Как интеллектуальные технологии стабилизируют энергосистему

Атомная энергетика в Германии уходит в прошлое с середины апреля. В будущем электроэнергия будет вырабатываться преимущественно из возобновляемых источников – например, с помощью фотоэлектрических систем в частных домах. В то же время в ближайшие годы миллионы домохозяйств перейдут на электромобили и тепловые насосы. Местные электросети еще не рассчитаны на это. Чтобы избежать узких мест, они должны стать более гибкими – с помощью интеллектуальных технологий. Пример юга земли Баден-Вюртемберг показывает, как это может работать.

В чем проблема?

Электронный автомобиль, тепловой насос, фотоэлектрическая система, собственный накопитель энергии – так, вероятно, будет выглядеть домохозяйство будущего. К 2030 году будет насчитываться до шести миллионов таких систем в нижнем диапазоне мощности. Йоахим Зайферт, профессор по цифровым сетям энергетических систем Берлинского технического университета, ожидает этого. «Для операторов энергосистем это будет огромной проблемой».

В основном это связано с низковольтными сетями – сетями, по которым электроэнергия поступает в домашние хозяйства. «Именно там находятся узкие места: В трансформаторах, в последних распределительных коробках и в линиях, проложенных по улицам», – говорит Зайферт. Это связано с тем, что до сих пор сети были предназначены в основном для транспортировки энергии от центральных электростанций к потребителям. В будущем появятся многочисленные мощные потребители, такие как домашние зарядные пункты (wallboxes) для электронных автомобилей, а также тепловые насосы. В то же время многие домашние хозяйства станут генераторами электроэнергии, которые также захотят подавать эту энергию в сеть.

И это может довести сети до предела?

Да. Ключевое слово – одновременность. Два примера: если зимним вечером в жилом районе все электромобили одновременно подключены к сети и работают тепловые насосы. Или когда в солнечный полдень множество фотоэлектрических систем одновременно вырабатывают электроэнергию – и хотят подать ее в сеть. «Тогда сети могут достичь предела пропускной способности», – говорит Зайферт.

В первом случае сеть не сможет обеспечить достаточное количество энергии, во втором – не сможет поглотить произведенное электричество. Результатом обоих сценариев будет перегрузка. Транспортные возможности сети будут исчерпаны. В худшем случае это может привести к отключению электроэнергии.

Почему электросети должны стать «умными»?

Расширение сетей срочно необходимо – но не хватает времени, денег и квалифицированных работников. «Без расширения сетей это невозможно. Мы не хотим постоянно вмешиваться», – говорит Кармен Экснер из сетевой компании Netze BW. Однако для расширения распределительной сети необходимыми темпами не хватает ресурсов. Поскольку опасность перегрузки в настоящее время все еще очень редка, она также неэффективна. Пики нагрузки возникают только в определенное время. Нет смысла перегружать для этого всю сеть.

Именно здесь в игру вступают интеллектуальные сети: они должны уметь управлять подключенными к ним станциями – чтобы разгрузить сеть в чрезвычайной ситуации. По словам Экснера, они также призваны сократить время до расширения сети: «Мы хотим, чтобы все станции были подключены к сети как можно быстрее. Но если это возможно только через несколько лет, нам нужны интеллектуальные решения».

Как именно это работает?

Чтобы выяснить это, компания Netze BW провела 17-месячное полевое испытание во Фрайамте на юге Бадена. Для этого были отобраны 23 домохозяйства, которые были оснащены, например, фотоэлектрическими системами и тепловыми насосами. Частично были предоставлены накопители, настенные боксы и такие технологии, как интеллектуальные счетчики электроэнергии и системы управления энергопотреблением. Таким образом, было смоделировано домашнее хозяйство будущего, говорит руководитель проекта Экснер. Кроме того, в испытания были включены 24 более крупные фотоэлектрические системы.

Испытания проходили в условиях реальной работы сети. Экснер и ее команде удалось предотвратить имитацию узких мест двумя способами: В случае острой перегрузки, домохозяйствам были отправлены автоматические команды, чтобы они потребляли меньше электроэнергии или подавали меньше электроэнергии. С помощью данных измерений и погоды узкие места также можно было предсказать и затем предотвратить.

В примере электронные автомобили заряжались бы вечером, а не ночью. А если прогноз погоды предсказывал солнечный день, фотоэлектрические системы могли бы избежать пиковых нагрузок в полдень, заполняя внутренние накопители вместо подачи электроэнергии в сеть.

Что это означает для потребителей? 

В лучшем случае, последствия этого так называемого управления обслуживанием сети не заметны или почти не заметны. Опыт испытаний показывает: «Большинство потребителей не замечали, работал ли их тепловой насос немного раньше или немного позже – до тех пор, пока вода и квартиры были теплыми», – говорит Экснер. Принятие было высоким». То же самое справедливо и для электронных автомобилей. Участники смогли указать предпочтения при зарядке – например, когда им нужен автомобиль, с каким уровнем заряда.

Поэтому «умные» сети позволяют операторам предотвращать перегрузки, предоставляя им больше возможностей для маневра, не ставя наших потребителей в невыгодное положение», – говорит Экснер. В будущем потребители также смогут воспользоваться преимуществами цифровых сетей, например, благодаря динамическим ценам на электроэнергию – и заряжать свой электронный автомобиль, когда в наличии имеется особенно много возобновляемой электроэнергии и она соответственно дешевая.

Эта тема также занимает федеральное правительство: до конца этого года светофорная коалиция хочет представить новый свод правил о том, когда и как сетевым операторам разрешается вмешиваться в работу сети.

Когда это будет доступно для всех?

По данным Федерального министерства экономики и технологий, многие сетевые операторы осуществляют проекты по изучению целесообразности создания интеллектуальных сетей. Проект Netze BW, однако, является инновационным в демонстрации взаимодействия. Netze BW хочет использовать полученные результаты в качестве образца для расширения собственной сети – например, для стандартизации системных интерфейсов.

Это также крайне необходимо, поскольку до сих пор существует множество различных способов коммутации установок, говорит Зайферт из Берлинского технического университета. В лучшем случае, это должно быть унифицировано в стандарте по всей Европе. Трудно оценить, сколько времени потребуется для внедрения интеллектуальных сетей: «Энергетический сектор очень консервативен, когда речь идет о цифровизации. Безусловно, пройдет еще десять лет, прежде чем все области, от зданий до низковольтных сетей, будут полностью подключены к цифровым технологиям».