Содержание

Технологии Grid | Алтимета

Grid — это активно развивающаяся прогрессивная технология, созданная для разделения большого числа глобально распределенных ресурсов и поддержки высокопроизводительных вычислений. Основная задача Grid — реализация гибкого, защищенного, скоординированного пространства для совместного использования ресурсов между динамически меняющимися сообществами пользователей, организаций и ресурсов. Технологии Grid позволяют построить интегрированную распределенную среду на основе архитектуры SOA, к которой отдельные системы могут моментально подключаться по аналогии с подключением бытовых приборов к электросети.

Зарождение технологий Grid проходило еще в середине 90-х, область исследований тогда получила название «метакомпьютинг». Метакомпьютером назвали объединение различных вычислительных машин (гетерогенных, распределенных географически, соединенных сетью, возможно Интернет) в виде одной виртуальной машины. Идеи метакомпьютинга были реализованы в многочисленных проектах, существующих и по сей день. Из самых известных стоит упомянуть поиск внеземных цивилизаций в проекте [email protected], взлом шифрованной фразы RSA Challenges в рамках Distributed.net и один из самых известных локальных менеджеров виртуального пула ресурсов — пакет Condor.

В 1999 году двое американских учёных Ян Фостер (Ian Foster) и Карл Кессельман (Karl Kesselman) своей книгой «The Grid: Blueprint for a New Computing Infrastructure» привлекли внимание к данной тематике сначала научных кругов, заинтересованных в получении доступа к вычислительным системам огромной мощности (производительность виртуальной машины, построенной на технологиях Grid в Японии, составила около 40TFlop), а затем и массовый интерес в коммерческих кругах. Они по праву считаются «отцами-основателями» Grid. Идеи книги приобрели четкие очертания после выхода в свет двух статей, «The Anatomy of the Grid» и «The Physiology of the Grid», в которых описывается архитектура и требования к инфраструктуре Grid-сети.

Также в них было сформулировано «официальное» определение: Grid — это гибкое, защищённое, координированное совместное использование ресурсов группами пользователей, организаций и других ресурсов. В 2001г. Фокс и Гэннон определили Grid как «скоординированное разделение ресурсов и решение проблем в динамической, многокомпонентной виртуальной организации», где виртуальная организация — это группа предприятий, объединяющих свои вычислительные ресурсы в единую Grid и совместно их использующая.

В начале 2000-ых несколько крупных компаний, таких как IBM, Sun, Microsoft, были вовлечены в эту революцию вычисления. Было создано множество коммерческих и некоммерческих продуктов для построения Grid-инфраструктур.

Сейчас идет процесс переосмысления того, что такое Grid, и мнения делятся в соответствии с потребностями целевой аудитории. Можно выделить три основных типа систем для каждого из пониманий: первый — Grid-среды данных (имеются в виду данные, рассредоточенные между разными организациями и распределенные географически), второй — научные Grid-среды (с них все начиналось, и по замыслу они должны собирать гетерогенные вычислительные ресурсы в единую виртуальную вычислительную машину), третий — корпоративные Grid-среды.

В последнем случае идея Grid сводится к удовлетворению потребностей предприятия — гибкое, эффективное и надежное использование существующей ИТ-инфраструктуры для эффективного решения бизнес-задач.

Grid-среда предполагает наличие стандартизованного набора сервисов программного обеспечения промежуточного слоя (middleware services) для совместного координированного использования общих распределенных ресурсов. Такие Grid-среды базируются на концепции SOA, и в этом случае сервисы работают поверх компьютерной сети, но на уровень ниже приложений. На данный момент уже созданы некоторые стандарты в этой области, например, Web Services Resource Framework (WSRF) и Web Services Event Notifications (WSEN).

Наша компания предлагает высококвалифицированные услуги по внедрению Grid-технологий и созданию Grid-сред «под ключ» как на основе открытых решений, так и коммерческих Grid-платформ. Мы имеем существенный опыт внедрения и эксплуатации Grid-решений.

ПМ-ПУ :: Grid-технологии

Лектор: к.

ф.-м.н., доцент Корхов Владимир Владиславович

Раздел 1. Введение в параллельные и распределенные вычисления.
1.1. Понятие параллельных и распределенных вычислений. Многопроцессорные системы, их классификации (Флинн, Хокни). Понятие векторизации и конвейерности.
1.2. Архитектуры параллельных и распределенных вычислительных систем.
1.3. Основные понятия параллелизма. Ускорение, эффективность. Закон Амдаля.
Раздел 2. Базовые понятия Grid-технологий
2.1. Концепции метакомпьютинговых систем. Виртуальные организации. Основные определения.
2.2. Концепция глобальной инфраструктуры, интегрирующей мировые компьютерные ресурсы для реализации крупномасштабных информационно-вычислительных проектов (Grid-технология).
Раздел 3. Управление ресурсами и планировка задач в среде Grid
3.1. Технологии управления ресурсами распределенных систем.
3.2. Управление ресурсами в высокопроизводительных и высокопоточных системах. Системы очередей, приоритизация. Алгоритмы планировки задач.
3.3. Метапланировщики. Планировка задач в распределенной вычислительной среде, унифицированный доступ к ресурам (GRAM). Способы описания характеристик и требований задач к ресурсам (языки RSL, JSDL). Брокер ресурсов.
Раздел 4. Безопасность в Grid
4.1. Понятия аутентификации, авторизации и учета (аккаунтинга). Инфраструктура открытых ключей. Сертификаты и прокси-сертификаты в Grid.
4.2. Механизмы организации безопасного доступа к ресурсам.
Раздел 5. Управление данными в Grid
5.1. Многоуровневая система служб для управления данными.
5.2. Тиражирование данных как процесс управления копиями. Стратегия кэширования, дублирование данных в нескольких местах Grid-инфраструктуры.
5.3. Управление тиражированием (Replica Management). Оптимизация запросов и управление шаблоном доступа.
5.4. Организация передачи данных (GridFTP), поиска и доступа к данным. Системы управления хранением данных (Castor, HPSS, локальные файловые системы).
Раздел 6. Информационные сервисы и управление информацией в Grid
6.1. Службы мониторинга и поиска ресурсов. Иерархическая структура информационных сервисов в Grid.
6.2. Каталоги ресурсов, метаданных.
Раздел 7. Базовые технологии параллельного и распределенного программирования: MPI и OpenMP
7.1. Технологии создания приложений для распределенной вычислительной среды на основе вычислительных ресурсов с общей и распределенной памятью. Обзор технологий OpenMP и MPI, примеры программ.

Литература

  1. I. Foster and C. Kesselman (eds), «The Grid 2: Blueprint for a New Computing Infrastructure», Morgan Kaufmann Publishers, 2004.
  2. Ian Foster and Carl Kesselman (eds), «The Grid, Blueprint for a New computing Infrastructure», Morgan Kaufmann Publishers, Inc., 1998.
  3. Олифер В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-е издание — Питер, 2006
  4. Робачевский А.М. Операционная система UNIX. – СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, 1999
  5. Гергель В.П. Теория и практика параллельных вычислений. – М.: ИНТУИР.РУ «Интернет-Университет Информационных Технологий», 2007
  6. Эндрюс Г.Р. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. Пер.с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2003
  7. Ортега Дж. Введение в параллельные и векторные методы решения линейных систем. Пер. с англ. – М.: Мир, 1991.
  8. Воеводин В.В., Воеводин Вл.В. Параллельные вычисления. БХВ-Петербург, 2004

Грид-Технологии (2012)

Лекция Содержание
1 Лекция 1. Введение.
  1. Введение. Описание курса
  2. История возникновения вычислительных сетей.
  3. История и виды распределенных вычислений.
  4. Грид. Определение, области применения.
  5. Облачные вычисления. Сравнение с Грид
2 Лекция 2.
Сервис-ориентированная архитектура (1)
  1. Предпосылки СОА
  2. Определения и основные понятия СОА
  3. Связанность программных систем
3 Лекция 3. Сервис-ориентированная архитектура (2)
  1. Подход СОА
  2. Основные принципы построения СОА
4 Лекция 4. Веб-сервисы (1)
  1. Базовые определения Веб-сервисов
  2. Стандарт WSDL
  3. Стандарт SOAP
5 Лекция 5. Веб-сервисы (2)
  1. Стандарт WS-Security
  2. Стандарт WS-Addressing
  3. Стандарт WSRF
6 Лекция 6. Основы Грид
  1. Определение Грид. Виртуальные организации
  2. Архитектура Грид
  3. Стандарты OGSA, OGSI, WSRF
7 Лекция 7. Архитектура Globus Toolkit
  1. Предпосылки возникновения GT
  2. Компоненты и архитектура GT4
  3. GT4 Common Runtime

Грид-вычисления — Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 20:16, 18 мая 2017.

Многозадачный сервер для вычислений.

Грид-вычисления (англ. grid — решётка, сеть) — это форма распределённых вычислений, в которой «виртуальный суперкомпьютер»[1][Источник 1]

Гетерогенные вычислительные системы — электронные системы, использующие различные типы вычислительных блоков, работающих вместе для выполнения огромного количества заданий (операций, работ). Эта технология применяется для решения научных, математических задач, требующих значительных вычислительных ресурсов. Грид-вычисления используются также в коммерческой инфраструктуре для решения таких трудоёмких задач, как экономическое прогнозирование, сейсмоанализ, разработка и изучение свойств новых лекарств.

Грид с точки зрения сетевой организации представляет собой согласованную, открытую и стандартизованную среду, которая обеспечивает гибкое, безопасное, скоординированное разделение вычислительных ресурсов и ресурсов хранения информации, которые являются частью этой среды, в рамках одной виртуальной организации

[2].

Грид-вычисления можно организовать на базе множества устаревших моделей персональных компьютеров [3] объединённых в иерархическую локальную вычислительную сеть Ethernet [4] с присутствием серверов. Эта сеть может иметь соединение с интернетом.

Сравнение грид-систем и обычных суперкомпьютеров

Распределённые, или грид-вычисления, в целом являются разновидностью параллельных вычислений, которое основывается на обычных компьютерах (со стандартными процессорами, устройствами хранения данных, блоками питания и т. д.), подключенных к сети (локальной [5] или глобальной [6]) при помощи обычных протоколов, например Ethernet. В то время как обычный суперкомпьютер [7] содержит множество процессоров, подключенных к локальной высокоскоростной шине.[Источник 2] Основным преимуществом распределённых вычислений является то, что отдельная ячейка вычислительной системы может быть приобретена как обычный неспециализированный компьютер. Таким образом можно получить практически те же вычислительные мощности, что и на обычных суперкомпьютерах, но с гораздо меньшей стоимостью.

Технология облачных вычислений

Феномен облачных вычислений объединяет несколько различных концепций информационных технологий и представляет собой новую парадигму предоставления информационных ресурсов (аппаратных и программных комплексов). Со стороны владельца вычислительных ресурсов облачные вычисления ориентированы на предоставление информационных ресурсов внешним пользователям. Со стороны пользователя, облачные вычисления — это получение информационных ресурсов в виде услуги у внешнего поставщика, оплата за которую производится в зависимости от объема потребленных ресурсов согласно установленному тарифу. Ключевыми характеристиками облачных вычислений являются масштабируемость и виртуализация.

  • Масштабируемость представляет собой возможность динамической настройки информационных ресурсов к изменяющейся нагрузке, например к увеличению или уменьшению количества пользователей, изменению необходимой емкости хранилищ данных или вычислительной мощности. Виртуализация, которая также рассматривается как важнейшая технология всех облачных систем, в основном используется для обеспечения абстракции и инкапсуляции.
  • Абстракция позволяет унифицировать «сырые» вычислительные, коммуникационные ресурсы и хранилища информации в виде пула ресурсов и выстроить унифицированный слой ресурсов, который содержит те же ресурсы, но в абстрагированном виде. Они представляются пользователям и верхним слоям облачных систем как виртуализованные серверы, кластеры серверов, файловые системы и СУБД. [Источник 3]
  • Инкапсуляция приложений повышает безопасность, управляемость и изолированность. Еще одной важной особенностью облачных платформ является интеграция аппаратных ресурсов и системного ПО с приложениями, которые предоставляются конечному пользователю в виде сервисов.

