Išmaniųjų tinklų ir atsinaujinančios energetikos laboratorija (21)

PAGRINDINĖS LABORATORIJOS TYRIMŲ KRYPTYS:

• energetikos sistemų ir tinklų matematinis modeliavimas ir valdymo problemų tyrimas;
• energetikos sistemų informacinių ir valdymo sistemų modeliavimas ir optimizavimo tyrimai;
• atsinaujinančių išteklių energetikos technologijų integravimo į elektros energetikos sistemas tyrimai

LABORATORIJA SIŪLO ŠIAS TYRIMŲ, EKSPERTIZĖS IR INOVACIJŲ PASLAUGAS:

• Energijos vartojimo auditai;
• Atsinaujinančių išteklių energetikos technologijų vertinimas ir integravimas į elektros tinklus;
• Atsinaujinančių išteklių energetikos technologijų taikymo galimybių techninis-ekonominis vertinimas;
• Alternatyvių elektros ir šilumos energijos gamybos būdų vertinimas/galimybių studijos;
• Atsinaujinančių išteklių energetikos technologijų (vėjo, saulės elektrinių), vartotojų atsako (angl. demand side response) ir paskirstytų elektros kaupiklių plėtros poveikio elektros energetikos sistemoms ir tinklų darbo režimams vertinimas;
• Elektros energijos kokybės tyrimai ir jos gerinimo priemonių parinkimas/vertinimas;
• Užsakovo elektros tinklo skaičiuojamojo matematinio modelio sudarymas;
• Elektros energetikos sistemų ir tinklų tyrimai;
• Stebėsenos ir valdymo algoritmų elektros sistemoms, tinklams ir įrenginiams sudarymas;
• Inovatyvių informacinių ir ryšių technologijų diegimo, elektros perdavimo ir skirstomuosiuose tinkluose pasiūlymai/sprendimai;
• Elektros skirstomųjų tinklų automatizavimo sprendimų parinkimas ir planų sudarymas;
• Tinklų darbo patikimumo ir elektros sistemų stabilumo tyrimai: modeliavimas, skaičiavimai, sprendimai, rekomendacijos;
• EES balansavimo ir kitų papildomų paslaugų konkurencinių mechanizmų rengimas;
• Išmaniųjų tinklų plėtros apimčių konkrečiuose objektuose nustatymas, plėtros strategijų, planų sudarymas, kaštų-naudos analizė;
• Išmaniosios apskaitos diegimo ir išmanių vartotojų formavimo sprendimai;
• Rekomendacijos miestų pertvarkymui į išmaniuosius: energinio efektyvumo didinimas inovatyviomis technologijomis, miesto valdymo priemonėmis ir energijos vartotojo elgsenos pokyčiais.

IŠMANIŲJŲ TINKLŲ IR ATSINAUJINANČIOS ENERGETIKOS LABORATORIJA ATLIEKA TYRIMUS ŠIOSE SRITYSE:

• Atsinaujinančių išteklių energetikos technologijų/elektrinių (pvz. vėjo, saulės) integravimas į EES ir elektros tinklus;
• Išmaniųjų elektros tinklų (angl. smartgrids) sprendimai ir plėtra (vartotojų apkrovų agregavimas, išmanioji apskaita, elektros energijos kaupikliai);
• Skaitmenizavimas, didelės apimties duomenų (angl. Big Data), dirbtinio intelekto (angl. Artificial Intelligence) ir mašininio mokymosi (angl. Machine Learning) sprendimai bei algoritmai elektros energetikos sistemose;
• EES (elektros energetikos sistemos) režimai ir jų valdymo problemos;
• EES ir elektros tinklų matematinis modeliavimas, valdymo algoritmų (galios ir dažnio, įtampų reguliavimui, sistemų stabilumui, avarijų prevencijai) efektyvumas;
• EES ir tinklų pažangių valdymo metodų efektyvumas;
• EES ir tinklų automatizacija, informacinių ir ryšių technologijų (IRT) taikymas, kibernetinis saugumas;
• EES darbo optimizavimas konkurencinės elektros rinkos sąlygomis;
• Perdavimo ir skirstomųjų tinklų patikimumo didinimas;
• EES statinio ir dinaminio stabilumo vertinimas;
• Elektros tinklų kodeksų ir kitų europinių dokumentų analizė;
• Išmaniųjų technologijų diegimas kuriant išmaniuosius miestus ir didinant energijos vartojimo efektyvumą.

