Документ предоставляет информацию о технологиях и концепции 'умной сети' (smart grid), подчеркивая ее значимость для интеграции возобновляемых источников энергии и модернизации электрической инфраструктуры. Рассматриваются вызовы, связанные с изменениями в энергетическом секторе, включая потребность в управлении нестабильными источниками генерации, хранения энергии и автоматизации систем. Также упоминаются инновационные технологии, такие как передача постоянного тока высокого напряжения и системы контроля, которые направлены на увеличение эффективности и надежности энергоснабжения.

1. © ABB
09.04.2014 | 1
Технологии Smart Grid ABB
ABB Michael Akim.

2. © ABB Group
April 9, 2014 | Slide 2
Создавая современный мир через инновации
Новаторские технологии с 1883
Отцы-основатели
1900
Промышленный
робот
Турбокомпрессор
HVDC
Сверхвысокое
напряжение
КРУЭ (с элегазовой
изоляцией)
Частотно-регулируемый
двигатель
Система расширенного
управления
Паровая турбина
1920 1930 1940
Электрическая тяга
1990 2000
19601970
Газовая
турбина
1950
Привод для двигателя без
редуктора
1980

3. Вид изделия
(продукта)
Отвертка
Stanley
Rollerblade
ролики
HP Deskject
500 принтер
А/м Crysler
Concorde
Boeing 777
Годовые объемы
производства
100 000 100 000 1 500 000 250 000 50
Время продаж, лет 40 3 3 5 30
Цена / шт ; $ 3 200 365 19 000 130 000 000
Количество
уникальных деталей
3 35 200 10 000 130 000
Время разработки 1 год 2 года 1, 5 года 3, 5 года 4, 5 года
Внутренняя Проектная
команда (Мах )
3 5 100 850 6 800
Внешняя Проектная
команда (Мах )
3 10 100 1 400 10 000
Стоимость разработки
, $
150 000 750 000 50 000 000 1000,000,000 3000,000,000
Стоимость процесса разработки новых продуктов

4. Программа
© ABB Group
9. April 2014 | Слайд 4
 В чем заключается миссия «Smart Grid»?
 Грядущие задачи для электрических систем
 Мероприятия по развитию технологий,
проводимые ABB
 Системы сохранения энергии
 Сети постоянного тока высокого напряжения (ПТВН)
 Глобальный контроль и управление
 Управление промышленной нагрузкой со стороны
 Подведение итогов

5. © ABB Group
9. April 2014 | Слайд 5
 Меняющиеся ограничивающие условия
 Ограниченный запас ископаемых ресурсов, которые по-прежнему обеспечивают
80% от мировых поставок энергии
 Климатические изменения, связанные с выбросом CO2
 Отказ от использования ядерной энергии
 Рост развития ветровой и солнечной энергии
 Законодательные и экологические меры, поощряющие использование
возобновимых источников энергии
 Все возобновимые источники энергии, имеющие большой
потенциал, являются крайне неустойчивыми
 Модернизация электрической системы для:
 Увеличения объема традиционной выработки энергии: Масштаб
 Увеличение использования импульсных источников: Диапазон
Мировые тенденции в сфере энергоресурсов
Меняющиеся парадигмы
Обобщенное определение Smart Grid:
 Smart Grid = Инфраструктура (аппаратное и программное
обеспечение), которая необходима для внедрения большого
количества возобновляемых импульсных источников энергии

6. © ABB Group
April 9, 2014 | Slide 7
© ABB Group
April 9, 2014 | Slide 7
 Сильный рост возобновляемой генерации
 В ОЭСР рост ветроэнергетики доминирует
 Мировые инвестиции в возобновляемую генерацию оцениваются в $ 200 миллиардов до 2030
120 GW
50 GW
50 GW
300 GW
Potential additional hydro power capacity 2006-2030
China
India
Middle East
& Africa
South America
Hydro
Wind
Biomass
Other
Гидроэнергетика останется основным возобновляемым источником энергии,
вторым является ветроэнергетика
Globalprojectionofadditional
renewableenergyuntil2030
Source
IEA 2008
ABB Smart Grid
Устойчивое развитие возобновляемой генерации