Ссылки/литература

Примечания

  1. ↑ Суперкомпью́тер (с англ. — «Supercomputer», СверхЭВМ, СуперЭВМ, сверхвычисли́тель) — специализированная вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам и скорости вычислений большинство существующих в мире компьютеров представлен в виде кластеров, соединённых с помощью сети, слабосвязанных гетерогенных компьютеров.
  2. ↑ В грид-технологиях, виртуальная организация представляет собой группу людей или организаций, разделяющих между собой вычислительные, дисковые, информационные и сетевые ресурсы грида в общих целях.
  3. ↑ Персональный компьютер, ПК (англ. personal computer, PC), ПЭВМ (персональная электронно-вычислительная машина) — настольная микро-ЭВМ, имеющая эксплуатационные характеристики бытового прибора и универсальные функциональные возможности.
  4. ↑ Ethernet (ˈiːθəˌnɛt от англ. ether ˈiːθə — «эфир» и англ. network — «сеть, цепь») — семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей.
  5. ↑ Лока́льная вычисли́тельная сеть (ЛВС, локальная сеть; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.
  6. ↑ Глобальная сеть — любая сеть связи, которая охватывает всю Землю. Термин, используемый в данной статье, относится в более узком смысле к двунаправленным сетям связи, а также базе технологий сетей.
  7. ↑ Суперкомпью́тер (с англ. — «Supercomputer», СверхЭВМ, СуперЭВМ, сверхвычисли́тель) — специализированная вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам и скорости вычислений большинство существующих в мире компьютеров.

Источники

  1. ↑ Ian Foster, Carl Kesselman, Steven Tuecke The Anatomy of the Grid: Enabling Scalable Virtual Organizations // International Journal of High Performance Computing Applications — 2001. — Август (дата обращения: 09.03.2017).
  2. ↑ Conference GlobusWORLD 2005 Grid Security: Grid Perspective// (дата обращения: 09.03.2017).
  3. ↑ Security for Grid Services // Twelfth International Symposium on High Performance Distributed Computing (HPDC-12). — IEEE Press, 2003 (дата обращения: 09.03.2017).

Грид-Технологии (2009)

Лекция Содержание
1 Лекция 1. Введение.
  1. Введение. Описание курса
  2. История возникновения вычислительных сетей.
  3. История и виды распределенных вычислений.
  4. Грид. Определение, области применения.
  5. Облачные вычисления. Сравнение с Грид
2 Лекция 2. P2P вычисления.
  1. Сравнение P2P и клиент-серверной технологий.
  2. Базовые элементы P2P сетей.
  3. Алгоритмы работы P2P сетей.
  4. Применение технологий P2P.
  5. Достоинства и недостатки P2P.
  6. Сравнение P2P и Грид.
3 Лекция 3. Web-службы.
  1. Введение. Технология RPC и Web службы.
  2. Основные определения и стандарты первого поколения Web-служб.
  3. Стандарт WSDL.
  4. Стандарт SOAP.
4 Лекция 4. Стандарты WS-* второго поколения.
  1. Введение. Второе поколение стандартов Web-служб.
  2. Безопасность Web-служб и WS-Security.
  3. Адресация Web-служб и WS-Addressing.
  4. Состояния Web-служб и WSRF.
5 Лекция 5. Основы Грид.
  1. Определение Грид. Виртуальные организации
  2. Архитектура Грид.
  3. OGSA, OGSI и WSRF.
6 Лекция 6. Архитектура GT4.
  1. Предпосылки возникновения Globus Toolkit.
  2. Роль GT в создании грид-приложений.
  3. Globus Toolkit 4 и WSRF.
  4. Компоненты Globus Toolkit.
  5. GT4 Common Runtime.
7 Лекция 7. Архитектура GT4 (Продолжение).
  1. Обеспечение безопасности в GT4.
  2. Компоненты управления данными.
  3. Управление выполнением задач.
  4. Информационные службы.
8 Лекция 8. Планировщики и брокеры ресурсов Грид. Система Condor.
  1. Планировщики и брокеры ресурсов.
  2. Система Condor.
  3. Архитектура Condor. Роли и процессы.

Презентация на тему: GRID-технологии

и

мета-компьютинг

Введение.

Термин GRID (переводится как решетка или вычислительная сеть) только недавно начал входить в лексикон специалистов по информационным технологиям. Однако аналитики уже сейчас прогнозируют, что идея GRID может радикально изменить мир информационных технологий, точно так же, как когда-то это сделал интернет. Если интернет-ресурсы можно охарактеризовать как глобальный доступ к текстовой и графической информации, то GRID — это возможность вычислений на глобальных компьютерных ресурсах.

Введение в GRID-технологии.

Итак, GRID – это географически распределенная инфраструктура, объединяющая множество ресурсов разных типов (процессоры, долговременная и оперативная память, хранилища и базы данных, сети). При этом место их расположения роли не играет. GRID предполагает коллективный разделяемый режим доступа к ресурсам и связанным с ними услугам в рамках глобально распределенных виртуальных организаций, состоящих из предприятий и отдельных специалистов, совместно использующих общие ресурсы.

Основной идеей GRID-технологии является решение проблем создания виртуальных организаций, централизованное и скоординированное распределение ресурсов. Под распределением ресурсов понимается не только обмен файлами, но и прямой доступ к вычислительным мощностям, программному обеспечению, данным, периферийному оборудованию.

История развития

Концепция GRID появилась еще в конце 60-х годов. Ее рождение и развитие многие годы было связано с научными исследованиями.

Идея: использование для вычислений свободных ресурсов компьютеров. Эта проблема было особенно актуальна 25-35 лет назад, когда для построения серьезных математических моделей были нужны мощности суперкомпьютерных центров, которых тогда в мире было совсем не много. До сколь-нибудь широкого

применения в сфере бизнеса в те времена технология GRID не дошла. Так как:

организовать динамическое перераспределение ресурсов для огромного числа разнородных задач — это очень непросто;

актуальность самой проблемы отошла на второй план, так как именно в 70-е годы начался небывало быстрый рост мощностей автономных

компьютеров.

Использование свободного времени процессоров стало популярным в конце

1990-х. Сам же термин «GRID» (GRID — решётка) возник в середине 90-х годов, он был впервые упомянут сборнике под редакцией Яна Фостера и Карла Кессельмана. В 1997 г. и в 1999 г. появились первые GRID-проекты.

Технологию GRID можно назвать третьим поколением Интернета. Его второе поколение мы наблюдаем сегодня. GRID позволяет выйти за рамки простого обмена данными между компьютерами и в конце концов превратить их глобальную сеть в своего рода гигантский виртуальный компьютер, доступный в режиме удаленного доступа из любой точки независимо от места расположения пользователя.

Классы решаемых задач.

Изначально GRID-технологии предназначались для решения сложных научных, производственных и инженерных задач, которые невозможно решить в разумные сроки на отдельных вычислительных установках. Однако теперь область применения GRID включает в себя промышленность и бизнес, крупные предприятия создают GRID для решения собственных производственных задач. Таким образом, GRID претендует на роль универсальной инфраструктуры для обработки данных, в которой функционирует множество служб (GRID Services). Эти службы позволяют решать не только конкретные прикладные задачи, но и предлагают сервисные услуги: поиск необходимых ресурсов, сбор информации о состоянии ресурсов, хранение и обмен данными.

GRID можно применять для решения следующих классов задач:

массовая обработка потоков данных большого объема;

многопараметрический анализ данных;

моделирование на удаленных суперкомпьютерах;

реалистичная визуализация больших наборов данных;

сложные бизнес-приложения с большими объемами вычислений.

GRID с точки зрения разработчика.

•Software — программное обеспечение для решения самых различных задач на

конкретном компьютере.

•Hardware — собственно компьютеры.

•Middleware — новый тип программного обеспечения, необходимый для управления

работой географически распределенными GRID-

системами.

Сегодня, говоря о GRID, обычно имеют в виду промежуточное ПО (middleware), программный инструментарий и прикладные программы, способные работать в географически распределенной и неоднородной вычислительной среде.

С точки зрения разработчика поддержка GRID реализуется в программных средствах нескольких уровней: на уровне системного ПО, middleware и конечных приложений.

Мета-компьютинг.

Понятие мета-компьютера можно определить как метафору виртуального компьютера, динамически организующегося из географически распределенных ресурсов, соединенных высокоскоростными сетями передачи данных. Отдельные установки являются составными частями мета-компьютера и в то же время служат точками подключения пользователей.

Сам термин возник в начале 90-х годов, когда начала развиваться высокоскоростная сетевая инфраструктура, и изначально относился к объединению нескольких разнородных вычислительных ресурсов в локальной сети предприятия, организованного для решения одной задачи. Основная цель построения мета-компьютера в то время заключалась в оптимальном распределении частей работы по вычислительным системам различной архитектуры и различной мощности.

В дальнейшем исследования в области технологий мета- компьютинга были развиты в сторону однородного доступа к вычислительным ресурсам большого числа (вплоть до нескольких тысяч) компьютеров в локальной или глобальной сети. Компонентами мета-компьютера могут быть как простейшие ПК, так

мета-компьютер может не иметь постоянной конфигурации — отдельные компоненты могут включаться в его конфигурацию или отключаться от нее; при этом технологии мета-компьютинга обеспечивают непрерывное функционирование системы в целом.

Наилучшим образом для решения на мета- компьютерах подходят задачи переборного и поискового типа, где вычислительные узлы практически не взаимодействуют друг с другом и основную часть работы производят в автономном режиме.

Сложность применения GRID- технологий.

В связи с тем, что при использовании GRID-технологий открывается широкий доступ к информации, возникает вопрос о безопасности. Фундаментом технологии является требование обеспечения надежности услуг.

Технологические требования, предъявляемые к GRID, определены следующим образом:

1.Чёткий контроль над использованием ресурсов.

2.Многоуровневый контроль прав доступа, локальные и глобальные политики доступа.

3.Поддержка распределения различных ресурсов — программ, данных, устройств, вычислительных мощностей.

4.Поддержка различных моделей пользования — многопользовательской, однопользовательской, различных режимов.

5.Контроль над качеством предоставляемых услуг, планирование, резервное предоставление услуг.

