомендуется в ванной комнате, спальне, гостиной и кухне. Главное правильно подберите материал в зависимости от покрытия пола. Если это плитка – купите греющий кабель, паркет – пленочное покрытие.
  • Устанавливать терморегуляторы рекомендуется в самых холодных точках комнаты на высоте 1,5 метра от пола.
  • ИК-панели нужно размещать по центру потолка, чтобы излучение равномерно распространялось по всей комнате.
  • Не рекомендуется для квартиры выбирать масляные обогреватели. Такие устройства более рационально использовать, если Вы хотите сделать электроотопление на даче, т.
    к. масляный радиатор позволяет прогреть помещение за короткие сроки и за более высокую оплату (энергопотребление оставляет желать лучшего).

Как сэкономить на электричестве

Ну и последнее, о чем хотелось бы рассказать – как сделать электрическое отопление в квартире дешевым, но в то же время эффективным. Первое, что Вы должны учитывать – без терморегуляторов монтаж будет не выгодным. Именно регуляторы температуры, а особенно электронные, позволяют установить оптимальный температурный режим, не переплачивая на лишнем тепле.

Еще один способ экономии – подключение многотарифных счетчиков энергии. Мы с Вами рассматривали преимущества и недостатки двухтарифных счетчиков. Еще раз подметим, что для каждого региона выгода может быть разной. Все же больше положительных отзывов о таких устройствах. Владельцы двухтарифных электросчетчиков рекомендуют включать обогреватели ночью, чтобы днем, пока все работают, автономное отопление было отключено. Таким образом можно сэкономить до половины потребляемой электроэнергии, что делает автономное электрическое отопление в квартире не очень-то и затратным.

Если решитесь производить установку таких счетчиков, обязательно проанализируйте тарифы на 2017 год в интернете для своего города, на основании чего Вы поймете — выгодны ли такие устройства или нет.

Ну и последний способ сокращения затрат – качественное утепление комнат. Существуют подтвержденные результаты, что при добросовестной теплоизоляции жилья можно использовать электрообогреватели с мощностью на 30-40% меньше расчетной. К примеру, расчет 1 кВт/10 кв.метров сократиться до 0,6 кВт/м.кв., а это существенная разница.

Также рекомендуем просмотреть обзор использования конвекторов для обогрева квартиры:

Насколько выгодны электроконвекторы

Вот и все, что хотелось рассказать Вам о том, как самому сделать индивидуальное отопление квартиры электричеством в многоквартирном доме! Надеемся, что информация была для Вас полезной и интересной! Если у Вас возникли какие-либо вопросы по данной теме, обязательно задайте их нашим специалистам в категории «Вопрос электрику«!

Автономное электроснабжение

Проблема электроснабжения актуальна, как в загородном доме, так и в доме в пределах города. То перепады напряжения, то вообще полное отсутствие электричества не просто оставляет людей в темноте, но иногда и без отопления. Как же решить эту проблему?

Многие люди уже решили дилемму стабильного наличия электроэнергии в своих домах.

Автономное электроснабжение — не просто аппаратура на батарейках, которая в понимании обывателей, не обладающих полной информацией — обеспечивает на определенный период времени светом, а устройство, регулирующее и систематизирующее подачу электроэнергии всему помещению на длительный период. При наличии такого оборудования вы вообще можете забыть, что такое нет свет.

Ученье свет — за свет плати!

Конечно, удовольствие не из дешевых, но оно стоит того. Да, и тут вы потратитесь один раз и навсегда. Сколько денежных средств вы сэкономите, используя автономную машину для подачи энергии! Вам не придется ежемесячно оплачивать счета за электричество (подсчитайте, выходит гораздо дороже).

Да будет свет, сказал электрик и перерезал провода!

В данной ситуации подобное выражение имеет свой определенный смысл. При автономном электроснабжении провода не пригодятся. Да, и зачем они, если в доме имеется автономный систематизированный агрегат, который бесперебойно обеспечивает жилье электроэнергией!

Электроснабжение коттеджа и электроснабжение частного дома сегодня этот вопрос решается легко. Фирм и организаций по производству различного вида систем электроснабжения множество. Даже не обязательно куда-то ехать, достаточно совершить телефонный звонок или в режиме «онлайн» сделать заказ. Тут главное: правильно сделать выбор — учесть габариты своего помещения, проанализировать условия места хранения, да и вообще знать для чего именно вам это нужно.

Если же вы ничего не смыслите в данном случае, не переживайте, в уважающих себя фирмах всегда найдутся профессиональные консультанты, которые помогут выбрать оборудование согласно вашим требованиям.

Электроснабжение коттеджа и электроснабжение частного дома проблема, которая нам давно известна и мы предлагаем специально для вас широкий ассортимент товаров. Мы напрямую работаем с известными заводами, которые выпускают качественную продукцию, такие как: Wilson, Yamaha, Generac и другие не менее известные марки производителей.

Как сделать автономное электричество? Узнайте о том, как организовать автономное электропитание жилья малыми средствами.

Автономным электроснабжением должен обладать практически каждый частный дом на территории России. В особенности, если речь идёт о загородной недвижимости. Перебои в центральном электроснабжении – классическая черта любого загородного коттеджа, дачи.

Чтобы не зависеть от старых и изношенных линий электропередач, рекомендуется организовать для себя независимую, автономную систему электроснабжения. На сайте http://220-on.ru/ Вы сможете найти всё необходимое для означенной цели.

Эконом-вариант: обходимся без солнечных элементов

Наверняка, когда речь заходит об автономном электропитании, большинство сразу начинает думать о солнечной энергии. Строго говоря, даже сегодня означенная технология для частного использования не может считаться достаточно эффективной (чтобы пользоваться только ей).

Поэтому, чтобы не тратить деньги можно обойтись и более доступной методикой организации системы – увеличить накопительные мощности.

Стандартная система автономного электроснабжения выглядит следующим образом:

  • инвертор;
  • контроллер заряда;
  • аккумулятор (батарея аккумуляторов).

Рабочее напряжение для используемых приборов внутри дома формирует как раз инвертор. При этом не стоит забывать о том, что он должен быть рассчитан на количество потребителей (их суммарную мощность).

Хранение электроэнергии

Естественно, даже в удалённых от города сёлах имеется электричество. Оно временами пропадает, но тем не менее, большую часть времени присутствует в сети. В этот момент и следует осуществлять заряд аккумуляторных батарей.

Выполнять означенную задачу можно через тот же инвертор, который при помощи вилки подключается в централизованную сеть электропитания.

После того, как контроллер заряда просигнализирует о полном заряде аккумуляторов, инвертор может быть отключен от сети.

Существуют варианты, когда инвертор постоянно включен в сеть (аккумуляторы всегда будут заряжены), а электроэнергия идёт попросту до потребителей через него.

В зависимости от количества аккумуляторных батарей и от суммарной мощности потребителей в квартире, подобная система может снабжать дом вплоть до недели.

Смотрите также:

Специалист расскажет об автономном электроснабжении для дома на примере солнечных батарей:

Твитнуть

Автономное электроснабжение загородного дома

Автономное электроснабжение дома: выбор альтернативного источника

Вся проблема автономного электроснабжения дома упирается в источники альтернативного электроснабжения, которых на сегодняшний день не так уж и много. Их можно сосчитать на пальцах – это дизельный, бензиновый или ветряной электрогенератор, солнечные батареи и аккумуляторы. Все эти источники обладают как преимуществами, так и недостатками, с которыми необходимо разобраться в первую очередь.

  1. Генераторы. Это самый простой и, можно сказать, дешевый способ обеспечить свой дом электроэнергией. Работа устройства основана на принципе сжигания топлива, поэтому если речь идет о такой системе бесперебойной подачи электроэнергии, то она подразумевает создание немалой базы для хранения топлива. Как минимум, в запасе должно находиться литров 200 ДТ, бензина или других горючих материалов. В этом отношении выгодно отличаются газовые электрогенераторы – если к строению подведен газопровод, то проблема с источником топлива решается автоматически. Также отличным решением для обеспечения дома бесперебойной подачей энергии является ветрогенератор, но у него имеется один большой недостаток – как правило, подобные установки имеют немалые размеры, и к тому же для их работы необходим целый комплекс дополнительного оборудования. Но об этом чуть позже, а пока рассмотрим другие источники резервного электроснабжения для дома.

  2. Солнечные элементы. В принципе, если подойти к вопросу, как сделать автономное электроснабжение дома, глобально, то с помощью так называемых солнечных батарей можно не только обеспечить энергией весь дом со всеми его коммуникациями, но еще и продавать электричество на сторону. Кстати, в западных странах такой подход является довольно распространенным явлением – излишки энергии продаются энергетическим компаниям, а их контроль осуществляется посредством специальных счетчиков. Нам до этого еще далеко. Если говорить о недостатках систем солнечного электроснабжения, то здесь можно выделить габариты (чтобы обеспечить дом электричеством, понадобится накрыть батареями всю крышу дома) и, как в случае с ветряным генератором, массу дополнительного оборудования, которое отвечает за накопление и преобразование небольших токов в необходимое для наших нужд напряжение. Как правило, для этого оборудования отводится специальное помещение площадью около 6кв. м.

  3. Аккумуляторные батареи. Только с их помощью полноценное электроснабжение дома не организуешь. Их можно использовать либо в качестве аварийного электроснабжения (временный вариант, призванный обеспечивать энергией дом в течение короткого времени), либо в качестве дополнения к альтернативным источникам электроэнергии (солнечным батареям, ветрогенераторам). Здесь идея простая – пока в сети присутствует электричество, батареи заряжаются, как только оно пропадает, аккумуляторы начинают отдавать энергию в дом через так называемый инвертер, в задачи которого входит повышение напряжения, например, с 12V до пригодных нам 220V.

Вот и все – с источниками более или менее разобрались, теперь проясним ситуацию с устройством систем автономного электроснабжения дома.

Как выбрать для квартиры, дома, дачи?

Выбрать подходящее автономное электроснабжение дома не так сложно, если учитывать некоторые параметры.

Первое на что нужно опираться — количество и характер систем, потребляющих энергию. Обычно к списку таких систем относятся кондиционирование, отопление, насосное водоснабжение из скважины. Также необходимо учитывать число часто пользуемых бытовых электроприборов и холодильное оборудование. Все перечисленное требует бесперебойного питания, что может предоставить любой независимый источник.

Вторым этапом выбора станет вычисление общей мощности. Показатели потребления каждого прибора складываются между собой. Итоговое автономное электроснабжение загородного дома, дачи или квартиры должно превышать полученную сумму на 20-30%.

На тип планируемой системы влияет и роль, отведенная ей: полное обеспечение или резервное питание. Не все источники могут длительно отдавать переработанное электричество без зависимости от внешних факторов.

Выделенный бюджет определит дороговизну системы, ее производителя, или натолкнет на мысль об изготовлении своими руками.

С бестопливными генераторами придется обратить внимание на окружающий ландшафт, климат. Идеальным вариантом является выбор сразу двух альтернативных подпиток разного вида

Тогда будет существовать подстраховка на все случаи жизни. Специалисты советуют держать генератор на горючем топливе (с запасом самого топлива) и один из инверторов, поглощающих природные силы ветра, солнца, воды или пара. Отдельное применение аккумуляторов практикуется редко из-за быстро расходуемого ресурса и невозможности перезарядки без непосредственно электричества. Однако, как еще один запасной вариант, это вполне подойдет для квартиры или частного дома с централизованной сетью

Идеальным вариантом является выбор сразу двух альтернативных подпиток разного вида. Тогда будет существовать подстраховка на все случаи жизни. Специалисты советуют держать генератор на горючем топливе (с запасом самого топлива) и один из инверторов, поглощающих природные силы ветра, солнца, воды или пара. Отдельное применение аккумуляторов практикуется редко из-за быстро расходуемого ресурса и невозможности перезарядки без непосредственно электричества. Однако, как еще один запасной вариант, это вполне подойдет для квартиры или частного дома с централизованной сетью.

