Plantas de energía virtuales. ¿Es posible gestionar las fuentes de energía "verde"?

La humanidad está aumentando su consumo y producción de electricidad, prestando especial atención a las fuentes renovables o "verdes". Según la empresa de investigación REN21, en 2017 la participación de las energías renovables en la producción mundial fue del 10,4%. Además, en los países avanzados, esta proporción es mayor: en 2017, la UE recibió el 17,5% de la energía de fuentes renovables, y la meta para el año 2020 es del 20%. A medida que aumenta la participación de las energías renovables en el desarrollo, aumenta la importancia de los problemas asociados con ellas. ¿Cuáles son estos problemas, cómo resuelven las centrales eléctricas virtuales y de qué se trata? Estamos contando

¿Qué hay de malo con la energía verde?

En general, todo es así. En el sitio web de Enerdata puede ver datos sobre la producción de energía para los años 1990-2017 por país: los gráficos muestran que la mayoría de los países están aumentando la proporción de fuentes de energía renovables. Nuestro futuro está inevitablemente conectado con la energía alternativa, y para los países más avanzados y las industrias individuales en ellos, esto ya es el presente. Entonces, los Ferrocarriles de los Países Bajos desde 2017 viajan exclusivamente con electricidad de molinos de viento. Y, por lo tanto, transportan alrededor de 320 millones de pasajeros al año, que es 18.5 veces más que toda la población del país (en comparación: los ferrocarriles rusos transportan alrededor de mil millones de pasajeros al año, es decir, 7-8 poblaciones rusas). Otro ejemplo es Noruega: más del 97.8% de la energía producida en este país es generada por fuentes alternativas.


Algunos países europeos no solo han alcanzado los objetivos para aumentar la participación de la electricidad de fuentes renovables, sino que también los han excedido. Los líderes son Suecia, Finlandia y Letonia. Fuente: Eurostat.

Es decir, todo parece estar bien, pero aún existen dificultades: a pesar de todas sus ventajas, la energía alternativa no puede proporcionar un nivel constante de producción de electricidad. A veces hay menos electricidad que la que necesitan los consumidores. A veces, por el contrario, esto también es un problema, ya que el excedente de electricidad debe colocarse en algún lugar. Los paneles solares funcionan solo durante el día, su eficiencia depende de la época del año y las condiciones climáticas. Los parques eólicos dependen no solo de la presencia de viento, sino que, por ejemplo, dejan de funcionar durante el vuelo estacional de las aves. Las centrales eléctricas de marea funcionan varias horas al día, durante el flujo y reflujo. Este es el principal problema y la principal diferencia de las centrales nucleares y térmicas. Y cuanto más generación provenga de fuentes verdes, mayor será la importancia de estos problemas. Además, las fuentes de energía renovables a menudo están lejos unas de otras, lo que requiere una infraestructura más compleja que en el caso de la producción centralizada de una cantidad comparable de energía.

¿Qué hacer al respecto?

Para resolver estos problemas, se inventaron plantas de energía virtual (parque eólico, también son VPP - Plantas de energía virtual). Los llamados sistemas de hardware y software que le permiten administrar una gran cantidad de instalaciones dispares para generar energía, como si fuera una sola planta de energía. El software creado utilizando tecnologías de aprendizaje automático distribuye la electricidad entre los consumidores y reserva los excedentes, utilizándolos para compensar las caídas diarias. Y aquí los elementos de la IA de autoaprendizaje introducidos en el código son especialmente importantes, ya que aprenden a predecir las caídas de producción y los picos de consumo, optimizando el movimiento de energía dentro del sistema.

En pocas palabras, una planta de energía virtual es un intercambio de vendedores y compradores de electricidad que equilibra la oferta y la demanda de energía. Como resultado, todos los consumidores de electricidad usan energía verde como si fuera generada por una central nuclear clásica o una central térmica. Es decir, siempre hay electricidad en la red y el voltaje en la red es constante. Y los productores de energía tienen la garantía de vender sus productos.

