„Немско село произвежда 321% повече електричество, отколкото използва“ – това шокиращо откритие стана факт още през лятото на 2011 г., година след ядрената авария във Фукушима, Япония, последствията от която и до днес не са овладяни. Немското село се казва Вилдполдзрид. От соларни покриви и вятърни ферми днес то произвежда 500% повече енергия, отколкото използва! Но това всъщност е по-малко интересната част от историята за смарт-грид…

Ortsansicht_Wildpoldsried

Първото енергийно самодостатъчно село – Вилдполдзрид. Снимка: Ричард Майер, CC BY 3.

Всичко започва още в края на 90-те години, когато местният кмет – човек с афинитет към технологиите – убеждава хората да започнат да слагат слънчеви панели по покривите на къщите си. С фотоволтаици се оборудват и новите обществени сгради в селото. Изградени са четири реактора за производство на биогаз. Инсталирани са десетки вятърни турбини – при това ветропарковете са собственост на общността, а не на частни фирми. Селото се радва и на ток от три малки водноелектрически централи.

Излишъкът от екологично електричество закономерно довежда до идеята за съхранението й. Някои от жителите поставят в домовете си „батерии“ – акумулаторни системи, в които да се „складира“ излишната слънчева енергия, за да се използва по-късно. Когато мнозина от собствениците на къщи се сдобиват с такива батерии, им хрумва идеята да ги свържат в една голяма, „интегрирана батерия“.

Днес всички в селото могат да използват енергия, произведена от собствени, чисти източници. Никой не се интересува от чия точно „батерия“ идва токът, който захранва електроуредите му вечер – батериите са в мрежа и електричество има за всички.

Заради тази си особеност селото е любима „опитна площадка“ на университети, институти, лаборатории и научноизследователски звена на частни компании, които всички се интересуват от смарт-грид – интелигентните електроразпределителни мрежи.

Енергийно автономни селища

Опитът на Вилдполдзрид е безценен, но днес по света стават все повече проектите за енергийно независими селища.

Нов експеримент в Австралия предвижда използването на домашните соларни системи и модули за съхранение на енергия, които да помогнат за засрещането между търсене и предлагане на енергия. Подобно на немското село, тук системата ще представлява “виртуална електроцентрала”, съставена от множество отделни домакинства.

solar-panel-array-1794514_960_720

Инициативата е наречена „Разпределена енергийна борса“. Тя ще позволи на собствениците на жилища и предприятията да „отдават под наем“ своите малки мощности за добив на слънчева енергия и домашните модули за съхранение. Всички налични батерии ще предлагат свободния си капацитет, когато има излишна енергия на разположение някъде по мрежата.

През лятото на 2016 година се разчу проектът за селото REGEN в Дания – енергийно автономно селище, което ще осигурява самостоятелно всичката си необходима енергия.

regen

Селото REGEN ще се състои от домове, които използват минимум електроенергия. Рендер: EFFEKT

Домовете в селото са проектирани от датската архитектурна фирма EFFEKT за изцяло устойчив начин на живот. Те ще са захранвани от фотоволтаични слънчеви панели. Пасивните им отоплителни и охлаждащи системи ще облекчават натиска върху потреблението на електрическа енергия във всяка къща. Соларните панели ще са свързани в цялостна енергийна система. В началото на лятото започна изграждането на първите къщи от проекта.

Почти самодостатъчно село както от гледна точка на използваната енергия, така и откъм храна – ще бъде построено край Копенхаген. Наречено „Град-градина Хелзинк“ („Helsinge Haveby“), то ще се намира на по-малко от час път от датската столица. В него ще има 700 къщи. Градчето ще използва минимум „външна“ енергия, защото ще си произвежда електричество самостоятелно и ще е енергийно автономно.

В САЩ също се роят опитите за построяване на енергийно самодосатъчни села. Един пример е проектът за устойчиво село, което ще се захранва от екологична електроенергия и ще събира дъждовната вода – и ще бъде построено за група местни жители в „Долината на гръмотевиците“ в САЩ. Генералният план предвижда в селото да живеят около 4000 души от общността, обитаваща индианския резерват Пайн Ридж в Южна Дакота. Според разработения устройствен план, всички сгради ще разполагат с генератори на слънчева, вятърна и геотермална енергия.

В Азия, където традиционно мащабите са по-различни, не се говори за села, а за цели градове, които ще са енергийно самодостатъчни.

Ключът: смарт-грид софтуер

Голямата „тайна“ на енергийно автономните общности не е в инсталирането на соларни панели и ветрогенератори, а в софтуера, който трябва в реално време да засреща търсенето и предлагането на енергия – все труднопредвидими променливи. Това е изключително сложен програмен механизъм, който трябва ежесекундно да следи потреблението и наличната енергия и да взема решения на тази база.

futuristic-574080_960_720

Сложността идва на първо място от това, че потреблението на енергия е непостоянно и не напълно предвидимо. Операторите на енергийни мрежи са наясно, че когато в студен зимен ден свърши стандартното работно време, хората ще се приберат по домовете си и ще включат печки, климатици, котлони и печки – консумацията ще скочи, но колко точно ще е тя, никой не може да каже с точност.

