Микросети. Изолированная единая энергосистема и распределенное производство электроэнергии для общественных, коммерческих и интегрированных сетей

Аннотация

Микросети имеют долгую историю. Фактически, первая электростанция Томаса Эдисона, построенная в 1882 г. – Станция Манхэттен-Перл-стрит – была по сути микросетью, так как была – централизованная. На то время сеть еще не была установлена. К 1886 году фирма Эдисона установила пятьдесят восемь микросетей постоянного тока. Однако вскоре после этого эволюция электрической промышленности превратилась в регулируемый государством монопольный рынок, устраняя тем самым стимул для развития микросетей.

Ключевые слова: микросеть, вспомогательное энергопотребление, мощность, энергосбережение

1. Введение

Сегодня, однако, тенденции развития микросетей привлекательны для многих, чтобы создать многообещающие рынки, особенно в США. Становится все более очевидным, что фундаментальная архитектура современной электросети, которая основана на идее нисходящей системы, основанная на однонаправленных потоках энергии, устарела. Выборы Барака Обамы на пост президента США в 2008 году и принятие правительством пакетов активного финансирования в 2009 году в ответ на экономический спад, привели к новому финансированию из федерального фонда на развитие Smart Grid. Следовательно, США в состоянии стать лидером мирового рынка микросетей.

Фундаментальная концепция микросети может быть сформулирована следующим образом: интегрированная энергетическая система, состоящая из распределенных энергетических ресурсов и нескольких электрических нагрузок, работающие как единая автономная сеть, либо параллельно, либо обособленно от существующей коммунальной электросети. В наиболее распространенной конфигурации распределенная энергия и ресурсы связаны друг с другом на своем фидере, который затем связывается с сетью в одной точке общего соприкосновения. Микросети можно рассматривать как строительные блоки умной сети или как альтернативный путь к очень раскрученной умной сети Супергрид.

2. Особенности микросетей

Возможно, самая неотразимая особенность микросети – способность отделяться и изолироваться существовать самостоятельно – известная как интегрированная – из системы распределения коммунальных услуг во время отключений, или отключения электроэнергии. В соответствии с современными сетевыми протоколами, все распределенное производство электроэнергии, будь то возобновляемые или работающие на ископаемом топливе источники, должны отключаться во время перебоев в подаче электроэнергии. Этот факт раздражает сторонников Microgrid, которые утверждают, что это как раз тот случай, когда эти локальные источники могли бы приносить наибольшую ценность, как владельцам предприятий, так и обществу. Такие источники могут предоставлять энергетические услуги, когда более крупная сетевая система вышла из строя.

Перспектива местного контроля над своими энергетическими услугами угрожает политически влиятельным людям управляющим коммунальными услугами, которые находятся в частной или государственной собственности. На сегодняшний день эти аспекты помогли остановить массовый рост микросетей по всей территории Соединенных Штатов. Тем не менее, новые инверторные технологии могут уменьшать теснения против микросетей из-за опасений о распаде системы – традиционная проблема безопасности.

Ниже приведены пять основных сегментов применения микросетей, представленные в этом отчете:

• Микросети общественных / коммунальных предприятий: слово общественных подразумевает географический регион который включает в себя бытовых клиентов. Большинство наблюдателей предсказывают, что этот класс микросетей не достигнет широкого коммерческого признания, пока не будут введены стандарты и сняты преграды регулирования.
• Коммерческие / Промышленные: первая современная промышленная микросеть в США была установка мощностью 64 МВт, построенная в 1955 году на Уитлинг в Индиане. В общей сложности 455 мегаватт (МВт) этих винтажных микросетей в настоящее время доступны в Соединенных Штатах. В отличие от концептуальных современных моделей, эти первоначальные проекты централизованных систем управления и генераторов на ископаемом топливе все еще используются для нефтехимической промышленности. Япония является современным лидером в коммерческом / промышленном секторе, хотя большинство ее микросетей состоят из правительственных и других коммерческих сетей.
• Интегрированные / Кампусные сети: из-за преимущества общей собственности, этот класс микросетей предполагает лучшую возможность развития в ближайшем будущем. В настоящее время 322 МВт микросети студенческого городка работают в Соединенных Штатах, со скорым расширением микросети имеющимся уже в разработке. В США 40% будущих микросетей будут развиваться в этом сегменте рынка, добавив 940 МВт мощности и оцениваются в 2,76 млрд долларов к 2015 году.
• Удаленные внесетевые системы: этот сегмент представляет наибольшее количество микросетей работающих в глобальном масштабе в настоящее время, но имеет наименьшую среднюю работоспособность. Потому, что исторически сложилось так, что небольшой ветер, по прогнозам погоды, будет играть большую роль для солнечной фотоэлектрической энергии (PV), нежели для дизельных систем с распределенной энергией (DEG).
• Военные микросети: самый маленький сегмент рынка, эти микросети разработаны недавно. Они используют возобновляемую распределенную энергетику (RDEG) как способ обеспечить электропитание, не будучи зависимым от любого поставляемого топлива. GE и Sandia продвигается в этой области, и прототипы моделей ожидаются в 2010 году.

Насколько большим будет рынок микросетей в ближайшие пять лет? Между сегодня и 2015 годом ожидается выход в строй более 3,1 ГВт новых мощностей микросетей по всему миру, представляющих общую рыночную стоимость 7,8 миллиардов долларов. Северная Америка получит 5,8 млрд долларов, или 74% этого рынка. В настоящее время лидером по объему производства являются Соединенные Штаты. к 2010 году планируется использовать не менее 626 МВт, а к 2015 году эта мощность увеличится до 2 352 МВт.

Северная Америка будет занимать лидирующие позиции на мировом рынке во всех пяти сегментах, представленных в этом разделе.

Отчет к 2015 году с общей выручкой, превышающей 3,5 миллиарда долларов.

Среди преимуществ микросетей, определенных Национальной лабораторией им. Лоуренса Беркли (LBNL) являются следующие:

• Автономность: микросети позволяют генерации, хранению и нагрузкам бесперебойно работать в автономном режиме, решение проблем с перепадами напряжения и колебания частоты достигается с использованием новейших технологий.
• Стабильность: методы контроля основаны на снижении частоты и уровнях напряжения на терминал каждого устройства, позволяющий стабильно работать всей сети, независимо от того, находится ли главная сеть дальше или ближе.
• Совместимость: микросети полностью совместимы с существующей централизованной сетью, выступая в качестве функциональной единицы, которая помогает в создании существующей системы, помогая максимизировать иным образом застрявшие коммунальные активы.
• После выполнения вышеперечисленных рекомендаций снова были рассчитаны мощность, эффективность и т. д.. Для экономической целесообразности были рассчитаны такие экономические показатели. Стоимость сэкономленной энергии гораздо меньше по сравнению с существующей стоимостью энергии рупий. 4 за кВтч.
• Гибкость: темпы роста не могут следовать точным прогнозам, поскольку время выполнения заказа краткое. Микросети также технологически нейтральны, они в состоянии использовать разнообразную смесь возобновляемых и ископаемых видов топлива.
• Масштабируемость: микросети облегчают использование множества малых генераций, систем хранения и загрузки.устройства в параллельном и модульном режиме для увеличения производства электроэнергиии / или уровня потребления.
• Эффективность: цели управления энергопотреблением, включая экономические и экологические, могут быть оптимизированы систематически.
• Экономика: методы контроля падения частоты позволяют принимать экономические решения – быть запрограммированным в стандартные рабочие протоколы.
• Модель Peer-to-Peer: микросети представляют новую парадигму – настоящую энергию Peer-to-Peer – модель доставки, которая не определяет размер, масштаб, число пиров или темпы роста.