Побудова «інтелектуальних» мереж у США У США Федеральна комісія з регулювання в галузі електроенергетики (FERC) сформувала стратегію розвитку «інтелектуальних» мереж, головний напрям якої розроблення ключових стандартів для досягнення функціональної сумісності «інтелектуальних» систем і пристроїв, що забезпечують управління режимами енергосистеми, створюють умови для обміну інформацією та забезпечують високий рівень надійності. Визначено програмні цілі та завдання досліджень у США до 2030 р. метою яких є розвиток інтегрованої національної технологічної електрокомунікаційно-інформаційної інфраструктури, здатної динамічно оптимізувати системні (мережеві) операції та забезпечити впровадження управління попитом за активної участі споживача. Сформульовано цільові показники реалізації концепції Smart Grid:
• повною мірою забезпечити керування критичними перетіканнями в енергосистемі, зниження пікового навантаження та підвищення надійності електропостачання;
• підвищення на 40 % рівня системної ефективності використання енергетичних ресурсів та інших активів;
• доведення до 20 % використання розподілених та поновлюваних енергетичних ресурсів.«Інтелектуальні» мережі США забезпечують: • спроможність самостійного відновлення після пошкоджень в енергосистемі;
• об’єднання всіх видів генерування та акумулювання енергії;
• активну участь споживачів у регулюванні енергоспоживання в мережі;
• доведення якості енергії до вимог чинних стандартів;
• можливість реалізації нових продуктів, послуг і ринків;
• оптимальне використання виробничих засобів і підвищення експлуатаційної ефективності.
Потреба в «інтелектуальних» мережах пов’язана в країні з політикою інтенсифікації використання відновлюваних джерел енергії та розвитком розосереджених за територією джерел генерації, оснащених програмно-апаратними пристроями з метою забезпечення погодженого процесу вироблення, передавання та споживання електроенергії на муніципальному рівні. Відповідно до рішення Міністерства енергетики розвиткові «інтелектуальних» електромереж сприятимуть нові технології, інтегровані засоби зв’язку, що постійно оновлюються для одержання інформації та керування в реальному часі, та сучасні вимірювальні системи і прилади, що підтримують дистанційний моніторинг і тарифікацію в процесі електроспоживання, керування потоками активної та реактивної потужності для підтримання належного рівня напруги та частоти в енерго-системі (системи FACTS), керування режимами енергосистем, у тому числі використання резервних і маневрених потужностей та інших напрямів. Така спрямованість підтверджується створенням програми прямого регулювання навантаженням, над якою працює науково-дослідний інститут електроенергетики (EPRI) разом з енергетичною компанією Jersey Central Power & Light. У рамках проекту енергетична компанія підтримуватиме зв’язок із системами кондиціювання повітря в житлових і промислових приміщеннях у регіоні Нью-Джерсі та в будь-який момент часу має можливість керувати навантаженням і рівнем напруги, особливо в разі виникнення надзвичайних ситуацій. Інші технології «інтелектуальних» мереж містять сучасні компоненти, в яких застосовуються новітні досягнення у сфері надпровідності, систем зберігання енергії, електроніки, передові методи керування, моніторингу та діагностики, а також удосконалені інтерфейси та програмне забезпечення для надання допомоги при прийнятті рішень в умовах автономної чи паралельної роботи електромережі. Міністерство енергетики США та міжвідомча робоча група забезпечують впровадження експериментальних проектів, які є частиною більш широких планів розвитку «інтелектуальних» електромереж у загальнонаціональному масштабі, спрямованих на модернізацію діючої енергомережі, яка забезпечує електроенергією 142 млн будинків, більшості підприємств і державних установ. Модернізована мережа буде автоматизованою і значною мірою розподіленою з інтеграцією електроенергії, яка виробляється з ВДЕ. Відповідно до законодавчого акта «Про енергетичну незалежність і безпеку» створено всі умови щодо розвитку «інтелектуальних» електричних мереж. Проте інтенсивність і спрямованість зазначеної роботи відрізнялася в окремих штатах. Деякі штати, зокрема Техас, Каліфорнія, Огайо, Нью-Джерсі, Іллінойс, Нью-Йорк, розширюють упровадження інструментів і технологій інтелектуального керування режимами енергомережі. Зазначені технології реалізуються в рамках дев’яти проектів, фінансованих Міністерством енергетики США спільно із адміністрацією та компаніями відповідних штатів. Фінансове забезпечення проектів. Створення системи Smart Grid – один із національних пріоритетів Сполучених Штатів. За експертними оцінками, використання технологій Smart Grid до 2020 р. дозволить США заощадити майже 1,8 трлн дол. за рахунок зниження споживання енергії, а також підвищення надійності електропостачання. Грант Президента США на розвиток «інтелектуальних» мереж у розмірі 3,4 млрд дол. є частиною програми реінвестування та відновлення галузі, яка передбачає приватні та державні інвестиції загальним обсягом понад 8 млрд дол. За оцінкою адміністрації Президента США, зазначені інвестиції допоможуть створити десятки тисяч нових робочих місць. В електромережах 49 штатів, де планується активізація розвитку «інтелектуальних» мереж, буде підвищено рівень надійності електропостачання. Проекти, на які виділяються державні інвестиції, розподіляються на такі групи:
• «інтелектуальні» системи обліку;
• інформаційні системи споживачів;
• системи розподілу електричної енергії;
• системи передавання електроенергії;
• виробництво обладнання;
• інтегровані системи.
