8 дій, які можна вжити для керування нестабільністю мережі та перевантаженням мережі
Енергетична криза, з якою зараз стикаються Європа та решта світу, відбувається в період великої політичної та економічної невизначеності. У цій ситуації надання основних послуг і цілісність критичної інфраструктури мають фундаментальне значення для функціонування економіки та згуртованості суспільств. У Siemens Grid Software ми бачимо низку заходів, які можна вжити для забезпечення постачання енергії через європейські електромережі, як у короткостроковій перспективі на майбутню зиму, так і з метою покращення готовності до середньо- та довгострокової кризи. .
Розумна інфраструктура Siemens
Усі зацікавлені сторони, включаючи споживачів та операторів електромереж, а також особи, які приймають політичні рішення, і регуляторні органи, повинні працювати разом у скоординованих зусиллях з реагування на кризу, щоб забезпечити енергопостачання. Наприклад, у Німеччині чотири оператори передачі (TSO) 50 Hertz Transmission, Amprion, TenneT і TransnetBW, а також оператори систем розподілу (DSO) мають кілька варіантів, які сприятимуть безпечному електропостачанню та збереженню економії. протягом наступних зимових місяців, а також у майбутньому.
Посилення стійкості мережі та критичної інфраструктури їх можна згрупувати за трьома основними цілями:
Заходи, призначені для впливу на попит на енергію в мережі Заходи для підвищення стабільності мережі в періоди більшого навантаження Заходи для захисту мережі від зовнішніх загроз безпеці постачання
Дія 1: Вплив на попит для підвищення стабільності мережі
Перший набір заходів, розроблений для управління попитом на електроенергію таким чином, щоб підтримувати управління потужністю та стабільність мережі, є ефективним у короткостроковій та середньостроковій перспективі. Мета полягає в тому, щоб уникнути незапланованих, масових відключень електроенергії, спричинених дисбалансом між попитом і виробництвом. Одним із способів зробити це є заздалегідь продумане розвантаження, яке проводиться цілеспрямовано та завчасно повідомляється споживачам. Якщо їх виконувати та координувати належним чином, наприклад, за допомогою програмних додатків для забезпечення недискримінаційного планування та автоматизованого оголошення про розвантаження, вони можуть допомогти уникнути більш масштабних економічних збитків.
Розумна інфраструктура Siemens
Прозора публічна інформація щодо стану мережі та виробництва електроенергії (як у реальному часі, так і прогнозована) є важливою для забезпечення довіри, підтримки та участі щодо добровільних коригувань поведінки споживання, які можуть стабілізувати мережу. Це можна зробити за допомогою простої програми у стилі «світлофор», яка вказує, коли має сенс перенести енергоємні види діяльності, такі як зарядка електромобілів, на періоди більшої стабільності мережі. Такі додатки вже впроваджено в США та Франції, а зараз також розгортаються в Німеччині. Наприклад, у вересні 2022 року споживачі енергії в Каліфорнії отримали сповіщення на мобільний телефон із повідомленням про неминуче відключення світла та проханням економити енергію. Протягом години споживачі добровільно знизили попит на 1 ГВт, уникаючи масштабних відключень.
Дія 2: дані інтелектуального лічильника окупаються
Більш прямим способом забезпечення співпраці споживачів під час моніторингу навантажень є використання систем управління даними лічильників, які були запроваджені в ряді країн. Вони можуть бути використані для надійного спрямування споживачів до поведінки, яка більше обслуговує мережу, за допомогою цінових стимулів. На додаток до добровільних заходів, обговорених вище, енергоємні процеси також можуть бути автоматично перенесені на більш вигідні періоди на основі порогових цін, визначених споживачем.
Прагнення до електрифікації та декарбонізації шляхом збільшення використання відновлюваних джерел енергії призводить до нестабільності живлення та двонаправлених потоків електроенергії, що ще більше підкреслює необхідність моніторингу не лише мереж вищої напруги, а й мереж низької напруги, як на стороні генерації, так і на стороні користувача. Тут також постачальники послуг можуть стимулювати моделі споживання, сприятливі для мережі, за допомогою цінових сигналів, але для цього потрібна чітка ситуаційна картина місцевих мереж у будь-який момент. Ці мережі повинні бути оснащені додатковою сенсорною технологією, яка в поєднанні з програмним забезпеченням моделювання може дати операторам краще уявлення про стан низьковольтної мережі.
