Ususret inteligentnim energetskim mrežama Lekcije naučene iz projekta FP5 europskog istraživanja

Izvršni direktorat za istraživanja

2005 Sustavi za održivu energiju EU 21970

2

Zanimaju Vas Europska istraživanja? RDT info je naš četveromjesečni magazin koji Vam predstavlja najvažnija razvijanja (rezultate, programe, događaje i sl.). Dostupan je na engleskom, francuskom i njemačkom jeziku. Besplatni uzorni primjerak ili besplatna pretplata se može ostvariti na: European Commission Directorate-General for Research Information and Communication Unit B-1049 Brussels Fax (32-2) 29-58220 E-mail: research@cec.eu.int Internet: http://europa.eu.int/comm/research/rtdinfo/index_en.html EUROPEAN COMMISSION

3

Europe Direct je usluga koja Vam pomaže u pronalasku odgovora na Vaša pitanja o Europskoj Uniji

Besplatni telefon:

00 800 6 7 8 9 10

PRAVNA BILJEŠKA Europska Komisija, kao niti jedna druga osoba koja djeluje u ime Komisije, nije odgovorna za uporabu koje može uslijediti iz sljedećih informacija. Gledališta izražena u ovoj publikaciji su na odgovornost pojedinog autora i ne moraju nužno prikazivati mišljenja Europske Komisije. Veliki broj dodatnih informacija o Europskoj Uniji je dostupan na Internetu. Dostupan je preko Europa servera (http://europa.eu.int). Na kraju ove publikacije može se pronaći katalozirani podaci. Luxembourg: Offi ce for Offi cial Publications of the European Communities, 2005 ISBN 92-79-00554-5 © European Communities, 2005 Reprodukcija je odobrena u slučaju prihvaćanja izvora.

4

Sadržaj: Popis kratica ........................................................................................................................ 4 Predgovor: ........................................................................................................................... 6 UVOD ................................................................................................................................. 9 KVALITETA ENERGIJE, POUZDANOST I SIGURNOST .......................................... 14 ICT GRADI INTELIGENTNE ENERGETSKE MREŽE ............................................... 22 AKTIVNOSTI LABORATORIJA I PRESTANDARDIZA ........................................... 28 PILOT INSTALACIJE I TESTIRANJA NA TERENU .................................................. 33

Popis kratica EU Europska Unija DI Distribuirani izvor DIE Distribuirani izvor energije OIE Obnovljivi izvor energije ICT Informacijske i komunikacijske tehnologije (eng. Information and Communication

Technologies)

5

Priznanja Ova publikacija je pripremljena uz doprinos istraživačkog tima uključenog u EU-Cluster IRED:

• Jürgen Schmid and Philipp Strauss, ISET – Njemačka • Nikos Hatziargyriou, NTUA – Grčka

• Hans Akkermans, EnerSearch – Nizozemska • Britta Buchholz, MVV – Njemačka • Frits van Oostvoorn, Martin Scheepers,

ECN – Nizozemska

• Raúl Reyero, IKERLAN – Španjolska • John Chadjivassiliadis - Grčka

6

Predgovor:

Europska energetska istraživanja pomažu transformaciji energetskog sustava u jedinstveni sustav koji će biti održiv i kompatibilniji ekosustavu. Unutar ovoga okvira, energetska istraživanja su glavni faktor razvoja održive europske ekonomije u kontekstu Lisabonske Strategije, velikog prioriteta Europske Unije koji je namijenjen poticanju konkurentnosti, stvaranja radnih mjesta, socijalne kohezije i ekološke održivosti. Vjetrogeneratori, gorive ćelije, fotonaponske ćelije i mikroturbine - samo da se nabroji nekoliko - su novi oblici proizvodnje električne energije koji su trenutno u razvoju. Oni stvaraju tzv. Obnovljive izvore električne energije i distribuiranu proizvodnju; od njih su neki manje ili srednje veličine, dok su ostali nekontinuiranog rada ili čak stohastički. Danas, snaga vjetra i kogeneracije dostižu nivo konkurentnosti s tradicionalnim oblicima proizvodnje električne energije. Možda ćemo sutra pričati o miktroturbinama, gorivim člancima i fotonaponskim sustavima.

Ova brošura opisuje naučene lekcije od 50-ak istraživačkih projekata pod Ciljanim Akcijama „ Integracija obnovljivih izvora i distribuirane proizvodnje u Europsku Energetsku mrežu“, iz Petog Okvirnog Programa EU (FP5). Ovi projekti su predviđeni kao početne točke razvoja prve generacije komponenata i nove arhitekture za interaktivnu energetsku mrežu. Među njima je i EU skupina IRED, koji je sakupio uloženi trud više od 100 sudionika. Započela je početkom 2001. s namjenom da koordinira i raširi nova znanja stvorena među partnerima s nacionalnim programima aktivnim u ovim područjima, kao i poticajnim odnosima sa sličnim partnerstvima diljem svijeta. Mnogi projekti u ovoj FP5 Ciljanoj Akciji započeli su 2001. i vrlo uspješno su ostvarili svoje početne ciljeve. Aktivnosti u ovom području nastavljaju se u FP6 kroz vrlo obećavajuće velike Integrirane projekte i superiorne Mreže u kojima je sve više i više uslužnih djelatnosti i ostalih nositelja interesa u energetskom sektoru – najčešće konkurenti u internacionalnoj mreži -

7

pokazuju spremnost da podijele praktično znanje i trud. Postizanje maksimuma europske istraživačke moći zahtjeva razvoj zajedničkih i koherentnih pogleda među nositeljima interesa. Postavljanje Tehnološke platforme za energetske mreže budućnosti u 2005. je jedan od odgovora na ove potrebe. Strateški Istraživački Program je također u pripremama koje uključuju istraživanje i tehnički napredak kao prioritete za budućnost. Na kraju, trenutne su diskusije o energetskim istraživanjima u FP7 identificirale područje istraživanja pod nazivom „inteligentne energetske mreže“ kao način nastavljanja uloženog truda u trenutna istraživanja i tehnološki napredak na europskom nivou. Inicijalni ciljevi ovog novog područja su „povećati efikasnost, sigurnost, i pouzdanost europske energetske mreže i plinskih sustava, primjerice, transformiranje trenutne energetske mreže u interaktivnu

(kupac/operator) uslužnu mrežu i uklanjanje tehničkih prepreka za veliki stupanj implementacije i efektivnu integraciju distribucijskih i obnovljivih energetskih izvora“. Izazovi u ovom području istraživanja su vrlo ambiciozni, ali očekivani doprinosi integraciji obnovljive energije i distribucijske proizvodnje u energetskoj mreži mogu voditi ka vrlo važnim socijalno-ekonomskom beneficijima.