Грид-технологии в российской медицине

Проект по созданию информационно-аналитической инфраструктуры комплексных медисследований на базе грид-технологий был представлен на прошедшем очередном 27-ом заседании Рабочей группы РАМН по вопросам создания и внедрения медицинских информационных технологий. Это совместная работа НИИ нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко РАМН и Института прикладной математики им. М.В. Келдышева РАН|. Грид – это географически распределенная инфраструктура, объединяющая множество ресурсов типов (процессоры, долговременная и оперативная память, хранилища и базы данных, сети), доступ к которым пользователь может получить из любой точки, независимо от места их расположения. Как рассказал представлявший проект сотрудник Института прикладной математики им. М.В. Келдышева РАН Алексей Ермаков, грид предполагает коллективный разделяемый режим доступа к ресурсам и к связанным с ними услугами в рамках глобально распределенных виртуальных организаций, состоящих из предприятий и отдельных специалистов, совместно использующих общие ресурсы. «В каждой виртуальной организации имеется своя собственная политика поведения ее участников, которые должны соблюдать установленные правила», — подчеркнул он. По словам специалиста, в отличие от Web, который является средством для совместного использования информации посредством интернета, грид – это средство для совместного использования вычислительных мощностей и хранилищ данных посредством интернета. «Таким образом, грид позволяет выйти за рамки простого обмена данными между компьютерами и, в конце концов, превратить глобальную сеть компьютеров в единый практически неограниченный вычислительный ресурс», — сообщалось в докладе. Кроме того, Ермаков отметил, что существует три направления развития грид-технологий – американское, европейское и китайское. «Объединение не просто компьютерных ресурсов, а объединение ресурсов знаний – вот направление, которое развивает Европа, и по которому следует Россия. Вообще грид-технологии более применимы в медицине, чем интернет. Ведь вся инфраструктура не зависит от какого-то одного партнера, что очень важно во время масштабных исследований или проведения операции. В случае неполадок предусмотрено дублирование баз данных, что обеспечивает безопасность и надежность», — объяснил он. Докладчик также сообщил, что область применения грид сейчас охватывает ядерную физику, защиту окружающей среды, предсказание погоды и моделирование климатических изменений, численное моделирование в машино- и авиастроении, биологическое моделирование, фармацевтику. «Использование технологий грид в здравоохранении получило название «HEALTHGRID». Данный проект развивается в Европе с 2002 года и главной целью перед собой ставит совместное использование ресурсов без потери информации», — подчеркнул Ермаков. Он рассказал, что в 2007 году был создан документ «Дорожная карта европейского HEALTHGRID». «Этот документ является 10-летним планом Европы по работе с грид-технологиям и выделяет такие направления, которые необходимы именно на сегодняшнем этапе работы: вычислительный грид – объединение вычислительных центров (на этом этапе достигнуты достаточно хорошие результаты), грид данных – объединение ресурсов данных (здесь также ведутся работы), но самое интересное и сложное направление – грд знаний, то есть обработка мединформации с целью извлечения знаний и последующего их использования», — отметил специалист. На заседании также было отмечено, что в России уделяется большое внимание перспективам внедрения грид-технологий. В частности, НИИ нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко РАМН собирается использовать уникальные возможности грид в целях снижения смертности населения от травматизма.

АМИ-ТАСС

Препараты
Берлин-Хеми/Менарини

Эффективный анальгетик, который относится к группе нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП), обладающих обезболивающим, противовоспалительным и жаропонижающим действиями.
Острую боль нужно побеждать!

Надежный защитник в борьбе с кашлем
Когда кашляешь — прими Бромгексин Берлин-Хеми!

Новый гепатопротектор с холестеринснижающим действием.
Хорошо для печени. Хорошо для сосудов.

Smart Grid: Интеллектуальная сеть

Интеллектуальная сеть

Возможно, вы слышали о Smart Grid в новостях или от вашего поставщика энергии. Но нет все знают, что такое сетка, не говоря уже об умной сети. «Сеть» относится к электрическому сеть, сеть линий электропередачи, подстанции, трансформаторы и многое другое, которые доставляют электроэнергию от электростанции к вашему дому или бизнесу. Это то, к чему вы подключаетесь, когда включаете выключатель света или включаете компьютер.Наши нынешняя электрическая сеть была построена в 1890-х годах и совершенствоваться по мере развития технологий каждое десятилетие. Сегодня его насчитывается более 9 200 энергоблоки с подключенной генерирующей мощностью более 1 млн мегаватт до более чем 300000 миль трансмиссии линий. Хотя электросеть считается чудом инженерной мысли, мы растягиваем ее лоскутная природа в полную силу. Чтобы двигаться вперед, нам нужна новая электрическая сеть, одна который построен снизу вверх для обработки массовый прорыв цифрового и компьютеризированного оборудования и зависящих от него технологий — и один который может автоматизировать и управлять возрастающей сложностью и потребностями электроэнергии в 21-м Века.

Что делает сеть «умной»?

Короче говоря, цифровая технология, обеспечивающая двустороннюю связь между коммунальным предприятием и своих клиентов, а измерения на линиях электропередачи — вот что делает сеть умной. подобно Интернет, Smart Grid будет состоять из средства управления, компьютеры, автоматизация и новые технологии и оборудование работают вместе, но в в этом случае эти технологии будут работать с электросетью, чтобы в цифровом виде реагировать на наши быстро меняющийся спрос на электроэнергию.

Что делает умная сеть?

Smart Grid представляет собой беспрецедентную возможность переместить энергетическую отрасль в новый эра надежности, доступности и эффективности, которая будет способствовать нашей экономической и состояние окружающей среды. В переходный период он будет иметь решающее значение для проведения тестирования, улучшения технологий, обучения потребителей, разработки стандартов и правил, а также обмен информацией между проектами, чтобы гарантировать, что преимущества, которые мы видим в Smart Grid, станут реальность. Преимущества, связанные с Smart Grid, включают:

  • Более эффективная передача электроэнергии
  • Более быстрое восстановление электроснабжения после сбоев в электроснабжении
  • Снижение затрат на эксплуатацию и управление для коммунальных служб и, в конечном итоге, снижение затрат на электроэнергию для потребителей
  • Снижение пикового спроса, что также поможет снизить тарифы на электроэнергию
  • Повышенная интеграция крупномасштабных систем возобновляемой энергии
  • Лучшая интеграция систем выработки электроэнергии потребителем-владельцем, включая возобновляемые источники энергетические системы
  • Повышенная безопасность

Сегодня сбой в электроснабжении, например отключение электроэнергии, может иметь эффект домино — серию сбои, которые могут повлиять на банковское дело, связь, трафик и безопасность.Это особый угроза зимой, когда домовладельцев можно оставить без тепла. Более разумная сеть повысит устойчивость нашей электроэнергетической системы и сделает ее лучше подготовлены к реагированию на чрезвычайные ситуации, такие как сильные штормы, землетрясения, крупные солнечные вспышки, и террористические атаки. Из-за его двустороннего интерактивной емкости, Smart Grid позволит автоматически изменять маршрут при выходе из строя оборудования или происходят перебои. Это сведет к минимуму простои и минимизирует последствия, когда они все же произойдут.Когда происходит отключение электроэнергии, технологии Smart Grid обнаружит и изолирует сбои, сдерживая их до того, как они перерастут в крупномасштабные отключения электроэнергии. Новые технологии также помогут обеспечить быстрое возобновление восстановления электроэнергии и стратегически после чрезвычайной ситуации — маршрутизация электричество, например, в первую очередь аварийным службам. Кроме того, Smart Grid займет большее преимущество генераторов, находящихся в собственности клиентов, для производства электроэнергии, когда она недоступна от ЖКХ. Объединив эти «распределенные» поколение «ресурсов, сообщество могло бы сохранить свой поликлиника, полицейский участок, дорожное движение освещение, телефонная система и продуктовый магазин, работающий во время чрезвычайных ситуаций. Кроме того, Smart Сетка — это способ решить проблему старения инфраструктура, которую необходимо обновить или заменить. Это способ решить проблему энергоэффективности, повысить осведомленность потребителей о связи между использованием электроэнергии и Окружающая среда. И это способ увеличить национальная безопасность для нашей энергетической системы — использование большего количества отечественных электричество, более устойчивое к стихийным бедствиям и атакам.

Обеспечение контроля над потребителями

Smart Grid — это не только коммунальные услуги и технологии; это о том, чтобы дать вам информация и инструменты, необходимые для выбора в использовании энергии. Если ты уже успеваешь такие действия, как личные банковские операции из вашего дома компьютер, представьте, что вы управляете своим электричеством аналогичным образом. Более умная сетка позволит беспрецедентный уровень участия потребителей. Например, вам больше не придется ждать ваш ежемесячный отчет, чтобы знать, сколько электричество, которое вы используете.С более умной сеткой вы можете получить четкое и своевременное представление о ней. «Умный счетчиков «и других механизмов, что позволит вам увидеть, сколько электроэнергии вы потребляете, когда используете это, и его стоимость. В сочетании с режимом реального времени ценообразования, это позволит вам сэкономить деньги за счет использования меньшего количества энергии, когда электричество наиболее дорогая. Хотя потенциальные преимущества Smart Grid обычно обсуждаются с точки зрения цели в области экономики, национальной безопасности и возобновляемых источников энергии, Smart Grid может помочь вам сэкономить деньги, помогая вам управлять своими использовать электроэнергию и выбрать лучшее время для покупки электроэнергии.И вы можете сэкономить еще больше генерируя свою собственную силу.

Создание и тестирование интеллектуальной сети

Интеллектуальная сеть будет состоять из миллионов частей и частей — элементов управления, компьютеров, источников питания. линии, новые технологии и оборудование. Потребуется время, чтобы все технологии быть усовершенствованы, установлено оборудование и системы протестирован, прежде чем он будет полностью запущен. И это не произойдет сразу — Smart Grid будут постепенно развиваться в течение следующего десятилетия или около того.Когда умная сеть станет зрелой, она, скорее всего, принести такую ​​же трансформацию, как Интернет уже помог нам жить, работать, играть и учиться.

Grid Technology — обзор

Технология электросетей HTS находится в активной разработке по всему миру, и, как описано выше, несколько приложений близки к коммерциализации с государственными субсидиями, и поддержка больше не требуется. Конечно, с момента первого открытия HTS в 1986 году, чтобы добраться до этой точки, потребовалось более четверти века. И все еще существуют серьезные проблемы, которые необходимо преодолеть, чтобы по-настоящему произвести революцию в электроэнергетике с помощью технологии HTS power:

1.

Стоимость: Это наиболее очевидная проблема. Показателем рентабельности HTS-проводов является показатель соотношения затрат и производительности $ / кАм, то есть в долларах (или евро, или иенах…) на килоамперметр, где кА обычно интерпретируется как критический ток при 77 K и собственное поле. В качестве альтернативы, особенно для вращающихся машин или магнитов, используется критический ток в реальных рабочих условиях поля (несколько тесла) и температуры (30–40 К), которые могут быть совершенно разными.В любом случае основная концепция килоампер в этой метрике заключается в том, что при более высоком критическом токе, соответственно, требуется меньше провода. Это стимулирует текущие исследования и разработки, направленные на достижение еще более высокой плотности критического тока без увеличения стоимости проволоки, а также на поиск способов снижения стоимости производства проволоки на метр.

Масштаб — важный аспект снижения производственной кривой затрат; поэтому по мере роста отрасли ожидается значительное снижение затрат. В настоящее время затраты (цены) на HTS находятся в диапазоне нескольких сотен долларов за кАм, в то время как конкурирующие цены на медь обычно составляют всего несколько десятков долларов за кАм, то есть разница почти на порядок.На этих уровнях ВТСП-провод становится основным компонентом общей стоимости системы, делая силовое оборудование ВТСП значительно более дорогим, чем обычное оборудование аналогичного номинала. Конечно, это сравнение игнорирует ключевые функциональные преимущества силового оборудования HTS, преимущества, которые могут оправдать более высокую цену, хотя и только до определенного предела. Например, HTS-кабели могут быть в несколько раз дороже обычных кабелей за километр, а другие их преимущества — более высокая удельная мощность, меньшее тепловыделение и излучение ЭДС, малые характеристики ограничения полосы отвода и тока короткого замыкания — должны оправдывать надбавку к цене. .Этот компромисс применим ко всему силовому оборудованию HTS в настоящее время. А поскольку технология HTS является настолько новой, часто бывает сложно точно оценить оправданную надбавку к цене.

Охлаждение — еще один значительный компонент затрат, даже при использовании систем с жидким азотом, и хотя обычные энергосистемы также требуют охлаждения, стоимость охлаждения HTS выше. Хотя криогенная технология неуклонно продвигается к более высокой эффективности при более низких затратах, электроэнергетика HTS все еще слишком мала для таких достижений, чтобы достичь достаточного масштаба производства для значительного снижения затрат.Относительные затраты на охлаждение сводятся к минимуму в оборудовании с большей мощностью.

2.

Безопасность: Хотя технология HTS предлагает значительные преимущества в области безопасности и защиты окружающей среды, она также влечет за собой опасность при работе с ультранизкими температурами и риск дефицита кислорода в закрытых помещениях, если случайно попадет значительное количество газообразного азота. выпущенный.