7. © ABB
2011-07-19 SG_IntroABB_20110502.ppt | GF-SG | 8
Причина
Обычная
генерация
Передача
Распределен
ие
Функция
системы
Применение
Удаленная
крупная
генерация
 Передача на
дальние
расстояния
 Совмещение
сетей /HVDC
Распределен
ная
генерация
 Автоматиз.
 Регулирование
напряжения
 Коммуникацио
нная
инфраструк.
 Контроль
Нестабильно
сть генерации
 Высокая
эффективность
во всех
диапазонах
нагрузок
 Гибкость
 Межрегиональн
ое равновесие
 Сомещение
сетей /HVDC
 Хранение
энергии
 Распределенно
е хранение
 Регулировани
е
энергопотребл
ения
пользователей
по запросу
 Хранение у
потребителя
(in applications)
 регулирование
энергопотребл
ения
пользователей
по запросу
Ценовое
давление,
стареющая
инфраструкту
ра
 Системы
контроля,
мониторинга и
управления
активами
 Автоматиз.
 Системы контроля,
мониторинга и
управления
активами
 регулирование
энергопотребл
ения
пользователей
по запросу
Новые
потребители
(E-mobility)
 Инфраструктур
а для
подзарядки
 Регулиров.
энергопотребл
ения
пользователей
по запросу
Основные предпосылки и последствия
создания нового типа энергосистемы

8. © ABB Group
April 9, 2014 | Slide 9
© ABB Group
April 9, 2014 | Slide 9
© ABB Group
April 9, 2014 | Slide 9
Сегодняшние технологии уже позволяют трансформацию
потребителя в производителя энергии
Source: Danish Energy Authority
Централизованная генерация середины 80’х Рапределенная генерация сегодня
Example Denmark
Предпосылки создания Smart Grid
Изучение и адаптация мирового опыта
Тенденция развития малой генерации– пример Дании

9. -10000
-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001
Residuallast[MW]
Последствия использования возобновляемых источников
Остаточная нагрузка в Швейцарии, где 30% выработки
приходится на солнечную и ветровую энергию
 Последствия обширного внедрения солнечной энергии
 Частое и массовое перепроизводство летом
 Быстрые и значительные изменения остаточной нагрузки
 Увеличение потребности в (быстро реагирующей) резервной
мощности
Параметры модели:
Общее
энергопотребление
Швейцарии = 60
млрд. киловатт-
часов, из которых:
1) 18 млрд.
киловатт-часов –
ветровая +
солнечная энергия,
80% солнечной,
20% ветровой,
естественная
природа
2) 16 млрд.
киловатт-часов –
гидроэлектричество
, вырабатываемое
реками,
естественная
природа
3) 7 млрд. киловатт-
часов – базовая
выработка,
например, ядерная
энергетика
Янв Фев Мар Апр Май Июн Июл Авг Сен Окт Ноя Дек
Остаточнаянагрузка[МВт]
Месяц

10. 0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
1 25 49 73 97 121 145
Последствия использования возобновляемых
источников
Пример – Швейцария, где 30% от вырабатываемой энергии
составляет ветровая энергия и фотоэлектричество
Всего 18 млрд.
киловатт-часов –
ветровая +
солнечная энергия,
80% солнечной,
20% ветровой
нагрузка
Мощность[МВт]
гидроэлекроэнергия (от рек), ядерная, энергия биомассы и т.д.
ветровая
Фотоэлектричество
типовые
гидроэлектростанции (дамбы) и др.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
1 25 49 73 97 121 145
Мощность[МВт]
ветровая
Фотоэлектричество
типовые гидроэлектростанции (дамбы) и др.
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
нагрузка
Июнь
Январьгидроэлекроэнергия (от рек), ядерная, энергия биомассы и т.д.

11. Системы сохранения энергии (ССЭ)
Необходимые объемы ССЭ для интеграции 95% ВИЭ
© ABB Group
9. April 2014 | Слайд 12
ВИЭ =
Возобновляемые
источники энергии
1) Данные о
расчетах по
Швейцарии. Импорт
и экспорт не
учитывался
2) Показатели
выработки
фотоэлектричества
в Швейцарии
(потребность в
сохранении
снижается при
движении на юг, и
увеличивается при
движении на север)
3) Профиль ветра в
Ирландии
(потребность в
сохранении выше у
внутренних
показателей
выработки)
 При уровне ВИЭ > 30% требования к емкости хранилищ
становятся очень большими, особенно большой вклад вносит
солнечная энергия
 Обмен электроэнергией на больших расстояниях снижает
потребность в сохранении энергии
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
140%
160%
0% 10% 20% 30% 40% 50%
Минимальнаяемкостьхранилища
[%среднейдневнойпотребности]
Общее влияние солнца + ветер [%]
с 80% солнечной, 20% ветренной
с 25% солнечной, 75% ветренной