Pablo Fernandez Ruiz Generalni direktor za istraživanja

8

9

UVOD Energetska istraživanja u Okvirnom Programu EU U današnje vrijeme, opskrba električnom energijom u Europi je okarakterizirana strukturalnim slabostima kao i geopolitičkim, socijalnim i prirodnim nedostacima, osobito u vidu sigurnosti opskrbe i klimatskih promjena. Dok energija ostaje važna komponenta ekonomskog rasta, takvi nedostaci mogu imati veliki utjecaj na razvoj EU, stabilnost i opće dobro europskih građana. Ova tri elementa predstavljaju glavni poticaj energetskom istraživanju u kontekstu održivog razvoja, visoke ciljeve EU koje povezuju ekonomski razvoj, zaštitu okoliša i socijalnu pravdu. Energija, u samom korijenu svih ljudskih aktivnosti, usklađuje ove ponekad nasuprotne dimenzije. Razvijanje i bolje primjene tehnologija čiste energije, ulaganja u istraživanja i razvoj će pomoći dostizanju Lisabonskih i Goteborških ciljeva, okrijepiti će i modernizirati naše gospodarstvo doprinosima za tehnološke inovacije, povećavanjima konkurentnosti Europe, oslobađanjem velikih potencijala globalnog tržišta i s tim stvoriti bogatstva i nova, stručna radna mjesta. Pomažući dostizanju ovih ciljeva, koji zahtijevaju iscrpljujući rad, energetska istraživanja će izravno doprinijeti uspjehu smjernica (politici) Europske Unije, osobito u postizanju trenutnih ciljeva Europske Unije koji će morati postati i ambiciozniji gledajući na 2020.,

2030. i kasnije. Primjerice, postizanje smanjenja stakleničkih plinova za 8% od nivoa 1990. do 2008 i 2012 (Kyoto); povećanje udjela obnovljivih energetskih sustava sa 6% na 12% ukupne potrošnje energije do 2010.; povećanje udjela električne energije iz obnovljivih izvora do 21% ukupne potrošnje električne energije do 2010. (od 14% iz 2003.);povećanje udjela biogoriva do 5.75% do 2010. i smanjenje energetske intenzivnosti za više od 1%/god do 2010. FP5 istraživački projekti za integraciju distribuiranih izvora energije (DER) Projekti ovog područja FP5 pomažu definirati i potvrditi novi sistem arhitekture i unaprijeđenih komponenata za buduću europsku energetsku mrežu, velikim dijelom baziranu na distribuiranim izvorima energije, uz održavanje visokog stupnja pouzdanosti i kvalitete u postojanoj mreži. FP5 projekti koji su financijski podržani, podijeljeni su u sljedeće istraživačke prioritete:

Novi pristup implementaciji velikog udjela distribuiranih izvora energije u Europi. Energetske mreže budućnosti zahtijevaju nove koncepte i sustave za njihove arhitekture planiranja, dizajna, nadzora i kontrole. Glavni ciljevi projekta u ovome Istraživačkom prioritetu su dizajn, razvoj i potvrda novih arhitektura,

10

komponente i rješenja distribuiranih izvora energije potrebna za buduće dvosmjerne (kupac/operator) uslužne mreže.

Tehnologije skladištenja energije i sustavi za aplikacije spojene na mrežu. Cilj ovoga Istraživačkog prioriteta fokusiranog na razvoj i unaprjeđenje troškovno efikasnih energetskih sustava je skladištenje velikih snaga baziranih na širokom području tehnologija u mrežom povezanim aplikacijama za omogućivanje velike penetracije distribuiranih izvora energije.

Razvoj ključnih osposobljavajućih tehnologija nužnih interaktivnoj energetskoj mreži sa kvalitetom velike snage i sigurnosti usluge. Ovaj Istraživački prioritet uključuje

razvoj uređaja energetske elektronike i sustava kabela, supravodiča visoke temperature (komponente, uređaji i sustavi) i nove informacijske i komunikacijske tehnologije (ICT) za distribuirane energetske mreže.

Projekti financirani pod ovim FP5 područjima imaju ključnu ulogu u transformaciji konvencionalne prijenosne i distribucijske mreže u jedinstvenu i interaktivnu energetsku uslužnu mrežu koristeći zajedničke europske sustave i metode planiranja i djelovanja. Postignuti rezultati projekata financiranih iz FP5 ovog područja će utjecati na tri pokretača opisanih iznad – ekonomski rast, sigurnost opskrbe i klimatske promjene.

FP5 skupina IRED Koordinirani trud u ovome području istraživanja i tehničkog razvoja započeo je prije nekoliko godina uspostavljanjem skupine sedam ključnih FP5 projekata EU (http://www.clusterintegration.org or http://www.ired-cluster.org). Skupina

IRED, s preko sto partnera i ukupnim fondom od 34 milijuna eura, je lansiran sa ciljem koordiniranja naučenih lekcija i stvaranjem novog znanja iz ovih projekata s aktivnim nacionalnim projektima ovoga područja, kao i sa sličnim partnerstvima u SAD, Kanadi, Japanu i ostalim OECD državama.

IRED Integracija obnovljivih energetskih izvora i

distribuirane proizvodnje u europsku energetsku mrežu

11

Najvažniji elementi za uspjeh IRED-a su:

Sistematična razmjena informacija unapređivanjem veza prema relevantnim istraživanjima , regulatornim tijelima i politikama i shemama na europskom, nacionalnom, regionalnom i internacionalnom nivou.

