mini|467x467px|Video objašnjenja Pametne mreže Pametna mreža je električna mreža koja uključuje različite aktivnosti i načine mjerenja koji uključuju pametne mjerne uređaje, pametne aplikacije, obnovljive izvore energije, te uređaje visoke učinkovitosti. Vrlo važan dio pametne mreže su: proizvodnja električne energije, dinamička kontrola proizvodnje i distribucija električne energije.
Prednost tehnologije Pametne mreže zasniva se na temeljitoj reviziji i obnovi svih industrijskih električnih usluga, također je usmjerena i na tehničku infrastrukturu.
Razvoj Pametne mreže
Povijesni pregled razvoja
Prvi sustav mreže napajanja izmjenične struje je postavljena 1886 u Velikom Barrington-u, Massachusetts. U to vrijeme, mreža je bila jednosmjerno centralizirani sustav električnog prijenosa, distribucije i osnova za kontroliranje je bila potražnja.
U 20-tom stoljeću lokalne mreže su rasle, te su bile vrlo često povezivane s ekonomijom i pouzdanošću. Do 1960-te, električne mreže razvijenih zemalja postale su velike, složene i povezane s tisućama centrala za proizvodnju struje, one su napajale sva mjesta s visokim opterećenjima linija, manje industrijske korisnike i kućanstva. Smještaj mreža iz 60-tih godina bio je rezultat ekonomske isplativosti pojedinih energenata, poput ugljena, plina i nafte koji su pokretali elektrane od 1GW do 3 GW. Isplativost takvih postrojenja rasla je usporedno s veličinom takvih postrojenja.
Elektrane su strateški bile smještene blizu velikih rezervi fosilnih goriva ( blizu rudnika i bušotina, ili blizu željeznica, glavnih prometnica ili luka kako bi se što lakše opskrbljivale). Smještanje hidroelektrana s branama je također utjecalo na raspored i strukturu električne mreže. mini|396x396px|Nuklearna elektrana u Cattenom-u, Francuska Nuklearne elektrane bile su smještene blizu izvora za hlađenje. Naposljetku, elektrane pokretane fosilnim gorivima su bile vrlo velik izvor zagađivanja i počelo ih se smještati izvan područja okupljanja stanovništva čim je to razvoj električne mreže dopustio. Do kasnih 60-tih, električne mreže su opskrbljivale većinu stanovništva, izuzev područja koja su i dalje bila vrlo nepristupačna.
Mjerenje potrošnje električne energije bilo je neizbježno na dnevnoj bazi, jer su razine potrošnje krajnjih potrošača bile različite. Zbog ograničenog skupljanja i obrade podataka tijekom razvoja električne mreže, dogovoreni su tarifni modeli, jednotarifni i dvotarifni modeli. Dvotarifni je imao jeftiniju noćnu struju zbog manjeg opterećenja mreže. Dvostruka tarifa omogućila je korištenje struje tijekom noći po povoljnijoj cijeni u svrhu održavanja toplinskih spremnika koji tijekom dana se koriste kako bi se smanjio broj turbina koji bi se trebao biti preko noći isključen. Time se popravila stabilnost i profitabilnost elektrane i prijenosnih mreža.
Tijekom 1970-te, te do 1990-te, rastuća potražnja vodila je i prema povećanju broja elektrana. U nekim područjima, opskrba strujom, osobito u razdobljima vršnih zahtjeva, nije mogla pokriti potražnju, rezultirajući lošom kvalitetom struje, nestajanjem struje i smanjenjem mogućnosti korištenja struje. Industrije poput toplinarstva, komunikacijskih tehnologija, markentištva tražile su sve veću pouzdanost u opskrbi.
Od kraja 20-og stoljeća do danas, postavljeni su obrasci potrošnje: grijanje i hlađenje kućanstava vodili su do dnevnih vrhunaca potražnje, što je omogućilo korištenje pojedinih elektrana u samo određenim dijelovima dana. Relativno niska upotreba ovakvih vršnih elektrana (najviše su korištene elektrane pogonjene prirodnim plinom, zbog niskih troškova ulaganja i brzog uključivanja u mrežu) rezultiralo je većim troškovima elektrana, što se odrazilo i povećanjem cijena tarifa.