Подробный рассказ о готовом комплекте

№1. Генератор для дачи: бензиновый, дизельный, газовый

Самый простой и популярный способ решить проблему электричества на земельном участке – это использовать топливный генератор электроэнергии. По сути, это миниатюрная электростанция, которая работает полностью автономно и превращает энергию сгорания топлива в электрическую. В качестве топлива используется бензин и дизель, реже газ. Для производства 1 кВт/час энергии в среднем потребуется от 0,25 до 0,5 л топлива.

С помощью генераторов электроснабжение дома организовать проще всего: купил, подключил и можно использовать, только не забывать вовремя доливать топливо. В этом и заключается основное преимущество. Главный минус – это необходимость постоянно покупать топливо, а если дом большой и электроприборов в нем немало, то расходы будут ощутимыми. К тому же, сам генератор также стоит денег, и чем его мощность выше, тем выше и цена. Но если сравнить с ветряком или солнечной панелью, то генератор, конечно же, выйдет дешевле.

Когда генератор является резервным источником энергии, важно, чтобы он не только вовремя включался в работу, но и своевременно отключался, чтобы не возникло столкновения двух встречных потоков заряженных электронов. Во избежание неприятностей уже давно разработан алгоритм включения генератора в общую систему

Если центральной сети электроснабжения нет, то рекомендуют использовать два генератора: один – основной, второй – резервный и включается в работу, когда в первом заканчивается топливо. Поочередная работа двух генераторов значительно увеличивает срок службы каждого.

От того, на каком топливе будет работать генератор, зависит его мощность, долговечность, шумность, а также расходы на эксплуатацию.

Дизельный генератор для дачи


Дизельные генераторы электроэнергии лучше всего подходят для постоянной работы. Длительное время беспрерывной работы обеспечивается наличием водяной системы охлаждения. Среди других его преимуществ:

Среди минусов:

  • цена;
  • высокий шум при работе, поэтому без отдельного помещения со звукоизоляций и вентиляцией будет сложно обойтись. Выхлопные газы есть и у бензинового генератора, но они не такие едкие. Лучше всего поставить дизельный генератор на некотором удалении от дома, но при этом придется позаботиться о навесе и системе запирания, чтобы защитить генератор от кражи;
  • запуск возможен при температуре не ниже -5С, хотя на данный момент появились дизельные генераторы в защитном кожухе, благодаря чему устройство можно поставить на улице и эксплуатировать при любых температурах.

Бензиновый генератор для дачи


Бензиновый генератор лучше подойдет в тех случаях, когда участок используется время от времени. Он также может работать в качестве резервного источника электропитания, когда участок подключен к общей сети. В условиях небольшой дачи с минимальным набором электроприборов бензиновый генератор показывает себя лучше всего. Мощность бензогенераторов обычно не выше 7-9 кВт (но можно найти модели и на 15, и даже 20 кВт), а работать дольше 8 часов беспрерывно они не могут – сильно нагреваются.

Преимущества:

Минусы:

  • невысокий КПД;
  • высокая стоимость бензина.

Уровень шума от дизельного и бензинового генератора зависит от типа корпуса и числа оборотов, на которых работает генератор: устройство с 1500 об/мин будет давать значительно боле низкий шум, чем аналогичное по мощности, но с 3000 об/мин, но и стоить будет дороже.

Газовый генератор для дачи


Газовые генераторы позволяют получать наиболее дешевую энергию, при этом КПД их работы высочайший, а шум минимальный. Мощность может достигать 24 кВт, генератор может функционировать круглосуточно, а газ обойдется дешевле бензина и дизельного топлива. Вот только пока такие устройства широкого распространения не приобрели, так как стоят немало, в эксплуатации сложны и требуют подключения к газопроводу, который есть не везде. Тем не менее, некоторые дачники подключают такие генераторы к газовым баллонам.

Разновидности источников электроэнергии

  • источниками бесперебойного питания (ИБП) в виде аккумуляторов;
  • солнечными батареями;
  • мини-электростанциями с ветряными, газовыми, дизельными и бензиновыми генераторами.

В нашей стране чаще всего используются генераторы, которые работают за счет тепловой энергии – газа, бензина и дизельного топлива.

Мини-электростанции или генераторы

Такие САЭ просты в использовании и относительно дешевы.

Преимущества генераторов:

  1. Работать мини-электростанция может достаточно долго. Для этого требуется только наличие топлива.
  2. Автозапуск генератора дает возможность использовать его в автономном режиме.
  3. Мини-электростанция с мощностью от 5–6 кВт способна обеспечить электричеством все электроприборы дома.
  4. Стоимость установки зависит от мощности генератора, качества исполнения и производителя.

К недостаткам такой установки относятся:

  1. Необходимость в постоянном техническом обслуживании. Нужно будет регулярно проверять уровень масла и наличие топлива.
  2. Генераторы являются достаточно шумными устройствами. Поэтому, если нет возможности установки их подальше от дома, то, даже при использовании глушителей, издаваемый ими шум делает применение установок не слишком комфортным.
  3. Не все автономные мини-электростанции на выходе способны выдавать стабильное напряжение и чистую синусоиду.
  4. Для генераторов требуется хорошая вентиляция и отдельно стоящее утепленное помещение.

Аккумуляторы или источники бесперебойного питания

Такие устройства заряжаются в то время, когда в сети есть электричество и во время перебоев с ним отдают электроэнергию.

  • ИБП нет необходимости постоянно контролировать. Нужно будет только следить за состоянием батареи.
  • Аккумуляторы не требуют отдельного помещения и много места.
  • Источник бесперебойного питания – это полностью автономная система, которая моментально включается в случае отключения в доме электроэнергии.
  • На выходе автономное устройство дает стабильное напряжение.
  • Работает ИБП бесшумно.

К минусам аккумуляторов можно отнести ограниченное время работы и относительно высокую стоимость. Время автономной работы ИБП напрямую зависит от емкости его батарей.

Такая установка будет правильным решением для многоквартирного дома с автономным отоплением.

Солнечные электрогенераторы

  • Такие электрогенераторы можно признать наиболее перспективным видом оборудования для достижения автономной электрификации дома.
  • В состав комплекта устройства входит набор аккумуляторов, который сохраняет электрический ток и подает его в ночное время суток.
  • К солнечным батареям прилагается специальный инвертор, способный преобразовывать ток из постоянного в переменный.
  • Устройства, оборудованные кремниевыми монокристаллами, являются самыми долговечными модулями. Они способны проработать в течение тридцати лет без снижения количества производимой энергии и эффективности.
  • Одна правильно подобранная солнечная батарея способна обеспечить весь дом необходимым количеством электроэнергии для работы всего бытового оборудования.

Энергия ветра или ветрогенераторные станции

  • Берется такая энергия через турбины, которые расположены на башнях от трех метров высотой.
  • Энергия преобразовывается с помощью инверторов, установленных в автономных ветряках. Главное условие – это наличие ветра со скоростью не менее четырнадцати километров в час.
  • В комплект генераторов также входит инверторная установка и аккумуляторы, накапливающие электричество.

Установка таких устройств невозможна в местах, где отсутствует природное движение воздуха. Это является существенным недостатком ветрогенераторных станций.

Портативные гидроэлектростанции для дома

Это устройство для автономной подачи электроэнергии приводятся в действие потоком воды. Применяться они могут только в домах, которые расположены недалеко от небольших речек и ручьев. Поэтому гидроэлектростанции являются наименее распространенными устройствами.

Особенности работы генераторов

Генератор – это самый быстрый и простой способ обеспечить частный дом электричеством. Для работы агрегат использует бензин или дизельное топливо и в результате его сжигания выдает необходимое количество энергии.

Главным преимуществом является полная независимость устройства от сезонных изменений и погодных колебаний. К недостаткам относится обязательное наличие на участке специально оборудованного хранилища для топлива, рассчитанного на объем от 200 литров.


Дизельная генераторная установка удобна и проста в эксплуатации, но для полноценного функционирования ей необходимо получать не менее 250 мл горючего в час. Мощные станции, способные обеспечить энергией небольшой частный домик с фактическим потреблением ресурса в несколько киловатт за сутки, будут «есть» примерно литр солярки в течение 60 минут

Чаще всего бензиновые и дизельные генераторные установки используют в качестве резервных или временных источников получения электроэнергии. Это обусловлено тем, что для полноценной работы приборы требуют значительных объемов горючего, стоимость которого постоянно увеличивается.


Мощный бензиновый или дизельный генератор способен при наличии нужного объема топлива обеспечить бесперебойную подачу электричества. Однако устройство в процессе работы производит очень много шума. Чтобы не страдать из-за нежелательных звуков, стоит разместить агрегат в одном из прилегающих хозяйственных помещений, расположенных на некотором расстоянии от собственного жилья и соседских домов

Само оборудование тоже имеет высокую цену и нуждается в профилактическом обслуживании. К более выгодным вариантам генераторных установок относят газовые агрегаты. Они не нуждаются в бесперебойных поставках горючего и не требуют наличия хранилища для топливных материалов.

Однако полноценную работу этих приборов обеспечивает такой пункт, как обязательное подключение к центральной газовой сети, что далеко не всегда является возможным и доступным.


Установка в доме газового генератора осуществляется только на основании пакета разрешительных документов и при обязательном участии в монтаже бригады мастеров из местного газораспределительного предприятия. Подключать к газопроводу прибор самостоятельно не рекомендуется во избежание потенциально возможных в будущем утечек и различных неполадок

Именно из-за этих сложностей генераторы редко выбирают в качестве основного источника для поставки электричества в частный дом.

Зато генераторы – идеальное решение для временного использования, к примеру, на время строительства загородного дома и оформления документов для его подключения:

На протяжении первых этапов строительства генератор послужит основным источником энергии, а после оформления документов и получения разрешений на подключение к общей энергосети, он станет резервным оборудованием и безусловно не раз пригодится.

Малогабаритная гидроэнергетика

Как правило, все что для этого нужно — это река с достаточным количеством воды и скорости течения, поступающей на водяную турбину, подключённую к генератору электроэнергии. В зависимости от размеров и необходимой мощности электрогенерации, миниэлектростанция для гидроэлектрических схем подразделяются следующим образом:

  1. Small Scale Hydro Power (небольшие), генерирует электрическую мощность от 100кВт (1кВт) и 1МВт (мегаватт), подавая эту генерируемую энергию непосредственно в коммунальную сеть, питающей более одного домашнего хозяйства.
  2. Mini Scale Hydro Power (мини-масштабные), которые генерируют мощность от 5кВт до 100кВт, подавая её непосредственно в коммунальную сеть или автономную систему с питанием от сети переменного тока.
  3. Micro Scale Hydro Power (микромасштабные), домашняя схема САЭ для рек, с генератором постоянного тока для производства электромощности от сотен ватт до 5кВт в качестве части автономной системы.

Мини-ГЭС (гидроэлектростанции) в зависимости от вида водных ресурсов подразделяются на:

  • русловые — малые речки с искусственным водоёмами на равнинах;
  • стационарные — высокогорные речки;
  • водоподъёмные с перепадом воды на промпредприятиях;
  • мобильные — водяной поток поступает через армированные устройства.