Una planta de energía virtual siempre es un proyecto individual, ya que la estructura de las fuentes de energía renovables y sus consumidores siempre es única y depende de las características geográficas y demográficas de la región. Sin embargo, en cualquier parque eólico existen los siguientes elementos:

1. fuentes de energía (renovables y tradicionales),
2. consumidores de electricidad (empresas y población),
3. sistema de almacenamiento de energía (baterías),
4. Sensores de IoT para recopilar información y gestionar el trabajo de los consumidores,
5. Software de gestión de energía.

Las plantas de energía virtuales pueden escalar fácilmente a la infraestructura planetaria global, sin mencionar las necesidades de un solo estado. Fuente: Toshiba

En los sistemas de energía donde la electricidad es generada por plantas de energía solar y eólica y la energía se distribuye sin el uso de plantas de energía virtuales, es necesario reservar energía, y al menos el 13-15% de la energía generada y reservada no se usa normalmente. Como resultado, generar electricidad es menos rentable. En sistemas con plantas de energía virtuales, la cantidad de reservas innecesarias es mucho menor. Idealmente, generalmente debería tender a cero.

Además, los algoritmos de software para plantas de energía eólica pueden reducir el consumo de energía en el sistema al minimizar las pérdidas en la transferencia de energía y el buen trabajo con sensores de Internet de las cosas. Por lo tanto, con su ayuda es posible regular la calefacción en invierno y los aires acondicionados en verano, ahorrando energía al alcanzar las temperaturas establecidas. Y puede vincular la ventilación del edificio con la cantidad de personas dentro, forzándolo a funcionar al máximo solo durante las horas de trabajo.

Las perspectivas para el mercado de plantas de energía virtual son visibles en las inversiones financieras. Según un informe de Markets and Markets, en 2016 el mercado mundial de parques eólicos ascendió a 193,4 millones de dólares, y la previsión hasta 2021 es de 709 millones de dólares. En términos absolutos, esto todavía es un poco, pero la dinámica es bastante inequívoca, y luego, cuando las tecnologías se implementan y el Internet de las cosas se desarrolla aún más, nos espera un gran avance.

Hasta ahora, todos los principales proyectos de parques eólicos se están implementando o ya están funcionando en modo de prueba. Uno de los primeros ejemplos prácticos del mundo del uso de parques eólicos fue el proyecto PowerShift Atlantic, implementado en la provincia canadiense de Nuevo Brunswick y sus alrededores en 2010-2015. Combinó los sistemas de energía de Nuevo Brunswick, Nueva Escocia y la Isla del Príncipe Eduardo, que consisten en fuentes de energía "fósiles" y renovables. Como resultado del lanzamiento de la central eléctrica virtual, las cargas máximas en la red se suavizaron casi por completo.



Las condiciones naturales en el sureste de Canadá son favorables para el desarrollo de fuentes alternativas de energía: parques eólicos y centrales hidroeléctricas. Sin embargo, antes de la introducción del parque eólico, su desarrollo se vio obstaculizado por la incapacidad de garantizar la producción de energía a un nivel constante y predecible. Como parte del proyecto PowerShift Atlantic, esto se ha logrado. Fuente: PowerShift Atlatic

Con el comienzo del trabajo del parque eólico, el cambio entre las fuentes de energía comenzó a ocurrir de manera imperceptible para los usuarios, se eliminó la dependencia de las condiciones climáticas, lo que permitió un mayor desarrollo de las plantas de energía eólica e hidroeléctrica. La capacidad total del sistema controlado de energía del parque eólico es de más de 6.200 MW.

Uno de los proyectos de parques eólicos más famosos y de gran escala que se está implementando en este momento es el niño Tesla, una planta de energía virtual gigante en el sur de Australia, que combina 50 mil casas con paneles solares instalados y baterías Powerwall 2. La importancia del proyecto es que ya es un desarrollo a nivel estatal. , no es una herramienta para resolver un problema local. El objetivo principal del parque eólico australiano es complementar y fortalecer el sistema energético nacional y reducir el costo de la electricidad para los suscriptores. Cuando se complete el proyecto, la granja solar de Tesla producirá 250 MW de energía y sus baterías podrán almacenar hasta 650 MW / h. Este es el proyecto verde más grande de Australia en este momento.