3.

Надежность и стандартизация: Еще одна серьезная проблема для HTS-технологии возникает из-за того, что внедрение этой технологии все еще находится на начальной стадии.Скорость, с которой развиваются технологии, как в технологии материалов и проводов, так и в проектировании и демонстрации силового оборудования, создает проблему для отрасли коммунальных услуг, ориентированной на надежность. Заказчикам трудно осмысленно оценить надежность, когда к моменту тестирования одной системы может быть предложено новое поколение улучшенных и модифицированных устройств, требующих нового раунда тестирования. Необходимы стандарты на провод и оборудование: CIGRE, IEEE, NEMA, VAMAS и др.И в большинстве случаев коммерческий бизнес потребует налаженных вторых источников.

Технология сверхпроводников дает некоторые важные преимущества надежности: неизменно низкая температура и вакуумная оболочка, окружающая сверхпроводник, а также пренебрежимо низкие резистивные потери исключают наиболее проблемные режимы теплового отказа традиционной технологии, возникающие из-за термических напряжений, диффузии загрязняющих веществ и коррозии. . С этим следует сопоставить критическую зависимость от сложных холодильных и вакуумных технологий.Когда сверхпроводниковые системы необходимо нагреть до комнатной температуры для ремонта или обслуживания, они подвергаются значительным напряжениям, возникающим из-за теплового сжатия и расширения, и время цикла нагрева и повторного охлаждения относительно велико. Но значительный прогресс был достигнут в использовании избыточности и эффективных системных решений для обеспечения конкурентоспособной частоты отказов.

4.

Новинка: Связанная с этим проблема — это естественная осторожность коммунальных предприятий при внедрении любых новых технологий в сеть.Обычные технологии работают, и за ними стоит вековой опыт надежности! Поэтому убедить лиц, принимающих решения, принять решение о радикально новой и изначально незнакомой технологии крайне сложно. Однако десятилетие успешных демонстраций HTS постепенно знакомит проектировщиков коммунальных предприятий с возможностями и преимуществами силового оборудования HTS. Новые требования к энергосистеме, описанные выше, также побуждают их принимать новые технологии для решения проблем, которые нелегко решить обычными средствами.Действительно, первые коммерческие установки, скорее всего, произойдут в ситуациях, когда нет или мало вариантов для традиционного решения, такого как прокладка кабеля переменного тока HTS для дополнительной мощности на городских улицах, которые уже настолько забиты подземной инфраструктурой, что обычная затраты на установку непомерно высоки.

Технология Smart Grid принесет пользу всем нам

Умные сети — будущее

Технологии сыграли важную роль в обеспечении энергией каждый дом с начала 20 века.Прогресс технологий позволил странам использовать различные формы энергии. Однако устойчивость мировой энергетической зависимости стала предметом внимания только в последние годы.

Сегодня мы наблюдаем продвижение электросетей к их современной структуре в виде интеллектуальных сетей. Проводятся значительные исследования в области развития и инвестиции в инфраструктуру, чтобы обеспечить энергоэффективность и оптимизацию в массовом масштабе. Все это способствует тому, чтобы производители энергии и многие распределители энергии на рынке вступили в современную эпоху.

Что такое интеллектуальные сети?

Интеллектуальные сети — это инфраструктуры передачи электроэнергии, оснащенные информационными технологиями для более эффективной передачи энергии и позволяющие поставщикам и дистрибьюторам получать доступ к данным о потреблении энергии.

Электросети, которые мы видим на окраинах городов и в сельской местности, были построены с использованием технологий, которым уже несколько десятилетий. Эти сети считались вершиной энергетики. Однако по прошествии десятилетий в энергетической отрасли были достигнуты новые успехи, и старые электрические сети заменяются более умными и эффективными сетями, которые имеют лучшее управление энергопотреблением и отслеживание информации.

Преимущества Smart Grid

Есть много преимуществ инвестирования в технологию Smart Grid, вот лишь некоторые из них.

1. Замена устаревшей инфраструктуры более совершенной

Многие старые электрические сети подходят к концу своего жизненного цикла. По мере того как старая инфраструктура заменяется новой, становится доступной более высокая согласованность, надежность и эффективность.

2. Удовлетворение спроса

Сегодня спрос на энергию увеличился более чем вдвое из-за роста населения и расширения городов.Население стало полагаться на электричество, чтобы поддерживать нашу экономику. Интеллектуальные сети имеют сильные позиции для удовлетворения потребностей и обеспечения энергией за счет оптимизации мощности.

3. Повышенная надежность

Старые электросети более восприимчивы к сбоям в передаче электроэнергии, что приводит к отключениям электроэнергии, что дорого обходится местной экономике. Интеллектуальные сети проще в управлении, обслуживании и лучше подходят для передачи энергии резервным генераторам, чтобы уменьшить масштабные отключения электроэнергии во время обслуживания инфраструктуры.

4. Снижение стоимости счетов

Благодаря системе интеллектуальных счетчиков энергетические компании могут создавать непредвиденные обстоятельства, связанные со спросом, чтобы помочь своим клиентам снизить потребление энергии в летние и холодные месяцы. Эти программы могут снизить расходы, возникающие в периоды пикового спроса, за счет оптимизации настроек отопления и охлаждения дома.

5. Повышение энергоэффективности

Имея доступ к данным в реальном времени, основанным на потреблении энергии домохозяйством и его основных источниках, энергетические компании могут помочь домовладельцам эффективно управлять потреблением энергии.Используя данные, они могут дать обоснованные рекомендации об изменениях поведения, которые окажут явное влияние на энергоэффективность домохозяйства.

6. Повышение надежности обслуживания

Smart Grids будет иметь цифровые счетчики, которые могут обнаруживать отключение электроники и проблемные области в сети. Это позволит электроэнергетическим компаниям обслуживать компоненты, которые в этом нуждаются, чтобы избежать таких опасностей, как пожар и длительные отключения электроэнергии. Интеллектуальная сеть обеспечивает более быстрое время отклика, когда дело доходит до устранения неисправностей в электрических установках.

7. Оптимизированное использование возобновляемых источников энергии

Интеллектуальные сети могут предложить лучшие варианты интеграции возобновляемых источников энергии в сеть. Возобновляемые источники энергии, включая домашнюю солнечную батарею и батареи, будут играть все более важную роль в будущих интеллектуальных сетях и их способности обеспечивать как обычную мощность базовой нагрузки, так и реагировать на скачки спроса.

Что дальше?

Полный спектр преимуществ, которые могут предложить интеллектуальные сети, еще предстоит реализовать.Благодаря своей расширенной инфраструктуре интеллектуальные сети ориентированы на энергоэффективность и возможность получать информацию в режиме реального времени на основе данных о потреблении и использовании.

Как компания по интеллектуальному управлению энергопотреблением, carbonTRACK — одна из многих компаний, изучающих потенциал интеллектуальных сетей и преимущества, которые они могут предложить обществу.

Вы хотите разработать интеллектуальное сетевое решение? Контакты carbonTRACK

последних тенденций в технологиях интеллектуальных сетей в электроэнергетике | Джонсон Томас

УМНАЯ СЕТЕВАЯ СИСТЕМА, ПРЕДОСТАВЛЯЮЩАЯ УТИЛИТЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ, НОУ-ХАУ!

Глобальные поставщики энергии внедряют модернизированные сети, интегрированные с аппаратным и программным обеспечением, чтобы обеспечить более разумное, быстрое и эффективное решение для удовлетворения растущего спроса на энергию.Обновление существующей системы помогает коммунальным предприятиям и потребителям получить доступ к потенциалу цифровой сети. Хотя модернизация существующей инфраструктуры электросети обеспечивает значительную производительность; отрасли принимают стратегические решения и предпринимают важные шаги для создания рабочей силы следующего поколения и динамично развивающегося предприятия будущего.

• Будущее для потребителей энергии

Потребители энергии в современном мире, как правило, имеют больше информации, выбора и контроля над виртуальными аспектами цепочки поставок энергии.Поскольку возобновляемая и распределенная энергия быстро становится основным направлением деятельности, нельзя игнорировать влияние внедрения передовых технологий, автоматизации и инноваций в энергосистему. Мониторинг активов, управление работоспособностью, техническое обслуживание и замена — это результаты решений и прогнозов на основе данных. Сегодня все усилия, направленные на повышение безопасности, эффективности и улучшение информации, повышают надежность и сокращают расходы для клиентов, предоставляя гибкую, надежную и динамичную сеть для удовлетворения их новых требований.

• Реструктуризация бизнес-модели

Бизнес-модель коммунального предприятия увеличивает интеграцию нагрузки и генерации на уровне распределения. Новые технологии связи и скоординированного контроля позволяют внести существенные изменения в сетевые операции, качество обслуживания клиентов и расширение прав и возможностей. Это помогает сделать работу сети более эффективной и надежной, обеспечивая экологически безопасное электроснабжение. Интеллектуальная сеть должна облегчить интеграцию распределенных энергетических ресурсов, минимизировать перебои и обеспечить улучшенную связь и реагирование, а также рентабельное использование информации и средств управления в реальном времени в интересах потребителей.

• Модернизация системы производства энергии

В связи с изменением требований и требований клиентов, при оценке экологически безопасных методов, поставщикам энергии и отраслям необходимо правильное обучение и инструменты для адаптации и успеха в энергетической революции. Внедрение инноваций дает сотрудникам возможность рисковать и решать сложные задачи, чтобы найти новые решения существующих проблем. Он побуждает сотрудников учиться, вносить свой вклад и расширять свои возможности, а также брать на себя руководящую роль в сложных проектах.Перед отраслями открываются огромные возможности и огромный потенциал для достижения новой экономики с помощью гибкой, современной сети и выбора энергии, ориентированного на потребителя.

Коммунальным предприятиям требуются комплекты технологических компонентов для комплексного подхода к модернизации сети. Система с несколькими сетями и микросетями позволяет управлять энергией от различных источников энергии и приводит к повышению эффективности при низкой стоимости эксплуатации. Интеллектуальные сети функционируют как усовершенствованная система управления распределением, доступная из аналитических и вспомогательных приложений в реальном времени.Такие технологии, как Internet of Things (IoT) устройств и облачные платформы управления данными, используют аналитику и способствуют конвергенции ИТ / ОТ. Интеллектуальные электросетевые системы обещают светлое будущее коммунальным предприятиям, поскольку они используют технологии в правильном направлении.

ДВИЖЕНИЕ К ИННОВАЦИЯМ С УМНЫМИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАМИ СЕТЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ

В настоящее время проводится реконструкция систем распределения электроэнергии. Появление технологий интеллектуальных сетей способствует преобразованию в направлении более качественных услуг. Когда дело доходит до надежности и эффективности, в этом секторе всегда были возможности для улучшений. Хотя полное предотвращение отключений не может быть реальностью в настоящий момент, интеллектуальные сети позволяют коммунальным компаниям объединять передающие сети с резервными линиями и включать возможности передачи нагрузки между соседними цепями. Обеспечивая интеллектуальное переключение нагрузки и автоматическое изменение конфигурации цепей, интеллектуальные сети снижают предрасположенность источников питания к сбоям и делают самовосстановление практичным.

Интеллектуальные сети, помимо предоставления альтернативных маршрутов, нескольких точек переключения и улучшенной связи, также передают управление конечным пользователям. Интеллектуальные сети позволяют более эффективно управлять потреблением электроэнергии. Превращая средства управления в жизнеспособный вариант, интеллектуальные сети способствуют гибкости и, таким образом, легко справляются с растущими и падающими требованиями. Доставка электроэнергии во все уголки мира теперь стала возможной с помощью новых технологий, которые поддерживают интеллектуальные сети и делают их еще более актуальными.