Postavljanje strateških djelovanja poput međudržavne suradnje na razvoju i istraživanju i zajedničkih inicijativa prema standardima, pokusnim procedurama i edukaciji.

Identificiranje najvažnijih istraživačkih tema u području integracije distribuiranih izvora energije i djelovanje prema istima.

Naučene lekcije Glavna lekcije naučena iz EU FP5 projekata u ovom području mogu se grupirati na sljedeće:

Promjena naglaska sa „spajanje“ na „međudjelovanje“ distribucijskih izvora energije u cjelokupnom radu sustava – i njegovom razvoju – je kritično. Ovo predstavlja prelazak s tradicionalnih, kulture kontrole iz jednog centra, na nove, distribuiranije kontrolne primjere koji zahtijevaju da distribuirani izvori energije više ne budu pasivni dodatak mreži.

Energetske mreže budućnosti će

biti bazirane na novoj energetskoj elektronici i ICT aplikacijama u velikoj mjeri, od

kojih su neke već korištene u industriji već desetljećima. Sinergije iz ovih novih razvoja i specifičnih ICT rješenja za energetski sektor, poput distribuirane inteligentne kontrole, model internata nove generacije i slično, koja su još uvijek u početnim stanjima danas, bi trebala biti i dalje razvijana.

Potpuno integrirani distribuirani

izvori energije će imati potencijal pružanja raznih beneficija za Europu poput smanjenja kapaciteta centralne proizvodnje; unaprjeđenja kapaciteta prijenosne i distribucijske mreže; poboljšane sigurnosti sustava; smanjenja ukupnih troškova i CO2 emisija i oblikovanja europske konkurentnosti u svijetu. Međutim, potvrdni primjeri ovih beneficija su potrebni da zadovolje svoju vjerodostojnost i prihvatljivost nositeljima interesa.

Pouzdanost, sigurnost i kvaliteta

energije su glavni problemi povezani uz implementaciju distribuiranih izvora energije u većim razmjerima. Njihov utjecaj na europsku prijenosnu mrežu se ne može zanemariti i mora se sagledati sveobuhvatnim sustavnim pristupom. Glavne tehnološke – rad, zaštita, kontrola i sl. – i regulatorne promjene će biti potrebne u Europi da se ovaj novi otvoreni i jedinstveni energetski uslužni tržišni pristup prihvati u sljedećim desetljećima.

12

Na kraju, uspostavljanje IRED skupine u ranoj fazi ovoga FP5 područja je rezultiralo boljim udruživanjem disperziranih izvora i stručnost je omogućila preuzimanje više značajnih i priznatijih istraživačkih inicijativa. Pod projektima FP5 i FP6, važni projekti i djelovanja, od kojih nekoliko je prezentirano u ovoj brošuri, okoristili su se poboljšanom razmjenom informacija i koordinacijom danom od strane IRED skupine.

Proračun potpore Europske Komisije za projekte ovoga područja u FP5 i FP6 S proračunom od skoro jednog milijuna eura, projekti s područja energetike pod FP5 (1998. – 2002.) su napredovali uz mnoge u fazi ulaska u kritičnu fazu eksploatacije i prikazivanja svojih rezultata. Ukupni troškovi europskih projekata istraživanja i tehničkog razvoja u okviru FP5 za integriranje obnovljivih izvora energije (OIE) i distribuiranih izvora energije (DI) u velikoj mjeri, je reda 130 milijuna eura, uz kontribuciju Europske Komisije od 67 milijuna eura. Glavni cilj FP6, koji je djelovao od 2002. do 2006., je bio doprinijeti stvaranju stvarnog europskog područja istraživanja (ERA). Tematski prioritet 6.1 „Održivi sustavi energije“ ima ukupni proračun od oko 890 milijuna eura. Trenutno, oko 91 milijun eura pridružen javnim i privatnim ulaganjima, s proračunom EU od 50 milijuna eura, je bio dodijeljen projektima istraživanja i tehnološkog razvoja (ITR) za integraciju OIE i DI u velikoj mjeri u FP6.

13

14

KVALITETA ENERGIJE, POUZDANOST I SIGURNOST DI i kontinuiranost opskrbe energijom Zadovoljavanje i reagiranje na zahtjeve kupaca je jedan od ključnih elemenata na liberaliziranom tržištu energije. Osobito, kontinuiranost energetske opskrbe je važan faktor za konkurentnost, javno zdravstvo, sigurnost i sl. U tradicionalnim pristupima dizajnu mreže izvedba srednje i niskonaponske mreže je bio dominantan utjecaj na kvalitetu usluge viđenu od strane krajnjeg korisnika, dok kvarovi na visokonaponskoj distribucijskoj i prijenosnoj mreži nisu imali značajnog utjecaja na kontinuiranost opskrbe kupaca priključenih na srednjenaponsku (SN) ili niskonaponsku (NN) mrežu. U većini zemalja EU, više od 80% prekida u opskrbi kupaca i kupčevih izgubljenih minuta su uzrokovani na jednoj od ovih naponskih razina. Značajni utjecaj koji imaju ove mreže na broj ili duljinu trajanja prekida su primarno uzrokovani radijalnim dizajnom ovih mreža. Međutim, SN mreže su općenito izgrađene na temelju tzv. n-1 kriterija sigurnosti, što znači da prekid izazvan kvarom na jednoj SN komponenti mreže bi se trebao ponovno uspostaviti mnogo brže prebacivanjem (ručno ili automatski, ovisno o veličini izgubljenog opterećenja) izgubljenog opterećenja na pouzdan dio mreže. Ovo očito zahtjeva zalihost u SN mrežama. Slično, VN mreže su često građene s obzirom na n-2 kriterij sigurnosti.