Elektros energetikos sistemos (EES) yra vienos sudėtingiausių techninių ir organizacinių sistemų, apimančios generatorius, elektros tinklus ir vartotojus bei dirbančios tarpusavyje sinchroniškai, t. y. bendru režimu ir vienodu srovės dažniu didelėse teritorijose. EES darbo režimai, apibūdinami energijos, srovių, galių, įtampų, dažnio, fazinių kampų ir kitais parametrais, pasižymi nuolatine kaita. Režimus reikia tinkamai valdyti, kad jie neviršytų leistinų parametrų ribų, ir tai yra EES operatoriaus pagrindinis uždavinys. Valdymas yra gana sudėtingas uždavinys net normalių režimų atveju, o neretai sistemose susidaro „įtempti“ režimai, kartais – avariniai ir poavariniai, kuriuos valdyti būna daug sunkiau. Nesuvaldyti režimai gali baigtis stabilumo praradimu, įtampų griūtimi ir sistemos atskirų dalių ar visišku užgesimu. Valdyti sistemas ir tinklus bei saugoti juos nuo avarijų operatoriams padeda sisteminė ir priešavarinė automatika su relinėmis apsaugomis ir įvairiais skaitmeniniais valdikliais, taip pat parametrų duomenų perdavimo realiu laiku sistemos, jungiančios generatorius ir tinklų pastotes su dispečerinio valdymo centrais.
Operatoriai valdymo priemones (įrenginių perjungimų planus, automatikos nuostatus, dispečerinio valdymo signalus) rengia remdamiesi EES modeliavimu, t. y. jos režimų skaičiavimais. Tai veikla, kuriai reikia daug mokslo žinių ir metodų išmanymo kuriant skaičiavimo algoritmus, vertinimo metodikas ir analizės procedūras.

Šiuolaikinių EES raidoje ryškėja daug naujų pokyčių. Tarpsisteminė elektros prekyba plečiasi geografija ir apimtimi. Elektros energijos gamyba tampa švaresnė dėl didėjančios atsinaujinančiais ištekliais grindžiamos generacijos. Dėl šių veiksnių iškyla režimų nebalansų, tinklų perkrovų ir dinaminio nestabilumo rizika. Sumažinti riziką padės išmaniųjų tinklų technologijos. Tik jų infrastruktūroje efektyviai veiks bendra Europos elektros rinka. Į ją įsilies daug smulkiųjų generacijos šaltinių (pirmiausia saulės ir vėjo elektrinių). Tada tradicinis pasyvus skirstomasis tinklas (prijungtiems prie jo vartotojams persiunčiantis iš perdavimo tinklo gaunamą energiją) taps aktyviu – persiųs smulkiųjų šaltinių pagamintą energiją ir į perdavimo tinklą. Rinkoje atsiras daug aktyvių vartotojų, kurie lanksčiai keis savo vartojimą/apkrovą ir turės savo mikrogeneracijos šaltinius (pastarieji vartotojai vadinami ,,prozumeriais“ (angl. prosumers) arba gaminančiais vartotojais (angl. self-consuming producers). Tinkle atsiras smulkių energijos kaupiklių, pirmiausia elektros baterijų. Dėl to išmaniajam tinklui prireiks naujų paslaugų, kurias teiks nauji verslai, kurie sukurs naujas darbo vietas.

Kuriant išmanųjį tinklą, iškyla techninių, ekonominių ir organizacinių iššūkių:

• kaip subalansuoti apkrovas ir generacijas bei suvaldyti tinklo režimus realiu laiku, kai režimus destabilizuos „svyruojančios” generacijos ir „šokinėjančios“ apkrovos?
• kaip padėti reguliuotojams plėtoti elektros rinką, kad prieigą prie tinklų gautų visi suinteresuoti naudotojai (gamintojai, tiekėjai, vartotojai)?
• kaip padidinti energijos gamybos, persiuntimo ir vartojimo efektyvumą?
• kaip išmanesniu valdymu sumažinti investicijų į tinklo infrastruktūrą poreikį?
• kaip užtikrinti tinklo kibernetinį saugumą ir vartotojų duomenų apsaugą didėjant komunikacijų apimčiai tinkle?

Lietuvos energetikos instituto Išmaniųjų tinklų ir atsinaujinančios energetikos laboratorija siūlo ilgametę patirtį ieškant sprendimų šiems ir kitiems iššūkiams spręsti.