Pembangkit listrik virtual. Apakah mungkin untuk mengelola sumber energi "hijau"?

Umat ​​manusia meningkatkan konsumsi dan produksi listriknya, dengan memberi perhatian khusus pada sumber yang terbarukan atau "hijau". Menurut perusahaan riset REN21, pada tahun 2017 pangsa energi terbarukan dalam produksi dunia adalah 10,4%. Selain itu, di negara-negara maju bagian ini lebih tinggi: pada 2017, UE menerima 17,5% energi dari sumber terbarukan, dan tujuan untuk tahun 2020 adalah 20%. Dengan meningkatnya pangsa energi terbarukan dalam pembangunan, signifikansi masalah yang terkait dengannya meningkat. Apa masalah ini, bagaimana mereka memecahkan pembangkit listrik virtual, dan apa masalahnya? Kami memberi tahu.

Apa yang salah dengan energi hijau?

Secara umum, semuanya begitu. Di situs web Enerdata Anda dapat melihat data produksi energi untuk tahun 1990-2017 berdasarkan negara - grafik menunjukkan bahwa sebagian besar negara meningkatkan pangsa sumber energi terbarukan. Masa depan kita pasti terkait dengan energi alternatif, dan untuk negara-negara paling maju dan industri individual di dalamnya, ini sudah ada. Jadi, Kereta Api Belanda sejak 2017 bepergian secara eksklusif menggunakan listrik dari kincir angin. Dan dengan demikian mereka mengangkut sekitar 320 juta penumpang per tahun, yang 18,5 kali lebih banyak dari seluruh populasi negara (untuk perbandingan: Kereta Api Rusia mengangkut sekitar 1 miliar penumpang per tahun, yaitu 7-8 populasi Rusia). Contoh lain adalah Norwegia: lebih dari 97,8% energi yang diproduksi di negara ini dihasilkan oleh sumber-sumber alternatif.


Beberapa negara Eropa tidak hanya mencapai target untuk meningkatkan pangsa listrik dari sumber terbarukan, tetapi juga melampaui mereka. Para pemimpinnya adalah Swedia, Finlandia dan Latvia. Sumber: Eurostat

Artinya, semuanya tampak hebat, tetapi masih ada kesulitan: untuk semua kelebihannya, energi alternatif tidak dapat menyediakan tingkat produksi listrik yang konstan. Terkadang listrik kurang dari yang dibutuhkan konsumen. Terkadang - sebaliknya, dan ini juga masalah, karena kelebihan listrik perlu diletakkan di suatu tempat. Panel surya hanya berfungsi pada siang hari, efisiensinya tergantung pada waktu tahun dan kondisi cuaca. Peternakan angin tidak hanya bergantung pada kehadiran angin, tetapi juga, misalnya, berhenti bekerja selama penerbangan musiman burung. Pembangkit listrik pasang surut bekerja beberapa jam sehari, selama pasang surut. Ini adalah masalah utama dan perbedaan utama dari pembangkit listrik tenaga nuklir dan panas. Dan semakin banyak generasi berasal dari sumber hijau, semakin besar pentingnya masalah ini. Selain itu, sumber energi terbarukan seringkali jauh dari satu sama lain, yang membutuhkan infrastruktur yang lebih kompleks daripada dalam hal produksi terpusat dengan jumlah energi yang sebanding.

Apa yang harus dilakukan?

Untuk mengatasi masalah ini, pembangkit listrik virtual diciptakan (wind farm, mereka juga VPP - Virtual Power Plants). Disebut sistem perangkat keras dan perangkat lunak yang memungkinkan Anda mengelola sejumlah besar instalasi berbeda untuk menghasilkan energi, seolah-olah itu adalah satu pembangkit listrik. Perangkat lunak yang dibuat menggunakan teknologi pembelajaran mesin mendistribusikan listrik di antara konsumen dan surplus cadangan, menggunakannya untuk mengkompensasi penurunan harian. Dan di sini unsur-unsur belajar mandiri AI yang diperkenalkan ke dalam kode sangat penting, yang belajar untuk memprediksi penurunan produksi dan puncak konsumsi, mengoptimalkan pergerakan energi dalam sistem.

Sederhananya, pembangkit listrik virtual adalah pertukaran penjual dan pembeli listrik yang menyeimbangkan penawaran dan permintaan energi. Akibatnya, semua konsumen listrik menggunakan energi hijau seolah-olah dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga nuklir klasik atau pembangkit listrik tenaga panas. Artinya, listrik di jaringan selalu ada dan tegangan di jaringan konstan. Dan produsen energi dijamin untuk menjual produk mereka.