От друга страна все по-агресивно в енергийните мрежи навлизат възобновяемите източници. Всички те са непостоянни по характер. Слънцето не свети непрекъснато, вятърът не духа постоянно, нито пък с еднаква сила, реките текат различно според количеството на падналите дъждове… Това прави производството на енергия много колебливо, за разлика от традиционните мощности – горивните инсталации. А делът на ВЕИ расте, расте…

И сякаш това не е достатъчно, та в тази и без друго сложна сметка трябва да се добави още една променлива – цената. Различните тарифи за потребление през деня, през нощта или в пиковите часове е само една част от пъзела. Практиката е цените на електроенергията да се изменят в зависимост от натоварването на електропреносните мрежи, от изкупните цени, от цените на горивата, от пиковете и спадовете на възобновяемите източници. Вече са налице случаи, в които енергийните излишъци в дни с екстремно силни ветрове правят енергията почти безплатна в страните, в които има отдавна и добре развити ветроенергийни паркове. Същото се случва и в слънчеви летни дни със соларната енергия. Стига се дотам, че местните енергийни оператори понякога плащат на потребителите за ползване на енергията!

latvia-1352650_960_720

За да управлява това „уравнение“ с множество постоянно менящи се фактори, софтуерът е изключително сложен и с елементи на изкуствен интелект. Той трябва да може да предвижда поведението на потребителите. Например, ако в края на деня има важен футболен мач, софтуерът трябва да се „досети“, че след последния съдийски сигнал всички ще скочат от столовете си пред телевизорите и ще включат своите лампи, печки, кани, бойлери – и консумацията рязко ще скочи. Със сигурност трябва да е наясно с колебанията на възобновяемите източници, заради което е добре да „чете“ дори метеорологични данни. Ще му се налага да предвижда времето – за да знае, например, кога соларните паркове ще бълват най-много ток. Ежесекундно ще трябва да търси най-добрия отговор на задачата – балансирнето в реално време на потребление и предлагане. И ще трябва да изчислява цените в реално време.

Може би е любопитно, че именно в тази област има и сериозно българско участие. Български екип започна разработването на софтуерна система за балансиране на електроенергийни системи – това е новостартиращата фирма SYNEC. Тяхното решение е софтуерна система, която да засреща търсенето и предлагането на енергия в по-големи и по-малки енергийни мрежи, наред с предоставяне на консултантски услуги по внедряването на решението. На база математически модел програмата изчислява в реалното време предлагането на електроенергия, цените и печалбата за участниците в „пазара“.

Потребителите като производители

Сложността на задачата се умножава от това, че все повече мястото на потребление се оказва и… място на производство на ток.

gable-59793_960_720

Соларните покриви дават шанс за локално генериране на електричество, което може да се продава – при това в много страни се продава на доста добра изкупна цена. Така сградите, които досега са били само консуматор, вече стават и производител. Те не спират, разбира се, да използват ток. В съвременната енергетика за тях се говори като за „прозюмери“ (от англ. „producer“, производител, + „consumer“, потребител = „prosumer“, тоест който едновремнно ползва и произвежда).

Умните електроуреди

Като че ли всичко това не е достатъчно сложно – затова се намесват и умните електроуреди. Перални машини, хладилници и лампи, които имат собствен живот, ще направят електрическите мрежи още по-сложни. Тези уреди ще си „говорят“ постоянно с централизираните софтуерни системи, управляващи енергийните мрежи, за да получават команди за изпълнението на своите задачи.

modern-kitchen-1772638_960_720

Така например главният „мозък“ на електропреносната мрежа ще нарежда на съдомиялните кога да започнат да мият чиниите – а именно в онези интервали от време, когато мрежата е най-слажбо натоварена. В моменти на пиково натоварване управляващият софтуер ще изисква от част от електроуредите да спрат работа, за да облекчат натоварването. Тези решения ще се взимат на база фини сложни алгоритми, за да може все пак потребителите да разчитат на услугите на своите електроуреди.

Електромобилите

Към картината скоро ще се добави тежестта на още един фактор – новото поколение автомобили, задвижвани от електродвигатели. Характерно за тях е, че съхраняват нужното електричество в акумулатори, освен това обичайно се зареждат през нощта, когато хората спят, за да може сутринта, тръгвайки за работа, всички да имат заредени коли. Какво означава това за електро-мрежите?

e-car-energy-1023035_960_720

Тук прозира шанс за добавяне в мрежите на „разпределена“ система за съхранение на енергия – батерия, състояща се от множество малки акумулторни единици на различни места. Затова все повече се говори за електромобили с “двупосочно зареждане”. При това положение батериите ползват мощната интелигентна зарядна система за съхранение на енергията, но при нужда могат да връщат енергия обратно в мрежата. Когато силното слънце или вятър генерират много енергия, електричеството ще се съхранява в акумулаторите на автомобилите. При гъста облачност и безветрие обаче енергията ще се върне обратно в мрежата за покриване на битови нужди.

Това от своя страна дава тласък на рзвитието на безжичните системи за зареждане. За да работят те, електромобилите трябва да се свързват с мрежата възможно най-често и то за възможно най-дълго време. Това, на свой ред, прави станционарната инфраструктура зарядна неефективна. Индукционните системи позволяват електромобилите да се свързват към мрежата във всеки възможен момент. Техните сензори за наличие на автомобил с подходящите акумлатори, както и за състоянието на заряда в акумулаторите, също ще си „говорят“ с интелигентния софтуер, който трябва да взема решения дали да използва възможността за съхнранение и как, така че да може и потребителят да разчита на електромобила си и да не остане без ток посред път.

Голямото сливане

С други думи – предстои ни да наблюдаваме размиването границата между електроенергията и комуникациите. От мрежа за обмен на информация интернет става средство за управление на енергийни ресурси. От средство за говорене и пренос на данни смартфонът става инструмент за управление на умната пералня, домашния соларен масив, зарядната станция на електромобила. Енергийните оператори пък постепенно се превръщат в мощни центрове за данни, които „задвижват“ всичко в домовете ни – и интернета някъде измежду всичко друго.