Lưới điện thông minh tự tổ chức

Kiểm soát trung tâm chống lại tần số chính dao động là không cần thiết

Việc mở rộng các năng lượng tái tạo như năng lượng gió cũng đặt ra những nhu cầu mới đối với lưới điện. © miễn phí
đọc to

Tự tổ chức trong lưới điện: Đồng hồ điện thông minh có thể điều chỉnh độc lập lưới điện của tương lai với nguồn cung năng lượng tái tạo dao động. Một điểm kiểm soát trung tâm là không cần thiết, như một mô hình máy tính của các nhà khoa học Đức cho thấy. Thay vào đó, một mạng lưới điện thông minh, phi tập trung sẽ an toàn hơn và rẻ hơn nhiều, các nhà vật lý nói.

Việc mở rộng năng lượng mặt trời và năng lượng gió đang tiến triển ở Đức: kể từ đầu năm 2014, năng lượng tái tạo đã đạt mức kỷ lục 28% mức tiêu thụ điện của Đức. Tuy nhiên, điều này cũng tạo ra một vấn đề: lưới điện phải đối phó với những biến động lớn hơn. Bởi vì một mặt trận đám mây đẩy qua miền nam nước Đức, các hệ thống quang điện đột nhiên cung cấp ít điện hơn. Và khi một cơn bão xuất hiện, sản xuất điện trong các trang trại gió đột nhiên tăng và biến động thậm chí nhiều hơn so với trước đây.

Lưới điện thông minh hoặc "lưới điện thông minh" sẽ có thể đệm các biến động gia tăng như vậy. Cái gọi là "đồng hồ thông minh", đồng hồ điện thông minh, là để điều chỉnh mức tiêu thụ tùy thuộc vào lời đề nghị và bật và tắt các thiết bị trong nhà phù hợp. Nếu gió và mặt trời cung cấp nhiều năng lượng, ví dụ, các bộ phận làm mát trong trung tâm dữ liệu và kho, tủ lạnh ở nhà hoặc bộ sạc cho ô tô điện sẽ được khởi động. Nếu có thời gian tạm lắng, họ nên tạm thời đi ngủ.

Rủi ro bảo mật với sự kiểm soát trung tâm

Các khái niệm trước đây về lưới điện thông minh cho rằng dữ liệu của tất cả người tiêu dùng và nhà sản xuất tập trung vào nhà cung cấp năng lượng. Nếu cần thiết, điều này chống lại các dao động đo. Nhưng điều đó mang đến rủi ro: "Kiểm soát tập trung như vậy là mục tiêu tiềm năng của tin tặc", cảnh báo của Benjamin Schäfer thuộc Viện Động lực và Tự tổ chức Max Planck.

Nếu ai đó đột nhập vào trung tâm điều khiển qua Internet, trong trường hợp xấu nhất, anh ta có thể làm tê liệt mạng lưới cung cấp. "Cho đến nay, vẫn chưa rõ việc bảo vệ dữ liệu được đảm bảo như thế nào nếu dữ liệu tiêu thụ của khách hàng liên tục được truyền đến một địa điểm trung tâm", nhà vật lý nói. trưng bày

Mạng trung tâm (trên cùng bên trái) và lưới phi tập trung của tương lai được cung cấp bởi nhiều máy phát nhỏ hơn. MMCD theo MPI cho Động lực và Tự tổ chức

Do đó, Sch fer và các đồng nghiệp đã điều tra xem liệu có phải kiểm soát trung tâm lưới điện thông minh hay không. Không thể thông minh đồng hồ điện địa phương phù hợp trực tiếp cung cấp và tiêu thụ mà không phải thông qua các nhà cung cấp năng lượng trung tâm thông qua một văn phòng trung tâm? Lợi thế của việc kiểm soát phi tập trung như vậy sẽ rất lớn: Ngoài các khía cạnh bảo mật cũng sẽ là việc tạo ra một cơ sở hạ tầng truyền thông, nếu không sẽ phải kết nối hàng triệu đồng hồ thông minh với các nhà cung cấp năng lượng trong tương lai.

Mạng thông minh giữ ổn định

Các nhà vật lý đã phát triển một mô hình toán học mô phỏng các máy phát điện và người tiêu dùng. Yếu tố quyết định trong trường hợp này là tần số lưới được gọi là dòng điện xoay chiều trong mạng cung cấp dao động. Nó là 50 hertz và có thể sai lệch với giá trị này nhiều nhất là 0, 2 hertz do sự biến động trong mạng. Nếu cung giảm hoặc cầu tăng thì tần suất cũng giảm.

Ví dụ, nếu mặt trời cung cấp nhiều điện trở lại hoặc nếu người tiêu dùng điện lớn như các nhà máy công nghiệp tạm thời ngắt kết nối với lưới điện, tần số lưới sẽ tăng trở lại. Những biến động này là những gì các nhà mạng phải tích cực bù đắp. Một mạng phi tập trung thiếu kiểm soát hoạt động này - vì vậy một mạng như vậy có thể tự tổ chức và giữ cho nó ổn định không? Theo các nhà vật lý, điều này là có thể nếu đồng hồ thông minh phản ứng trực tiếp.

Do đó, các đơn vị điều khiển hiện tại đang ở vị trí sử dụng thay đổi tần số làm thước đo và để kiểm soát mức tiêu thụ điện của chính các thiết bị điện được kết nối. "Cho đến nay, hầu như không có một nghiên cứu nào phân tích chi tiết liệu lưới điện thông minh có thể hoạt động mà không cần điều khiển trung tâm hay không", giám đốc nghiên cứu Marc Timme tóm tắt. "Phân tích của chúng tôi hiện đã lần đầu tiên cho thấy rằng điều này là có thể về nguyên tắc."

Phản ứng nhanh là không cần thiết

Một thách thức cụ thể phát sinh với những thay đổi tần số ngắn hạn, đôi khi xảy ra trong vòng một phần nghìn giây. Nhiều thiết bị không thể phản ứng nhanh như vậy: Chẳng hạn, tủ lạnh phản ứng theo cách giảm tốc khi trước tiên phải bật hoặc tắt máy nén. Bộ định tuyến, được cho là điều khiển các thiết bị điện trong nhà trong một mạng tương lai, cần thời gian tính toán trước khi nó phản ứng.

May mắn thay, đồng hồ thông minh không phải phản ứng ngay lập tức với những biến động nhanh như vậy: chúng thường tự cân bằng trong vòng vài giây. Đối với các dao động lớn hơn, tuy nhiên, độ trễ như vậy có ý nghĩa. Vì vậy, thật lý tưởng nếu đồng hồ thông minh tính trung bình các giá trị tần số trong vài giây và sau đó điều chỉnh và điều chỉnh mức tiêu thụ cho phù hợp.

(Hiệp hội Max Planck vì sự tiến bộ của khoa học eV, 28.01.2015 - AKR)