Pembangkit listrik virtual selalu merupakan proyek individu, karena struktur sumber energi terbarukan dan konsumen mereka selalu unik dan tergantung pada fitur geografis dan demografis wilayah tersebut. Namun, di setiap ladang angin ada unsur - unsur berikut :

1. sumber energi (terbarukan dan tradisional),
2. konsumen listrik (bisnis dan populasi),
3. sistem penyimpanan energi (baterai),
4. Sensor IoT untuk mengumpulkan informasi dan mengelola pekerjaan konsumen,
5. Perangkat lunak manajemen daya.

Pembangkit listrik virtual dapat dengan mudah meningkatkan infrastruktur planet global, belum lagi kebutuhan setiap negara bagian. Sumber: Toshiba

Dalam sistem tenaga di mana listrik dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga surya dan angin dan energi didistribusikan tanpa menggunakan pembangkit listrik virtual, perlu untuk menyimpan energi, dan setidaknya 13-15% dari energi yang dihasilkan dan dicadangkan biasanya tidak digunakan. Akibatnya, menghasilkan listrik menjadi kurang menguntungkan. Dalam sistem dengan pembangkit listrik virtual, jumlah cadangan yang tidak perlu jauh lebih sedikit. Idealnya, umumnya cenderung nol.

Juga, algoritma perangkat lunak untuk pembangkit listrik tenaga angin dapat mengurangi konsumsi energi dalam sistem dengan meminimalkan kerugian dalam transfer energi dan bekerja dengan baik dengan sensor internet hal-hal. Jadi, dengan bantuan mereka dimungkinkan untuk mengatur pemanasan di musim dingin dan pendingin udara di musim panas, menghemat energi pada pencapaian suhu yang ditetapkan. Dan Anda dapat mengikat ventilasi gedung ke jumlah orang di dalamnya, memaksanya berfungsi maksimal hanya selama jam kerja.

Prospek untuk pasar pembangkit listrik virtual terlihat dalam investasi keuangan. Menurut sebuah laporan oleh Pasar dan Pasar, pada tahun 2016 pasar ladang angin global berjumlah 193,4 juta dolar AS, dan perkiraan hingga 2021 adalah 709 juta dolar AS. Secara absolut, ini masih sedikit, tetapi dinamikanya cukup jelas, dan kemudian, ketika teknologi masuk, dan Internet hal semakin berkembang, sebuah terobosan menanti kita.

Sejauh ini, semua proyek pertanian angin utama sedang dilaksanakan atau sudah bekerja dalam mode uji. Salah satu contoh praktis pertama di dunia tentang penggunaan ladang angin adalah proyek PowerShift Atlantic, diimplementasikan di provinsi New Brunswick Kanada dan daerah sekitarnya pada 2010-2015. Dia menggabungkan sistem tenaga New Brunswick, Nova Scotia dan Prince Edward Island, yang terdiri dari "fosil" dan sumber energi terbarukan. Sebagai hasil dari peluncuran pembangkit listrik virtual, beban puncak dalam jaringan hampir sepenuhnya dihaluskan.



Kondisi alam di Kanada tenggara menguntungkan untuk pengembangan sumber energi alternatif: ladang angin dan pembangkit listrik tenaga air. Namun, sebelum pengenalan ladang angin, pengembangannya terhambat oleh ketidakmampuan untuk memastikan produksi energi pada tingkat yang konstan dan dapat diprediksi. Sebagai bagian dari proyek PowerShift Atlantic, ini telah dicapai. Sumber: PowerShift Atlatic

Dengan dimulainya pekerjaan ladang angin, peralihan antar sumber energi mulai terjadi secara tidak mencolok bagi pengguna, ketergantungan pada kondisi cuaca dihilangkan, yang memungkinkan pengembangan lebih lanjut pembangkit listrik tenaga angin dan hidroelektrik. Total kapasitas sistem energi pertanian angin dikendalikan lebih dari 6.200 MW.

Salah satu proyek pertanian angin skala besar yang paling terkenal dan sedang dilaksanakan saat ini adalah anak Tesla, pembangkit listrik virtual raksasa di Australia Selatan, yang menggabungkan 50 ribu rumah dengan panel surya terpasang dan baterai Powerwall 2. Pentingnya proyek ini adalah sudah merupakan pengembangan tingkat negara bagian. , bukan alat untuk memecahkan masalah lokal. Tujuan utama peternakan angin Australia adalah untuk menambah dan memperkuat sistem energi nasional dan mengurangi biaya listrik untuk pelanggan. Ketika proyek selesai, ladang tenaga surya Tesla akan menghasilkan 250 MW energi, dan baterainya akan mampu menyimpan hingga 650 MW / jam. Ini adalah proyek hijau terbesar Australia saat ini.