В электроэнергетике произошел переход от традиционных источников энергии к нетрадиционным. Экологические стимулы, которые приносят возобновляемые источники, значительны. Интеллектуальные сети играют важную роль в этой трансформации, подготавливая совместимые и интегрированные технологии и инфраструктуру. Все, от самых маленьких стартапов до крупнейших коммунальных предприятий, сейчас готовятся к интеллектуальным системам распределения с использованием интеллектуальных сетей, которые будут способствовать плавной передаче энергии из возобновляемых источников.Следовательно, инновации в этом секторе будут определяться технологическим прогрессом в интеллектуальных сетях.

То, как распределительная система реагирует на неисправности в регулярной сети, сильно изменилось с годами. Неисправность обычно прерывается и устраняется с помощью плавкого предохранителя, устройства повторного включения или релейного выключателя. У всех этих подходов есть существенные недостатки. Они требуют времени и неэффективны. Даже временные неисправности приводят к длительным перерывам в обслуживании потребителей. Попытки повторного включения также подвергают систему чрезмерным тепловым и механическим нагрузкам, что впоследствии приводит к выходу из строя более слабых мест и сокращению срока службы трансформаторов подстанции.

Импульсное закрытие — это новая и лучшая альтернатива, которая сейчас появилась, и можно ожидать, что она вскоре станет стандартной практикой. Он работает, проверяя наличие неисправности, не вызывая скачков напряжения, вызывающих напряжение в фидере. Благодаря быстрому замыканию и размыканию точек контакта, он использует только меньшую первую токовую петлю и прерывает ее до того, как возникает основная петля. После нескольких циклов импульса, если механизм обнаруживает отсутствие неисправности, он восстанавливает работу.С другой стороны, если ошибка сохраняется, импульсный доводчик изолирует поврежденный участок.

Ожидается, что технология интеллектуальной сети повлияет на системы распределения, обеспечивая в них возможности самовосстановления. Многие отключения происходят не в сети, а на опорах инженерных сетей вдоль дорог или подземных кабельных системах. Благодаря развертыванию автоматического управления переключением системы распределения могут самостоятельно восстанавливать соединения, устраняя необходимость во вмешательстве человека, которое требует времени.

Данные играют большую роль в трансформации, происходящей в коммунальном хозяйстве.Развитие интеллектуальных сетей сопровождается развитием инфраструктуры, которая помогает поставщикам услуг использовать данные. Мониторы, записи и датчики предоставляют компаниям ценные данные и позволяют им осуществлять точный контроль. Радиосистемы с высокой пропускной способностью позволяют операторам удаленно настраивать изменения, тем самым экономя много денег и времени. Ячеистая сеть обеспечивает превосходную связь, необходимую для видимости трафика. Чем лучше связь, тем выше шансы автоматизировать и восстановить электроснабжение в энергетическом секторе .

Источник — Utilities Tech Outlook

Будущее технологий интеллектуальных сетей

Что такое интеллектуальная сеть?

Интеллектуальная сеть — это современная система производства, передачи и распределения электроэнергии, которая может автоматизировать и управлять возрастающей сложностью и потребностями в электроэнергии в 21 веке. Технология направлена ​​на: интегрировать и поддерживать возобновляемые источники энергии, такие как солнечная, ветровая и гидроэнергетика, предоставлять потребителям информацию о потреблении энергии в режиме реального времени и помогать коммунальным предприятиям сокращать простои.

Что составляет интеллектуальную сеть?

Как и традиционные сети, интеллектуальные сети имеют ряд движущихся компонентов. Однако в умных сетях есть части, которые более эффективны с точки зрения дизайна и функциональности. Например, существуют интеллектуальные устройства, способные решать, когда потреблять энергию, на основе предварительно установленных пользовательских предпочтений. Существуют также интеллектуальные подстанции, которые контролируют критические и некритические рабочие данные, такие как коэффициент мощности, состояние выключателя, батареи и трансформатора.

Еще одним важным компонентом интеллектуальной сети является интеллектуальный счетчик электроэнергии, обеспечивающий двустороннюю связь между потребителем и поставщиком электроэнергии. Это упрощает и ускоряет обнаружение перебоев в подаче электроэнергии, выставление счетов, сбор данных и отправку ремонтных бригад. Существует также интеллектуальное распределение, которое характеризуется автоматизированными инструментами мониторинга и анализа, сверхпроводящими кабелями для передачи на большие расстояния, самовосстановлением, самооптимизацией и самобалансировкой.

Интеллектуальная генерация — еще один ключевой компонент интеллектуальной сети. Система способна «изучать» уникальное поведение ресурсов выработки электроэнергии для оптимизации производства энергии и автоматического поддержания стандартов напряжения, частоты и коэффициента мощности на основе обратной связи из нескольких точек в сети. Существует также универсальный доступ к недорогим решениям для производства и хранения электроэнергии с низким содержанием углерода.

Текущий рынок интеллектуальных сетей

Рынок технологий интеллектуальных сетей в США переживает бум. Рынок движется за счет стимулов со стороны федерального правительства, которое профинансировало программы НИОКР на сумму в миллиарды долларов.В 2014 году расходы на технологии интеллектуальных сетей составили 2,5 миллиарда долларов. К 2017 году ожидается увеличение расходов примерно до 3,3 миллиарда долларов. Ожидается, что количество поставок смарт-счетчиков в США увеличится до 13,3 миллиона в 2016 году. Ожидается, что в Северной Америке проникновение смарт-счетчиков в нежилых помещениях к 2020 году составит около 71,7%.

По оценкам, количество компаний, занимающихся технологиями интеллектуальных сетей, в мире составляет около 150, 77,4% из которых находятся в США. Совокупная рыночная капитализация 25 крупнейших поставщиков интеллектуальных сетей составляет около 2 долларов США.03 трлн. К 2020 году совокупный рынок технологий интеллектуальных сетей, как ожидается, превысит отметку в 400 миллиардов долларов, а совокупный годовой темп роста во всем мире составит 8%. Ожидается, что только в Соединенных Штатах рынок продолжит расти двузначными числами и к 2017 году достигнет 26,7 млрд долларов. На сегодняшний день General Electric, Honeywell, Itron и Trilliant Networks получили финансирование в размере от 60 до 300 млн долларов.

Зачем нужны умные сети?

Интеллектуальные сети не только идеально соответствуют потребностям и требованиям нашего времени, но и, по прогнозам, окажут значительное долгосрочное воздействие.Например, технология позволит провести капитальный ремонт стареющего оборудования и ускорить работу. Это поможет снизить вероятность отключения электроэнергии, перегорания и скачков напряжения. Эта технология также снизит затраты на потребление и производство энергии. При полном внедрении интеллектуальные сети сделают возможным использование возобновляемых источников энергии и оснастят сеть для удовлетворения растущих потребностей в энергии. Что еще более важно, эта технология предоставит потребителям возможность контролировать свои счета за электроэнергию почти в реальном времени и упростит широкомасштабную зарядку электромобилей.

Получение наград

Переход на интеллектуальную сеть — это предоставление потребителям финансовых преимуществ, а не только улучшение управления энергопотреблением и внедрение более экологичных технологий. Успешное внедрение этой технологии позволит среднему домохозяйству сэкономить около 600 долларов в виде прямой экономии по счетам. Предоставляя информацию о потреблении энергии в режиме реального времени, эта технология заставит потребителей снизить потребление энергии на 5-10%. Исследования показали: когда потребители точно знают, сколько энергии они потребляют; они, вероятно, примут соответствующие меры для сокращения потребления энергии.По прошествии одного года общая экономия энергии, связанная с технологией интеллектуальных сетей, оценивается в 42 миллиарда долларов. Через пять лет годовая экономия увеличится до 48 миллиардов долларов. Через 15 лет экономия увеличится до 65 миллиардов долларов, а через 30 лет — до 102 миллиардов долларов. Сэкономленная энергия может обеспечить 207 ед. Энергии в Лас-Вегасе, в холодильнике в течение 199 миллионов лет или охлаждать 378 миллионов домов.

Будущее уже наступило

Министерство энергетики предложило инвестировать 3,5 миллиарда долларов в период с 2016 по 2026 год для продвижения инноваций в отрасли технологий интеллектуальных сетей.Исследования будут сосредоточены в первую очередь на машинном обучении, технологии plug and play, самовосстановлении сети и полной автоматизации сети.

Рекомендуемая литература

В центре внимания: специалист по энергетике и интеллектуальным сетям

В центре внимания карьера: инженер по возобновляемым источникам энергии

Калифорнийский университет, Программа онлайн-инженерии Риверсайд

Умная сеть | Центр климатических технологий и сеть

Интеллектуальная сеть — это современная технология для электрических систем, которая может разумно выполнять операции со всеми взаимосвязанными элементами — от генератора до потребителей. Интеллектуальная электросеть просто преобразует обычную электросеть в современную, чтобы регулировать устойчивое, экономичное и надежное электроснабжение (Massoud & Wollenberg, 2005 и Gellings, 2009). Интеллектуальная сеть интеллектуально выполняет операции от первичных и вторичных генераторов через сеть передачи и распределения до различных типов потребителей. EPRI 2009 определяет Smart Grid как «модернизацию системы электроснабжения с целью мониторинга, защиты и автоматической оптимизации работы ее взаимосвязанных элементов — от центрального и распределенного генератора через высоковольтную сеть и систему распределения до промышленных предприятий. пользователям и системам автоматизации зданий, установкам хранения энергии и конечным потребителям… и их устройствам ».

Введение

Концепция интеллектуальной сети включает в себя интегрированные коммуникации, измерения и измерения, расширенные компоненты, расширенное управление, поддержку принятия решений или самовосстановление и самоадаптацию. Интеллектуальную сетку можно назвать интеллектуальной сеткой, сеткой, цифровой сеткой, самовосстанавливающейся сеткой, зеленой сеткой и интерактивной сеткой (NETL, 2007).

В детальном эксперименте домохозяйства (несколько сотен домохозяйств, которые были максимально однородными) были оснащены запрограммированными компьютерами, которые отображали цены на электроэнергию каждые пять минут.Домохозяйства постоянно получали информацию о ценах на электроэнергию и потребляемую мощность и, следовательно, регулировали нагрузку. В среднем домохозяйства сократили 5-10% счетов за электроэнергию, а также снизилось пиковое потребление электроэнергии (Pratt et al., 2010).

Технология «умных» сетей может способствовать сокращению выбросов парниковых газов за счет повышения эффективности и энергосбережения, продвижения возобновляемых источников энергии, интеграции распределенной генерации и упрощения использования гибридных электромобилей (PHEV).

Рисунок 1 иллюстрирует всю систему электросетей от генерации до конечного использования, что является конечной концепцией интеллектуальной сети. Центральная система управления будет регулировать все элементы, задействованные в электрической сети, такие как генераторы на электростанциях, распределенная генерация, передача, промышленные потребители и бытовые потребители. В жилом секторе интеллектуальные счетчики, подключаемые к сети гибридные электромобили (PHEV), солнечные панели могут быть подключены к интеллектуальной сети. Интеллектуальные счетчики — это счетчики энергии, которые автоматически отправляют показания электронного счетчика поставщику энергии для мониторинга и выставления счетов.

Интеллектуальная электросеть — это не одна конкретная технология, а состоит из набора технологий. Технологии интеллектуальных сетей предлагают ряд потенциальных социальных, экономических и экологических преимуществ, таких как:

  • Повышение надежности системы, качества и безопасности поставок
  • Улучшение работы сети и сетевой инфраструктуры
  • Снижение эксплуатационных расходов на коммунальные услуги
  • Снижение затрат на электроэнергию разными потребителями
  • Создание новых рабочих мест
  • Снижение воздействия на окружающую среду
  • Удовлетворение потребителя

Осуществимость технологий и производственные потребности

Интеллектуальная сеть — это сеть с двусторонней связью, которая становится интеллектуальной благодаря обнаружению, обмену информацией и интеллектуальному применению управления и обратной связи. Интеллектуальная сеть включает в себя различные технологии, которые расширяют электрическую систему от генерации до передачи и распределения до конечного потребителя. На следующем рисунке показана полностью усовершенствованная система электроснабжения, в которой будут объединены все технологии.

