Розумна енергосистема (від ) — електрична мережа, що містить різноманітні оперативні та енергоощадні заходи, включаючи розумні лічильники, розумних споживачів, поновлювані джерела енергії та ресурси забезпечення енергоефективності. Електронне керування параметрами електроенергії, керування її виробництвом і розподілом є важливими аспектами розумної енергосистеми. Політика розумної енергосистеми у Європі організована Європейській технологічній платформі розумних енергосистем Розгортання технології розумних енергосистем також передбачає фундаментальний перегляд сфери послуг енергетики, хоча типове використання цього терміна фокусується на технічній інфраструктурі.J. Torriti, Demand Side Management for the European Supergrid Energy Policy, vol. 44, pp. 199—206, 2012.

Історія Перша електрична мережа змінного струму була встановлена 1886 року в містечку Грейт Беррінгтон, Массачусетс. Тоді ця мережа була централізованою односпрямованою системою передачі та розподілу електричної енергії з керуванням за запитом.

У 20-му сторіччі локальні мережі продовжили рости та були з'єднані між собою з економічних міркувань та міркувань надійності. Протягом 1960-х років вони суттєво розрослися та були об'єднані з тисячами генеруючих електростанцій, які постачають електроенергію до основних центрів споживання лініями електропередач високої потужності, які розгалужуються для того, щоб доставити електроенергію до менших промислових та домашніх споживачів по всій території постачання. Топологія мереж 1960-х була результатом масштабування: великі вугільні, газові і мазутні електростанції від 1 ГВт (1000 МВт) до 3 ГВт є рентабельними тільки у дуже великих масштабах.

Теплові електростанції були розміщені близько до джерел викопного палива (копальні або порти чи залізниці). Вибір майданчиків гідроелектростанцій в гірських районах також сильно вплинув на структуру мереж. Атомні електростанції були розташовані з урахуванням достатньої кількості води для охолодження. Теплові електростанції забруднюють навколишнє середовище, тому їх розміщували далі від населених пунктів. До кінця 1960-х електромережі покрили переважну більшість населення розвинутих країн.

Облік споживання електроенергії по кожному споживачу необхідний для забезпечення виставлення рахунків відповідно до рівня споживання. Через обмежений збір даних і можливості обробки, в період зростання мереж були широко розповсюджені механізми фіксованих тарифів, а також угоди з подвійними тарифами, коли вночі енергія постачається за нижчими цінами, ніж удень.

Мотивацією для подвійного тарифу домовленостей було зниження попиту поночі. Подвійні тарифи уможливили використання дешевої електроенергії у нічний час і були призначені для згладжування денних потреб і зменшення кількості турбін, які необхідно вимкнути на ніч. Тим самим вони покращували використання і рентабельність генерувальних і розподільчих об'єктів.

З 1970-х до 1990-х ріст потреб призвів до зростання кількості електростанцій. На деяких територіях постачання електроенергії, особливо у моменти пікового споживання, не могло задовольнити потреби. Результатом чого ставали масові відключення та погіршення якості електроенергії. Усе більше від електрики залежали промисловість, опалення, зв'язок, освітлення, сфера розваг. І тому споживачі вимагали все більш високого рівні надійності.

До кінця 20-го століття була встановлена структура попиту на електроенергію: побутове опалення та кондиціювання повітря призвело до денних піків споживання, яким відповідали піки ґенерації, у яких ґенератори вмикалися на короткий час. Порівняно низьке завантаження цих «пікових» ґенераторів (зазвичай, використовувались газотурбінні установки, через відносно низьку вартість капіталу і швидший запуск), разом з необхідною надмірністю в електромережі, привели до високих витрат для електроенергетичних компаній. Ці витрати було перекладено на споживачів у вигляді збільшених тарифів. У XXI-му столітті, деякі країни, що розвиваються, такі як Південна Корея, Китай, Індія і Бразилія вирвалися в лідери з запровадження розумних енергосистем.

Модернізація

На початку XXI століття все актуальнішою ставала потреба модернізації електронних комунікацій та розширення можливостей електромереж. Технологічні обмеження у вимірюванні більше не примушували усереднювати і розподіляти на всіх споживачів однаково пікові ціни на електроенергію. Паралельно зростає стурбованість у зв'язку з нанесенням шкоди навколишньому середовищу електростанціями на викопному паливі, що привело до бажання використовувати великі обсяги енергії з поновлюваних джерел. Панівні форми, такі як енергія вітру і сонця, дуже непостійні та тому стала очевидною потреба у досконаліших системах управління для полегшення підключення цих джерел до високо контрольованої мережі.

Енергія від сонячних батарей і вітрових турбін також важлива при розгляді роботи великих електростанцій. Швидке зниження витрат вказує на істотну трансформацію від централізованої топології мережі до сильно розподіленої, де енергія одночасно генерується і споживається у межах мережі. Нарешті, ростуче занепокоєння з приводу терористичних атак в деяких країнах привело до закликів до будівництва більш надійної енергосистеми, яка менше залежить від централізованих електростанцій, які розглядаються як потенційні об'єкти атаки.

Спільним елементом для більшості визначень є застосування цифрової обробки і цифрових комунікацій з енергосистемою, що створює потік даних і управління інформацією центром розумної енергосистеми.