¿Qué une estos proyectos? La disponibilidad de recursos renovables (en la costa atlántica de Canadá, una de las mejores condiciones eólicas del mundo para crear parques eólicos; en el sur de Australia, 180 días soleados al año) y la presencia de barrios residenciales de ciudades con un desarrollo largo y suelto.

Se implementaron proyectos similares en Finlandia (como resultado del trabajo del parque eólico, las emisiones de gases de efecto invernadero disminuyeron en un 0,5%), Eslovenia , Alemania y Hawai .

¿Qué está deteniendo las centrales eléctricas virtuales?

El desarrollo de plantas de energía virtuales se ve seriamente obstaculizado a nivel legislativo. El hecho es que la venta de electricidad a los consumidores en muchos países está permitida solo para el estado, que la compra a productores privados. Por lo tanto, es imposible organizar una red privada distribuida sin la participación del estado.

Si miras la experiencia rusa, debes notar el progreso lento pero inevitable. En 2017, el Gobierno de la Federación de Rusia aprobó el "Plan de medidas para estimular el desarrollo de instalaciones generadoras basadas en fuentes de energía renovables con una capacidad instalada de hasta 15 kW", lo que implica la operación completa de pequeñas fuentes de energía renovables, como molinos de viento privados y paneles solares. Todavía no se ha introducido una "tarifa verde" preferencial especial, según la cual los propietarios de plantas de energía doméstica podrían vender el excedente de electricidad al estado, pero el proyecto de ley se está considerando en la Duma del Estado, y hay buenas posibilidades de que se adopte este año.

Además, el punto débil de las centrales eléctricas virtuales es el alto costo de implementación, que es difícil de predecir. Se necesitan plantas de energía alternativas que produzcan electricidad costosa, que a su vez necesita ser subsidiada. Es necesario instalar y sincronizar sensores IoT, que, a su vez, exigen mucho la calidad de la conexión a Internet (sin embargo, en los países avanzados este problema se resolverá con el despliegue de redes 5G). Se necesita software sofisticado y soporte continuo. Y esto nuevamente nos lleva a la necesidad de apoyar al estado u otro inversionista importante en la etapa de lanzamiento de un parque eólico.

¿Qué nos espera a todos?

Las centrales eléctricas virtuales se desarrollarán activamente, empujando gradualmente la legislación obsoleta en todo el mundo. Alrededor de 2021, presenciaremos la aparición de un mercado eléctrico completamente nuevo, estrechamente vinculado a las plantas de energía virtuales, la distribución inteligente de las reservas de energía y la optimización del consumo de energía de todos los participantes del mercado. Para este año, la construcción de grandes centrales eléctricas virtuales se completará en los Estados Unidos, la UE y Japón, y sus ventajas serán evidentes.

Los sistemas de parques eólicos bien establecidos estimulan al mundo a aumentar la proporción de fuentes de energía alternativas, lo que contribuirá a mejorar la situación ambiental del planeta y a ahorrar recursos naturales. Además, la infraestructura energética cambiará por completo: en lugar de plantas de energía gigantes y una red de cables que divergen a los consumidores, obtenemos una red descentralizada. Esto significa que los futuros sistemas energéticos de la humanidad serán menos vulnerables en caso de cataclismos: en Japón, donde la proporción de fuentes de energía renovables es pequeña y asciende a aproximadamente el 17%, los parques eólicos están activamente interesados ​​en este contexto. La descentralización de los flujos de energía ayudará a los japoneses a evitar apagones masivos durante terremotos y tifones.

Además, una red descentralizada de productores y consumidores de electricidad podrá crear más estaciones de carga para vehículos eléctricos y esto estimulará la industria. Y no descarte el hecho de que cuanto menos necesite la humanidad a los productores de electricidad súper poderosos, menor será la probabilidad de grandes desastres tecnológicos. Así que gradualmente hacemos nuestro planeta mejor, más cómodo y más seguro. Y todos se beneficiarán.