Есть несколько действий, как показано на рисунке выше, а именно:

  • Глобальный мониторинг и управление включает в себя мониторинг в реальном времени на стороне генерации и передачи, а также помощь операторам системы для защиты, управления и автоматизации через сеть энергосистемы.Системы и программное обеспечение используются для принятия решений, устранения неполадок и повышения надежности.
  • Интеграция информационных и коммуникационных технологий означает участие различных коммуникационных устройств для двустороннего общения через различные заинтересованные стороны. Эта интеграция приводит к работе в реальном времени для более эффективного управления энергосистемой.
  • Интеграция возобновляемой и распределенной генерации в интеллектуальную сеть означает использование чистых технологий.Возобновляемая и распределенная генерация может быть интегрирована с интеллектуальной сетью в любой точке от поколения до потребителя.
  • Приложения улучшения передачи повышают надежность и безопасность сети передачи. В системе передачи используются различные технологии и приложения. Устройства гибких систем передачи переменного тока (FACTS) могут использоваться для лучшего управления и передачи максимальной мощности, технологии высокого напряжения постоянного тока (HVDC) позволяют подключать морские солнечные и ветровые электростанции к основной сети, а высокотемпературные сверхпроводники (HTS) могут помочь сократить потери при передаче .
  • Управление распределительной сетью также повышает надежность и безопасность распределительной сети. Мониторинг в реальном времени с помощью различных технологий помогает определять местонахождение неисправности, регулировать уровень напряжения, оптимизировать энергопотребление и т. Д.
  • Усовершенствованная инфраструктура измерения (AMI) заменяет интеллектуальный счетчик и может осуществлять двустороннюю связь путем обмена информацией и данными от потребителя к коммунальным предприятиям и наоборот.
  • Инфраструктура зарядки электромобилей включает несколько интеллектуальных функций для интеллектуальной зарядки (от сети к транспортному средству) при низком спросе на электроэнергию.
  • Системы на стороне клиента включают регулирование электроэнергии по разным ценам и нагрузкам, распределенную генерацию, эффективные приборы, устройства хранения энергии и т. Д.

В таблице ниже показаны различные технологические области в интеллектуальной сети, а также аппаратное и программное обеспечение, используемое во всей сети для интеллектуального управления и регулирования сети. Например, для интеграции информационных и коммуникационных технологий во всю систему некоторое коммуникационное оборудование, такое как проводка линии электропередачи, ячеистая сеть и маршрутизаторы, реле, переключатели, шлюз, компьютеры, необходимые в качестве оборудования, и планирование ресурсов предприятия (ERP), информационная система для клиентов (CIS) Требуется как ПО, так и система.

Осуществимость в развивающихся странах

В развитых странах интеллектуальные сети используются и широко поддерживаются в Европе и США. Тем не менее, во многих развивающихся странах наблюдается нехватка электроэнергии, отсутствует надлежащая инфраструктура электроснабжения и покрытие электроэнергией, но они имеют высокий спрос на электроэнергию, высокие потери при передаче и распределении в перспективе быстрого финансового роста, большого городского населения и отсутствия современных технологий . Эти условия создают как проблемы, так и возможности для внедрения интеллектуальных сетей.Большинство развитых стран приветствовали технологию умных сетей для достижения своих целей в области зеленой энергии. Япония, Китай, Сингапур, Южная Корея и Австралия имеют нормативные требования, требующие от коммунальных предприятий модернизации существующих сетей. С другой стороны, отсутствие финансовой поддержки сдерживает широкое признание интеллектуальных сетей в странах Малайзии, Индонезии, Таиланда и Филиппин (Mulder et al. , 2012).

Применение интеллектуальных сетей в развивающихся странах может открыть огромные возможности для электроэнергетической инфраструктуры.За счет снижения потерь и повышения эффективности энергосистемы интеллектуальная сеть может построить надежную и безопасную электрическую сеть. Возобновляемая и распределенная генерация может быть легко подключена к национальной сети.

На рисунке ниже показан один из путей электрификации в развивающихся странах, который начинается в сельской местности, а конечным пунктом назначения является национальная сеть. В сельской местности электрификация может осуществляться через солнечные, ветровые, биомассовые или гибридные системы, которые, в свою очередь, превращаются в микро / микросети.Он будет подключен к национальной сети, а затем к региональной сети. Вовлечение интеллектуальной сети помогает успешной реализации всего процесса. Наиболее важным фактором для развертывания интеллектуальных сетей в развивающихся странах являются капиталовложения.

Состояние технологии и ее будущий рыночный потенциал

В красно-белой таблице выше показаны тенденции развития технологий интеллектуальных сетей. В таблице показан уровень зрелости и тенденции развития различных компонентов интеллектуальной сети.Например, интеграция возобновляемой и распределенной генерации в интеллектуальную сеть — это быстро развивающаяся область. В этой области технологий технология хранения аккумуляторов менее развита, чем другие технологии распределенной энергии из-за высокой стоимости и низкого срока службы аккумуляторов. Область технологий интеграции информационных и коммуникационных технологий является зрелой и быстро развивающейся. Область улучшения передачи данных также является зрелой, но в этой области технологии применение сверхпроводящих технологий все еще находится в стадии разработки.Управление распределительной сетью находится на стадии развития, и тенденция к развитию умеренная. Из таблицы видно, что эта технология все еще находится в стадии разработки. Однако он показывает быстро развивающиеся тенденции.

Национальные инициативы по интеллектуальным сетям

  • США : Соединенные Штаты взяли на себя несколько проектов на сумму 4,5 миллиарда долларов США в рамках своих усилий по развертыванию и демонстрации интеллектуальных сетей. Сюда входят 3,48 млрд долларов США на преобразование существующих сетей в интеллектуальные сети, 435 млн долларов США на демонстрации интеллектуальных сетей в провинциях и 185 млн долларов США на демонстрации накопителей энергии (IEA, 2011).
  • Канада : Онтарио в Канаде имеет интеллектуальные счетчики почти в каждом доме и на малых предприятиях. К 2010 году было установлено 4,5 миллиона интеллектуальных счетчиков, и около 1,6 миллиарда потребителей использовали систему биллинга по времени использования (OSGF, 2011).
  • Бразилия : APTEL (Associação de Empresas Proprietárias de Infraestrutura e de Sistemas Privados de Telecomunicações), коммунальная компания, работающая совместно с правительством над пилотным проектом по передаче узкополосных линий электропередачи. Ряд коммунальных предприятий страны также на экспериментальной основе запускают проекты умных сетей. Сюда входит распределитель электроэнергии, который устанавливает интеллектуальные счетчики на стороне потребителя, чтобы создать безопасные сети и минимизировать пиковый спрос и потери (IEA, 2011).
  • Соединенное Королевство : OFGEM (Управление рынков газа и электроэнергии, компания по регулированию энергетики Великобритании, учредила Registered Power Zone, чтобы вдохновить коммунальные предприятия на продвижение и внедрение передовых методов, которые будут соединять распределенные генераторы с электрической сетью.OEGEM инвестировал 500 миллионов GPB под лозунгом фонда Low Carbon Network для поддержки программ DSO (Distribution System Operator), которые будут использоваться для тестирования новых технологий и коммерческой деятельности (IEA, 2011).
  • Испания : В 2008 году правительство Испании попросило коммунальные предприятия заменить текущие счетчики на интеллектуальные счетчики, и потребители не должны были платить компаниям какие-либо дополнительные расходы. Коммунальная компания Endesa ставит своей целью установить умные счетчики для более чем 13 миллионов потребителей с 2010 года на 5-летний период, а коммунальная компания Iberdrola установит около 10 миллионов счетчиков (IEA, 2011).
  • Франция : ERDF (Électricité Réseau Distribution France) одна коммунальная компания во Франции начала пилотный проект по замене 300000 интеллектуальных счетчиков. Если этот проект будет успешным, ERDF заменит около 35 миллионов интеллектуальных счетчиков в период с 2012 по 2016 год (IEA, 2011).
  • Китай : Правительство Китайской Народной Республики приняло масштабный и долгосрочный план по инвестированию в электрические сети, значительная часть которых идет в интеллектуальные сети. В 2010 году государственная сетевая компания Китая запустила пилотную программу интеллектуальных сетей.К концу 2011 года в Китае было установлено около 300 миллионов умных счетчиков. (KEMA, без даты). К 2020 году инвестиции в интеллектуальные сети в Китае достигнут примерно 96 миллиардов долларов США (IEA, 2011).
  • Япония : Технология интеллектуальных сетей с участием потребителей в использовании информации измерений в реальном времени в Японии растет. Крупномасштабные демонстрационные проекты Японии являются одними из примеров этого зарождающегося движения. В 2010 году Япония инвестировала около 849 миллионов долларов США в крупные проекты интеллектуальных сетей, такие как проект города Иокогама (Mulder et al, 2012).
  • Южная Корея : Создание интеллектуальных сетей по всей стране к 2030 году является национальной целью правительства Южной Кореи (IEA, 2011). Правительство Южной Кореи разработало Дорожную карту Smart Grid для продвижения этой технологии (MKE & KSGI, 2010). В 2010 году Южная Корея инвестировала около 824 миллионов долларов США в крупные проекты интеллектуальных сетей (Mulder et al, 2012).
  • Австралия : В 2009 году правительство Австралии объявило о пилотном проекте под названием «Smart Grid, Smart City» и профинансировало 100 миллионов австралийских долларов на создание интеллектуальной сети коммерческого масштаба. Интеграция возобновляемых источников энергии с интеллектуальной сетью находится в процессе (IEA, 2011).

Как технология может способствовать социально-экономическому развитию и охране окружающей среды

Внедрение интеллектуальной сети может увеличить выгоды за счет повышения надежности, экономики, эффективности, защиты окружающей среды и безопасности.

Возможности социально-экономического развития

  • Производство, установка, эксплуатация и обслуживание интеллектуальных сетей включает создание рабочих мест и развитие предприятий.(Исследование показало, что в США инвестиции в размере 10 миллиардов долларов США в развертывание интеллектуальных сетей могут создать около 239 000 новых или сохраняемых рабочих мест за каждый год (Аткинсон и др., 2009)).
  • Интеллектуальные сети могут повысить удовлетворенность потребителей. Снижение затрат, лучшая надежность и контроль над потребителями повысят удовлетворение всех потребителей.
  • Интеллектуальная сеть дает прямые экономические выгоды. Коммунальные предприятия могут предложить более надежную энергию и более эффективно управлять своими расходами за счет снижения эксплуатационных расходов.Потребители имеют доступ к информации об энергии и выборе тарифов. Несколько отраслей могут расшириться, чтобы внедрить технологии в сектор генерации, распределения и хранения.
  • Повышение энергоэффективности и интеграция возобновляемой и распределенной генерации с помощью интеллектуальной сети может сэкономить около 36 миллиардов долларов США ежегодно к 2025 году (US DOE, 2010).

Финансовые барьеры

Расходы клиентов — главное препятствие для внедрения интеллектуальной сети. Опрос руководителей коммунальных предприятий показал, что около 42% были упомянуты «расходы клиентов» как основное препятствие для внедрения умных сетей (Oracle, 2009).Интеллектуальные сети полагаются на сложные технологии, которые требуют больших инвестиций. Поэтому лица, принимающие решения, должны сопоставить ожидаемые выгоды с ожидаемыми затратами. Однако существует большая степень неопределенности в отношении затрат, из-за чего лицам, принимающим решения, сложно оценить, сколько будет стоить внедрение системы интеллектуальной сети. Пример из США показал, что стоимость установки технологии интеллектуальных сетей в четыре раза превышала ожидаемую стоимость (EPA, 2009).