U 21. stoljeću, zemlje u razvoju poput Kine, Indije, Brazila smatraju se novim pokretačima razvoja pametnih mreža.Mohsen Fadaee Nejad; AminMohammad Saberian; Hashim Hizam; et al. (2013). "Application of smart power grid in developing countries". 2013 IEEE 7th International Power Engineering and Optimization Conference (PEOCO). IEEE. pp. 427–431. doi:10.1109/PEOCO.2013.6564586.ISBN 978-1-4673-5074-7.
Područje razvoja
mini|421x421px|Vjetropark kod Senja Od početka 21. stoljeća, sve izražajnije postaju prednosti Pametne mreže u električno-komunikacijskoj mreži, osobito na području mjeriteljstva i raspodjele troškova. Tehnološka ograničenja u mjeriteljstvu nisu više ne prisiljavaju da se, tijekom najvećih opterećenja pri opskrbi, trošak dijeli ravnomjerno.
Rastuća zabrinutost za zagađenje okoliša fosilnim gorivima dovela su do velikog razvoja i korištenja obnovljivih izvora. Dominantni izvori kao što su vjetar i sunčeva energija su vrlo promjenjivi, te stoga zahtijevaju komplicirani sustav upravljanja, kako bi se lakše spojio izvor s visoko kontroliranom mrežom. El. energija iz fotonaponskih ćelija (i s manjih vjetroelektrana) dovodi u pitanje potrebu za velikim centraliziranim elektranama. Brzo padajući troškovi ukazuju na promjenu s centralizirane mreže na onu koja je široko rasprostranjena.
Velika zabrinutost vezana uz terorističke napade u pojedinim zemljama ukazala je na potrebu za snažnijom mrežom koja je neovisna o centraliziranim elektranama (koje mogu biti mete tih napada).
Definicija Pametne mreže
Neke od karakteristika pametne mreže su:
(1) Povećano korištenje digitalnih informacija i kontrolnih sustava da bi se poboljšala pouzdanost, sigurnost i efikasnost električne mreže. (2) Optimizacija mrežnih operacija s kibernetičkom zaštitom. (3) Primjena i integracija instaliranih izvora i elektrana, uključujući i obnovljive izvore. (4) Razvoj i ugradnja sustava ponude/potražnje i visoko učinkovitih izvora. (5) Primjena pametne tehnologije (automatizacija, interaktivna tehnologija koja optimizira operacije distributerskih uređaja i potrošačkih uređaja) za mjerenje, povratnih informacija i statusa mreže, te automatizaciju distribucije. (6) Integracija pametnih uređaja i potrošačkih uređaja. (7) Primjena i integracija naprednih skladišta el. energije i tehnologije koja smanjuje visoka opterećenja, uključujući električna i hibrida vozila, te dizalica topline za hlađenje. (8) Povremeno obavještavanje o primjeni i opremi spojenoj na električnu mrežu. (9) Razvoj standarda za komunikaciju i interoperabilnost uređaja i opreme povezane s el. mrežom, uključujući i infrastrukturu koja služi mreži. (10) Identifikacija i smanjenje kompliciranih i nepotrebnih prepreka pri instalaciji pametnih tehnologija, usluga i navika.