Sigurnost je sposobnost sustava da ostane u funkciji nakon iznenadnih poremećaja koji se mogu dogoditi poput kratkih spojeva, gubitak opreme i sl. Može se uzeti u obzir bilo koji događaj koji uzrokuje takve poremećaje poput ljudske pogreške, ekstremnih vremenskih uvjeta, terorističkih aktivnosti i sl. Druga definicija koja daje općeniti opis onoga što planeri energetskog sustava i operatori mogu intuitivno razumjeti kao sigurnost jest „ umjetnost i znanost osiguravanja preživljavanja energetskog sustava “. Sigurnost je često mjerena determinističkim znakovima koje mogu uključiti težinu situacije ali ignorirati vjerojatnost. Primjeri su „postotak rezerve“ korišteni u procjenama rotirajuće rezerve i „n-1“ i „n-2“ kriteriji sigurnosti korišteni u prijenosnom radu i planiranju (znači da bi sustav trebao nastaviti raditi nakon gubitka 1 ili 2 kruga). Pouzdanost sustava je sposobnost sustava da zadovolji zahtjeve kupca koje se odnose na snagu i energiju, uzimajući u obzir prisiljene prekide i planirane prekide u svrhu održavanja opreme sustava. Međutim, termin pouzdanost je vrlo specifičan u značenju i prihvaćena definicija je niz vjerojatnih indicija čak i ako su očekivane (prosječne ili srednje) vrijednosti izvještene ili predviđene. Izvještene indicije uključuju frekvenciju prekida, duljinu trajanja prekida, godišnja nedostupnost, nezadovoljeno opterećenje i

15

nedostavljena energija. Danas, broj indicija kvantificira izvršnu izvedbu sustava poput Predviđanje gubitka opterećenja (PGO, MWh/god), Predviđena nezadovoljena potražnja (PNP, MWh/god), Učestalost gubitka opterećenja (UGO, occ/god) i energetski index pouzdanosti (EIP).

Kvaliteta energije bavi se fenomenom raznih devijacija napona ili trenutnog oblika vala i/ili promjenama u fazama. Ove devijacije mogu rezultirati kvarovima ili nezadovoljavajućim radom korisnikove opreme. Najvažniji aspekt se odnosi na kvalitetu danog napona kupcu i uključuje dinamičke varijacije poput regulacije napona, iskrivljenje harmonika i flikeri kao i smetnje poput tranzijenata, padova i povećavanja napona koja mogu dovesti do prekida opskrbe (povezano s pouzdanošću). Integracija DI u praksu djelovanja

Jedan od potencijalnih ključnih beneficija DI, priključenih na SN ili NN mrežu, je povećanje kvalitete usluge, pouzdanosti i sigurnosti pod uvjetom da su DI integrirani na inteligentan način u proces planiranja u energetski sustav (Slika 1.). Međutim, ukupni pristup radu i razvoju sustava, osobito pričuve sigurnosti opskrbljujućih usluga, se tek mora promijeniti i još nije bilo pravih pokušaja integriranja DI u rad sustava. Slično, voditelji razvoja i rada DI su primarno fokusirani na proizvodnju energije iz elektrana DI i, uz trenutne poticajne okvire, nisu motivirani pružiti usluge povezane sa sigurnošću sustava.

Slika 1 potencijal DI za

povećanje sigurnosti opskrbe

16

Integracija DI u praksi

Jasno je da velika penetracija DI ima potencijal relokacije značajnoga dijela energije proizvedene iz velikih centralnih elektrana, ali trenutni pasivni pristup neće biti sposoban pružiti potrebnu fleksibilnost i upravljivost. Stoga, ako se ništa ne poduzme, velike konvencijalne elektrane ostaju izvor upravljanja rada električnom energijom osiguravajući integritet i sigurnost sustava.

Potpunom integracijom DI u rad mreže biti će moguće realocirati ne samo skupu energiju proizvedenu centralnom proizvodnjom, nego će se također poboljšati fleksibilnost i upravljivost u kritičnim situacijama. Da bi se ovo postiglo, praksa djelovanja distribucijskih mreža će se morati promijeniti s pasivnih na aktivne, zahtijevajući promjenu sa tradicionalne filozofije centralnog upravljanja na novu paradigmu distribuirane kontrole. Iako operatori prijenosnog sustava su povijesno bili odgovorni za sigurnost, kvalitetu i pouzdanost sustava, unaprjeđenje distribuiranim izvorima će zahtijevati operatore sustava da razviju upravljanje aktivnih mreža s ciljem učestvovanja u pružanju sigurnosti sustava.

Razine penetracije DI u nekim područjima EU su takvi da počinju narušavati integritet i sigurnost sustava osobito u obliku velikih vjetroparkova. Ovo je prisutno jer je naglasak bio na spajanju DI na mrežu više nego integracija istih u rad sveobuhvatnog sustava. Tek nedavno su mrežna pravila prijenosa počela uvoditi sposobnosti niskih (ili nultih) naponskih RIDE THROUGH, naponske potpore i aktivne rezerve energije na novim vjetrofarmama, pokazujući postepenu promjenu pristupa. Unatoč tome, sposobnost prekidne proizvodnje energije za premještanje kapaciteta velikih konvencionalnih (termo) elektrana, povećane fleksibilnosti potražnje i balansiranja usluga zbog nekontinuiranosti vjetra, zahtjeva da dodatne prijenosne kapacitete i

pomoćnih usluga sustava ( mrežna pravila) još uvijek nisu adekvatno proučeni da bi se ostvarilo maksimalno korištenje DI za održavanje velike razine sigurnosti i pouzdanosti. Novi, poboljšani alati i metode (on-line, vjerojatnost i sl.) su potrebni kako bi se suočili s ovim izazovima. Slično tome, DI na manjim naponskim nivoima mogu preuzeti neke od ovih odgovornosti od većih konvencionalnih elektrana i pružiti potrebnu fleksibilnost i upravljivost. Međutim, takvi zahtjevi za podršku sustavu u kritičnim trenucima nisu zahtijevani od DI na distribucijskoj razini i trenutna praksa djelovanja samo osigurava da su isti promptno isključeni u slučaju poremećaja.

