Nutikas võrk

Allikas: Energiatalgud

Elektrimajandus.png

Artikkel Tarkvõrk kirjeldab elektrivõrku, mille eesmärgiks on integreerida intelligentselt tema külge ühendatud kasutajate omadused ja käitumise - tootjad ja tarbijad ning need, kes teevad mõlemat - tagades seejuures tõhusalt säästliku, majanduslikult efektiivse ja kindla elektrivarustuse. [1]


Peaartikkel: Elektrimajandus
Seotud artikkel: Elektrisüsteem; Elektrivõrk; Elektrikvaliteet


Üldist

Seotud artiklid: Elektri tootmine; Mikro- ja hajatootmine


Tarkvõrk (ingl. smart grid) on moodsat tehnoloogiat kasutav elektrivõk. Tarkvõrgu visioon näeb ette praeguse elektrivõrgu täiustamist moodsa tehnoloogiaga ning digitaalse info-, mõõte- ja juhtimissüsteemide integreerimist elektrivõrguga. Tarkvõrk ühendab elektritootjad, -edastajad, -arveldajad, -tarbijad ja seadmeteenindajad elektri- ja andmesidevõrgu kaudu ühtsesse süsteemi, tagades nende kõigi vahel kahesuunalise digitaalse andmeside ning kahesuunalise energiavoo. Tänu sellele saab rakendada energia ulatuslikku hajatootmist, optimeerida energiakasutust, vähendada kulusid ning suurendada töökindlust ja energia ostu-müügitehnigute läbipaistvust. Kõik see toimub eeldusel, et massiline infotehnoloogia rakendamine ei too kaasa täiendavaid riske. Seetõttu tuleb välja üks tarkvõrgu loomise põhiprobleeme - küberturbe tagamine. [2]

Mastaabid

Seotud artiklid: Energiaressursid;


Täarkvõrgu ideede elluviimist saab alustada üksikust majapidamisest, ettevõttest, ülikoolilinnakust, mandrist eraldiasuvast saarest või suvalisest muust energeetiliseslt või geograafiliselt iseseisvast majandusüksuusest. Tarkvõrk võib hõlmata kogu riiki või selle osi, kui tarkvõrk võib laiuda ka üle mitme kontinendi. Sõltuvalt ulatusest on tarkvõrgule leitud ka vastavad nimetused alates mikrotarvõrgust kuni supertarkvõrguni välja. Näiteks Euroopa supertarkvõrgu kohati utoopiline idee näeb ette ühendada üheks tervikuks Põhjamere, Balti mere ja Biskaia lahe äärsete meretuuleparkide ning ka Vahemere kallaste, sealhulgas Põhja-Aafrika ja Lähis-Ida päikeseenergia ressursid (vt. ka joonis 1). [2]

Tarkvõrgu olemas

Seotud artiklid: Elektri tootmine; Elektrienergia salvestamine; Elektriturg; Energiatarbimine; Energiahinnad


Tarkvõrkude olemuse selgitamist alustatakse põhimõttemudelist. Siinkohal kirjeldatakse Ameerika Ühendriikide energeetikaministeeriumi juures asuva riikliku standardiseerimise ja tehnoloogiainstituudi koostatud põhimõttemudelit, mis on toodud joonisel 2. [2]

Näitab ja kirjeldab see peamiste huvirühmade või ärivalduste vastastoimeid. Elektri tootmise, edastamise, jaotamise, salvestamise, juhtimise, muundamise, teenindamise ja turustamisega seotud tervikvaldkond on jaotatud seitsmeks valduseks. Kuna moodsas ühiskonnas on elekter kasutuses igas tehases, ettevõttes, äri- ja büroohoones, kodu- ja talumajapidamises, siis lähtudes sellest, haarab tarkvõrgu mudel kogu elutegevust. [2]

Euroopa põhimõttemudel erineb Põhja-Ameerika omast peamiselt selle poolest, et kliendivaldus on jaotatud kolme ossa ning eraldi on välja toodud tööstusklientide ja hajaressursside valdused, teisalt vaadeldakse elektri edastus- ja jaotusvõrke ühtse tervikuna. [2]

