Chytré sítě jsou modernizované energetické sítě , které využívají informační a komunikační sítě a technologie ke sběru informací o výrobě energie a spotřebě energie, což automaticky zlepšuje účinnost, spolehlivost, ekonomické přínosy a také udržitelnost výroby a distribuce elektřiny [1 ]
Pravidla pro rozvoj Smart Grids jsou v Evropě definována prostřednictvím Evropské technologické platformy Smart Grid. [2] Ve Spojených státech amerických jsou popsány v usctc 42 152 IX § 17381.
Rozvoj technologie chytrých sítí znamená také zásadní reorganizaci trhu s elektroenergetickými službami, přestože terminologie na první pohled naznačuje pouze rozvoj technické infrastruktury. [3] Inteligentní energetické sítě však mají nevýhody: závislost na stálém napájení, přítomnost neoprávněných osob – vývojářů sítí, nejistota právní odpovědnosti.
První síť střídavého proudu byla instalována v roce 1886 [4] V té době byla síť centralizovaná a jednalo se o jednosměrný systém přenosu a distribuce energie. Poptávka řídila nabídku.
Ve 20. století se místní sítě postupem času rozrůstaly a nakonec byly vzájemně propojeny z ekonomických důvodů a pro zvýšení spolehlivosti celého systému. Do 60. let se elektrické sítě ve vyspělých zemích značně rozrostly, dospěly a byly úzce propojeny s tisíci „centrálních“ elektráren dodávajících energii do velkých center spotřeby prostřednictvím vysokoenergetických vedení, které se pak větvily a rozdělovaly, aby zásobovaly i malé průmyslové podniky. jako domácí spotřebitelé po celém světě. Síťová topologie 60. let byla výsledkem silných ekonomik: velké uhelné, plynové a ropné elektrárny o velikosti od 1 GW (1 000 MW) do 3 GW byly nákladově efektivní díky optimalizacím prospěšným pro výrobu elektřiny na čistě gigantické měřítko.
Strategicky byly elektrárny umístěny v blízkosti zásob fosilních paliv (doly nebo studny nebo blízko železnic, silnic nebo přístavů). Výběr lokalit pro přehrady vodních elektráren v horských oblastech také silně ovlivnil strukturu vznikající sítě. Jaderné elektrárny byly umísťovány v závislosti na dostupnosti chladicí vody. Konečně, stanice na fosilní paliva byly zpočátku značně znečištěné životní prostředí a byly umístěny tak daleko od obydlených oblastí, jak to umožňovala ekonomická a technická situace. Do konce 60. let 20. století se elektrická síť dostala k naprosté většině spotřebitelů ve vyspělých zemích a jen několik vzdálených regionálních oblastí zůstalo „mimo síť“.
Spotřeba elektřiny se účtuje na uživatele, takže účtování je vhodné pro (velmi proměnlivé) úrovně spotřeby různých uživatelů. Vzhledem k omezené možnosti sběru a zpracování dat při růstu elektrizační soustavy se rozšířily pevné tarify a také dvoutarifové mechanismy, kdy v noci je cena elektřiny mnohem nižší než ve dne. Důvodem dvojtarifu byla snížená potřeba elektřiny v noci. Dvojtarif umožnil využít levnou noční elektřinu k zajištění „zásobníků tepla“, které sloužily k hladkému dennímu odběru, a ke snížení počtu turbín, které by se jinak musely v noci vypínat. Tím se zvýšila ziskovost výroby a přenosu elektřiny. Možnost signalizace skutečných nákladů na elektřinu v libovolném okamžiku v síti modelu z roku 1960 byla omezená.
V období od 70. do 90. let vedla rostoucí poptávka ke zvýšení počtu elektráren. V některých oblastech již napájecí zdroje, zejména ve špičkách, nemohly držet krok s poptávkou, což mělo za následek sníženou kvalitu energie , včetně nehod , výpadků proudu a kolísání napětí. Průmysl, vytápění, komunikace, osvětlení byly stále více závislé na dodávkách elektřiny, takže spotřebitelé požadovali stále vyšší úroveň spolehlivosti.