17

Rezultati DISPOWER projekata su pokazali da, uz inteligentno upravljanje, distribuirana proizvodnja može poboljšati kvalitetu energije kao i ekonomski rad (slika 2) Ovo će predstaviti radikalni prijelaz s tradicionalne filozofije centralnog upravljanja na novu paradigmu distribuirane kontrole. Takvu paradigmu kontrole predstavljaju Mikromreže (slika 3) tj. sustav na NN može biti

vođen ili spojen na mrežu, ili autonomno ako je isključen sa glavne mreže, pružajući kontinuiranost opskrbe u slučaju kvarova uzvodno. Na SN razini, koordinacija nekoliko mikromreža i rad virtualnih elektrana tj. koordinacija nekoliko DI tako da je sva funkcionalnost centralnih elektrana očuvana, dozvoljava DI da preuzmu odgovornost za dostavljanje usluga sigurnosti, zajedno sa, ponekad preuzimanje glavne uloge, centralnom proizvodnjom.

Slika 2 Online nadzor i rad komponenata u pilot iskustvima u

Stutensee, Njemačka

18

Slika 3 Koncept Mikromreže

19

Istraživanja u Europi: Kvaliteta energije, sigurnost i poboljšanje pouzdanosti uz DI U FP5, neki problemi vezani uz kvalitetu energije, pouzdanost i sigurnost su proučeni u sljedećim projektima: U projektu Mikromreže, istražen je određeni broj inovativnih tehnoloških rješenja namijenjenih radu i upravljanju mikromreža, osobito u otočnom režimu rada. Pokazalo se da rad DI, ako se efikasno upravlja i koordinira, može pružiti posebne beneficije sveukupnom radu sustava. Centralizirane i decentralizirane upravljačke tehnologije, bazirane na ostarjelim tehnologijama, mreži prezentiraju mikromreže kao kontrolirani subjekt koji je vođen kao jedinstveni združeni teret. Uz privlačnu naknadu, može podržati mrežu pružajući usluge poput manjeg izvora energije ili prateće usluge, kada je potrebno ili kada su povoljni uvjeti na tržištu. Sa stajališta kupca, mikromreže pružaju termalne kao i električne potrebe i kao dodatak pružaju potencijal za poboljšanje lokalne pouzdanosti. Mogu poboljšati kvalitetu energije podržavajući napon i smanjujući

padove napona i mogu smanjiti troškove opskrbe energijom ako se usporede sa cijenom na spot tržištu. Preliminarne studije izvedene na „tipičnoj“ mikromreži koja sadrži mikroturbinu, vjetroturbine, gorive ćelije i fotonaponske sustave su pokazale slične znakove pouzdanosti za 80% pouzdane linije koje su podržavale mikromrežu u usporedbi sa 100% pouzdanim nosiocem bez DI i sa smanjenjima troškova uspoređenim sa cijenama na spot tržištu za određene dane. U DISPOWER projektu, algoritam upravljanja kvalitetom energije je razvijen koji može riješiti povrede granica napona u NN mrežama optimizirajući upravljanje generatorima, skladišnim jedinicama i upravljanim opterećenjem. Algoritam automatski prilagođava svoje ponašanje "in the light" mrežne izvedbe promjenom frekvencije planiranih zadataka i granica osjetljivosti bez potrebe za uključenjem eksternog upravljanja. Kao što je prikazano u mnogim testovima, broj prelaženja naponskih granica u periodima od 10 minuta je smanjen za prosječno 80%.

20

Većina DI je spojeno na energetski sustav preko sučelja energetske elektronike. Energetska elektronika pruža nekoliko mogućnosti za poboljšanje kvalitete energije uzdržavajući napon odupirući se padovima napona, aktivna filtriranja, balansiranja faza i sl. Razvoj novih ideja za upravljanje kvalitete mreže sa dominantnim brojem DI, baziranim na FACTS i posebnim energetskim tehnologijama, su istražene u DGFACTS projektu. Ključna inovacija je uporaba

seta modularnih sustava za optimalno poboljšanje stabilnosti i kvalitete u svakoj električnoj energetskoj distribucijskoj mreži prema svojim karakteristikama i potrebama. Gledajući na njihovu opravdanost, FACTS uređaji mogu se lako integrirati u mrežu (slika 5). Posebni uređaji mogu također biti profitabilni u bližoj budućnosti, osobito će troškovi različitih mrežnih faktora koji uzrokuju nedostatak pouzdanosti, morati biti kompenzirani.

Slika 5 DGFACTS prototip

21

22

ICT GRADI INTELIGENTNE ENERGETSKE MREŽE FP5 projekti su pokazali da su uspostavljanje informacijske i komunikacijske tehnologije (ICT), uključujući internet i web, već sposobne ponuditi usluge mnogim funkcijama budućih energetskih mreža. Međutim, europski energetski sektor još uvijek nije pobrao sve beneficije ICT trenutno dostupnih mogućnosti. Softverski agenti i elektroničko tržište su napredne ICT tehnologije koje omogućavaju distribuiranu kontrolu energetskih mreža i mrežu stvaraju inteligentnom i samoorganizirajućom. Daljnje

istraživanje i tehnički razvoj su potrebni u pitanjima sučelja. Integracija i zaštita energetskih mreža, povezanima s ICT informacijskim sustavima, na čvrst, pouzdan i standardiziran način. Ovo se mora ostvariti, primjerice, u kontekstu integracije novih ideja poput velike virtualne elektrane. Također, pažnja se mora posvetiti usklađivanju stvaranja novih poslova i uslužnih modela u okružju europskog tržišta sa novom ICT, Internetom/webom i električnom arhitekturom.