Tarkvõrk toimib iseorganiseeruva hajusjuhtimissüsteemi (avatud turu) põhimõttel, kus turuosalised saavad digitaalsete andmesidekanalite kaudu infot süsteemi võimsusbilansi järgi kujuneva energiahinna kohta ja kohandavad vastavalt sellele oma käitumismudelit. Hajutatud turuosaliste (tarkvõrgu teoliste) "isiklikest" huvidest lähtuv käitumine on kasulik kogu süsteemile, stabiliseerides nii energia turuhinda kui ka võimsusbilanssi. Protsessi tulemusena jõutakse ka teatud energiatarbimise ja majandusliku optimumini, mis on kasulik ühiskonnale tervikuna. Tarkvõrgu iseärasus on see, et enamik turuosalisi on automaadid. [2]

Tarkvõrgu teolised

Seotud artiklid: Elektrivõrk; Elektrituulik; Päikesepaneel; Elektri tootmine; Elektritootmise tehnoloogiad; Koostootmine


Tarkvõrgu kõikides valdustes tegutsevad nii firmad, inimesed kui ka automaadid, kes võtavad vastu otsuseid energia tootmise, tarbimise, energiavoogude, reguleerimise, ostu-müügi, teenuste ja paljude muude toimingute kohta. Selliselt kirjeldatud tegutsejaid (ingl. actor) võiks eesti keeles nimetada teolisteks. Tarkvõrgu olulisi, eri funktsiooniga teolisi, on kokku ligikaudu 50. Mõned kliendivalduse teolised on toodud joonisel 3. [2]

Arukalt toimivat ja iseseisvalt otsuseid vastu võtvat automaati nimetatakse tänapäeval intelligentseks elektroonikaseadmeks ja ka intelligentseks agendiks. Viimane jälgib pidevalt oma andurite ja andmesidekanalite kaudu keskkonda (antud juhul elektrivõrku ja selle tehnilisi näitajaid, nagu pinget, voolu, võimsust jne) ning turuvalduses kujunevat hinda. Intelligentne agent esindab oma valdajat, näiteks majaomanikku ja tema energiakasutusega seotud soove, mis on vastava programmi näol salvestatud agendi mällu. Keskkonnaolude, näiteks elektri turuhinna muutumisel, võtab agent vastu otsuse energiatarbimise jätkamise, katkestamise või reguleerimise kohta. Seega saab agenti rakendada energiatarbimise ja sellega seotud kulude optimeerimiseks. [2]

Intelligentse agendi funktsioonid sõltuvad sellest, missuguse objektiga on see seotud. Agent võib esindada maja- või korteriomanikku, võib kuuluda võrgust energiat laadiva elektriauto juurde või esindada hajaelektrijaama. Seega kuuluvad agendid paljude tarkvõrgu teoliste juurde ja on nende esindajad võrguga suhtlemisel. Sellel põhimõttel loodud energiahaldussüsteemi nimetatakse nõudluskajaks (ingl. demand response). [2]

Moodne kodumajapidamine hõlmab üha enam nutikaid kodumasinaid, mille kasutusaegu ning talitlusviise saab eelnevalt vastavalt programmeerida. Nende juhtseadmed ehk intelligentsed agendid hakkavad tulevikus arvestama tarkvõrgust saadavaid signaale, mis iseloomustavad nii võrgu lubatavaid piirkoormusi kui ka elektri reaalajahinda võrgus. Nii saavad nutikad masinad optimeerida omaniku energiakulusid ja toetada oma tegevusega elektrivõrgu talitlust. [2]

Koduõuele üles seatud elektrituulik või maja katusele paigaldatud päikesepaneel võib toota elektrit kohapeal tarbimiseks, salvestamiseks akudesse või elektrivõrku. Viimasel juhul läheb selliselt kasutatud energia üldisesse kasutusse ning toodetud elektri eest arveldatakse vastavalt elektrituru hinnale. [2]