12. Передача электроэнергии на большие расстояния
Приоритетные технологии
© ABB Group
9. April 2014 | Слайд 13
 Сети переменного тока высокого напряжения (HVAC) продолжат свой рост в географичесих
размерах
и мощности
 Увеличение размера сети и большая импульсность = задачи стабильности!
 Постоянный ток высокого напряжения (HVDC) для соединения крупных сетей переменного тока и
управления крупномасштабными энергетическими потоками
 Требования к двунаправленным энергетическим потокам, изменяются динамически
 Потребность в сетях постоянного тока (не только подключение точка-точка)
Задача Масштаб Технология
Компенсирование местных погодных
условий, потеря максимального уровня
выработки солнечной энергии
Региональный –
Континентальный
Переменный
ток высокого
напряжения
(Постоянный
ток высокого
напряжения)
Доступ к регионам ВИЭ с большими
мощностями
(побережья, море, пустыни)
Континентальный –
Межконтинентальн
ый
Переменный
ток высокого
напряжения
(Постоянный
ток высокого
напряжения)
Компенсирование сезонных графиков
генерации ВИЭ
Межконтинентальн
ый – Мировой
Постоянный
ток высокого
напряжения

13. Стабильность крупных сетей переменного тока
Глобальный контроль и управление (ГКУ)
© ABB Group
9. April 2014 | Слайд 14
PSS =
Стабилизатор
энергетической
системы
FACTS = Гибкие
системы передачи
переменного тока
G = Генератор
Местные PSS (передовые)
 PSS, основанные на циклах
локального управления
 Небольшой шанс уплавлять
глобальным
явлением: например, местные PSS
может даже усилить
межтерриториальные колебания
G
PSS
G
PSS
PSS
G
G
PSS
G
PSS
PSS
G
WAMC
Глобальный контроль и управление
 Получение в реальном времени
векторных данных
обо всей системе
 Адаптивное, надежное и устойчивое
управление
 Дополнительные гибкие системы
передачи переменного тока (FACTS) в
дальнейшем могут усовершенствовать
стабильность и увеличить мощность
сети
FACTS
измерение
управление
измерение
управление

14. Электропередача постоянного тока высокого
напряжения (ПостТВН)
Основные причины использования HVDC
© ABB Group
9. April 2014 | Слайд 15
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 200 400 600 800 1000
Длина линии электропередач [км]
Пропускнаяспособность
[MВт]
Пер.ТВН
ПостТВН
500 КВ
765 КВ
500 КВ
800 КВ
ПостТВН является идеальным средством для транспортировки
высокомощной электроэнергии на большие расстояния
 Большая пропускная способность на больших расстояниях
 Меньшие потери и капитальные затраты на длинные линии
 Возможность использования кабелей и воздушных линий (кроме
того, вместе)
 Отсутствие транспорта с реактивной мощностью
 Возможность соединить независимые сети переменного тока

15. Электропередача постоянного тока высокого напряжения
Сеть постоянного тока = Дополнение к сети переменного
тока, но не ее замещение
© ABB Group
9. April 2014 | Слайд 16
 Высокая мощность, наименьшее
расстояние для транспортировки энергии
 подавляет "круговые потоки"
 Поддерживает стабильность сети
переменного тока
 Возможности гибких систем передачи
переменного тока (FACTS)
 Истинная цель развития:
 Увеличение максимальной мощности
 Прерыватели постоянного тока и
устойчивая защита
 Автоматизированное управление
энергетическим потоком сети
 Центральное управление, т.е.
пуск/стоп, повторное распределение
нагрузки
 Долгосрочная цель развития:
 Преобразование DC/DC для создания
сетей из сетей постоянного тока (DC)
(межконтинентальные/глобальные
сети)
ветровая
гидроэлектроэнергия
Солнечное фотоэлектричество
Концентрированная солнечная энергия
электроэнергия биомассы
геотермальная электроэнергия

16. Решения для накопления энергии (РНЭ)
Технологии и требования
© ABB Group
9. April 2014 | Слайд 17
Решение для накопления
энергии (РНЭ)
Теоретическая
экономическая
мощность
Состояние / Суждение
Преобразование H2 и
углеводородов
гигават-час - тыс.
гигаватт-час
Технология находится в разработке
Гидроаккумулирующая
электростанция (ГАЭС)
> 200 мегават-час Готова, разрабатывается 3е поколение
Аккумулирование энергии путём
закачки сжатого воздуха (АЭСВ)
100 – 1000 мегават-час Не готова, имеются некоторые основные
вопросы
Электротермическое хранение
энергии (ЭТХЭ)
10 – 500 мегават-час Технология находится в разработке
Аккумулирование энергии с
помощью аккумуляторных батарей
(АЭАБ)
< 20 мегават-час Технология находится в разработке
Промышленные процессы (УПНС) Несколько мегават-час Технология находится в разработке
 "Традиционные" требования РНЭ
 Высокая эффективность, низкие капитальные затраты
 Высокая вместимость хранилища
 Дополнительные, крайне подходящие характеристики РНЭ "Smart
Grid"
 Географическая и геологическая независимость
 Быстрота ответа и изменяемость мощности
 Масштабируемость, в частности, в сторону меньших устройств
 Электронный интерфейс мощности для сети (возможности FACTS)