Apa yang menyatukan proyek-proyek ini? Ketersediaan sumber daya terbarukan (di pantai Atlantik Kanada, salah satu kondisi angin terbaik di dunia untuk menciptakan ladang angin; di Australia selatan, 180 hari yang cerah setahun) dan keberadaan tempat tinggal di kota-kota dengan perkembangan panjang yang longgar.

Proyek serupa dilaksanakan di Finlandia (sebagai hasil dari kerja ladang angin, emisi gas rumah kaca di sana berkurang 0,5%), Slovenia , Jerman , dan Hawaii .

Apa yang menghentikan pembangkit listrik virtual?

Pengembangan pembangkit listrik virtual sangat terhambat di tingkat legislatif. Faktanya adalah bahwa penjualan listrik kepada konsumen di banyak negara hanya diperbolehkan untuk negara, yang membelinya dari produsen swasta. Oleh karena itu, mustahil untuk mengatur jaringan terdistribusi swasta tanpa partisipasi negara.

Jika Anda melihat pengalaman Rusia, Anda harus memperhatikan kemajuan yang lambat tapi tak terhindarkan. Pada 2017, Pemerintah Federasi Rusia menyetujui “Rencana tindakan untuk merangsang pengembangan fasilitas pembangkit berdasarkan sumber energi terbarukan dengan kapasitas terpasang hingga 15 kW”, yang menyiratkan pengoperasian penuh sumber energi terbarukan yang kecil, seperti kincir angin pribadi dan panel surya. "Tarif hijau" istimewa khusus, yang menurutnya pemilik pembangkit listrik rumah dapat menjual kelebihan listrik ke negara, belum diperkenalkan, tetapi RUU tersebut sedang dipertimbangkan di Duma Negara, dan ada kemungkinan besar bahwa hal itu akan diadopsi tahun ini.

Juga, titik lemah dari pembangkit listrik virtual adalah tingginya biaya implementasi, yang sulit diprediksi. Dibutuhkan pembangkit listrik alternatif yang menghasilkan listrik mahal, yang perlu disubsidi sendiri. Penting untuk menginstal dan menyinkronkan sensor IoT, yang, pada gilirannya, membuat tuntutan tinggi pada kualitas koneksi Internet (namun, di negara-negara maju masalah ini akan diselesaikan dengan penyebaran jaringan 5G). Perangkat lunak canggih dan dukungan berkelanjutan diperlukan. Dan ini sekali lagi membawa kita pada kebutuhan untuk mendukung negara atau investor besar lainnya pada tahap peluncuran ladang angin.

Apa yang menanti kita semua?

Pembangkit listrik virtual akan secara aktif mengembangkan, secara bertahap mendorong legislasi yang ketinggalan zaman di seluruh dunia. Sekitar tahun 2021, kita akan menyaksikan munculnya pasar listrik yang benar-benar baru, yang terkait erat dengan pembangkit listrik virtual, distribusi cadangan energi yang cerdas, dan optimalisasi konsumsi energi semua peserta pasar. Pada tahun ini, pembangunan pembangkit listrik virtual besar akan selesai di AS, Uni Eropa dan Jepang, dan keuntungan mereka akan menjadi jelas.

Sistem pertanian angin yang mapan merangsang dunia untuk meningkatkan pangsa sumber energi alternatif, yang akan berkontribusi untuk memperbaiki situasi lingkungan di planet ini dan menghemat sumber daya alam. Plus, infrastruktur energi akan benar-benar berubah: alih-alih pembangkit listrik raksasa dan jaringan kabel yang menyimpang ke konsumen, kita akan mendapatkan jaringan yang terdesentralisasi. Ini berarti bahwa sistem energi masa depan umat manusia akan menjadi kurang rentan jika terjadi bencana alam - di Jepang, di mana bagian sumber energi terbarukan kecil dan berjumlah sekitar 17%, ladang angin sangat tertarik pada konteks ini. Desentralisasi aliran energi akan membantu Jepang menghindari pemadaman besar-besaran selama gempa bumi dan topan.

Juga, jaringan produsen dan konsumen listrik yang terdesentralisasi akan dapat menciptakan lebih banyak stasiun pengisian untuk kendaraan listrik dan ini akan merangsang industri. Dan jangan mengabaikan fakta bahwa semakin sedikit manusia membutuhkan produsen listrik yang sangat kuat, semakin kecil kemungkinan bencana teknologi besar. Jadi secara bertahap kita membuat planet kita lebih baik, lebih nyaman dan lebih aman. Dan semua orang akan mendapat manfaat.