Більшу частину інвестицій (62 %), передбачених грантом, буде спрямовано на реалізацію комплексних проектів «інтелекуталізації» електроенергетики. Чотири найбільших комплексних проекти розвитку систем Smart Grid із сумарними інвестиціями 2,3 млрд дол. (частка держави в яких становить 0,8 млрд дол.) буде розгорнуто в шести штатах. Проектами передбачено створення інтегрованих систем, що містять «інтелектуальний» облік і можливість аналізу електроспоживання, автоматизацію розподільних мереж, інтеграцію високошвидкісних систем зв’язку для забезпечення двоспрямованого обміну інформацією тощо. На другому місці за сумарним обсягом інвестицій (25 %) – проекти розвитку «інтелектуального» обліку. При цьому всі комплексні проекти також містять облік як одну з підсистем. У числі пріоритетних напрямів розвитку систем Smart Grid – автоматизація розподільних мереж, у тому числі автоматизація секціонування мереж і відновлення електропостачання споживачів після аварій, системи моніторингу стану силового обладнання та раннього попередження несправностей, а також системи аналізу та оптимізації роботи мережі. Системи підвищення надійності передавання електроенергії – на четвертому місці за сумарним обсягом інвестицій і забезпечують здебільшого широкий розвиток систем моніторингу перехідних процесів. Завершують «рейтинг» системи автоматизації в секторі електроспоживання та інвестиції в промислове виробництво обладнання для «інтелектуальних» мереж. В останньому сегменті є також два проекти, причому один з них передбачає будівництво заводу з виробництва «інтелектуальної» побутової техніки. Починаючи з 2008 р. міністерством енергетики США здійснюються заходи щодо інвестування в обсязі до 50 млн дол. у дев’ять великих, відібраних на конкурсній основі де-монстраційних проектів «інтелектуальної» мережі на базі інтеграції поновлюваних джерел енергії та розподілених енергосистем. Проектами передбачено інтегрувати відновлювані джерела енергії, розподілені засоби генерації, засоби зберігання електроенергії, технології рекуперації тепла й механізми реагування на попит у єдину систему вироблення, передавання і розподілення електроенергії, що дозволить компаніям оперативно реагувати в разі необхідності покриття пікових навантажень. Кожний із зазначених проектів міністерства енергетики орієнтовано на зниження пікового навантаження в живильних лініях електропередачі принаймні на 15 %. Зокрема, у штаті Сан-Дієго проект «Beach Cities Microgrid» покликаний підвищити ефективність інтеграції розподілених енергетичних ресурсів з високотехнологічними засобами керування та зв’язку, метою якого є зниження пікових навантажень і підвищення надійності енергосистеми. У штаті Західна Вірджинія проект «Super Circuit» компанії Allegheny Energy дасть можливість підвищити надійність і безпеку розподілу енергії завдяки інтеграції сучасних технологій моніторингу, захисту і керування. В штаті Колорадо (м. Форт-Коллінз) міська електрична компанія підтримує кілька ініціатив із впровадження екологічно чистих джерел енергії. Одним із прикладів упровадження системи Smart Grid є проект, реалізований компанією «Х’юстон Енерджі», що забезпечує електроенергією столицю Техаса (м. Х’юстон). Проект впроваджується протягом п’яти років компаніями Oracle і IBM за участі компанії Cisco. Бюджет проекту перевищує 100 млн дол. У результаті реалізації проекту впроваджено центральну систему білінгу, систему обслуговування клієнтів у складі 410 тис. «розумних» лічильників, що дозволить забезпечити сучасними приладами обліку понад 1 млн фізичних осіб і 43 тис. компаній. Особлива увага в країні приділяється розвитку «інтелектуальних» систем обліку Smart Metering. Загальна вартість проектів автоматизованих систем обліку, які впроваджуються в країні, перевищує 68 млрд дол. Ці системи розподіляються:
• на автоматичне зчитування показань лічильників із передаванням інформації каналами зв’язку – 59 %;
• зчитування показань електронних лічильників за допомогою ручного термінала інспектором, що відвідує кожний об’єкт – 25%;
• дистанційне зчитування показань лічильників за допомогою ручного термінала або термінала, установленого на автомашині – 16 %.