Дія 3: Просування конверта
На додаток до управління попитом, другий набір заходів може покращити безпеку мережі шляхом використання мереж передачі на повну потужність. Цей підхід визнає, що температурні допуски сіток не є статичними. Завдяки зовнішнім факторам, включаючи погоду, і за певних умов (наприклад, низькі температури або вітер), їх реальна транспортна спроможність є вищою, ніж їх сертифіковані рейтинги. Завдяки Dynamic Line Rating ємність збільшується до максимально допустимого навантаження за переважаючих погодних умов. Цей варіант управління перевантаженнями становить значний економічний інтерес для комунальних підприємств.
Визначення реальних допусків мережі передачі в будь-який момент часу також важливо, щоб уникнути ненавмисного спрацювання засобів захисту. Із збільшенням використання транспортних потужностей або збільшенням операційних навантажень цей ризик зростає, оскільки системи захисту розроблені для класичних операційних сценаріїв, але, можливо, не для цих нових сценаріїв. Загальносистемний перерахунок попередньо визначених налаштувань на основі досліджень захисту може допомогти запобігти збоям і непотрібному зниженню навантаження. Цей захід можна навіть запровадити в короткий термін і вже сприяти стабільності мережі наступної зими.
Дія 4: Адаптивний захист
Якщо системи захисту використовують надто суворі обмеження, що виходять за межі того, що необхідно для запобігання збоям і перешкоджають оптимальному використанню доступних транспортних можливостей мережі, ці статичні концепції захисту слід замінити на адаптивні. Цей захід передбачає адаптацію груп параметрів в пристроях захисту на основі відповідних команд з центру управління, які реагують на коливання через погодні умови та баланс генерації та навантаження. Згодом можна буде розробити справді адаптивну модель з перерахунком і дистанційною адаптацією індивідуальних налаштувань захисту, що звільнить додаткову потужність мережі, необхідну для переходу на нульове енергоспоживання.
Дія 5: чіткіше зображення покращить безпеку мережі
Збільшення подачі стохастичних відновлюваних джерел енергії означає меншу системну інерцію, а отже, більшу нестабільність щодо регулювання частоти та напруги. Оператори мереж можуть помітити невідповідність між динамічними межами стабільності мережі та вищими межами теплового навантаження. Такі ситуації можуть призвести до провалів напруги, коливань мережі, відключень мережі, острівців та відключень електроенергії. За допомогою фазорних одиниць вимірювання (PMU), які вже використовуються в Німеччині, динамічну стабільність можна відстежувати та аналізувати в режимі реального часу, щоб уникнути таких сценаріїв.
Щоб уникнути великомасштабних збоїв у мережі (наприклад, у всій інтегрованій енергетичній мережі Європи), ці дані PMU слід обмінювати з наднаціональними органами, такими як Європейська мережа операторів систем передачі (ENTSO-E), щоб швидко виявляти та виправляти проблеми стабільності. І навпаки, якщо дані PMU можуть бути використані для контролю стабільності та ризиків відключення, це додатково уможливить цілеспрямоване використання пропускної здатності мережі, яка досі не використовується. Обмін такими конфіденційними даними вимагає високого рівня довіри між усіма залученими сторонами.
Дія 6: Оцінка стабільності на основі моделі
Іншим варіантом отримання більш детального розуміння стабільності мережі в будь-який момент часу є порівняння доступних даних із моделлю цифрової мережі, також відомою як Digital Twin. Цю модель можна використовувати для моніторингу та оптимізації електромережі шляхом створення більшої прозорості, в тому числі щодо ефектів відновлюваного джерела живлення, а також для відповідного планування на випадок непередбачених ситуацій. Коли дані, отримані з цифрових близнюків, обмінюються між операторами систем передачі та операторами систем розподілу, вони можуть додатково підвищити оперативну обізнаність – в ідеалі навіть до того, як вони матеріалізуються.