Univerzalna sposobnost spajanja Kao prvo, ICT stvara univerzalnu sposobnost spajanja među mnoštvom mrežnih uređaja, uključujući izvore proizvodnje energije, mrežna čvorišta i lokalne terete. Pruža nove i poboljšane tehničke temelje za udaljeno upravljanje visoko distribuiranih mreža na povećano velikoj razini. Univerzalna sposobnost spajanja je ključni osposobljivač odgovarajućeg upravljanja za bilo koju buduću energetsku mrežu. Kao drugo, ICT pruža nove načine interakcije u stvarnom vremenu između opskrbljivača, distributera i kupaca u

mreži, a posebno, zahvaljujući internetu i webu. Pravodobna i visoko kvalitetna informacija o statusu mreže će postati puno više spremno dostupna za sve nositelje interesa. Ali, uz promatranje, internet omogućuje nove web usluge bazirane na dvosmjernoj komunikaciji između opskrbljivača i kupca. Automatski zahtijevani odgovor, balansiranje usluga i dinamično nadmetanje, kupovanje i prodavanje energije u stvarnom vremenu su samo neke od obećavajućih aplikacija koje dolaze u budućnosti zahvaljujući naprednim ICT rješenjima.

23

Povećavanje inteligencije mreže Treći trend u energijskim ICT jest činjenica da nove tehnologije u opremi i, čak i više, u softveru, učinkovito injektiraju inteligenciju u mrežu. Energijski sustav naslijeđen iz 19. i 20. st. je bio pouzdan ali centralno koordiniran sustav. S liberalizacijom europskih tržišta i širenjem lokalnih, distribuiranih i prekidnih obnovljivih

izvora energije, ventralna kontrola „od početka do kraja“ više ne zadovoljava potrebe modernog vremena. Sutrašnja mreža treba decentralizirane načine informiranja, koordinacije i kontrole mreže da služi kupcu. ICT je središnja točka ostvarivanja ovih inovacija.

Istraživanja u Europi: Stvaranje kritične zajedničke energetske i ICT infrastrukture Mreže za energiju kao i za ICT su infrastrukture koje su vrlo kritične za funkcioniranje društva danas. K tomu, postale su sve više nezavisne. Cilj europskog istraživanja jest omogućiti ovim dvjema infrastrukturama bolji zajednički rad. Energetska mreža treba postati inteligentnija, samoupravljiva i

samopopravljiva. I to se mora učiniti na decentralizirane načine kao što smo već vidjeli u ICT mrežama – sam internet kao važan primjer. Ova filozofija ostvarivanja distribuirane inteligencije u energetskom sustavu se istražuje u nekoliko europskih projekata.

24

Slika 6 Projekt CRISP: pokus elektroničkog tržišta za automatsko usklađivanje

ponuda-potražnja. Distribuirana inteligencija: Agenti i elektroničko tržište Inteligencija u mreži uključuje dizajniranje inovativnih komponenata opreme i softvera za energetsku mrežu na načine da se energetsko i ICT inženjerstvo presijecaju. Takve dvije uspješno unaprijeđene tehnologije su softverski agenti i elektronično tržište. Agenti su dijelovi softvera koji zastupaju nekoga ili nešto; oni pregovaraju s ostalim agentima o realokaciji resursa i prenose to na softver kontrole na zastupanim uređajima. Agenti su poznati preko web usluga i pružaju oblik lokalne inteligencije. Djelovanje elektroničkog tržišta je vidljivo na „dan unaprijed“ tržištima poput NordPool u Skandinaviji i Amsterdam Power Exchange (APX) u

Nizozemskoj. Međutim, temeljna pravila se mogu koristiti i u ostalim situacijama, osobito ako je kombinirana sa multiagentnom tehnologijom. Elektroničko tržište pruža automatizirane načine tehničke koordinacije i optimizacije u sustavu sa različitim komponentama. Oni su temelj novih oblika distribuiranog upravljanja s globalnom inteligencijom. Elektronička tržišna igra, zvana Elektra, je razvijena u FP5 s ciljem omogućivanja pružanja iskustva ljudima o samim korijenima ideje. Primjerice, europski projekt CRISP je doveo do nekoliko inovativnih aplikacija u ovom području (slika 6).

25

Susret ponude-potražnje smanjuje potrebe reguliranja energije Jedna aplikacija kombinira različite distribuirane i obnovljive izvore energije u komercijalnu skupinu. Proizvođači električne energije i trgovci moraju predvidjeti svoju proizvodnju i potrošnju koja mora biti balansirana s cjelokupnim tržištem. Operator prijenosnog sustava (OPS) kompenzira odstupanja koja se mogu dogoditi u stvarnom vremenu ugovarajući regulacijsku energiju. Cijene su na onim stranama na tržištu kod kojih

se javljaju odstupanja od njihova predviđa. Stvarni pokusi pokazuju (pogledati www.powermatcher.net), da elektronička tržišta bazirana na agentima u lokalnom ili regionalnom komercijalnom skupu su sposobni minimizirati takva odstupanja pa oni reduciraju troškove za sudionike tržišta kao i za potrebama regulacijske energije. Masivne implementacije ove ideje će stvoriti stabilniju mrežu i tržište energijom.

Unaprjeđena detekcija i postupanje s kvarovima Agenti, predstavljajući dio mreže, su također korisni i u detekciji, lokalizaciji, izoliranju i rekonfiguraciji kvarova. Nedavno je to i prikazano na testu Inteligentni uređaji automatizacije (SGAD) baziranom na agentima. Ovo sučelje se s jedne strane povezuje s energetskim sustavom, dok se s druge povezuje s ICT sustavom i formira dio buduće virtualne elektrane na širokom području tzv. LSVPP (slika 7). U FP5,

tehnički koncepti takvih uređaja su skicirani i testirani. U jedinici mreže, mogu se izmjenjivati poruke među uređajima u roku nekoliko desetaka milisekundi. Kvarovi se mogu pravilno izolirati u periodu od manje od 10 sekundi do jedne minute, čak i kad je brzina prijenosa komunikacijskih podataka malen poput 10kbit/s. Stoga, ovaj pristup može drastično smanjiti promatrane prekide distribucijskog sustava.

26

Slika 7 Smart Grid uređaj za automatizaciju (SGAD) je sučelje između energetskog sustava i ICT sustava u virtualnoj elektrani na širokom području.