Для работы мини-ГЭС используются следующие типы турбин:

  • водяной напор > 60-м — ковшовые и радиально-осевые;
  • при напоре 25—60-м — радиально-осевые и поворотно-лопастные;
  • при низком напоре — пропеллерные и поворотно-лопастные в железобетонных устройствах.

Максимальное количество электроэнергии, которое может быть получено из реки или потока проточной воды, зависит от количества энергии в конкретной точке потока. Но водяная турбина не идеальна, из-за потерь мощность внутри турбины вызванных трением. Большинство современных гидротурбин имеют к.п.д от 80 до 95% и способны использоваться, как миниэлектростанция для частного дома. Мини-ГЭС работают по надёжному принципу. Вода, воздействует на турбинные лопасти через гидропривод, приводит во вращение электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию.

Процесс контролируется системами автоматизации. Надёжная система автоматики защищает оборудование от перегрузок и поломок. Устройства современных гидрогенераторов сокращает до минимума производство монтажных работ в период строительства и создают оптимальное энергообеспечение электроэнергией.

Автономные источники электроснабжения мини-ГЭС проектируется при полном соответствии параметров турбины и гидроагрегата для производства требуемой частот вращения и тока.

К достоинствам работы мини-ГЭС относятся:

  • экобезопасность оборудования;
  • низкая себестоимость 1 кВт-час электроэнергии;
  • автономность, простота и надёжность схемы;
  • неисчерпаемость первичного ресурса.

К недостаткам мини-ГЭС относится слабая материально-техническая и производственная база для производства всего необходимого комплекса оборудования в стране.

Особенности установки и эксплуатации автономных источников

Перед тем как приобретать и устанавливать любую из систем, нужно правильно произвести все необходимые расчеты ведь со временем количество потребителей электроэнергии в доме может увеличиться, к примеру вы решите установить систему обогрева кровли и водостоков и это нужно учесть в расчетах.

Рассмотрим для начала на примере солнечной системы.

Солнечная автономная система.

Все расчеты нужно начинать с подсчетов суммарного потребления электроэнергии в доме, то есть подсчитать мощность всех потребителей

При этом важно их разделить

Дело в том, что часть потребителей электроэнергии без проблем работают от сети с постоянным током и напряжением в 12 или 24 В. Такими потребителями могут быть те же светодиодные лампы, которые лучше установить вместо обычных ламп накаливания. Да и вообще, все работы следует начинать с оснащения дома экономичными потребителями электроэнергии.

Исходя из суммарной мощности потребления тока, производится подбор аккумуляторных батарей и инвертора. И только после этого переходят к подсчету количества солнечных панелей, а также подбора контроллера.

Можно и не заниматься вычислением площади солнечных панелей, емкостью АКБ и инвертора.

Многие производители предлагают уже готовые комплекты, включающие все необходимое оборудование. При приобретении такого комплекта достаточно знать только суммарное потребление электроэнергии.

Причем при выборе комплекта важно учитывать, чтобы у него имелся некий запас по мощности, чтобы вся система не работала на предельных значениях. Общая стоимость такой системы во многом зависит от ее мощности

Монтаж солнечной батареи несложен.

Достаточно правильно выбрать место установки панелей, контроллера, АКБ и инвертора. Затем следует все правильно подсоединить.

Что касается техники безопасности при использовании такой системы, то сводится она к правильности размещения АКБ. Они хоть и являются герметичными и необслуживаемыми, но для них лучше отвести отдельное помещение, причем вентилируемое.

Важно обратить внимание на надежность крепления всех составных элементов, использование соответствующей проводки и правильности подключения элементов в систему. Ветряная система

Ветряная система.

С расчетов начинается и установка ветрогенераторов. Все начинается с расчета суммарной мощности потребителей электроэнергии. Исходя из этого уже и подбирается комплект, включающий все необходимое – ветроэлектрическую установку (ВЭУ), контроллер, АКБ, инвертор и остальные комплектующие.

При использовании такой системы важно подобрать место установки ВЭУ. Ветряки при работе издают шум, хоть и несильный, поэтому рекомендуется их устанавливать на определенном удалении от дома

Что касается безопасности, то здесь все сводится к правильному монтажу мачты ВЭУ, поскольку она достаточно высокая.

Далее же безопасность сводится к правильному подключению и эксплуатации системы.

Топливные генераторные установки.

Генераторные установки – самые простейшие по монтажу. После подсчета суммарного потребления электроэнергии просто подбирается необходимая по мощности станция, работающая на предпочтительном для владельца дома топливе.

Оборудуются генераторно-аккумуляторные-инверторные системы.

Но обычно такие станции продаются отдельно, поэтому придется правильно подобрать контроллер, комплект АКБ и инвертор.

При использовании такой системы условия безопасности строже, чем у других систем.

Во-первых, генераторную установку необходимо устанавливать в отдельном помещении.

Во-вторых, должна быть организована система отвода отработанных газов.

В-третьих, должна соблюдаться правильность хранения горючих материалов.

Системы энергообеспечения, в которых используется гидроэлектростанции, рассматривать не будем, поскольку они применяются редко.

Автономные энергетические системы | Модернизация сети

NREL исследует автономные энергетические сети, применяя новые концепции, такие как автономные системы к электрическим сетям.

Автономные энергосистемы позволят электрическим сетям реагировать быстро и гибкость, необходимая для надежного управления многими миллионами уникальных устройств.Этот решение было продемонстрировано на реальных энергосистемах и с приложениями, которые включают ветряные и фотоэлектрические (PV) установки, здания и парк электромобилей — и это готовый к использованию для энергетических переходов повсюду.

Автономные энергетические системы могут масштабироваться от сотен до миллионов устройств.

Автономные энергетические системы: новый взгляд на оптимизацию и управление энергетическими системами будущего

Посмотрите наш видеообзор автономных энергосистем.

Текстовая версия

Ключи к распределенной энергии

Идея автономных энергетических систем состоит в том, чтобы разложить крупномасштабное управление сетью в решения меньшего размера, чтобы центральные операторы не были перегружены данными и коммуникации.Чтобы воплотить это в жизнь, NREL разработала алгоритмы управления с особыми цели:

  • Работа в режиме реального времени — достаточно быстро для сетей, которые балансируют нагрузку и генерацию каждый раз. второй
  • Асинхронные данные и управление — при изменении энергоресурсов и задержках связи
  • Надежность — включая восстановление после сбоя и устойчивость к сбоям, простоям, и сбои в общении
  • Масштабируемость — благодаря конструкции, которую можно удобно масштабировать для управления сотнями миллионов устройств.

Преимущества автономного управления

При автономном и децентрализованном управлении каждая нагрузка или ресурс энергосистемы может способствовать стабильности и экономии. Алгоритмы NREL обеспечивают автоматическую изоляцию и защита для отказоустойчивости системы, а оптимизация в реальном времени позволяет эффективно использовать переменных возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце.Автономное управление снижает стоимость эксплуатации и поддерживает упрощенную интеграцию возобновляемых источников энергии и инновационных технологий, потенциально также способствуя развитию трансактивных энергетических рынков в будущем.

Нет ограничений для крупномасштабного контроля

NREL продемонстрировал автономные энергетические системы в различных приложениях и средах. и последовательно демонстрировал, что децентрализованный контроль может решить проблему широко распространенного распределенные энергетические ресурсы.Демонстрации проводились на:

Смоделированные городские районы с более чем 10 миллионами различных энергетических устройств

Промышленные ветровые и фотоэлектрические экспериментальные платформы NREL

Коммерческая микросеть, включающая генераторы водорода, микротурбины и гибридные ионные батареи

Жилой район с нулевым потреблением энергии

Более 100 управляемых устройств, включая инверторы, электромобили, аккумуляторы и микроконтроллеры.

Семинары и презентации

Семинар по устойчивым автономным энергетическим системам (2021 г. )

Автономные энергетические системы: новый взгляд на оптимизацию и управление энергетическими системами будущего (2021 г.)

Автономная оптимизация и управление энергетическими системами, 14-й Всемирный конгресс по структурной и междисциплинарной оптимизации (2021 г.)

Семинар по автономным энергетическим системам (2020)

Инновационные методы оптимизации и управления для высокораспределенных автономных систем (2019)

Семинар по автономным энергосетям (2017 г.)

Публикации

Автономные энергетические сети: управление сетью будущего с большим количеством распределенных Энергетические ресурсы, Журнал IEEE Power and Energy (2020 г. )

Распределенная Минимизация стоимости производства электроэнергии при распределении на основе потребителей Сети, Американская конференция по управлению,  (2020 г.)

Хорошие сети — хорошие соседи, IEEE Spectrum (2020)

Оптимизация распределительных сетей на основе обратной связи в реальном времени: единый подход, IEEE Transactions on Control of Network Systems (2019)

Онлайн-оптимизация как контроллер обратной связи: стабильность и отслеживание, транзакций IEEE по управлению сетевыми системами (2019)

Онлайновые первично-двойственные методы с обратной связью измерений для изменяющейся во времени выпуклой оптимизации, IEEE Transactions on Signal Processing (2019)

Saddle-Flow Dynamics для распределенной оптимизации на основе обратной связи, IEEE Control Systems Letters (2019)

Оценка направления ветра с использованием данных SCADA с оптимизацией на основе консенсуса, Wind Energy Science (2019)

Работайте с нами

Мы стремимся продвинуть автономные энергетические системы еще дальше — применить концепцию к более широкому разнообразию и большему масштабу энергосистем и постоянно разрабатывать новые Принципы надежного и эффективного управления сетью. Партнеры, которые заинтересованы в рекомендуется работать с NREL для продвижения своих энергетических систем, чтобы подключаться и учиться более.

Контакт

Автономная власть – обзор

2 Теория

Формирование европейского государства было многомерным процессом, но большинство теорий государственного строительства по-прежнему одномерны.Поэтому многофакторная трехуровневая теория государственного строительства, объединяющая (а) микроуровень индивидов и групп, (б) мезоуровень политической системы и (в) макроуровень общества, представляет собой более многообещающее предложение (Reinhard 1992).

Государственное строительство начинается на микроуровне с корыстной жажды власти отдельных лиц, часто с конкурентным преимуществом обладания королевской властью. До существования государства как абстрактного института необходимая трансперсональная преемственность обеспечивалась династией.Династическое государственное строительство заключалось в устранении или, по крайней мере, в контроле соперничающих носителей автономной власти, относящихся к догосударственной фазе истории, — дворянства, церкви, городских и сельских общин — с целью установления монополии власти. Для преуспевания династиям требовалась помощь правящих элит, которые в своих интересах сделали рост государственной власти своим делом. В конечном итоге юристы буржуазного происхождения оказались более подходящими для этой роли, чем члены церкви или дворянства, потому что, в отличие от последних, юристы всем своим статусом и властью были обязаны служению монархам.

Далеко идущие изменения на мезоуровне политической системы произошли в результате успешного использования войны, религии и патриотизма в целях расширения династической власти. Существовавшее ранее соперничество европейских монархов неизбежно росло вместе с их могуществом, потому что стало необходимо опережать своих соседей, расти за их счет и, в свою очередь, защищаться от тех же целей. Поэтому им нужны были постоянно растущие армии и деньги во все возрастающем количестве, чтобы платить им.В своей решающей фазе роста современное государство было государством войны, которое расширило свой налоговый, административный и принудительный аппарат главным образом для ведения войны.