Відповідно до останнього звіту (2011 р.) компанії Pike Research енергокомпаніями США заплановано до 2016 р. завершити встановлення 58,8 млн «розумних» лічильників. При цьому кількість таких самих вже встановлених лічильників у 2010 р. стрімко зростала й досягла близько 21 млн комплектів. Зокрема, в штаті Калі-форнія в зоні обслуговування компанії Pacific Gas and Electric Company впродовж 2006 – 2011 рр. для 9 млн комунальних споживачів була реалізована програма масової заміни традиційних приладів обліку шляхом установлення сучасних електронних систем обліку споживання електроенергії та газу на погодинній основі. В штаті Техас компанія Landis+Gyr разом з Jncor, яка є власником і оператором найбільшої системи передавання і розподілу електроенергії в штаті, реалізує контракт із впровадження інтелектуально-вимірювального комплексу вартістю 300 млн дол. Результати розрахунку ефективності від впровадження основних положень концепції Smart Grid у США наведено в табл. 1. У результаті реалізації новітніх технологій і запровадження законодавчого регулювання, у тому числі жорстких адміністративних санкцій і кримінальних покарань за крадіжки електроенергії, рівень втрат електроенергії в електромережах країни за останні роки значно знижено і сьогодні він не перевищує 6,4%. Для сприяння модернізації електричних мереж Міністерством енергетики США запроваджено приватнодержавні партнерства з такими провідними компаніями:
• GridWise Alliance – спільне підприємство міністерства енергетики та консорціуму державних і приватних організацій (GridWise), що працюють у сфері електроенергетики. Альянс визначає завдання щодо розроблення та впровадження технологій XXI сторіччя;
• IntelliGrid – ініціатива Науководослідного інституту електроенергетики США (EPRI) зі створення технічної бази для «інтелектуальної» мережі, що поєднує електричні мережі із системами зв’язку та комп’ютерногокерування для підвищення надійності, розширення можливостей і поліпшення якості обслуговування;
• Galvin Electricity Initiative – ініціатива, яка була розпочата у 2005 р. і спрямована на створення екологічно чистої, паливозберігаючої енергосистеми, здатної протистояти стихійним та іншим форс-мажорним обставинам.
Промислові системи акумулювання і зберігання енергії. Компанія AES Energy Storage (США), оператор сучасної системи акумулювання енергії, призначеної для видачі потужності в загальну електромережу, розпочала в м. Джонсон-Сіті (штат Нью-Йорк) комерційну експлуатацію нової системи зберігання електроенергії на основі літій-іонних батарей потужністю 8 МВт. Систему створено для миттєвого реагування на запити оператора з резервування потужності в електромережі для згладжування нерівномірності генерації та споживання електроенергії в енергосистемі Нью-Йорка. Після повної реалізації проекту потужність системи зберігання досягне 20 МВт. Як генератор електроенергії система буде здатна менш ніж за одну секунду постачати в мережу або приймати з неї до 20 МВт відповідно до команди системного оператора, що дасть змогу більш ефективно використовувати зростаючі потужності розподіленої генерації та ВДЕ. Після завершення першої фази проекту загальна потужність великих систем акумулювання електроенергії, що перебувають у експлуатації під керуванням компанії AES Energy Storage, зросла до 24 МВт. На останній стадії розроблення перебувають системи акумулювання енергії потужністю 100 МВт і понад 500 МВт. У проекті використовується запатентований AES Energy Storage алгоритм регулювання частоти, який оптимізує застосування технологій акумулювання електроенергії. Міністерство енергетики США прийняло антикризову програму – American Recovery and Reinvestment Act (ARRA), одним із напрямів якої є фінансування розроблення і впровадження накопичувачів енергії за-гальною потужністю понад 537 МВт. Кошторис програми – 772 млн дол., у тому числі 185 млн дол. із федерального бюджету (табл. 2). Впровадження нових технологій накопичення електричної енергії дає можливість компенсувати значні дисбаланси режиму енергосистеми та знижує потребу у використанні менш економічних резервних потужностей теплових електростанцій в умовах роботи розподіленої генерації з потужними джерелами непостійної вітрової та сонячної генерації. Потужні системи акумулювання енергії з перетворювачами постійного струму на змінний є одним з найефективніших напрямів вирішення зазначеної проб леми. Найбільша в світі система акумулювання енергії компанії ABB (з використанням акумуляторних батарей BESS) розташована у м. Фербенкс на Алясці. Ця установка спроможна забезпечити видачу в електромережу регулюючої потужності до 26 МВт для підключення резервного джерела генерації. HVDC – технологія передавання електричної енергії постійним струмом. Один із таких проектів було завершено у 2011 році в штаті Каліфорнія. Від електростанції в м. Пітсбурзі під дном затоки до м. СанФранциско було прокладено силовий кабель постійного струму за технологією HVDC Plus, завдяки чому забезпечено передавання понад 400 МВт потужності. В результаті цього підвищено надійність і безпека електропостачання міста і його передмість, ліквідовано мережеві обмеження для споживачів. Така система дала можливість передавати потужності до декількох гігават на відстані понад 1000 км при значно менших втратах електроенергії. Технологія HVDC Plus може стати оптимальним рішенням для з’єднання віддалених морських нафтових чи газових платформ і вітрових електроустановок із наземними енергосистемами, а також для передавання електроенергії до густонаселених районів.