Inteligentno isključivanje opterećenja U kritičnom situacijama, velika područja su ponekad isključena da bi se spriječio sveukupan pad sustava. Mjerenja tijekom zamračenja(isključenja) u Švedskoj u kolovozu 2003. su pokazali da tehnologija i postupci koje danas činimo, ponekad pogoršaju situaciju. Primjerice, automatska se promjena regulacijske sklopke (eng. tap) fokusira na održavanje razine napona u distribucijskoj mreži. Oni ignoriraju činjenicu da ovaj postupak pogoršava situaciju na cjelokupnoj mreži ako se dogodi pad napona u prijenosnoj mreži. Istraživači EU su proizveli inteligentnu regulacijsku sklopku koji uzima u obzir razinu napona i na prijenosnoj mreži. Takvo kritično preventivno rješenje je dio šire strategije distribuiranoga isključivanja opterećenja. U ovom slučaju, djelovanje nije na prekidačima vodova nego na specifičnim čvorovima

u njima – fleksibilnije i učinkovitije rješenje u postizanju cilja balansiranja globalne proizvodnje i potrošnje. Lokalni agenti procjenjuju teret koji se mora isključiti i predaju zahtijevane radnje svojim kontroliranim opterećenjima i proizvodnim jedinicama da bi ispravno reagirali na lokalne varijacije snage. Mnogo više takvih unaprijeđenih uređaja za mrežu i za upravljanje distribuiranim izvorima energije, baziranim na ICT, će biti proizvedeni u nadolazećim godinama.

27

28

AKTIVNOSTI LABORATORIJA I PRESTANDARDIZA Jedan od ključnih aktivnosti europskih laboratorija u FP5 projektima je bilo pružiti zajedničke zahtjeve i kriterije kvalitete kao i prijedloga testova i ovjerenih procedura za komponente i sustave DI. Međutim, ovo je tek početak. Novi tehnološki pristupi funkcijama distribuiranih izvora energije se moraju testirati, kvaliteta proizvoda mora biti zajamčena, a zahtjevi djelovanja harmonizirani. Dovršenje laboratorija DI u FP5 Projekti FP5 su okončali svoju laboratorijsku infrastrukturu s ciljem da se postave takvi laboratoriji DI koji su sposobni zadovoljiti ove zadatke. Pod DISPOWER projektom, postavljena su dva uspješna testna postrojenja za NN mreže u Milanu na CESI lokaciji u ISET-u (slika 8). Korišteni su u svrhu karakteriziranja, testiranja i evaluacije pouzdanosti tipičnog distribuiranog generatora, ponašanja energetske mreže i izvedivosti sinergičnog daljinskog upravljanja distribuirane proizvodnje (slika 9). Nadgledanje i prikupljanje podataka su također bili postavljeni u svrhu vođenja mreže i jedinica proizvodnje energije raširenih na relativno velikom području, u sigurnosnom načinu. Dizajnirani su da koriste razne medije komunikacije i tehnologije od kojih je svaki koristan u različitom kontekstu.

Standardizacija je dobrovoljan proces baziran na konsenzusu među različitim ekonomskim čimbenicima (industrija, SME, potrošači, radnici, okolišne nevladine udruge, javne vlasti i sl.). Provedeni su preko standardiziranih tijela, čimbenika na nacionalnim, europskim i internacionalnim razinama. Europske organizacije standardiziranja su CEn, CENELEC i ETSI, od kojih se CENELEC (Europska komisija za elektrotehničko standardiziranje) bavi sa standardima elektrotehničkog područja. Europska unija je, od sredine 90tih, povećala uporabu standarda podržavajući njihovu politiku i zakone u područjima konkurentnosti, ICT, javne nabave, uzajamnog djelovanja, okoliša, prometa, energije, zaštite kupaca i sl. Tržište energijom može koristiti standarde za osiguranje pravednosti. Javnosti bi koristili takvi standardi koji unaprjeđuju kvalitetu i sigurnost opskrbe energijom ili ostalih usluga i smanjuju troškove. Europski standardi su također razvijeni da pomognu slaganju ljudi s europskim zakonom o načinu rada poput jedinstvenog tržišta. Trenutna promjena strukture opskrbe energijom ka sve više i više decentraliziranoj proizvodnji energije zahtijeva promjenu trenutne sigurnosti, upravljanja i tehnologije komuniciranja. Glavni ciljevi današnjice su:

• Razvitak standarda s prihvatljivim vremenskim okvirima u odnosu na potrebe tržišta.

• Dostupnost struke unutar procesa standardizacije

• Pristup informacijama rezultata standardizacije korisnicima standarda

• Korištenje standarda

29

Slika 8 ISET DIE laboratorij

DeMoTec u Kasselu, Njemačka, koji je dovršen za izvođenje pokusa u

Europskim projektima Dispower,DI-činjenice i Mikromreže.

Slika 9 Mikroturbina od 100 kW

– jedan primjer za veliko područje testiranja u CESI u Milanu koji je

dovršen uz pomoć nekoliko različitih distribuiranih generatora za testiranja po uvjetima mirnog rada i prijelaznih

pojava.

Koordinirane aktivnosti predstandardizacije u europskim DI laboratorijima Jasno je da europski laboratoriji DI igraju ključnu ulogu u integraciji distribuiranih generatora, ne samo za koncepte testiranja, nego i za kvalitetu upravljanja budućih komponenata sustava DI. Standardizacija tehnologije DI bi trebala podržavati sigurnu, pouzdanu i efikasnu energiju opskrbe dovoljne i definirane kvalitete. Također bi trebala jamčiti kompatibilnost primijenjenih komponenata i tehnike upravljanja u svrhu učinkovite transformacije konvencionalnih energetskih mreža u mreže budućnosti s visokom penetracijom DI i OIE. Tradicionalno u Europi, aktivnosti standardizacije koji se odnose na DI su izvedene uglavnom u odnosu na izvor energije, primjerice vjetar, fotonaponski sustav, kogeneracija. Međutim, stvaraju se nove interdisciplinarne komisije u svrhu

grupiranja općih pristupa sustava i harmoniziraju probleme vezane za spajanje DI:

• IEC TC8: „Pristupi sustavu za

opskrbu električnom energijom“ • IEC 61850: „Komunikacijske

mreže u sustavi u trafostanicama“

• IEEE 1547TM „Standard za

međusobno spajanje distribuiranih izvora s elektroenergetskim sustavima“

FP5 IRED skupina EU obuhvaća aktivnosti standardizacije koji pokušavaju poduprijeti gore navedene komisije. Inicijalne aktivnosti IRED skupine su bile namijenjene podržavanju harmonizacije na tehničkom nivou s ciljem da spriječi razvoj nepotrebnih razlika među zemljama članicama.