Это привело к циклическому процессу, циклу принуждения-извлечения (Finer 1997) и, наконец, к внутренней и внешней монополии на насилие. В конце концов, только государства ведут войну. Частные войны, такие как вендетты или междоусобицы, дворянские или народные восстания, больше не были законными при могущественном военном и полицейском государстве. «Необходимость» служить общему благу служила ключевым аргументом в легитимации этого роста государственной власти.Но когда конкурирующие «конфессиональные» церкви утратили большую часть своей автономии в пользу государства после протестантской Реформации — цена, которую пришлось заплатить за политическую защиту, — религия стала инструментом эмоциональной идентификации подданных со своей страной. С одной стороны, «католик» и «баварец», «польец» или «испанец» стали почти синонимами, а с другой стороны, «протестант» и «англичанин», «пруссец» или «швед».

Существенный вклад исходит от социальной и культурной среды на макроуровне.Во-первых, геоисторическая множественность Европы была стимулом для роста государственной власти через цикл принуждения-изгнания. Результатом стал устойчивый плюрализм внутренне строго унитарных государств, исключительный случай во всем мире. Универсальные империи никогда не имели шансов в Европе; Священная Римская империя германцев была в лучшем случае первой среди равных. Но внутреннее единство не было реализовано до конца восемнадцатого, девятнадцатого, а в некоторых случаях даже двадцатого века. Долгое время большинство монархий состояло из нескольких частей с неравным статусом, таких как Кастилия и Арагон или Полония и Литва.

Везде монархам приходилось справляться с мощной системой автономного местного дворянского правления с одной стороны, с общегосударственной сетью частично автономных городских и сельских общин с другой, опять-таки европейскими особенностями. Кроме того, до Реформации Церковь считала себя самостоятельной общиной, в некотором отношении даже государством перед государством. Этот своеобразный европейский дуализм духовного и мирского в сочетании с столь же своеобразным политическим плюрализмом оказался предпосылкой политической свободы, хотя ни церковь, ни государство, ни дворяне-помещики, ни городские олигархии не были за какую-либо свободу, кроме своей собственной.Наконец, сильное положение церкви вытекало из ее роли хранительницы латинской культуры. Римское право, в какой-то степени преобразованное в каноническое право Церкви, прямо и косвенно оказалось основополагающим не только для монархического государственного строительства, но и для личной свободы и собственности.

Энергосистема завтрашнего дня станет автономной

Здорово, когда есть соседи , на которых можно положиться, одалживаете ли вы чашку сахара или вам нужно, чтобы кто-то выгулял вашу собаку, пока вас нет в городе.В районе Базальт-Виста на западе Колорадо жители даже ближе, чем большинство: они делят электричество. Но в отличие от вашего соседа с сахаром, жители Базальтовой Висты могут даже не знать, когда они щедры. Обмен энергией происходит автоматически, за кулисами. Жители знают, насколько дешевой, надежной и возобновляемой является их электроэнергия.

27 умных домов в Базальт-Виста, расположенных примерно в 290 км к западу от Денвера, являются частью пилотного проекта по совершенно новому подходу к энергосистеме.Весь район соединен микросетью, которая, в свою очередь, соединяется с основной сетью. В каждом доме каждое интеллектуальное устройство и энергоресурс, например аккумуляторная батарея, водонагреватель или солнечная фотоэлектрическая (PV) система, контролируются для обеспечения максимальной энергоэффективности.

В более широком масштабе дома по соседству могут быстро распределять энергию, обеспечивая надежное электричество для всех — солнечная энергия, вырабатываемая в одном доме, может использоваться для зарядки электромобиля по соседству.Если бы лесной пожар вывел из строя линии электропередач в этом районе, жители по-прежнему получали бы электричество и хранили его в этом районе. С весны до осени фотоэлектрические системы могут обеспечивать достаточное количество электроэнергии и заряжать батареи в течение нескольких дней. В разгар зимы, когда тепло и снег на солнечных панелях, резервного питания хватит примерно на 2 часа.

Теоретически энергетические системы любого размера могут быть покрыты лоскутным одеялом Basalt Vistas, многоуровневыми регионами и даже целой страной в интеллектуальных сетях для автоматического управления производством и использованием энергии на миллионах контролируемых распределенных энергетических ресурсов.Эта концепция лежит в основе автономная энергетическая сеть (AEG), видение того, как будущее энергетики может определяться устойчивостью и эффективностью.

Концепция и основная технология автономной энергосистемы разрабатываются нашей командой в Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии в Голдене, штат Колорадо. С 2018 года NREL и местное коммунальное предприятие Holy Cross Energy претворяют эту концепцию в жизнь, начиная со строительства первых четырех домов в Basalt Vista. В каждом доме есть 8-киловаттная фотоэлектрическая система на крыше с литий-железо-фосфатными аккумуляторными батареями, а также энергоэффективное, полностью электрическое отопление, охлаждение, водонагреватели и бытовая техника.Все эти активы контролируются и могут контролироваться AEG. До сих пор средние счета за коммунальные услуги были примерно на 85 процентов ниже, чем обычные счета за электричество в Колорадо.

Полностью электрические дома в районе Базальт-Виста в Колорадо используют интеллектуальные контроллеры от Heila Technologies (справа) для управления фотогальваническими панелями, батареями, зарядкой, отоплением и охлаждением электромобилей. В случае отключения региональной сети район все еще может получать электроэнергию от аккумуляторных батарей и солнечных батарей на крыше. Фото: Джош Бауэр/NREL

AEG создадут как минимум столько же преимуществ для коммунальных служб, сколько и для клиентов. С AEG, отслеживающими распределенные энергетические ресурсы, такие как солнечные батареи на крыше и бытовые аккумуляторные батареи, диспетчерская коммунального предприятия станет больше похожа на высокоавтоматизированный центр управления воздушным движением. В результате энергия, вырабатываемая в AEG, используется более эффективно — она либо сразу потребляется, либо сохраняется. Со временем оператору придется меньше инвестировать в строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание более крупных генераторов, включая дорогостоящие «пиковые» установки, которые используются только при необычно высоком спросе.

Но может ли такая большая и сложная сеть, как национальная энергосистема, работать децентрализованно и автоматически? Наше исследование говорит определенно да. Такие проекты, как проект Basalt Vista, помогают нам разобраться в наших представлениях об AEG и продемонстрировать их в реальных условиях и, таким образом, играют решающую роль в определении будущего энергосистемы. Вот как.

Сегодня операторы сети должны решить две большие проблемы. Во-первых, к сети подключается постоянно растущее количество распределенных энергоресурсов.В Соединенных Штатах, например, ожидается, что солнечные установки в жилых домах будут расти примерно на 8 процентов в год до 2050 года, в то время как к 2025 году домашние аккумуляторные системы достигнут почти 1,8 гигаватт, а к 2030 году на дорогах США может находиться около 18,7 миллионов электромобилей. При таком ожидаемом росте вполне возможно, что через десять лет большинство потребителей электроэнергии в США смогут иметь в своих домах несколько контролируемых распределенных энергоресурсов. Судя по этой математике, Pacific Gas & Electric Co.4 миллиона клиентов в районе залива Сан-Франциско могут иметь в общей сложности около 20 миллионов подключенных к сети систем, которыми коммунальное предприятие должно будет управлять для надежной и экономичной эксплуатации своей сети. Это в дополнение к обслуживанию столбов, проводов, трансформаторов, выключателей и централизованных электростанций в своей сети.

Автономная энергетическая сеть Basalt Vista использует 900-мегагерцовую радиоантенну для связи с диспетчерским центром Holy Cross Energy, расположенным примерно в 50 километрах. Фото: Деннис Шредер/NREL

Из-за стремительного роста числа подключенных к сети устройств операторы больше не смогут использовать централизованное управление в не столь отдаленном будущем. В географически распределенной сети одни только задержки связи делают централизованную систему непрактичной. Вместо этого операторам придется перейти на систему распределенной оптимизации и управления.

Домашние хозяйства полагаются на литий-железо-фосфатные батареи от Blue Planet Energy. Фото: Джош Бауэр/NREL

Другая проблема, с которой сталкиваются операторы, заключается в том, что сеть работает во все более неопределен- ных условиях, включая колебания скорости ветра, облачный покров и непредсказуемый спрос и предложение. Следовательно, оптимальное состояние сетки меняется каждую секунду и должно надежно определяться в режиме реального времени.

Централизованно управляемая сеть не может справиться с такой степенью координации. Вот тут-то и появляются AEG. Идея автономной энергосистемы выросла из участия NREL в программе под названием NODES (сетевые оптимизированные распределенные энергетические системы), спонсируемые U.S. Передовое энергетическое агентство Министерства энергетики, ARPA-E. Вклад нашей лаборатории в NODES заключался в создании алгоритмов для модельной энергосистемы, полностью состоящей из распределенных энергоресурсов. Наши алгоритмы должны были учитывать ограниченные вычислительные возможности многих клиентских устройств (включая солнечные батареи на крышах, электромобили, аккумуляторы, умные бытовые приборы и другие нагрузки) и при этом позволять этим устройствам обмениваться данными и самооптимизироваться. NODES, завершившийся в прошлом году, был успешным, но только как структура для одной «ячейки», то есть одного сообщества, контролируемого одной AEG.

Наша группа решила развить идею УЗЛОВ дальше: распространить модель на всю сетку и множество ее составляющих ячеек, позволив ячейкам взаимодействовать друг с другом в иерархической системе. Генерация, хранение и нагрузки контролируются с помощью строительных блоков сотовой связи в распределенной иерархии, которая оптимизирует как локальную работу, так и работу ячейки, когда она подключена к более крупной сети.

В нашей модели каждый AEG состоит из сети технологий производства, хранения и конечного использования энергии.В этом смысле AEG очень похожи на микросети, которые все чаще развертываются в Соединенных Штатах и ​​других странах мира. Но AEG более продвинута в вычислительном отношении, что позволяет ее активам взаимодействовать в режиме реального времени для согласования спроса и предложения в посекундных временных масштабах. Подобно автономному транспортному средству, в котором транспортное средство принимает локальные решения о том, как передвигаться, AEG действует как автономная система питания, которая решает, как и когда передавать энергию. В результате AEG работает с высокой эффективностью и может быстро восстанавливаться после сбоев или даже вообще избегать сбоев.Энергосистема, полностью состоящая из AEG, может ловко решать проблемы на всех уровнях, от отдельных потребителей до системы передачи.

Чтобы развить идею, нам нужно было с чего-то начать. Basalt Vista предоставила прекрасную возможность перенести концепцию AEG из лаборатории в сеть. Район разработан с нулевым потреблением энергии, и он относительно близок к Центр интеграции энергетических систем NREL, где базируется наша группа.

Более того, компания Holy Cross Energy искала решение для управления энергетическими ресурсами, принадлежащими клиентам, и оптовым производством в своей системе.В последние годы подключенные к сети ресурсы, принадлежащие клиентам, стали намного более доступными; В сети Holy Cross каждую неделю появляется от 10 до 15 новых солнечных установок на крышах. К 2030 году коммунальное предприятие планирует установить летнюю пиковую систему мощностью 150 мегаватт, работающую на солнечных батареях. Между тем, однако, коммунальному предприятию приходилось иметь дело с нестандартными устройствами, вызывающими нестабильность в его сети, случайными отключениями из-за плохой погоды и лесных пожаров, переменным производством солнечной и ветровой энергии, а также нестабильным рынком солнечной и другой энергии, генерируемой ее клиентами.

Короче говоря, то, с чем столкнулся Holy Cross, очень похоже на то, с чем сталкиваются другие сетевые операторы по всей стране и большей части мира.