Sama kehtib ka tööstusettevõtetele kuuluvate väikeelektrijaamade kohta. Kuigi nende efektiivsus on suurjaamadega võrrelduna reeglina väiksem, on nende eeliseks väiksemad edastuskaod ning võimalus toota elektrit ja soojust koos. Viimastel aastatel on just elektri ja soojuse koostootmine muutumas üha populaarsemaks. Kasutusele on tulnud väikesed koostootmisjaamad võimsusega 10-100 kW ja ka mikrojaamad, mille võimsused algavad mõnesajast vatist. [2]

Tarkvõrgu olulisemad teolised

Seotud artiklid: Elektrivõrk; Soojuspumbad; Elektrisüsteem;


Kliendivalduse puhul on oluliseks valdkonnaks elekterküte, mis hõlmab otseküttesüsteeme, kuhu kuuluvad nii põrandaküttekaablid, elektriradiaatorid, -konvektorid, -kerised, infrapunakiirgurid, kui ka elektritoitega soojuspumbad. Kuna hoonete konstruktsioon on võrdlemisi suure soojusmahtuvusega ning vajadusel võib hoonesse lisada spetsiaalselt valmistatud soojussalvesteid, saab elekterküttekoormust kasutada tarkvõrgus paindlikult. Koormus ühendatakse võrku elektritarbimise miinimumi ajal ning lülitatakse tippkoormuse ajaks välja. Energia ja kulutuste optimeerimise nimel tulevad üha enam kasutusse ka soojussalvestitega külmutus- ja kliimaseadmed. [2]

Oluliseks tarkvõrkude komponendiks peetakse veel elektriautot või ka hübriidautot, mis tuleviku perspektiivis peaks asendama sisepõlemismootoriga autot. Tarkvõrgu seisukohalt tulevad arvesse veel sellised elektriautod, mis lülitatakse elektrivõrku periooditi. Kuna autode summaarne energiatarbimine moodustab ligikaudu kolmandiku tänapäeva moodsa ühiskonna energia lõpptarbimisest, siis oodatakse ka elektriautode suurt mõju tuleviku elektrivarustussüsteemile (joonis 4). 100 000 elektriauto mõju elektrisüsteemile võib võrrelda 200 MW-se tipukoormus-elektrijaamaga. Sellises suurusjärgus võiks olla ka Eestis igapäevaselt kasutatavate elektriautode arv. Elektriauto abil saaks siluda koormuse lohkusid ja tippusid. Akude laadimine toimuks öösiti, mil elektrivõrgu koormus on väike. Lühiajaliste koormustippude korral võiksid elektriautod töötada ka generaatoritena ning turuhinda muuta. Mõistagi on selleks vajalik infrastruktuur ning energiaarveldus- ja maksesüsteem. [2]

Kõik kliendivaldusesse kuuluvad osavaldused või ka üksikseadmed ja masinad on varustatud tarkmõõteriistadega, mis mõõdavad nii aktiiv- ja reaktiivvõimsust kui ka summaarset või perioodilist energiatarvet, analüüsivad, prognoosivad või optimeerivad energiatarbimist, andes omanikule sellekohast teavet ning soovitusi edaspidiseks toimimiseks. [2]

Tarkmõõteriistadel on kahepoolne andmesidesüsteem, mis võimaldab saada näiteks perioodiliselt energiahinnainfot ning saata edasimüüjale andmeid tarbitud energia kohta. Informatsioon, mida tarkmõõteriistadega kogutakse, on palju mahukam kui seni igakuiselt saadav teave tarbija summaarse energiatarbimise kohta. [2]

Nutika kodu energiamõõteriistade hulka kuuluvad elektri-, gaasi-, soojuse-, veehulga- ja muud tarkmõõteriistad, mis võimaldavad mõõta ning salvestada nii võimsuse kui ka energiatarbe ajadiagramme. Energiasüsteemi tarkmõõteriistad moodustavad koos andmesidesüsteemiga moodsa raalmõõtmise taristu. [2]