17. Решения для накопления энергии (РНЭ)
Аккумулирование энергии с помощью
аккумуляторных батарей (АЭАБ)
© ABB Group
9. April 2014 | Слайд 18
 Идеально для интеграции фотоэлектрической энергии
солнца в сети распределения сети малого/среднего
объема:
 Отсрочка вкладов в мощность сетей
 Активная стабилизация напряжения
 Сокращение потерь в сети
 Услуги системы бесперебойного
электроснабжения
 Системы среднего размере более экономичны, чем
малые системы
 Стоимость, срок службы, эффективность
 Системы до 100 мегават-час – оправданы, ограничены
по экономичности (плохая пропорциональность при
большой мощности)
 Технологии производства аккумуляторов: Литий-ионные,
натрий-серные, свинцово-кислотные,
(в зависимости от профиля задачи)
 Цель развития
 Управление алгоритмами (планирование
задач)
 Сокращение затра
Пример: 16 КВ, 1 мегават, 500 киловат-час автоматический
регулятор в
Швейцарии, введен в эксплуатацию в марте 2012 г.
Контейнер системы контроля и сбора данных
Контейнер аккумулятора
Преобразователь частоты

18. Решения для накопления энергии (РНЭ)
Электротермально хранение энергии (ЭТХЭ)
© ABB Group
9. April 2014 | Слайд 19
Чертеж, разработанного автоматического регулятора в Швейцарии, построенный в системе
автоматизированного проектирования
(5 МВт/15 мегават-час)
 Идеально для внедрения на крупных PV-заводах и ветровых
фермах в сетях среднего и большого объема
 Географически и геологически независимо, не использует
опасных токсических веществ
 Может выгодно изменяться – от
5 МВт/10 мегават-час до 100 МВт/500 мегават-час
 Эффективность кругового цикла: 60 – 70%
 Термическое хранение создает дополнительные
преимущества
 Внедрение в районные сети отопления/охлаждения
 Врезная подача отходящей теплоты низкого сорта
(например, от установок для сжигания отходов)
 Преобразование геотермального тепла в
электричество
 Цель развития
 Высокопроизводительные устройства теплового цикла
 Оптимизация затрат/эффективности

19. Решения для накопления энергии (РНЭ)
Управление промышленной нагрузкой со стороны
(УПНС)
© ABB Group
9. April 2014 | Слайд 20
 Множество промышленных процессов являются виртуальными фабриками
по накоплению энергии
 Обеспечивают гибкость, благодаря возможности перепланирования производства
при различных энергетических ограничениях
 Распределение нагрузки уже является общепринятой практикой
 Гибкость на стороне потребитель должна включать в себя крупных
локальных потребителей, таких как
 Сталелитейный завод, целлюлозный завод, цементный завод, ...
 Цель развития:
 Разработка программного обеспечения
 Внедрение в системы SCADA
 Шаблоны для различных производств
Устройство 1
Лимит
обеспечения
Устройство 2
Устройство 3
Сброс нагрузки (потеря
производства)
Перераспределение
Оптимизация производства

20. Подведение итогов
 В будущем электрические системы будут гораздо более
глобализированными
 Существующие сети не соответствуют требованиям
 Мнение ABB: Ключевыми технологиями будущего являются
 Гибкие и быстродействующие система накопления энергии
 Различные гидроэлектростанции с механическими насосами
 Системы аккумулирования энергии с помощью
аккумуляторных батарей (САЭАБ)
 Новые системы хранения средней мощности (например,
ЭТХЭ)
 Управление промышленной нагрузкой со стороны (УПНС)
 Преобразование электричества в H2 и углеводороды
 Высокопроизводительная сеть для транспортировки
электричества на дальние расстояния
 Многоконтактная HVDC, предпочтительно VSC
 Продвинутое управление и защита сетей переменного тока
 Глобальный контроль и управление
 Гибкие системы передачи переменного тока (FACTS)
 Развитое управление и защиты сетями распределения

21. Специфика роли Smart Grid и развития Российской
возобновляемой энергетики
© ABB Group
April 9, 2014 | Slide 22
 Уменьшение потерь передачи на
большие расстояния – географическая
протяженность сети - HVDC
 Переход от транспортировки
энергоносителей к транспортировке
энергии
 Микрогрид – востребованность для
удаленных регионов – половина
населения РФ не подключено к газо- и
нефтепроводам
 Запасы биомассы и с/х земель
 Стоимость и сложности подключения
 Индивидуальное энергоснабжение
домов; стоимость котеджной застройки
способствует применению новейших
технологий