Для разработки концепции AEG наша группа работает над объединением двух областей: теории оптимизации и теории управления. Теория оптимизации находит решения, но может игнорировать реальные условия. Алгоритмы управления работают для стабилизации системы в далеко не идеальных условиях. Вместе эти два поля образуют теоретическую основу для AEG.

Конечно, эти теоретические леса должны соответствовать беспорядочным ограничениям реального мира. Например, контроллеры, которые запускают алгоритмы AEG, не являются суперкомпьютерами; это обычные компьютерные платформы или встроенные контроллеры на границе сети, и они должны выполнять свои вычисления менее чем за 1 секунду. Это приводит к более простому коду, и в данном случае чем проще, тем лучше. Между тем, однако, расчеты должны учитывать задержку в коммуникациях; в распределенной сети все еще будут временные задержки, когда сигналы проходят от одного узла к другому.Наши алгоритмы также должны быть в состоянии работать с разреженными или отсутствующими данными и бороться с вариациями, создаваемыми оборудованием от разных поставщиков.

Даже если мы создадим красивые алгоритмы, их успех все равно зависит от физики топологии линий электропередач и точности моделей устройств. Для большого коммерческого здания, где вы хотите выбирать, что включать и выключать, вам нужна точная модель этого здания в нужных временных масштабах. Если такой модели не существует, вы должны построить ее.Сделать это становится на порядок сложнее, когда оптимизация включает множество зданий и множество моделей.

Мы обнаружили, что определить абстрактную модель сложнее, чем оптимизировать поведение реальной вещи. Другими словами, мы «устраняем посредников» и вместо этого используем данные и измерения для непосредственного изучения оптимального поведения. Используя передовые методы анализа данных и машинного обучения, мы значительно сократили время, необходимое для поиска оптимальных решений.

На сегодняшний день нам удалось преодолеть эти препятствия в небольших масштабах. Центр интеграции энергетических систем NREL представляет собой передовой испытательный стенд для проверки новых моделей энергетической интеграции и модернизации энергосистемы. Мы смогли проверить, насколько практичны наши алгоритмы, прежде чем развертывать их в полевых условиях; они могут хорошо выглядеть на бумаге, но если вы пытаетесь решить судьбу, скажем, миллиона устройств за 1 секунду, вам лучше убедиться, что они действительно работают. В наших первоначальных экспериментах с реальным силовым оборудованием — более 100 распределенных ресурсов одновременно общей мощностью около половины мегаватта — мы смогли проверить концепции AEG, запустив системы в различных сценариях.

Выйдя за пределы лаборатории, мы впервые провели небольшую демонстрацию в 2018 году с микросеть на виноградниках и винодельнях Stone Edge Farm Estate в Сономе, штат Калифорния, в партнерстве с производителем контроллеров Heila Technologies, в Сомервилле, штат Массачусетс. , и микротурбина, работающая на природном газе и водороде, а также хранилище в виде аккумуляторов и водорода. Находящийся на территории электролизер питает водородную заправочную станцию ​​для трех электромобилей фермы, работающих на топливных элементах.

Микросеть подключена к основной сети, но при необходимости может работать независимо в «островном» режиме. Например, во время лесных пожаров в октябре 2017 года основная сеть в Сономе и ее окрестностях вышла из строя, и ферму эвакуировали на 10 дней, но микросеть продолжала работать без сбоев.Наша демонстрация AEG на ферме Stone Edge Farm соединила 20 энергоресурсов микросети, и мы показали, как эти активы могут функционировать вместе как единое целое. виртуальная электростанция устойчивым и эффективным способом.Этот эксперимент послужил еще одним доказательством концепции AEG.

Basalt Vista развивает концепцию AEG еще дальше. Чистая нулевая энергия Район доступного жилья, разработанный Habitat for Humanity для школьных учителей и других местных рабочих, уже многое сделал для этого. Окончательные результаты этого эксперимента в реальном мире еще недоступны, но наблюдение за тем, как первые жители с радостью осваивают этот новый рубеж в энергетике, вызвало у нас новый уровень волнения по поводу будущего AEG.

В Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии исследователи разработали алгоритмы оптимизации автономной энергосистемы и протестировали их на реальных энергосистемах (вверху), таких как зарядные станции для электромобилей (внизу). Фото: Деннис Шредер/NREL

Мы разработали наши первые демонстрации таким образом, чтобы другие утилиты могли безопасно и легко проводить испытания подхода AEG, используя стандартные протоколы взаимодействия. Теперь наша группа рассматривает дополнительные проблемы, с которыми столкнется AEG, когда мы расширим масштабы и когда мы перейдем от развертывания Holy Cross Energy в сельской местности к сети плотного города. Сейчас мы изучаем, как эта идея будет выглядеть во всей энергетической системе — внутри ветряной электростанции, внутри офисного здания, на заводском комплексе — и какое влияние она окажет на передачу и распределение электроэнергии. Мы также изучаем рыночные механизмы, которые благоприятствовали бы AEG. Понятно, что для продвижения концепции потребуется широкое сотрудничество между дисциплинами.

Наша группа в NREL не единственная, кто изучает AEG. Исследователи из ряда ведущих университетов присоединились к NREL, чтобы создать фундаментальную науку, лежащую в основе AEG.Эмилиано Далл’Анезе из Колорадского университета в Боулдере; Флориан Дерфлер из ETH Zurich; Ян А. Хискенс из Мичиганского университета; Стивен Х. Лоу из Netlab Калифорнийского технологического института; и Шон Мейн из Университета Флориды внесли свой вклад в концепцию AEG и приняли участие в серии семинаров по этой теме. Это сотрудничество уже выпускает десятки технических документов каждый год, которые продолжают закладывать основы для AEG.

В NREL также расширяется круг участников AEG, и мы смотрим, как эта концепция может применяться к другим формам генерации.Одним из примеров является ветроэнергетика, где будущее с поддержкой AEG означает, что методы управления, подобные тем, которые развернуты в Stone Edge Farm и Basalt Vista, будут автономно управлять большими ветряными электростанциями. Взяв большую проблему и разбив ее на более мелкие ячейки, алгоритмы AEG резко сокращают время, необходимое для того, чтобы все турбины пришли к консенсусу относительно направления ветра и отреагировали, повернувшись лицом к ветру, что может увеличить общее производство энергии. . В течение года это может означать миллионы долларов дополнительного дохода для оператора.

В нашем исследовании мы также рассматриваем вопрос о том, как оптимально интегрировать переменный запас энергии ветра в более крупную ячейку, включающую другие энергетические домены. Например, если система управления энергопотреблением здания имеет доступ к прогнозам ветра, она может перераспределять нагрузку в режиме реального времени, чтобы соответствовать имеющейся ветровой энергии. Во время дневного затишья скорости ветра кондиционер в здании можно было автоматически настроить на несколько градусов выше, чтобы снизить потребность, с дополнительной мощностью, потребляемой от аккумуляторной батареи.

Мы также смотрим на коммуникационную инфраструктуру. Для достижения быстрого отклика, необходимого для ячейки AEG, связь не может быть заблокирована одновременным подключением к миллионам устройств. В новом партнерстве NREL с беспроводной компанией Антерикс из Вудленд-Парка, штат Нью-Джерси, демонстрирует, как будет работать выделенная сеть LTE для связи между устройствами.

Надежная работа, разумеется, предполагает, что каналы связи защищены от киберугроз и физических угроз.Возможность таких атак направляет разговор в энергосистемах в сторону отказоустойчивости и надежности. Мы считаем, что AEG должны свести к минимуму воздействие как преднамеренных атак, так и стихийных бедствий и сделать сеть более устойчивой. Это связано с тем, что состояние каждого объекта, подключенного к сети, в каждой ячейке AEG будет проверяться каждую секунду. Любое внезапное и неожиданное изменение статуса вызовет соответствующую реакцию. В большинстве случаев радикальных действий не требуется, поскольку изменение находится в пределах обычной изменчивости операций.Но если причиной является серьезная неисправность, ячейка может автоматически частично или полностью изолировать себя от остальной сети до тех пор, пока проблема не будет решена. Изучение влияния AEG на устойчивость сети является постоянным приоритетом NREL.

На данный момент AEG появятся в первую очередь в таких районах, как Basalt Vista, и в других небольших помещениях, таких как больницы и университетские городки. В конце концов, однако, должны иметь место более крупные развертывания. Например, на Гавайях 350 000 клиентов установили солнечные батареи на крышах домов. с государством мандат на 100-процентную возобновляемую энергию к 2045 году, количество распределенной солнечной энергии может утроиться. Коммунальное предприятие Hawaiian Electric Company предполагает подключить около 750 000 солнечных инверторов, а также аккумуляторные системы, электромобили и другие распределенные энергетические ресурсы. Соответственно, HECO стремится максимально снизить автономное управление до локального уровня, чтобы свести к минимуму потребность в обмене данными между центром управления и каждым устройством. Для реализации полностью автономной сети потребуется некоторое время.В частности, нам нужно будет провести обширные испытания и демонстрации, чтобы продемонстрировать его возможности с текущими коммуникационными и управляющими инфраструктурами HECO. Но в конечном итоге концепция AEG позволит утилите расставить приоритеты в элементах управления и сосредоточиться на критических операциях, а не пытаться управлять отдельными устройствами.

Мы думаем, что пройдет еще десять лет, прежде чем развертывание AEG станет обычным явлением, но рынок AEG может появиться раньше. В прошлом году мы добились прогресса в коммерциализации алгоритмов AEG, и при поддержке Управление технологий солнечной энергии Министерства энергетики, NREL, в настоящее время сотрудничает с Siemens в области методов распределенного управления.Аналогичным образом, NREL и компания по управлению электроэнергией Eaton Corp. объединились, чтобы использовать работу AEG для автономного электрифицированного транспорта.

Тем временем NREL изучает, как поддерживать рынок распределенной энергии с использованием транзакций на основе блокчейна — вариант для так называемых транзакционных энергетических рынков. Этот проект в партнерстве с BlockCypher успешно продемонстрировал, что такой район, как Basalt Vista, может беспрепятственно монетизировать совместное использование энергии.

По мере того, как мы продвигаемся к будущему 100-процентной чистой энергии с высокой концентрацией энергетических технологий на основе инверторов, нам потребуется такое решение, как AEG, чтобы продолжать эксплуатировать сеть надежным, экономичным и отказоустойчивым способом. Вместо того, чтобы обращаться к центральным электростанциям для удовлетворения своих потребностей в электроэнергии, отдельные потребители смогут во все большей степени полагаться друг на друга. В сети, построенной на AEG, соседство будет автоматическим.

Эта статья опубликована в печатном выпуске за декабрь 2020 года под названием «Хорошие сети — хорошие соседи».

(PDF) Концепция автономной системы электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии

Журнал устойчивого развития энергетики, воды

и экологических систем

Год 2017

Том 5, Выпуск 4, стр. 579-589

3 588

2.Селлура, М., Ди Ганджи, А. и Ориоли, А., Оценка энергетической и экономической эффективности

фотоэлектрических систем, работающих в условиях плотной городской застройки, J. Sustain.