Технологические барьеры

Из этих менеджеров коммунальных предприятий 30% указали отсутствие технологий как основное препятствие для внедрения умных сетей.Низкий срок службы технологий и низко стандартизованные технологии представляют наибольшую угрозу для внедрения умных сетей (Oracle 2009).

Нормативные барьеры

Нормативный барьер — еще одна проблема для внедрения интеллектуальных сетей. Как правило, в развивающихся странах энергосистема регулируется государством, и органу, принимающему решения, требуется много времени для завершения проекта. Иногда решения являются неопределенными, что требует нескольких проверок, и для их принятия может потребоваться несколько лет. Действия от местного до государственного уровня могут привести к увеличению затрат и надзорному риску реализации проекта интеллектуальной сети (Oracle, 2009).

Недостаточная осведомленность

Интеллектуальная сеть представляет собой комбинацию различных технологий, которые развиваются очень быстро, и из-за этой новой концепции существует много путаницы между различными заинтересованными сторонами, потребителями, регулирующими органами, коммунальными предприятиями и политиками.

Чтобы реализовать интеллектуальную сеть и устранить препятствия, необходимо разработать варианты политики, которые подойдут как потребителю, так и коммунальным предприятиям.Некоторые важные вопросы должны быть рассмотрены в вариантах политики: —

  • Правительство должно предоставить финансирование
  • Разработка национальных стандартов для электрических сетей и сетей
  • Развитие национальной инфраструктуры связи
  • Повышение осведомленности среди всех заинтересованных сторон

Климат

Интеллектуальные сетевые технологии могут снизить значительный объем выбросов парниковых газов, повышая эффективность и экономию, облегчая внедрение возобновляемых источников энергии и упрощая использование гибридных электромобилей (PHEV).

За счет повышения энергоэффективности и энергосбережения в США можно сократить более половины выбросов парниковых газов. К ним относятся снижение потерь при передаче, мониторинг оборудования в реальном времени, управление пиковой нагрузкой и обмен информацией о ценах на электроэнергию с потребителями. Обмен информацией с потребителями в тех случаях, когда потребители регулируют потребление электроэнергии по разным ценам, может сократить выбросы парниковых газов, которые могут быть эквивалентны 31–114 млн т CO2 / год в 2030 году (EPRI, 2008).

Производство большего количества энергии из возобновляемых источников и интеграция с интеллектуальной сетью может сократить потенциальные выбросы парниковых газов, которые к 2030 году эквивалентны 19–37 млн ​​т CO2 в год (EPRI, 2008).Солнечные батареи на крышах могут быть примером интеграции возобновляемых источников энергии.

По сравнению с традиционными автомобилями, использующими ископаемое топливо, выбросы PHEV намного ниже. Подключаемые к электросети гибридные электромобили, интегрированные в интеллектуальную сеть, могут сократить выбросы парниковых газов, что эквивалентно 10-60 млн т CO2 в год к 2030 году (EPRI, 2008).

Финансовые потребности и затраты

В анализе затрат и выгод интеллектуальной сети участвуют три заинтересованные стороны: коммунальные предприятия, потребители и общество. Хотя основным преимуществом некоторых технологий является сокращение выбросов, интеллектуальная сеть предлагает широкий спектр преимуществ.

Коммунальные предприятия: Коммунальные предприятия обычно несут ответственность за установку основной инфраструктуры интеллектуальной сети, которая требует огромных капиталовложений. Цена на каждый интеллектуальный счетчик колеблется от 70 до 140 долларов США, а стоимость установки колеблется от 7 до 15 долларов США в США (EPRI, 2011). По оценкам, создание национальной инфраструктуры интеллектуальной сети обойдется примерно в 338–476 миллиардов долларов США в течение двадцати лет. В то же время интеллектуальные сети принесут выгоды в размере 1 294–2028 долларов США.Калифорнийская компания Pacific Gas and Electric (PG&E) установила 7,9 миллиона интеллектуальных счетчиков с 2007 по май 2011 года. Стоимость этих счетчиков составила 2,095 миллиарда долларов США, а к 2011 году компания получила выгоды в размере 111,3 миллиона долларов США (EPRI, 2011).

Потребители: Потребители могут регулировать потребление электроэнергии во время пиковой нагрузки и получать выгоду в виде меньших счетов за электроэнергию. Потребители также выигрывают от более качественной энергии. Проект на полуострове, Вашингтон, финансируемый Министерством энергетики США, привел к сокращению счетов за коммунальные услуги на 10% (Gridwise Alliance, 2011).

Общество: Повышенная надежность и экологические преимущества интеллектуальных сетей приносят пользу обществу. По оценкам EPRI, 102–390 долларов США являются выгодами от сокращения выбросов CO2, а 281–444 миллиарда долларов США — преимуществами повышения надежности (EPRI, 2011).

Список литературы

  • Аткинсон, Р., Кастро, Д., и Эзелл, С. (2009). «Цифровой путь к выздоровлению: план стимулов для создания рабочих мест, повышения производительности и оживления Америки», Фонд информационных технологий и инноваций, январь 2009 г.
  • Книга по климатическим технологиям, Smart Grid. (Август 2011 г.). Доступно по адресу: http://www.c2es.org/docUploads/SmartGrid.pdf
  • Агентство по охране окружающей среды (EPA), (2009). Потенциал Smart Grid для чистой энергии. Государственная климатическая и энергетическая программа. Доступно по адресу: http://www.epa.gov/statelocalclimate/documents/pdf/background_paper_3-‐23-‐ 2010.pdf
  • Научно-исследовательский институт электроэнергетики (EPRI). (2008). Зеленая сеть, экономия энергии и сокращение выбросов углерода с помощью интеллектуальной сети.
  • Научно-исследовательский институт электроэнергетики (EPRI). (2011). Оценка затрат и выгод интеллектуальной сети. Доступно по адресу: http: //www. epri.com/abstracts/Pages/ProductAbstract.aspx? ProductId = 00000 … 001022519
  • Геллингс, К. У. (2009). Интеллектуальная сеть: обеспечение энергоэффективности и реагирования на спрос. The Fairmont Press Inc.
  • Gridwise Alliance, (2011). Умная сеть: снижение затрат. Проверено 22 марта 2013 г. http://www.gridwise.org/smartgrid_costreduction.asp
  • Международное энергетическое агентство (МЭА).(2011). Дорожная карта технологий, умные сети. Доступно по адресу: http: //www.iea.org/publications/freepublications/publication/name,3972,e …
  • KEMA, (без даты). Развитие Smart Grid по всему миру: статус на конец 2011 года. Проверено 28 марта 2013 г. Доступно по адресу: http://smartgridsherpa.com/wp-‐content/uploads/2011/12/smart-‐grid-‐ development_end-of -‐ 2011 -‐ status.pdf
  • Министерство экономики знаний (MKE) и Корейский институт интеллектуальных сетей (KSGI). (2010). Дорожная карта умных сетей Кореи до 2030 года — закладывает основу для экологически чистого роста с низким уровнем выбросов углерода к 2030 году. Министерство экономики знаний, Корейский институт умных сетей, Сеул. Проверено 28 марта 2013 г., Доступно по адресу: http://www.smartgrid.or.kr/10eng4-‐ 3.php
  • Mah, D. N., Vleuten, J. M., Hills, P., and Tao, J. (2012). Восприятие потребителями развития интеллектуальных сетей: результаты исследования в Гонконге и последствия для политики, Energy Policy, 49, стр. 204-216.
  • Мамох, Дж. (2012). Умная сетка: основы проектирования и анализа. John Wiley & Sons, Inc.
  • Massoud, A.S., Wollenberg, B.Ф. (2005). На пути к умной электросети: энергоснабжение в 21 веке. Журнал Power and Energy. 3 (5), стр. 34–41.
  • Mulder, W., Kumpavat, K., Faasen, C., Verheij, F. и Vaessen, P. (2012). Глобальная инвентаризация и анализ демонстрационных проектов интеллектуальных сетей. Арнем, Нидерланды. Доступно по адресу: http://www.dnvkema.com/Images/DNV%20KEMA%20Report%20Global%20Inven tory% 20and% 20Analysis% 20of% 20Smart% 20Grid% 20Demonstration% 20Projects .pdf
  • Национальная лаборатория энергетических технологий (NETL), (2007). Инициатива Modern Grid. Доступно по адресу: http://www.netl.doe.gov/moderngrid/opportunity/vision_technologies.html
  • OSGF, (2011). Модернизация электроэнергетической системы Онтарио: следующие шаги, Второй отчет Форума умных сетей Онтарио, май 2011 г.
  • Oracle, (2009 г.). Превращение власти в информацию: переход к умным сетям.
  • Пратт, Р. Г., Кинтнер-Майер, М., Балдуччи П. Дж., Санквист, Т. Ф., Геркенсмейер, К., Шнайдер, К. П., и Катипамула, С. (2010). Интеллектуальная сеть: оценка выгод для энергии и выбросов CO2.Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон. Доступно по адресу: http://energyenvironment.pnnl.gov/news/pdf/PNNL-‐ 19112_Revision_1_Final.pdf
  • Министерство энергетики США (US DOE). (2011). Воздействие интеллектуальной сети на окружающую среду. Национальная лаборатория энергетических технологий (NETL).
  • Министерство энергетики США (US DOE) ,. (2007). Барьеры на пути к достижению современных энергосистем, инициатива по современным сетям. Национальная лаборатория энергетических технологий (NETL). Доступно по адресу: http://www.netl.doe.gov/smartgrid/
  • Министерство энергетики США (US DOE), (2010).Понимание преимуществ интеллектуальных сетей. Национальная лаборатория энергетических технологий (NETL). Доступно по адресу: http://www.netl.doe.gov/smartgrid/

Подготовка к будущему спросу на энергию с помощью технологии Smart Grid

На протяжении более 100 лет электрические сети способствовали росту в США, сделав возможным многочисленные технологические революции. Сегодня электрические сети по всей стране должны соответствовать требованиям 21 -го и -го века. По данным Управления энергетической информации, к 2030 году потребление энергии в нашей стране вырастет на 30 процентов.Наша устаревшая инфраструктура в сочетании с ростом распределенных энергоресурсов (DER) более склонна к отключениям электроэнергии и возникновению электрических сбоев, влияющих на качество электроэнергии. Эти факторы существенно влияют на способность обеспечивать устойчивую и надежную сеть в будущем.

Чтобы не отставать от сегодняшних требований и будущего роста сети, нашу стареющую инфраструктуру необходимо будет модернизировать для оптимизации подачи электроэнергии и повышения надежности. Компоненты интеллектуальной электросети в распределительной сети, такие как устройства повторного включения, датчики, средства автоматизации распределения и системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), могут предоставить коммунальным предприятиям инструменты, необходимые для решения этих проблем, обеспечивая отказоустойчивость сети и надежное электроснабжение своих потребителей.

Электроэнергия по запросу

Коммунальные предприятия в США устанавливают устройства интеллектуальных сетей с рекордными темпами роста, и перед ними стоит задача использовать эти активы в дополнение к своей стратегии интеллектуальных сетей. Использование устройств повторного включения соответствует этой стратегии, обеспечивая более надежное питание по всей распределительной сети, тем самым улучшая такие показатели надежности, как SAIDI и CAIDI. Традиционно устройства повторного включения используются для автоматического восстановления питания при возникновении временных неисправностей.Сегодня коммунальные предприятия продолжают использовать реклоузеры, внедряя схемы автоматизации распределения и увеличивая масштабы развертывания в зависимости от количества клиентов, определенного расстояния распределительной линии и определенного количества генерируемой энергии от DER. Эти стратегии доказали свою дальнейшую оптимизацию отказоустойчивости и надежности сети.