Rane tehnološke inovacije
mini|390x390px|Primjer Pametne utičnice za tržište SAD-a Tehnologija Pametne mreže zahtijevala je već vrlo rano korištenje elektroničkog kontroliranja, mjerenja i praćenja. U 1980., koristilo se za mjerenje automatsko očitavanje za praćenje opterećenja velikih potrošača, taj razvoj se nastavio i s naprednom mjernom infrastrukturom u 90-tima, čiji su mjeriteljski uređaji mogli pohraniti el. struju koja se onda mogla koristiti u različitim periodima dana. Pametnim uređajima dodano je i kontinuirano komuniciranje kako bi se praćenje moglo obavljati u realnom vremenu, a mogli su se koristiti i kao poveznica između uređaja za reguliranje potražnje i pametnih utičnica u kućanstvima. Rane verzije tehnologija za upravljanje potražnjom bili su dinamički uređaji bilježenja potražnje koji su bilježili opterećenje na mreži prateći promjene frekvencije struje kojom se opskrbljuje. Uređaji kao što su industrijski i kućanski uređaji za klimatizaciju, hlađenje i grijanje prilagodili su svoje kružne cikluse da bi se izbjeglo njihovo korištenje za vrijeme vršnih opterećenja mreže. Početkom 2000.-te, Talijanski Telegestore Project bila je prva mreža velikog broja kućanstava koja je koristila pametne mjerne uređaje povezane s nisko propusnim linijama komunikacije. Značajke Pametne mreže
Pametna mreža predstavlja velik opseg trenutnih i predloženih ciljeva za opskrbu el. energijom. Zbog različitih čimbenika nema dogovorene univerzalne definicije. Unatoč tome, jedna moguća kategorizacija je dana ovdje. Pouzdanost
Pametna mreža koristi tehnologije kao što su procjena stanja mreže, koja olakšavaju otkrivanje kvara i dopušta sustavu da sam otkloni problem bez intervencije tehničara. To osigurava pouzdanu opskrbu električnom energijom i smanjuje ranjivost na prirodne katastrofe ili kibernetičke napade. Iako su višestruke rute promatrane kao značajka pametne mreže i stare mreže su su sadržavale višestruke rute. Inicijalne linije unutar mreže bile su građene u radijalnom obliku, poslije je povezanost bila zajamčena s višestrukim rutama, zvanim mrežnim strukturama. Međutim, ovo je stvorilo novi problem: ako trenutni protok ili srodni efekti u mreži prelaze određena ograničenja mrežnog elementa, može doći do nestanka struje u vodu, a struja bi se prebacila na druge elemente mreže, što može na kraju uzrokovati i gašenje tih elemenata i prouzročiti domino efekt. Ovakvo opterećenje se regulira promjenom napona mreže. Ekonomski utjecaj unaprijeđene pouzdanosti i fleksibilnosti mreže je područje brojnih studija i može se izračunati koristeći barem jedan proračunski alat.
Fleksibilnost u smještaju mreže
Prijenos i distribucija u budućnosti bit će u mogućnosti bolje podnositi bidirekcionalni energijski tok, time će omogućiti distribuciju proizvedene struje s fotonaponskih panela sa zgrada, s gorive ćelije, vjetroturbina, struje s hidroelektrana, i drugih izvora. Klasične mreže bile su konstruirane za jedan tok elektriciteta, ali lokalne podmreže mogu proizvoditi više energije nego što je koriste, obrnuti tok povećava sigurnost i pouzdanosti.
Efikasnost
Očekuju se doprinos ukupnom poboljšavanju učinkovitosti energetske strukture od uporabee tehnologije Pametne mreže, posebice upravljanje potrošnjom, npr. isključivanje klimatizacijskih uređaja tijekom vršnih opterećenja, smanjenje napona distribucijskih vodova kroz Voltage/Var Optimization (VVO) te balansiranje proizvodnje i potražnje. Učinak je uklanjanje smetnji u prijenosnim i distribucijskim linijama, i velika stabilnost proizvođača, što omogućuje nižu cijenu struju.
Prilagodba opterećenja i balansiranje opterećenja
Ukupno opterećenje na el.mrežu može biti visoko. Ukupno opterećenje je zbroj svih pojedinačnih opterećenja klijenata, ono nije stabilno i često varira. Uobičajeno, da bi se odgovorilo na brzo povećanje u potrošnji struje, sporedni generatori su postavljeni u pripravni način rada, što je brže nego paljenje velikih generatora. Pametna mreža šalje upozorenje na televizore u kućanstvima, ili neki drugi veći potrošački uređaj, da se smanji opterećenje i tako se osigura vrijeme potrebno za paljenje većih generatora. Koristeći matematičke algoritme moguće je predvidjeti koliko je potrebno sporednih generatora koristiti. U uobičajenim mrežama, stopa kvarova može biti smanjena na račun više manjih sporednih generatora.
Uobičajene strategije balansiranja opterećenja napravljene su da bi promijenile potrošačev način korištenja el.energije i time ujednačile potražnju. Razvoj u pohrani el. energije i individualni obnovljivi izvori energije su pružili priliku ostvarivanju izbalansirane mreže koja ne utječe na način ponašanja potrošača. Uobičajeno, spremanje energije tijekom nižih opterećenja olakšava opskrbu tijekom vršnih opterećenja.
Izjednačavanje i smanjenje visokih opterećenja i određivanje vremena skupljih cjenovnih tarifa