Дев. Энергия Вода Окружающая среда. Сист., Том. 1, № 2, стр. 109-121, 2013,

http://dx.doi.org/10.13044/j.sdewes.2013.01.0008

3. Mattes, J. , Huber, A. and Koehrsen, J., Energy Transitions in Small-scale Regions ‒

Чему мы можем научиться с точки зрения региональных инновационных систем, Energy Policy,

Vol.78, pp 255-264, 2015,

https://doi.org/10.1016/j.enpol.2014.12.011

Новая область исследований

и ее перспективы, Исследовательская политика, Vol. 41, № 6, стр. 955-967, 2012,

https://doi.org/10.1016/j.respol.2012.02.013

5. Блечингер П., Кадер К., Берто П. , Huyskens, H., Seguin, R. и Breyer, C., Global

Анализ технико-экономического потенциала гибридных систем возобновляемой энергии на

малых островах, Energy Policy, Vol.98, 2016,

http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2016.03.043

6. Паска Й., Распределенная энергетика с гибридными системами (на польском языке), Энергетика,

Том . 6, pp 457-462, 2013.

7. Панг, К., Вяткин, В. и Майер, Х., На пути к киберфизическому подходу к прототипированию

Системы автоматизации внутреннего освещения, системы, человек и кибернетика (SMC) , 2014

Международная конференция IEEE, IEEE, стр. 3643-3648, 2014.

8.Беккали, М., Бономоло, М., Галатиото, А., Ипполито, М.Г. и Зиззо, Г., Лаборатория

Установка для оценки воздействия систем BACS и TBM на освещение,

Исследования и применение возобновляемых источников энергии (ICRERA), 2015 International

Conference, IEEE, pp 1388-1393, 2015.

9. Jin, M., Feng, W., Liu, P., Marnay, C. and Spanos, C., MOD- DR: Microgrid Optimal

Диспетчеризация с реакцией на спрос, Applied Energy, Vol.187, стр. 758-776, 2017,

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.11.093

10. Вакуи Т., Каваёси Х., Ёкояма Р. и Аки Х. ., Управление эксплуатацией

Жилых энергоснабжающих сетей на основе оптимизационных подходов, Прикладная

Энергетика, Vol. 183, стр. 340-357, 2016,

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.08.171

11. Фабрицио Э., Бранчифорти В., Костантино А., Филиппи М. ., Барберо С., Текко Г.и

Молино, А., Мониторинг и управление интеллектуальной микросетью для возобновляемых источников

Эксплуатация на агропромышленном объекте, Устойчивые города и общество, Vol. 28,

стр. 88-100, 2017,

https://doi.org/10.1016/j.scs.2016.08.026

12. Кроче Д., Джулиано Ф., Тиннирелло И., Галатиото , A., Bonomolo, M., Beccali, M. и

Zizzo, G., Overgrid: полностью распределенная архитектура реагирования на запросы на основе оверлейных сетей

, IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 2016,

https: //дои.org/10.1109/TASE.2016.2621890

13. Грела Дж. и Осадович А., Средство планирования и проектирования автоматизации зданий

, реализующее классы эффективности EN 15 232 BACS, новые технологии и

Factory Automation (ETFA), 2016 IEEE 21

st

Международная конференция, стр. 1-4, 2016 г.

14. Вардах М., Кубарски К., Паплицкий П. и Цежневский П., Автономная энергетика

Концепция снабжения частного дома ( на польском), Przegląd Elektrotechniczny, Vol.89,

№ 1a, стр. 48-50, 2013.

15. Ольшовец, П., Автономные системы малой мощности для микросетей (на польском языке), Energia

Gigawat, Vol. 7-8, 2009.

16. Ситарз, С., Проектирование гибридной электростанции на солнечных и ветряных турбинах (на польском языке), Механика,

Том. 24, № 3, стр. 211-219, 2005.

17. Стефаняк А., Гибридные системы возобновляемых источников энергии (на польском языке), Czysta Energia,

Vol. 11, стр. 22-23, 2013.

18. Мохаммади, М., Hosseinian, S.H. и Gharehpetian, G.B., Оптимизация гибридных источников солнечной энергии

/ систем ветряных турбин, интегрированных в коммунальные сети в виде микросетей

(MG) в рамках объединенного / двустороннего / гибридного рынка электроэнергии с использованием PSO, Solar Energy, Vol. 86,

№ 1, стр. 112-125, 2012 г.,

https://doi.org/10.1016/j.solener.2011.09.011

4 уровня автономного управления домашним энергопотреблением

Представьте себе будущее, в котором управление домашним энергопотреблением будет полностью автоматизировано и оптимизировано — от регулирования нагрузки дома в условиях колебаний температуры и пиковых цен до предотвращения разрыва трубы и серьезного повреждения водой при температуре ниже точки замерзания. Автономное управление домашним энергопотреблением может коренным образом изменить то, как коммунальные предприятия управляют сетью, создав скоординированную сеть между интеллектуальной сетью и умным домом.

Подобно автономному вождению, полностью оптимизированные и автоматизированные дома начинают становиться реальностью. Каждую неделю компании, работающие в сфере энергетики и Интернета вещей, анонсируют новые подключенные продукты и решения, чтобы приблизить нас к футуристическому видению самоуправляемых домов. В центре этого перехода находятся электроэнергетические компании, которые имеют все возможности для того, чтобы вывести эти инновационные функции за рамки энергетики, став центром, соединяющим весь дом.Появятся новые возможности для дальнейшей монетизации, а коммунальные предприятия смогут не только сохранить, но и укрепить отношения с клиентами.

Однако термины «умный дом» и «управление домашним энергопотреблением» (HEM) начали терять свое значение по мере того, как на рынок выходит все больше продуктов. Возможность управлять светом через телефон не делает дом «умным», а просто подключенным. Кроме того, анализ законопроекта за прошлый месяц о внесении изменений в энергоэффективность — это не управление домашним энергопотреблением, а просто осведомленность о домашнем энергопотреблении .

Точно так же, как Общество автомобильных инженеров определило уровни автономного вождения — от отсутствия автоматизации на уровне 0 до полной автоматизации на уровне 5, конвергенция искусственного интеллекта и IoT в коммунальной отрасли может выиграть от аналогичной структуры для управления домашним энергопотреблением. вперед. Следующие уровни (от уровня 0 до уровня 4) определяют путь вперед, поскольку мы продвигаемся к управлению домашним энергопотреблением, достигая полной автономии.

Уровень 0: Визуализация исторических данных

На уровне 0 домовладельцу предоставляются исторические данные об энергопотреблении, как правило, в форме отчетов об энергопотреблении дома (HER) или онлайн-инструментов визуализации исторических данных. Хотя эта информация может повысить осведомленность домовладельцев об их потреблении энергии в прошлом, она не дает много возможностей научиться экономить энергию. В лучшем случае они могли бы получить 2-процентную экономию энергии. Но, обеспечив только эту небольшую экономию, он зажег свет в наших головах, вызвав интерес к HEM и заставив отрасль хотеть большего.

Уровень 1: мониторинг энергопотребления в режиме реального времени

На Уровне 1 домовладельцы получают данные об энергопотреблении всего дома в режиме реального времени.Продукты могут получать этот поток данных в реальном времени от различных устройств, таких как счетчики AMI с Zigbee и шлюзом с поддержкой Zigbee или клещами трансформатора тока (CT) (два основных источника). Мгновенный взгляд на потребление энергии в реальном времени позволяет им точно видеть, сколько энергии они используют, и впоследствии включать или выключать устройства. Именно здесь управление домашним энергопотреблением переходит от предоставления данных о пассивной энергии, которые могут производить только реактивные изменения, к информированию потребителей об их потреблении энергии в реальном времени по мере того, как это происходит.

Этот ранее неиспользованный поток данных является основой любого домашнего решения по управлению энергопотреблением. Мониторинг энергии в режиме реального времени может дать домовладельцам возможность принимать энергоэффективные решения, создавая живое представление о потреблении электроэнергии и информируя их о том, где происходят потери энергии.

Многие домашние решения по управлению энергопотреблением на этом останавливаются, однако это не обязательно так. Как только потребители увидят свое энергопотребление, они, естественно, захотят иметь возможность лучше его контролировать.Затем они могут вывести управление энергопотреблением в своем доме на новый уровень с помощью подключенных устройств.

Уровень 2: режим реального времени + подключенные устройства

Уровень 2 предлагает истинное управление энергопотреблением в доме, устраняя разрыв между возможностью видеть энергопотребление в режиме реального времени и контролировать устройства, которые его используют. Хотя управление по-прежнему зависит от потребителя, они получают возможность удаленно управлять своим домом и энергией из любого места. Это стало возможным благодаря множеству подключенных устройств в доме с использованием таких протоколов, как Z-Wave, Zigbee и Wi-Fi.

Благодаря управлению устройствами пользователи могут легко управлять всем, от подключенных термостатов, лампочек, дверных замков и даже джакузи. Уровень 2 позволяет потребителям не только получать информацию о том, какие устройства и приборы потребляют энергию, но и начинать управлять их использованием и даже устанавливать правила для устройств, чтобы они выполняли свои обязанности по определенному графику.

Большинство современных решений для «умного дома» имеют несколько неправильное название и отстают сразу от Уровня 2, поскольку в них отсутствует интегрированная информация об энергопотреблении.Они не совсем «умные» — по крайней мере, пока. Только на уровне 3 дома начинают предлагать настоящий интеллект.

Уровень 3: изменение с помощью анализа

На уровне 3 «умный дом» действительно получает свое истинное прозвище «умный» благодаря технологии, которая автоматически изучает шаблоны в доме, чтобы находить и предлагать способы управления устройствами и, в конечном счете, экономить энергию. Объединение потока данных в режиме реального времени с метаданными от подключенных устройств дает домашней платформе управления энергопотреблением возможность точно понять, как работают бытовые приборы.Это обеспечивает более глубокое понимание и устраняет неверную информацию, которой подвержены риски типичных «только программных» решений.

Одной из форм изменений, основанных на понимании, является мониторинг работоспособности устройства. Именно здесь платформа может отслеживать рабочие характеристики приборов (полученные из потока энергии в реальном времени + подключенных устройств). Затем это можно использовать для оповещения потребителей о нарушении определенных пороговых значений. Например, получение предупреждения, если система HVAC потребляет мало энергии или вообще не использует ее, когда подключенный термостат запрашивает переменный ток.Или что дверца холодильника не была закрыта до конца, из-за чего компрессор продолжал работать.

В то время как уровень 3 — это удивительный скачок вперед в области управления энергопотреблением автономного дома, самый большой скачок еще не за горами — полная оптимизация автономного дома.

Уровень 4: Автономная оптимизация дома

Уровень 4 — используя энергию в реальном времени, подключенные устройства и знания об эвристике производительности дома и бытовой техники, автономная платформа управления домашним энергопотреблением координирует персонализированный и автоматический механизм оптимизации для дома.Баланс между комфортом и энергоэффективностью, моделями обучения и пониманием конкретных ситуаций и занятости — дом примет во внимание все, и потребителю не придется даже пальцем пошевелить. Температура будет регулироваться автоматически. Свет будет включаться и выключаться или тускнеть в зависимости от контекста. Кофе будет готов к пробуждению утром, а энергоемкие приборы будут работать только в непиковое время.

Промышленности еще нет, но мы недалеко. Начальные стадии решений уровня 3, таких как Powerley, уже доступны на рынке.По мере того, как платформы 4-го уровня проникают в дома потребителей, автономное управление домашним энергопотреблением должно произвести революцию в энергосистеме благодаря оптимизированным функциям, обеспечивающим идеальный баланс комфорта и эффективности. Это откроет двери для новых преимуществ, которые выходят за рамки экономии энергии, позволяя использовать ранее невиданные уровни автоматизированных устройств и приборов. Это создаст возможности для лучшего управления спросом и интеграции распределенных энергетических ресурсов, когда сеть больше всего в них нуждается. Уровень 4 может стать самым большим скачком вперед в энергетике с тех пор, как были установлены первые линии электропередач.