Остается вопрос: как можно дополнительно оптимизировать активы в распределительной системе для дополнения стратегических инициатив, таких как повышение эффективности сети и качества электроэнергии? Такие инициативы, как оптимизация вольтамперной оптимизации (VVO) и энергосберегающее снижение напряжения (CVR), доказали свою эффективность в повышении эффективности сети за счет снижения пикового спроса, потерь в распределительных линиях и выбросов углерода.Датчики интеллектуальной сети, такие как датчики напряжения измерительного класса, являются важным инструментом в предоставлении данных, необходимых для этих программ, и позволяют коммунальным предприятиям принимать важные решения и вносить изменения в сеть. Установка датчиков напряжения измерительного класса на устройство повторного включения может продолжать использовать возможности устройства повторного включения, выступая в качестве точки измерения. Реклоузер, используемый в качестве точки измерения, служит устройством защиты и измерения двойного назначения, предназначенным для улучшения двух общих инициатив: повышения надежности системы и повышения эффективности сети.

Надежные устройства повторного включения и датчики, повышающие эффективность сети

В связи с инициативами интеллектуальных сетей, ростом числа DER и стремлением к максимальной прозрачности в энергосистеме, у коммунальных предприятий растет потребность в максимальной надежности, отказоустойчивости и энергоэффективности. Некоторые коммунальные предприятия развертывают больше устройств повторного включения, чтобы обеспечить максимальную надежность сети. Одна из распространенных методологий — установка реклоузеров в зависимости от количества клиентов. Традиционный метод предусматривал установку одного устройства повторного включения на каждые 1800–2000 клиентов.Сегодня многие коммунальные предприятия проанализировали производительность системы с учетом преимуществ новой технологии интеллектуальной сети и определили, что один реклоузер на каждые 400-500 единиц значительно повышает надежность сети. Кроме того, коммунальные предприятия определили стратегию развертывания одного устройства повторного включения на указанное расстояние, например, от трех до четырех миль, или на указанное количество генерируемой мощности от DER, например, 2–3 МВт, когда применимо развертывание DER. Реализация комбинации этих стратегий максимизирует надежность сети.

Ожидается, что в следующие пять лет количество DER увеличится вдвое, что приведет к увеличению числа инверторов и возникновению потенциальных проблем с качеством электроэнергии, которые необходимо отслеживать для поддержания стабильности и эффективности сети. Проблемы качества электроэнергии, которые следует учитывать в приложениях DER, — это гармоники высокого порядка и гармонические искажения. Это может вызвать нежелательные эффекты в сети, такие как повышенный нагрев трансформатора, конденсатора, двигателя или генератора, неправильная работа электронного оборудования, такого как защитные реле, и неправильные показания счетчиков.DER, например солнечные фермы, можно настроить с помощью переключателя, который позволит переключаться между солнечной фермой и источниками коммунальных услуг. В этих взаимосвязанных приложениях могут использоваться высокоточные датчики для контроля качества электроэнергии, поступающей от DER, например гармоник, и предоставления коммунальным предприятиям системной информации, которая может помочь в принятии важных решений.

Качество электроэнергии может быть дополнительно решено с помощью VVO и CVR, которые являются проверенными методами для обеспечения здоровья и эффективности энергии в системе.VVO может помочь в улучшении качества электроэнергии, предоставляя коммунальным предприятиям точные данные о напряжении и токе для принятия таких решений, как переключение конденсаторных батарей. CVR способствует энергосбережению за счет снижения напряжения, которое заменяет дорогостоящую генерацию сети. Когда напряжение снижается в периоды пиковой нагрузки, это приводит к снижению пиковой нагрузки. Снижение напряжения означает меньшие потери в линии и более эффективное использование энергии. Кроме того, когда потребность в генерации меньше, сжигается меньше угля, что приводит к сокращению выбросов углерода.Чтобы соответствовать требованиям, необходимым для реализации этих инициатив по качеству электроэнергии, коммунальные предприятия стремятся проводить измерения напряжения в реальном времени с погрешностью менее одного процента с ожидаемым допуском ошибки 0,5 процента.

По сравнению с традиционными трансформаторами напряжения, используемыми для измерения класса точности напряжения, сегодняшние датчики измерения напряжения имеют легкий вес, менее 10 фунтов, используют низкоэнергетические входы, которые менее 10 В переменного тока для безопасности линейного персонала, имеют более высокие номинальные значения базового импульсного уровня (BIL), не требуют калибровки и просты в установке. На рынке есть несколько решений для датчиков напряжения; тем не менее, очень немногие из них имеют класс точности 0,5 (точность напряжения 0,5%) при проверке на соответствие отраслевым стандартам. Кроме того, эти датчики напряжения обычно поставляются конечному пользователю для интеграции непосредственно в систему распределения или в устройство в системе (например, конденсаторную батарею или устройство повторного включения), а не в конфигурации по принципу «включай и работай», заранее расфасованный раствор.

При упаковке высокоточных датчиков напряжения с устройством повторного включения в одно предварительно упакованное устройство его можно использовать для выполнения программ VVO и CVR, а также в качестве универсального устройства повторного включения.Для устройств с поддержкой SCADA требуется оборудование связи, которое необходимо вводить в эксплуатацию, что требует времени инженеров и оператора и связанных с этим расходов. Когда такие устройства, как реклоузеры и точки измерения, объединяются в одно устройство, эти затраты на ввод в эксплуатацию SCADA сокращаются вдвое. Кроме того, многие коммунальные предприятия ценят получение полной интегрированной системы с предварительно установленными принадлежностями и проводкой от одного поставщика, а не поиск и интеграцию всех компонентов вместе.Это комплексное решение повышает удобство и сокращает рабочее время и расходы, связанные с установкой основного оборудования в систему распределения.

Реклоузер , предварительно сконфигурированный с высокоточными датчиками напряжения

A) Класс измерения Датчики напряжения

В случае необратимого сбоя в системе внедрение автоматизации распределения может значительно снизить воздействие, сводя к минимуму количество клиентов, пострадавших от сбоя.Благодаря автоматизации распределения система становится более динамичной и может быть настроена на автоматическое обнаружение сбоя, локализацию сбоя и восстановление питания неповрежденного сегмента с помощью схем обнаружения сбоев, изоляции и восстановления обслуживания (FLISR). Изоляция сегментированных поврежденных линий и восстановление питания неповрежденного сегмента показывают преимущества в отказоустойчивости сети или способ «самовосстановления», поэтому сбои ограничиваются только источником проблемы. Датчики интеллектуальной сети могут помочь, предоставляя информацию, необходимую для определения сбоя или сбоя системы.При объединении измерений датчиков с автоматическим переключением в интеллектуальной системе отклик оптимизируется, и питание может быть перенаправлено большинству клиентов за считанные секунды или меньше. Гибкость программирования интеллектуальных реле защиты для удовлетворения конкретных системных требований в этих схемах демонстрирует эффективность «интеллектуальной сети» и то, как технологии повлияли на повышение надежности современной электросети.

В этих схемах автоматизации распределения реклоузеры с интеллектуальными реле, датчиками и коммуникациями сконфигурированы для использования в нескольких различных коммутационных приложениях, таких как традиционный реклоузер, секционный выключатель и нормально разомкнутый межкоммутаторный переключатель, который взаимодействует с двумя источниками. Эта универсальность приложения дополняет управление активами за счет использования одного устройства, которое выполняет все эти различные функции, вместо того, чтобы иметь отдельное устройство для каждого. Кроме того, объединение одной и той же платформы делает процесс установки и ввода в эксплуатацию более плавным, от линейных монтажников, устанавливающих оборудование, до инженеров по реле и операторов SCADA, подтверждающих, что оборудование связи работает должным образом.

Распространение интеллектуальных данных

По мере роста спроса на энергию и развертывания распределенного энергоснабжения наша стареющая электрическая инфраструктура выходит за пределы проектных ограничений.Коммунальные предприятия осознали, насколько важны интеллектуальные сетевые устройства для модернизации энергосистемы, позволяя подавать электроэнергию более надежно и эффективно. По данным Института электрических инноваций Фонда Эдисона, в прошлом году коммунальные предприятия инвестировали в распределительные сети прогнозируемые 35 миллиардов долларов. По данным Министерства энергетики, повышение эффективности сети и интеграция РЭД могут сэкономить около 36 миллиардов долларов в год к 2025 году.

Традиционные трансформаторы напряжения с датчиком напряжения класса точности измерения

A) Традиционные трансформаторы напряжения класса точности измерения
Б) Датчики напряжения класса точности измерения

Инвестиции в интеллектуальные сетевые устройства — один из первых шагов на пути к цифровой распределительной сети.Оптимизированное управление в реальном времени устройствами, которые могут предоставлять информацию для инициатив VVO и CVR, позволяет системе быстро решать проблемы качества электроэнергии. Быстрое реагирование увеличивает способность сети более эффективно интегрировать ветровую и солнечную генерацию. Интеграция большего количества возобновляемых источников энергии помогает снизить зависимость от ископаемого топлива и уменьшить углеродный след. Устройства интеллектуальных сетей, такие как устройства повторного включения и датчики, помогут сыграть ключевую роль в сокращении простоев и использовании возобновляемых источников энергии, что имеет решающее значение для поддержки энергосистемы будущего.

Потенциальные риски для окружающей среды

Нежелание модернизировать наши сети может иметь серьезные последствия для нашей планеты. По данным Министерства энергетики, экологические исследования показывают, что выбросы углерода в США вырастут с 1700 миллионов тонн углерода в год сегодня до 2300 миллионов тонн углерода к 2030 году.

Для того, чтобы коммунальные предприятия действительно уменьшили свой углеродный след, им необходимо включить возобновляемые источники энергии в наши сети, но сделать это может быть непросто.Это включает в себя больше коммуникации, адаптацию к двустороннему потоку энергии, оптимизацию эффективности и отключение традиционных коммунальных услуг, включение солнечной или ветровой энергии и обратно. Датчики интеллектуальной сети могут отслеживать энергию ветра и солнца, предоставляя информацию для регулирования колебаний в зависимости от спроса. Они могут предупреждать сеть, когда солнце садится или нет ветра, чтобы управлять колебаниями.

С увеличением использования зеленой энергии от энергокомпаний до солнечных панелей в наших домах и на предприятиях будет больше колебаний мощности, что потребует большего количества датчиков для связи и обеспечения эффективной работы наших сетей.То же исследование Министерства энергетики показывает, что коммунальные предприятия за счет реализации программ повышения энергоэффективности и использования возобновляемых источников энергии не только замедлят рост выбросов углерода, но и фактически сократят наши выбросы углерода до уровня ниже 1 000 миллионов тонн углерода к 2030 году.


Универсальность реклоузера в схеме автоматизации распределения

Сеть завтрашнего дня потребует устройств, обеспечивающих большую надежность и точность данных

Чтобы не отставать от наших растущих потребностей в энергии, коммунальным предприятиям необходимо постоянно улучшать качество электроэнергии и повышать надежность для обеспечения работы эффективной энергосистемы. По данным Министерства энергетики США, перебои в подаче электроэнергии и потери в линиях не только доставляют неудобства, но и обходятся американцам в 150 миллиардов долларов в год. Комбинация устройств повторного включения и высокоточных датчиков напряжения в системе распределения позволяет коммунальным предприятиям эффективно удовлетворять эти потребности в надежности и качестве электроэнергии, предоставляя данные, необходимые для принятия важных решений и корректировок в сети. Установка датчиков измерительного класса на реклоузер может помочь в максимальной гибкости и универсальности приложений реклоузера, позволяя коммунальным предприятиям повысить надежность, отказоустойчивость и качество электроэнергии, а также снизить пиковое потребление, потери в распределительных линиях и выбросы углерода.Кроме того, с ростом (DER) появляется все больше сетей и потенциальных проблем с качеством электроэнергии, которые, возможно, необходимо отслеживать. Ожидаемый рост числа установок интеллектуальных сетей будет продолжать повышать интеллектуальность и надежность сетей, позволяя коммунальным предприятиям удовлетворять растущий спрос на энергию при сохранении устойчивости сети.