Ранні технологічні інновації

Технології розумних енергосистем вийшли з ранніх спроб використання електронного управління, вимірювання і моніторингу. 1980 року автоматичне зчитування показань було використане для моніторингу споживання великих клієнтів, і перетворилася в автоматизовану систему комерційного обліку електроенергії 1990-х років, чиї вимірювання зберігали дані про те, як електрика використовується в різний час доби. Інтелектуальні лічильники додають безперервний зв'язок, що дозволяє виконання моніторингу у реальному часі, та стають шлюзом до пристроїв, що реагують на попит, та інтелектуальних розеток у домогосподарстві. Ранніми формами таких технологій керування з боку попиту були пристрої, що реагують на попит, які пасивно отримують інформацію про завантаження енергосистеми спостерігаючи за змінами частоти струму. Індустріальні та домашні кондиціонери, холодильники та нагрівачі підлаштовували свої цикли роботи щоб уникнути включення, коли енергосистема проходить пік споживання.

З 2000-го року проєкт Telegestore в Італії вперше об'єднав 27 мільйонів домогосподарств, які використовують інтелектуальні лічильники, у мережу вузькосмуговими каналами зв'язку по лініям електроживлення. У деяких експериментах використовувався широкосмуговий зв'язок по лініям електроживлення, тоді як у інших використовувались безпровідні технології, такі як mesh-мережі, що сприяло більш надійному з'єднанню різнорідних пристроїв у будинку, а також підтримувало облік інших комунальних послуг, таких як газ і вода.

Моніторинг та синхронізація через глобальні мережі стала революцією на початку 1990-х, коли Енергетична адміністрація Бонневіля розширила свої дослідження розумних енергосистем прототипом датчика фази, який дозволяє виконувати швидкий аналіз аномалій якості електроенергії на дуже великих географічних просторах. Кульмінацією цієї роботи стала робота першої глобальної системи керування у 2000. Інші країни швидко інтегрували цю технологію — КНР започаткував всеосяжну національну систему керування в 2012 році.

Ранні розгортання розумних енергосистем включають італійську систему Telegestore (2005), mesh-мережу у Остіні, Техас (з 2003), і розумну енергосистему у Баулдері, Колорадо (2008).

Властивості Розумна енергосистема представляє повний набір відповідей на виклики для енергопостачання. Через різноманітність факторів існує декілька таксономій, і немає згоди щодо універсального визначення. Тим не менше, тут наведена одна з можливих категорізацій.

Надійність

Розумна енергосистема буде використовувати технології оцінки стануYih-Fang Huang; Werner, S.; Jing Huang; Kashyap, N.; Gupta, V., «State Estimation in Electric Power Grids: Meeting New Challenges Presented by the Requirements of the Future Grid, » Signal Processing Magazine, IEEE, vol.29, no.5, pp.33,43, Sept. 2012, які покращують виявлення несправностей і дозволяють самовідновлення мережі без втручання фахівців. Це дозволить забезпечити більш надійну подачу електроенергії, а також зниження вразливості до стихійних лих або нападу.

Хоча дубльовані маршрути рекламуються як особливість розумної енергосистеми, старі електромережі також забезпечували кілька маршрутів. Початкові лінії електропередач в електромережі були побудовані з використанням радіальної моделі, пізніше підключення було гарантовано за допомогою декількох маршрутів, відповідно до мережевої структури. Проте, це створило нову проблему: якщо струм або пов'язані ефекти по мережі перевищують обмеження будь-якого конкретного елемента електромережі, він може відмовити, і струм буде передаватися через інші елементи мережі, які в кінцевому підсумку можуть також відмовити, викликаючи ефект доміно. Методикою запобігання цьому є скидання навантаження по методом віялових відключень або зниження напруги.

Економічний ефект від підвищення надійності та стійкості електромережі є предметом ряду досліджень і може бути розрахована з використанням методології, розробка якої профінансована Міністерством енергетики США, для місць США з використанням щонайменше одного інструменту розрахунків.

Гнучкість Інфраструктура наступного покоління для передачі та розподілу електроенергії буде краще пристосована для двонаправлених потоків енергії, що дозволяє розподілену генерацію від сонячних батарей на дахах будинків, паливних елементів, заряджання/розряджання батарей електромобілів, вітрових турбін, гідроакумулювальних електростанцій та інших джерел.

Класичні електромережі сконструйовані для односпрямованої передачі електроенергії, а коли у місцевій підмережі виробляється енергії більше, ніж споживається, зворотній потік енергії може викликати проблеми з надійністю і безпечністю.Tomoiagă, B.; Chindriş, M.; Sumper, A.; Sudria-Andreu, A.; Villafafila-Robles, R. Pareto Optimal Reconfiguration of Power Distribution Systems Using a Genetic Algorithm Based on NSGA-II. Energies 2013, 6, 1439—1455. Розумні енергосистеми придатні для роботи у цих ситуаціях.

Ефективність Численні внески в загальне поліпшення ефективності енергетичної інфраструктури очікуються від розгортання технології розумної енергосистеми, зокрема в тому числі керування попитом, наприклад відключення кондиціонерів у короткочасні піки в ціні електроенергії reducing the voltage when possible on distribution lines , зниження напруги, коли це можливо на розподільчих лініях через оптимізації Напруга / Реактивна потужність, усуваючи виїзди для зняття показань лічильників, а також зниження кількості виїздів щодо поліпшення керування відключеннями за рахунок використання даних систем передової вимірювальної інфраструктури. Загальним ефектом стало зменшення надлишковості в лініях передачі і розподілу, а також більш повне використання генераторів, що призвело до зниження цін на електроенергію.

Керування навантаженням