Рост доверия потребителей к автономным домам

По мере того, как решения начинают продвигаться по всем уровням в сторону полной домашней оптимизации, объем и конфиденциальность данных резко возрастают. Решения уровня 4 в попытке создать гиперперсонализированный опыт управления домашним энергопотреблением потребуют анализа и мониторинга многих потоков данных, которые мы в настоящее время можем считать частными. Доступа к этим данным, независимо от его преимуществ, может быть достаточно, чтобы удержать некоторых потребителей от принятия автономной домашней платформы управления энергопотреблением.

В результате доверие останется одним из основных барьеров для доступа к решениям уровня 3 и 4, поскольку потребителей просят передать управление службе, которая управляет многими личными аспектами семейной жизни. Коммунальным предприятиям уже доверяют, и на них можно положиться в плане мгновенной и надежной подачи энергии, что делает уровни 1 и 2 относительно гладкими. Эти два уровня часто рассматриваются как новый способ укрепления многолетнего доверия, которое коммунальные предприятия уже установили среди миллионов потребителей.

Уровень 3 начнет представлять проблемы конфиденциальности данных, поскольку платформы начнут анализировать домашнее поведение и поведение пользователей, чтобы предлагать более глубокую и персонализированную информацию. Крайне важно, чтобы компании предлагали ценность в натуральной форме и использовали эти данные исключительно как средство для предложения услуги, а не для монетизации ее для других вариантов использования вне энергетической отрасли.

Достижение уровня 4 будет самым большим препятствием и потребует прочного фундамента доверия между поставщиком и потребителем.Предоставление ценной информации с помощью систем уровня 3 в сочетании с тщательной обработкой личных пользовательских данных заложит основу для принятия потребителями полной автономии уровня 4 в своих домах. Крайне важно, чтобы коммунальные предприятия укрепляли свои отношения со своими клиентами, предлагая решения уровней 1-3, чтобы, когда решения уровня 4 начали появляться на рынке, они могли бы лидировать, а не освобождаться от посредников в других отраслях.

Сила и потенциал

Коммунальная отрасль находится на пороге новой эры в энергетике, движущей силой которой являются мощь и потенциал автоматизированного мира.Это больше, чем научная фантастика: грядет автономное управление энергопотреблением, и оно будет гораздо более эффективным, персонализированным и интуитивно понятным, чем все, что мы когда-либо видели в области управления энергопотреблением. Путешествие между этими четырьмя уровнями закладывает основу, помогающую продвинуть отрасль вперед, и предлагает руководство по мере того, как коммунальные предприятия преодолевают сложности и проблемы, которые неизбежно принесут эти решения на пути к полной автономии. Хотя, что наиболее важно, это иллюстрирует огромные возможности, ожидающие нас, когда мы переносим управление домашним энергопотреблением в наш новый подключенный автономный мир.

Первая в мире автономная электростанция станет победой для сети

Джонни Вуд

Станция T-Point 2 компании Mitsubishi Power призвана совершить сейсмический прорыв в производстве электроэнергии.

Мицубиси Пауэр

Не каждый день сиквел превосходит оригинал. Но это похоже на T-Point 2, электростанцию ​​нового поколения в Такасаго, Япония, в часе езды к западу от Кобе.

Первоначальный объект, известный как T-Point, изменил правила игры, когда он открылся в 1997 году.Демонстрационная установка позволила Mitsubishi Heavy Industries (MHI) Group протестировать и проверить газовые турбины и другое оборудование в реальных условиях электростанции, что является значительным отклонением от отраслевых норм заводских испытаний и тестовых площадок.

Однако сегодня на этом объекте находится Mitsubishi Power T-Point 2, недавно построенный объект, наполненный передовыми цифровыми технологиями, которые, как ожидается, сделают его первой в мире автономной электростанцией комбинированного цикла.

В знак признания этого прорыва в производстве электроэнергии и самой сети журнал Power назвал ее «Электростанцией года 2020».»

T-Point 2 может предоставить строительные блоки для нового поколения более интеллектуальных, более устойчивых и более интегрированных электростанций.

Цифровой с самого начала

Коммерчески работающая с лета 2020 года газовая электростанция поставляет 566 МВт электроэнергии в региональную сеть Японии. Но что делает этот объект таким особенным, так это то, как он обеспечивает питание.

Еще до того, как он начал работать, T-Point 2 был цифровым до мозга костей: при строительстве физического завода использовались трехмерные модели виртуальной реальности.Это дает Mitsubishi Power возможность в будущем моделировать процедуры сборки и повышать производительность и контроль качества во время строительства.

Этот цифровой фокус продолжился и в работе завода. В основе T-Point 2 лежит пакет цифровых решений Mitsubishi Power Tomoni для электростанций, в котором используются передовые аналитические данные с поддержкой искусственного интеллекта для автоматизации широкого спектра операционных процессов. Tomoni — японское слово, означающее «вместе», — отражает важность сотрудничества с клиентами для решения их уникальных задач.

Многие процессы T-Point 2 автоматизированы, и многие другие процессы еще впереди. Алгоритмы могут обрабатывать информацию о жизненном цикле различных компонентов и прогнозировать проблемы с обслуживанием до того, как они возникнут. Подача сигнала тревоги местному или удаленному оператору помогает обеспечить непрерывность обслуживания, избегая при этом дорогостоящих незапланированных простоев.

Анализируя данные о компонентах, ИИ делает завод активным, предсказывая дорогостоящие проблемы с техническим обслуживанием до того, как они возникнут.

Мицубиси Пауэр

Растение, которое всегда учится

Переход на полностью автоматизированный энергообъект — кульминация изменений, происходящих в энергетической отрасли и за ее пределами.Хотя каски и инженеры останутся в игре, T-Point 2 может в конечном итоге стать первой электростанцией, способной работать и обслуживать себя. Это будет достигнуто за счет использования ИИ для обработки данных от датчиков, подключенных к Интернету вещей (IoT), на всей электростанции, чтобы постоянно оптимизировать операции и минимизировать время простоя.

«По мере того, как мы вступаем в цифровую эпоху, важно максимально использовать новые технологии для оптимизации операций и получения максимальной экономической выгоды», — Дзюнъитиро Масада, старший вице-президент, содиректор по технологиям и заместитель начальника отдела турбомашин Mitsubishi Power. , рассказал Power журнал.

«Mitsubishi Power внедряет решения Tomoni в T-Point с начала 2000-х годов, начиная с системы удаленного мониторинга, — продолжил Масада. «С тех пор наши технологии Tomoni развились до такой степени, что мы можем работать удаленно, а некоторые функции автоматизированы. На самом деле многие функции в T-Point 2 уже автоматизированы».

Полностью автономная T-Point 2 будет включать автоматическую оптимизацию операций и технического обслуживания завода с поддержкой искусственного интеллекта на основе собственного мониторинга и обучения с течением времени.

Например, в настоящее время система анализирует планы технического обслуживания, изучая прогнозы срока службы компонентов, чтобы заранее прогнозировать возможные отказы. Затем сигнал тревоги, запускаемый ИИ, оповещает человека-оператора — находящегося на месте или работающего удаленно — который определяет причину сбоя и возможность продолжения операции. Если нет, сотрудник определяет оптимальное время простоя, расставляет запчасти и проверяет инвентарь. В полностью автоматизированном будущем эти задачи может выполнять завод.

Кибербезопасность приобретает повышенное значение, когда системы электростанций полностью интегрированы и работают автономно — и это не единственная проблема. Как только технология будет полностью разработана, она должна стать финансово жизнеспособной.

Ожидается, что автономные электростанции

позволят использовать больше возобновляемых источников энергии и помогут сбалансировать энергосистему.

Шаттерсток

Польза для всей цепочки энергоснабжения

Успех и финансовая жизнеспособность полностью автономной электростанции, скорее всего, обусловлены ее улучшением, а не только эксплуатационной эффективностью.

Большая цифровизация и интеграция помогают повысить эффективность всей цепочки энергоснабжения, от генерации до потребления. Для удовлетворения существующего спроса требуется меньше энергии. Это означает меньше выбросов при сжигании.

Интеллектуальные системы также могут способствовать обезуглероживанию сектора производства электроэнергии, который трудно сократить, за счет более широкого использования возобновляемых источников энергии. Решения Tomoni могут помочь сбалансировать энергосистему, чтобы максимизировать доступную ветровую или солнечную энергию, при необходимости поддерживая выработку электроэнергии на газовом топливе.

И, наконец, пандемия коронавируса показала, насколько важно иметь возможность поддерживать работу электростанции с минимальным персоналом на месте, в чем превосходно справляется T-Point 2.

Заглядывая вперед, T-Point 2 может предоставить строительные блоки для нового поколения более интеллектуальных, более устойчивых и более интегрированных электростанций — плана будущего производства электроэнергии, управляемого алгоритмами и подпитываемого данными.

Об авторе

Джонни Вуд — журналист с более чем 15-летним стажем работы в разных уголках мира — Азии, Европе и Ближнем Востоке.Помимо того, что он является опытным автором статей, он редактировал несколько престижных журналов о стиле жизни и корпоративных изданий.

Поскольку коммунальные предприятия изо всех сил пытаются справиться со взрывным ростом DER, является ли автономия энергосистемы решением?

В течение десятилетия в распределительные системы может поступить больше распределенных энергоресурсов (DER), чем может обслужить любая диспетчерская.

Автономная энергосистема (AEG) может оптимизировать эти высокие уровни DER в интересах энергосистемы и владельцев DER, как показывают исследования, разрабатываемые Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL).Но если эта новаторская автономия системы окажется труднодостижимой, коммунальные предприятия могут столкнуться с колебаниями напряжения и частоты, потенциальными дисбалансами между спросом и предложением или даже сбоями, считают эксперты по распределительным системам.

«Наша концепция автономной энергосистемы (AEG) заключается в управлении сотнями миллионов различных типов устройств в режиме реального времени на посекундной основе», — сказал Utility Dive директор инженерного центра энергетических систем Министерства энергетики США Бенджамин Кропоски. «Со временем мы продемонстрируем новую парадигму того, как сеть будущего может работать с грядущим массовым развертыванием устройств DER.»

Успешная концепция AEG потребует большей технической точности, чем автономное вождение и Интернет, два наиболее сопоставимых примера с точки зрения управления данными, сообщили Utility Dive специалисты по анализу данных и представители коммунальных служб.

Но, по словам Кропоски, ожидаемый массовый рост DER делает амбиции NREL необходимыми.

Автономная сеть

Ожидается, что количество солнечных установок в жилых домах будет расти примерно на 8% в год до 2050 года, а развертывание скрытых хранилищ, как ожидается, достигнет почти 1. 9 ГВт к 2024 году, и текущие прогнозы прогнозируют около 18,7 миллионов электромобилей на дорогах США в 2030 году.

Вполне разумно представить, что потребители электроэнергии через десять лет будут иметь до пяти устройств одновременно — солнечную систему на крыше, домашнюю батарею, интеллектуальный термостат, интеллектуальный водонагреватель и зарядное устройство для электромобиля, сказал Кропоски. Согласно этой математике, 4 миллиона клиентов в районе залива Сан-Франциско могут оставить PG&E с 20 миллионами устройств для управления.

Коммунальные предприятия также увидят растущее проникновение ветровой и солнечной генерации, что создаст дисбаланс между спросом и предложением, с которым традиционные центры управления не смогут справиться, просто увеличивая или уменьшая подачу, сказал он.Вместо этого потребуется управлять спросом, что можно сделать с помощью технологий РЭР. Но сам объем DER может превысить способность коммунального предприятия к оптимизации.