Розумна інфраструктура Siemens
Крім того, слід відстежувати як поточну, так і очікувану майбутню динамічну поведінку системи на основі планування на основі моделі або за допомогою моделювання, що виконується в реальному часі паралельно з роботою мережі. Наприклад, автоматизоване рішення Siemens для динамічної оцінки безпеки може допомогти оптимізувати та вдосконалити процеси для визначення стабільності та аналітики енергосистеми. Він дозволяє складати прогнози та планувати на день вперед, а також інтегрувати два програмних забезпечення як інтегрований механізм моделювання.
Більш звичайним підходом до підвищення безпеки та стабільності мережі є підготовка всього експлуатаційного персоналу до операцій реагування на небезпеку та стихійні лиха шляхом навчання та моделювання. Завдяки інтеграції даних і налаштувань, описаних вище, ці навчання можна розробити дуже реалістично, гарантуючи, що весь персонал знає, як реагувати в разі зриву операцій або інших критичних сценаріїв.
Дія 7: повний спектр запобіжних заходів
Враховуючи поточні перебої в глобальних ланцюгах постачання – частково через вплив COVID-19 на виробництво, складування та доставку – існує ризик нестачі критичних компонентів як для первинної технології, так і для вторинних елементів мережі. Відмови активів, викликані поломкою окремих частин, можуть вплинути на цілі лінії постачання, особливо в інтенсивно використовуваних мережах передачі та розподілу. Тому доцільно розробити цільові концепції поставок і стратегії заміни деталей і сировини. Системи управління активами забезпечать безперервне надання послуг у разі інцидентів або збоїв обладнання.
У віртуальному просторі кібератаки на електромережі та мережі зв’язку можна відбити за допомогою відповідних запобіжних заходів, вжитих своєчасно. Особливо коли мова йде про цифрові системи керування в електромережах, оператори повинні докласти всіх зусиль, щоб усунути прогалини в безпеці та нейтралізувати нові ризики, зокрема за допомогою пристроїв і систем захисту та автоматизації на підстанціях.
Дія 8: Випробування на міцність інфраструктури та суспільства
Важливо, однак, що не всі атаки на критичну інфраструктуру відбуваються у віртуальному просторі, як видно з недавніх фізичних атак, таких як атаки на газопровід Nord Stream у Балтійському морі або саботаж мережі зв’язку GSM-R, яку використовує Німеччина. національного залізничного оператора. Тому раннє виявлення, захист і обмеження звичайних загроз безпеці слід підвищувати за допомогою всіх життєздатних засобів, у тому числі за допомогою систем спостереження та доступу, а також аналізу доступної інформації з різних джерел за допомогою аналітики великих даних.
Деякі з описаних тут рішень і заходів вимагають витрат на цифрові технології та програмне забезпечення. У жорстко регульованому енергетичному секторі важливо, щоб оператори мали стимул інвестувати в такі капіталомісткі рішення, які можуть забезпечувати майбутні перспективи їхніх мереж. Стабільна та передбачувана політична основа від політиків і регуляторів може сприяти довгостроковому плануванню та інвестиціям у цифровізацію на службі енергетичного переходу.
Усі ці підходи показують, як оператори мереж, споживачі енергії, регулюючі органи та широка громадськість можуть працювати разом, щоб керувати ризиками та розробляти надійні механізми захисту, щоб забезпечити стійкість і працездатність своєї критичної енергетичної інфраструктури під час кризи та високої волатильності. Незалежно від того, чи потрібні вони остаточно чи ні, ці запобіжні заходи допоможуть стабілізувати мережу та захистити критичну інфраструктуру та послуги в короткостроковій, середньостроковій та довгостроковій перспективі. Зокрема, найближчі місяці стануть випробуванням на міцність не лише для нашої ключової інфраструктури, а й для суспільної єдності в цілому. Вживаючи сміливих заходів зараз, оператори мереж можуть допомогти убезпечити обидва.