Üks võimalik koduse elektritarbimise ööpäevadiagramm on näidatud joonisel 5. Registreeritud on minuti keskmine võimsus. Privaatsuse seisukohalt on oluline teada, et koormusdiagramm annab üsna palju teavet kliendi elutegevuse ja tarbimisharjumuste kohta. Seega annab tarkmõõteriistade kasutamine võimaluse kliendi jälgimiseks ning toob omakorda endaga kaasa nii füüsilisi, psüühilisi, finantsilisi kui reputatsiooniriske. Tegemist on probleemidega, mis vajavad lahendamist koos tarkvõrkude küberturbe tagamisega. [2]

Alajaamad ning GPS

Seotud artiklid: Elektrivõrk;


Elektrivõrkude moderniseerimise üks pakilisemaid ülesandeid on uue aparatuuri ja tarkmõõtesüsteemide rakendamine alajaamades, mis puudutab nii edastusvõrgu kui ka jaotusvõrgu alajaamu. Mõõte- ja juhtimisinfo edastamiseks kasutatakse tarkvõrgu standardile IEC 61850[3] vastavat digitaalset andmesidet. Kuna elektrivõrk laiub väga suurel territooriumil ja vahemaad selle eri osade vahel võivad ulatuda tuhandetesse kilomeetritesse, siis on kiiretoimeliste mõõtmiste korral kriitilised suurused andmeedastuskiirus ja mõõtmiste sünkroonsus. Viimane tagatakse tänu satelliitsidele ja ülitäpsetele aatomikelladele. Samu satelliite ja täpset ajamõõtmist kasutatakse ka globaalse positsioneerimissüsteemi GPS puhul. Elektri tarkvõrkude puhul võimaldab globaalne positsioneerimissüsteem luua võrkude automaatse geograafilise infosüsteemi GIS, mis salvestab kõik võrgus toimuvad sündmused koos toimumise asukoha geograafiliste koordinaatidega. Nii muutub oluliselt lihtsamaks ka kliendikutsete või rikete teenindamine. [2]

Energiapoliitika poliitiline taust

Seotud artiklid: Energiaressursid; Varustuskindlus; Energiajulgeolek;


Tarkvõrkude idee esilekerkimine ja populaarsuse kasv viimastel aastatel on seotud mitmete asjaoludega. Ühest küljest muutuv Energia kättesaadavus maailmas inimesele üha ebakindlamaks, mida kinnitab näiteks toornafta hinna suur kõikumine (Joonis 6) - senine maksimum maksis 2008 aastal ca 145 dollarit barrel. Ning teisalt on ägenenud võitlus keskkonnasaaste vähendamise eest ja fossiilkütuste kasvava põletamise vastu. [2]

Mõlemad põhjused on tinginud vajaduse rakendada taastuvaid või alternatiivseid energiaallikaid, milleks on päike, tuul, bioenergia ja maasoojus. Kuna viimased nõuavad võrgu energiavoo stabiliseerimiseks, varustuskindluse ja võimsusbilansi hoidmiseks suure võimsusega ning paindlikku regulaatorit, siis on tekkinud idee kasutada reguleerimiseks elektrivõrgu hajutatud ressurss, mis on koondnimetuseks saanud tarkvõrk. [2]

Euroopa eesmärgid

Seotud artiklid: Elektri tootmine; Peaartikkel: Energiatõhusus; Energiamajanduse keskkonnamõju;


Ameerika Ühendriikide järel teine suurem energiatarbija maailmas on Euroopa Liit. Kui 2010. aasta andmete järgi tarbis USA keskmiselt 19,15 miljonit barrelit toornaftat päevas, siis Euroopa Liit 13,73 miljonit barrelit (toornafta tarbimisega saab tutvuda ka veebilehel). Euroopa Liidu energiapoliitika on keskendunud keskkonnasaaste ja õhku paisatavate kasvuhoonegaaside koguste vähendamisele. Probleemi lahendusena nähakse samuti taastuvaid energiaallikaid ja nendega kaasnevaid tarkvõrke. 2007. aasta 20/20/20 plaani kohaselt tuleb Euroopas aastaks 2020 [2]:

RSS uudisvoog

Joonis 1. Euroopa supertarkvõrgu idee peamised energiavood [2]
Supertarkvõrgu peamised energiavood.jpg
Joonis 2. Tarkvõrgu lihtsustatud põhimõttemudelid [2]
Tarkvõrgu lihtsustatud põhimõttemudelid.jpg
Joonis 3. Kliendivaldus ja tarkvõrgu teolised [2]
Kliendivaldus ja tarkvõrgu teolised.jpg
Joonis 4. Moodne elektritarbimisel põhinev tarkvõrku lülitatud nutikas kodu [2]
Tarkvõrku lülitatud nutikas kodu.jpg
Joonis 5. Kodune ööpäevane elektritarbimine [2]
Kodune ööpäevane elektritarbimine.jpg

Viited

  1. Sirel, M. Nutikas võrk ja kauglugemine.
  2. 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 2,12 2,13 2,14 2,15 2,16 2,17 2,18 2,19 2,20 2,21 2,22 2,23 2,24 2,25 2,26 Lehtla, T. Tallinna Tehnikaülikool. Energeetika.
  3. Adamiak, M., Baigent, D., Mackiewicz, R. IEC 61850 Communication Networks and Systems in Substations.
  4. Macrotrends. Crude oil price. History chart. (17.03.2016)


Täiendavat lugemist

Aasta Kategooria Pealkiri
2013 Ettekanne From Smart House to Smart City
2013 Ettekanne Android-põhine programmeeritav automaatikakontroller
2013 Ettekanne Automaatika koostöös kasutajaga, teadlikkus ja võimalused energiasäästuks
2013 Ettekanne Targa linna kontseptsiooniga seotud Euroopa initsiatiivid ja rahvusvaheline uurimisfookus
2013 Ettekanne Expansion of the smart grids and their policy effect - can Estonia become EU energy leader
2013 Ettekanne Euroopa Komisjoni algatusest - Smart Cities Stakeholders Platform
2014 Uuring Tarbimise juhtimine. Suurtarbijate koormusgraafikute salvestamine ning analüüs tarbimise juhtimise rakendamise võimaluste tuvastamiseks
2014 Raport Subsidies and costs of EU energy. An interim report
2014 Raport Subsidies and costs of EU energy. Lisa 1-3
2014 Raport Subsidies and costs of EU Energy. Lisa 4-5
2012 Väljaanne Energeetika
2009 Ettekanne Nutikas võrk - Smart Grid
2010 Ettekanne Nutikas võrk ja kauglugemine
2009 Ülevaade IEC 61850 Communication Networks and Systems In Substations - An Overview for Users
2014 Ettekanne Euroopa energiapoliitika valikud. Kas Euroopal on üldse valikut
2014 Ettekanne Eesti uus energiapoliitika. Konkurentsivõimeline taastuvenergia Eestis
2014 Ettekanne Eesti energiapoliitika mõju riigi konkurentsivõimele
2014 Ettekanne Eesti põlevkivienergeetika tulevik
2014 Ettekanne Eesti energiamajanduse arengukava aastani 2030
2014 Aruanne Elektrilevi OÜ investeeringute vajalikkuse ja efektiivsuse hindamine
2014 Aruanne Konkurentsiameti poolt väljatöötatud kaalutud keskmise kapitali hinna (WACC) arvutamise metoodika analüüs
2014 Aruanne Tootmispiisavuse aruanne 2014
2015 Uuring Tarbimise juhtimine elektrisüsteemi paindlikkuse tagajana


Kontaktvõrgustik

Kontaktvõrgustik on koostamisel. Kui soovite artikli kontaktvõrgustikuga liituda, võtke ühendust artikli teemahalduriga.


On Teil ettepanekuid, kuidas "NUTIKAS VÕRK" artiklit täiendada? Leidsite infot, mis ei ole enam ajakohane või vajab täpsustamist? Võtke ühendust artikli "NUTIKAS VÕRK" teemahalduriga MARGUS ALTEMENT e-aadressil margus.altement@arengufond.ee või avaldage arvamust selle artikli ARUTELU all.

Personaalsed tööriistad
Energiatalgud Energiaühistud
Nimeruumid

Variandid
vaatamisi
Toimingud
Tööriistad