Аналогичной задачей является управление сотнями миллионов точек данных в Интернете, но энергосистема находится под более высоким давлением, чтобы поддерживать точный ежеминутный баланс спроса и предложения и избегать любых задержек, добавил он.


«Мы хотим свести к минимуму необходимость связи между центром управления и устройствами DER.»

Колтон Чинг

Старший вице-президент по планированию и технологиям, HECO


Основным элементом теоретической архитектуры AEG NREL является оптимизация и контроль «ячейки», которая может быть системой управления энергопотреблением дома или здания и их управляемыми устройствами.

Кропоски описывает AEG как «распределенные ячейки с иерархической, масштабируемой, реконфигурируемой и самоорганизующейся структурой управления поверх них».

Следующим уровнем может быть распределительная сеть, а уровнем выше может быть подстанция, сказал Кропоски.«Ячейки каждого уровня имеют параметры и ограничения, такие как напряжение, ток или стоимость системы, которые они используют для самооптимизации. Суть в том, чтобы минимизировать объем информации, передаваемой между уровнями, и максимизировать самооптимизацию на каждом уровне».

Исследователи создали алгоритмы, которые могут «оптимизировать и управлять сотнями миллионов распределенных технологий в режиме реального времени», — сказал он. Holy Cross Energy (HCE), сельский кооператив с 60 000 клиентов в Колорадо, станет первой демонстрацией этих алгоритмов на местах.

Раннее понимание потенциала автоматизации пришло во время работы NREL по интеграции высоких уровней солнечной энергии в жилых домах в систему распределения Hawaiian Electric Company (HECO). В стремлении к лучшему реагированию инверторов на солнечных системах на крышах клиентов на условия сети системные специалисты HECO и их консультанты NREL поняли, что они создают автономные возможности.

Энергетические системы включают в себя различные источники энергии и могут образовывать ячейки.

 

Коммунальные предприятия впереди

«При разработке ранних интеллектуальных инверторов мы обнаружили, что их можно предварительно запрограммировать на определенные реакции, что снижает потребность в сигналах диспетчерской», — сказал Utility Dive старший вице-президент по планированию и технологиям Колтон Чинг. «Мы не осознавали, что создаем автономные возможности».

По мере продвижения планирования модернизации сети HECO «мы поняли, что коммуникационная сеть для традиционного центрального управления и контроля уровня ожидаемого DER будет непомерно затратной», — сказал Чинг.

350 000 клиентов HECO установили устройства с «около 250 000 инверторов», сказал он. План коммунального предприятия по достижению обязательных 100% возобновляемых источников энергии на Гавайях к 2045 году включает в себя утроение распределенной солнечной энергии. «Это будет около 750 000 инверторов, а с аккумуляторными системами, электромобилями и другими DER это число быстро увеличивается».

HECO поставила перед собой задачу «насколько это возможно перенести автономное управление на локальный уровень», — сказал Чинг. «Мы хотим свести к минимуму необходимость связи между центром управления и устройствами РЭР.»

Полностью автономная сеть сегодня недостижима из-за технологических ограничений, сказал он. Но AEG от NREL позволяет «расставить приоритеты в элементах управления и сосредоточиться на критических операциях, а не пытаться управлять отдельными устройствами», добавил он. Сужение надзора до «критического подмножества операций» — это «единственный способ, которым мы можем обеспечить эффективную и рентабельную операцию по распределению» в будущем с высоким DER.


Коммунальная диспетчерская «будет больше похожа на управление воздушным движением, направляя автономную деятельность ячеек, чтобы максимизировать их индивидуальную ценность.»

Брайан Ханнеган

Президент и главный исполнительный директор, HCE


HCE провела первые полевые испытания AEG, чтобы лучше понять, что возможно с автоматизацией, сказал Utility Dive президент и генеральный директор Брайан Ханнеган. Он добавляет от 10 до 15 солнечных систем на крышах в неделю, ежегодно в течение нескольких лет добавляет более 2 МВт солнечной энергии и обязуется добавлять 2 МВт в год к своей летней пиковой системе мощностью 150 МВт до 2030 года.

«Мы хотим понять, какие преимущества DER может предоставить потребителям и сети», — сказал Ханнеган.Значение устойчивости в способности клеток выделяться и продолжать служить своим владельцам и системе стало особенно важным после того, как лесной пожар 2018 года на его территории прошел «в одном горящем столбе от того, чтобы погрузить Аспен во тьму на неделю».

HCE и NREL сотрудничают с другими местными группами, чтобы построить доступное жилье с нулевым потреблением энергии для местных учителей. Ханнеган сказал, что четыре дома на фидере HCE в настоящее время заняты и оснащены «солнечными фотоэлектрическими панелями, аккумулятором, зарядным устройством уровня 2 для электромобилей, водонагревателем с тепловым насосом и тепловым насосом с воздушным источником».Каждый РЭР имеет контроллер с автономными возможностями.

Недавно начатые полевые испытания моделируют производительность DER под контролем коммунальных предприятий и при автономном действии, добавил он. NREL рассмотрит эффективность четырех домов, функционирующих вместе как ячейка или фундаментальная автономная единица, и каждого отдельного дома, функционирующего индивидуально как автономная ячейка.

Каждая ячейка будет протестирована, когда она подключена и когда она не подключена к диспетчерской HCE, и будет проверена, насколько автономно может функционировать один дом, а также группа домов.

AEG не устраняет необходимость в распределительной компании «обслуживать столбы, провода, трансформаторы и выключатели, потому что они делают DER более ценным», сказал Ханнеган. Но диспетчерская утилиты «будет больше похожа на управление воздушным движением, направляя автономную деятельность ячеек, чтобы максимизировать их индивидуальную ценность».


«Учитывая необходимые стандарты и правила, это произойдет через 10 лет. Более трети коммунальных предприятий до сих пор не внедрили усовершенствованные счетчики, а AEG далеко впереди этого.»

Том Биалек

Главный инженер, SDG&E


Ни результаты, ни выводы полевых испытаний не являются общедоступными, сказал Ханнеган. «Чистое влияние проекта на данный момент заключается в том, чтобы дать нам уверенность в том, что мы можем управлять и контролировать DER таким образом, чтобы приносить пользу сети и потребителю из нашей системы диспетчерской или квазиавтономным способом».

Автоматизация будет иметь решающее значение для будущей энергосистемы, сообщил Utility Dive главный инженер по газоснабжению и электроэнергетике Сан-Диего Том Биалек, который возглавляет группу технического обзора интеграции электрических систем NREL.Но «управление системой с высоким проникновением МЭР из центра управления за доли секунды практически невозможно. Так быстро можно сделать не так много».

NREL сталкивается с двумя препятствиями, сказал Биалек. «Самая большая проблема — это технология. Коммунальные службы не имеют вычислительной мощности для запуска программного обеспечения, которое делает эту работу, и большинство устройств недостаточно сложны, чтобы работать с такой большой вычислительной мощностью».

Второй барьер — это «отсутствие технических стандартов», сказал он. «Коммунальные предприятия работают в строго регулируемой среде.Учитывая необходимые стандарты и правила, это легко сделать через 10 лет. Более трети коммунальных предприятий до сих пор не внедрили усовершенствованные счетчики, и AEG далеко за их пределами».

Как далеко может зайти автономия?

Чем больше автономных операций с данными, «тем точнее настроен алгоритм», — сказал Utility Dive аналитик Интернета вещей Майкл Канеллос, специалист по данным и аналитике OSISoft.

«Завод, работающий на ископаемом топливе, генерирует около 10 000 потоков данных на МВт, но ветряные турбины генерируют около 51 000 потоков данных на МВт, а солнечные панели и электроника генерируют почти 436 000 потоков данных на МВт», — сказал Канеллос.

Он добавил, что

Операторы ветровых и солнечных проектов используют новые операционные возможности более сложных алгоритмов, основанных на этих увеличенных данных, для повышения производительности и снижения затрат.

Государственной службе штата Аризона требуется не более 10 технических специалистов для обслуживания солнечной электростанции мощностью более 170 МВт, поскольку потоки данных автономно расставляют приоритеты и планируют техническое обслуживание. Сенсорная сеть Xcel Energy Colorado делает 15-минутные интервальные прогнозы, которые используются для автономного профилактического обслуживания, что позволило сэкономить 46 миллионов долларов в период с 2012 по 2017 год.

«Полной автоматизации никогда не произойдет, потому что люди делают более точные выводы, чем роботы», — сказал Канеллос. «Искусственный интеллект трансформируется в «поддержку принятия решений», в которой алгоритм предлагает возможности, а решение принимает человек. И грядущий поток данных сделает алгоритмы поддержки принятия решений намного лучше».

Калифорния также работает над новаторской многоуровневой системной архитектурой, которая в чем-то сравнима с архитектурой NREL.

NREL признает, что у ее AEG «есть технические области, которые требуют гораздо большего исследования», — сказал Utility Dive консультант по системе электроснабжения Лоренцо Кристов, который работает над проектом в Калифорнии. По его словам, многоуровневая архитектура находится в пределах текущих возможностей системного оператора и направлена ​​на рост DER до тех пор, пока не будут решены технические проблемы AEG.

По его словам, многоуровневая архитектура

Кристова опирается на «некоторые из тех же математических методов оптимизации, что и AEG», чтобы распределять операции передачи по ISO, а операции по распределению — по оператору системы распределения (DSO). «Но AEG, вероятно, появится в будущем на 10–15 лет».

По плану Кристова, РЭР управляется на уровне дома или здания владельцами РЭР и домашними системами управления энергопотреблением.DSO управляет только кумулятивным воздействием на систему общего DER, «доставленного на интерфейс, где дом или здание соединяются», сказал он. «Устройства DER не нуждаются в контроле со стороны DSO, независимо от того, потребляют они или производят генерацию».


«Коммунальная система — это гораздо больше, чем вождение автомобиля, это все равно, что организовывать каждую часть каждой машины на дороге».

Майкл Канеллос

Аналитик Интернета вещей, OSISoft


В интерфейсе передачи-распределения «ISO аналогичным образом рассматривает каждый DSO как один ресурс», — добавил он.«Каждому уровню не нужно видеть, что находится внутри нижних уровней, ему просто нужно координировать то, что находится на этих интерфейсах».

Существует мало разногласий по поводу нынешних ограничений автономии, но есть разные мнения по поводу уровня автономии, который будет возможен в будущей сети.

«Поддержка принятия решений» — это «хороший способ описать иерархию NREL», — сказал Чинг из HECO. «Устройства могут работать автономно, но им может потребоваться центральный сигнал для вещей, влияющих на всю систему.Чтобы сбалансировать спрос и предложение на местном уровне, может сначала потребоваться понимание потребностей системы».

NREL сравнил AEG с автономным вождением, но «это не так», — сказал Канеллос. «Коммунальная система — это гораздо больше, чем вождение автомобиля, это все равно, что организовать каждую часть каждого автомобиля на дороге. Алгоритм, достаточно сложный для обеспечения безопасности по такому количеству параметров, сейчас недостижим».

Надежность остается важным вопросом, но AEG «похожа на автономные транспортные средства, потому что и те, и другие находятся на улице, и их будет больше», — сказал Кропоски.«Мы будем развивать интеллектуальные функции и устранять изломы, чтобы улучшить автономное принятие решений, и в сеть будет встроено больше автоматизации безопасным и оптимальным образом».

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.