30

Internacionalna kooperacija Prilika za blisku internacionalnu suradnju među europskim laboratorijima DI u ranoj fazi će pomoći ostvariti zajedničko razumijevanje zahtjeva standardizacije za učinkovitu buduću tehnologiju sustava opskrbljivanja energijom. Internacionalna razmjena s ostalim laboratorijima je započela u FO5. Prvi koraci, u obliku informacijske razmjene,su započeli između laboratorija SAD-a (EPRI-PEAC, NREL, DUA) i Japanskih laboratorija (METI, AIST, JET). Osnivanje europskog laboratorija inteligentnih mreža DI Mreža visokokvalitetnih europskih laboratorija DI su postavljeni u FP5 IRED skupini. U FP6, ova mreža se proširila u okvirima dugotrajnih europskih inteligentnih mreža (NoE) naslovljen na laboratorij DI koji udružuje grupu od 11 organizacija za razvoj zahtjeva mreže i procedura certifikacija komponenata DI. DI-lab će djelovati kao platforma za razmjenu znanja trenutnog stanja među različitim europskim institutima i ostalim grupama. Razasuta, ali vrlo kvalitetna istraživanja i testna postrojenja različitih institucija će biti udružena u svrhu stvaranja značajnih beneficija za europsku istraživačku infrastrukturu i industriju. DI-lab će doprinijeti razvoju novih ideja upravljanja i nadgledanja opskrbe energijom i distribucije i udružit će, na

europskoj razini, specifične pristupe vezane za integraciju tehnologija DI i OIE. Rezultati FP5 IRED skupine će, uz rezultate mreže DI-laboratorija, dati značajan doprinos aktivnostima europske standardizacije kao što će doprinijeti harmonizaciji različitih nacionalnih standarda. Uspješna testiranja provedena u projektima FP5 Pod projektima FP5, laboratoriji su pomogli potvrditi nove tehnološke pristupe vezane za potrebne tehnologije sustava za upravljanje distribucijske mreže u novim uvjetima. Tehnologija upravljanja pojedine jedinice kao i aplikacija prilagođenima upravljanju mreže, su uspješno testirani. Nadalje, mogućnosti poboljšanja kvalitete energije uporabom jedinice DI uparene s inverterom su razvijene i ekstenzivno testirane u laboratorijima FP5 (slika 10) koji su sudjelovali. Demonstrirana je primjenjivost razvijenih kontrolnih uređaja za upravljanje reaktivnom energijom i sprečavanje neželjenih harmonika.

31

Slika 10 Izvođenje mjerenja kvalitete napona u projektu DI-činjenice

Slika 11 Postrojenje za testiranje mikromreže na Nacionalnom Tehničkom Sveučilištu u Ateni

32

33

PILOT INSTALACIJE I TESTIRANJA NA TERENU Pristup „integraciji“: inteligentno upravljanje obnovljivom energijom i distribucijskom proizvodnjom u NN mrežama Rezultati promatranja izabranih FP5 projekata u segmentima mreža su pokazali da je glavni izazov održavanju kvalitete energije stabilnom u urbanim stambenim i komercijalnim mrežama, adekvatna struja kratkog spoja i u izbjegavanju prekoračenja naponskog opsega. Primjerice, fotonaponski sustavi (PV), povezani na segment stambene mreže sa povećanim opterećenjem u vršnim trenucima, može povisiti napon iznad dopuštenih granica u vremenu visoke izlazne snage, primjerice, za vrijeme sunčanog dana u podne, slučajno se poklapajući sa niskim opterećenjem kada nitko ne koristi električne uređaje. U takvim slučajevima, navedeni sustavi su dizajnirani da se automatski isključe što dovodi do neoptimalnog rada fotonaponskih sustava. Bez komunikacije, mali distribuirani generatori nisu sposobni pridonijeti poboljšanju kvalitete energije u mreži kao ni optimiziranje toka energije, primjerice, u svrhu spuštanja vršnih opterećenja.

Većina malih generatora u privatnom vlasništvu u Njemačkoj su ručno nadgledani od strane individualnog vlasnika. Transfer podataka distribucijskom sustavu se događa samo jednom godišnje s ciljem stvaranja računa u slučaju problema. Kao rezultat, operator distribucijskog sustava ne vidi energiju proizvedenu iz distribucijskih generatora u stvarnom vremenu. Vrlo važna Španjolska studija u FP5 projektima je pokazala da većina izazova leži u spajanju distribucijskih generatora u udaljenim područjima sa slabim mrežama. U tim mrežama, kvaliteta energije i pouzdanost se može popraviti integriranim pristupom tj. inteligentnim upravljanjem generatora. S projektom DISPOWER, lokacija eksperimentalnog tehnološkog demonstracijskog centra u San Agustin del Guadalix je bio postavljen za nadgledanje i kontrolu utjecaja distribucijske proizvodnje za poboljšanje kvalitete energije. Konkretni rezultati se trenutno procjenjuju. U Italiji, nije bilo značajnih dijelova mreže s velikom penetracijom obnovljive energije. Međutim, pod FR5 projektom, talijanski istraživački centar CESI je proširio eksperimentalno postrojenje za nadgledanje i kontrolu utjecaja distribucijske proizvodnje na talijansku mrežu gdje se uvode oko 30 milijuna high end elektroničkih mjerača kroz nekoliko sljedećih godina. Ovo će popločiti put za blisko nadgledanje i kontrolu velikog broja distribucijskih generatora u Italiji.