Совершенно очевидно, что в совокупности энергетическая отрасль должна провести некоторую оптимизацию традиционной энергосистемы. Существует много вопросов и проблем — как этических, так и ориентированных на безопасность — относительно внедрения интеллектуальных технологий и технологий, связанных с IoT. Внедрение умной сети (смарт сети или на английском Smart Grid) с онлайн-компонентами будет означать то, что энергосистема может стать потенциально опасной для кибератак. Тем не менее, риск может стоить того, чтобы увидеть электрическую сеть и связанные с ней системы уже в ближайшее время.
Подробности интеграции все еще прорабатываются, по крайней мере, в больших масштабах. Никто не знает, как IoT и онлайн или подключенные системы будут внедрены в энергосистему, и конечное решение может выглядеть совершенно иначе, чем мы все ожидаем. Одно можно сказать наверняка: умная функциональность приходит в энергетику. Это может произойти намного раньше, чем прогнозировалось.
Различные команды, включая отраслевых специалистов и исследователей, уже работают над умными трансформаторами. Как вы, скорее всего, знаете, трансформаторы регулируют напряжение и помогают энергосистемам функционировать на разных этапах передачи электроэнергии. Они выполняют преобразование электроэнергии, необходимое для работы различных электрических систем. Смарт трансформаторы будут делать то же самое, за исключением того, что они будут синхронизироваться через интернет, чтобы предлагать более «тонкие» элементы управления, поддержку автоматизации и удаленный доступ.
Они, скорее всего, изменят облик современной электросети, даже улучшив доступ и энергопотребление для предприятий и местных жителей.
Что нужно для создания умного трансформатора?
Трансформаторы бывают самых различных форм и размеров и имеют столько же применений — все, конечно же, связанные с электрической энергией. В основном они служат для регулирования напряжения сети и потенциальной развязки (рисунок ниже).
Так же, как существуют разные виды трансформаторов, при сборке трансформаторов используются различные материалы, от медной токопроводящей шины до алюминия и пластика в корпусе, а также многих других материалов. Некоторые материалы лучше подходят для применения в энергетике, но, опять же проведя небольшое исследование, вы обнаружите, что все трансформаторы делают одно и то же независимо от токопроводящего материала.
По определению, обычный трансформатор относительно «тупой». Он выполняет задачи автоматически и предназначен для естественного регулирования напряжения и передачи электрической энергии. Так же стоит отметить, что он не имеют никакого отношения к цифровому миру, как многие устройства и решения, доступные сегодня. Более того, многие используемые в настоящее время трансформаторы не предназначены для современных приложений.
Модернизация трансформаторов для их «обучения», означала бы подключение их к цифровому миру, но это также и подготовка их к современным стандартам. Например, энергосистема «как есть» никогда не была рассчитана на сотни или даже тысячи электромобилей. Когда они подключаются к электросети, они потребляют электроэнергию для зарядки дорогих аккумуляторных систем, что в конечном итоге может привести к большой нагрузке на энергосистему.
Конечно, это только один пример. Решения по возобновляемым источникам энергии, такие как домашние системы солнечной энергии, также подключаются к первичной электрической сети и влияют на ее работу.
Смарт трансформаторы — это принципиально новые устройства, которые можно размещать между энергосистемой и внешними системами, домашними или бизнес-ориентированными сетями, для обеспечения «буфера». Они являются трансформаторами, как и любые другие, но они также оснащены расширенными функциями и функциями для поддержки будущей электросети, включая возможную умную электросеть.
Поскольку вся электрическая сеть постепенно улучшается, чтобы приспособить некоторые из более инновационных решений сегодня, силовые трансформаторы не смогут избежать этой участи, так как являются необходимым элементом умной системы электроснабжения.
Каковы преимущества умных трансформаторов?
Теоретически, оптимизированная природа смарт трансформаторов даст несколько преимуществ не только для энергетической отрасли, но и для промышленных предприятий, а также простых потребителей электроэнергии:
- Повышенная энергетическая безопасность: благодаря интеграции с умной энергосистемой и улучшенному удаленному мониторингу, умные трансформаторы проще и безопаснее контролировать, а также они более надежны, поскольку могут удаленно сообщать диспетчерам о каких-то проблемах.
- Снижение загрязнения: смарт трансформаторы предназначены для более эффективного использования электроэнергии и ее направления по всей сети. Это приводит к более эффективному потреблению энергии и сокращению выбросов парниковых газов.
- Улучшенное качество воздуха: более эффективная энергосистема означает меньшее потребление ископаемого топлива для выработки электроэнергии, сжигаемого на традиционных электростанциях, что автоматически влечет за собой снижение выбросов и улучшение качества воздуха.
- Улучшенные услуги энергоснабжения: когда выходит из строя трансформатор, отключается электричество, и многие предприятия и домовладельцы остаются без электроэнергии, иногда на несколько дней. Умные трансформаторы могут лучше «перенаправлять» электричество, чтобы предотвратить это, взять на себя нагрузку вышедшего из строя трансформатора и дать возможность ремонтной бригаде оперативно устранить неисправности или безопасно завершить технологический цикл для промышленного предприятия. Они также служат дольше, улучшая надежность электрической сети.
- Удаленный доступ и управление. Когда традиционный трансформатор начинает выходить из строя, кто-то должен физически добраться до его местоположения, чтобы подтвердить его состояние и устранить неисправности. Смарт трансформаторы, с другой стороны, включают в себя решения для проверки состояния и удаленном информировании энергодиспетчера, либо из центрального офиса, либо с мобильной командной станции. Эта поддержка значительно облегчает работу и помогает энергетическим компаниям оперативно управлять энергосистемой.
- Новые возможности: поскольку умные трансформаторы разрабатываются с учетом современных применений, а это означает, что многие будут использовать новые материалы, методы проектирования и внутренние технологии, которые раньше не использовались. Это открывает много новых возможностей, некоторые из которых не будут известны до тех пор, пока смарт трансформаторы не станут реальностью.
Когда умные трансформаторы станут доступны?
Эволюция обычного трансформатора идет полным ходом. Ученые, инженеры и «активные участники» энергетической отрасли, включая энергетические компании, в настоящее время работают над новыми трансформаторами и их улучшениями. Многое из этого связано с текущим состоянием отрасли, так как улучшения крайне необходимы.
Если все пойдет хорошо, мы могли бы подумать о внедрении более совершенных энергетических решений, в том числе умных трансформаторов, в течение следующих нескольких лет.