Do konce 20. století byly vyvinuty modely poptávky po elektřině. Vytápění a chlazení domů mělo za následek denní špičky v poptávce, které byly vyrovnány masivními „špičkovými generátory“, které byly každý den zapnuty jen na krátkou dobu. Takové „generátory špičky“ (obvykle generátory plynových turbín ) byly používány kvůli jejich relativní levnosti a rychlému startu. Protože však byly využívány jen příležitostně a po zbytek času byly přebytečné, ceny elektřiny pro spotřebitele výrazně vzrostly.
V 21. století se některé rozvojové země, jako Čína, Indie a Brazílie, staly průkopníky v zavádění inteligentních sítí [5]
Od počátku 21. století se objevily možnosti využít inovace v elektronické technice k odstranění nedostatků a zlevnění elektrické sítě. Například technologická omezení spotřeby v blízkosti špičkového výkonu ovlivňují všechny spotřebitele stejně. Současně rostoucí obavy z poškození životního prostředí elektráren na fosilní paliva vedly k touze využívat více obnovitelných zdrojů energie . Zdroje jako větrná a solární energie jsou vysoce nestálé, a proto je potřeba složitějších řídicích systémů pro usnadnění jejich připojení (zdrojů) do řízené sítě. Energie ze solárních panelů (a v menší míře větrných turbín ) zpochybňuje potřebu velkých centralizovaných elektráren. Rychlý pokles nákladů ukazuje na přechod od centralizované topologie sítě k vysoce distribuované, kdy výroba a spotřeba elektřiny probíhá v rámci lokální sítě. A konečně, rostoucí obavy z terorismu v některých zemích vedly k volání po spolehlivějším energetickém systému, který by byl méně závislý na centralizovaných elektrárnách, potenciálních cílech útoku. [6]
Termín „smart grid“ (Smart grid) se stal známým od roku 2003, kdy se objevil v článku „Poptávka po spolehlivosti bude řídit investice“ od Michaela T. Burra. [7] . Tento dokument uvádí několik funkčních a technologických definic inteligentní sítě a také některé její výhody. Společným prvkem pro většinu definic je aplikace digitálního zpracování dat a komunikace do elektrické sítě, díky čemuž jsou tok dat a správa informací klíčovými technologiemi v inteligentních sítích. Různé příležitosti pro širokou integraci digitálních technologií, stejně jako integrace nové sítě informačních toků pro řízení procesů a systémů, jsou klíčovými technologiemi ve vývoji inteligentních sítí. V současné době se odvětví elektroenergetiky transformuje do tří tříd: zlepšování infrastruktury („silná síť v Číně), přidání digitální vrstvy, která je podstatou inteligentní sítě, a transformace obchodních procesů, díky nimž je inteligentní síť nákladově efektivní. Nejvíce práce je investováno do modernizace elektrických sítí, zejména se to týká distribuce a automatizace rozvoden, které budou nyní zahrnuty do celkové koncepce chytrých sítí, ale rozvíjejí se i další doplňkové možnosti.
Základní technologie inteligentních sítí vzešly z prvních pokusů o použití elektronického řízení, měření a monitorování. V roce 1980 byl automatický odečet měřičů použit ke sledování spotřeby energie u velkých zákazníků a vyvinul se v Smart Meter 90. let, který uchovává informace o tom, jak byla elektřina spotřebována v různých denních dobách. [8] Inteligentní elektroměr je v nepřetržité komunikaci s výrobcem energie, tj. je monitorován v reálném čase, a lze jej použít jako rozhraní pro zařízení rychlé reakce na poptávku a chytré zástrčky. Rané formy řízení poptávky byly zařízení, která pasivně snímala zatížení energetického systému řízením změn frekvence napájení. Zařízení, jako jsou průmyslové a domácí klimatizace, chladničky a ohřívače, mohou upravit svůj pracovní cyklus, aby se zabránilo spouštění během špiček sítě. Italský projekt Telegestore byl od roku 2000 prvním, který využil rozsáhlou síť (27 000 000) domů pomocí inteligentních měřičů připojených přes digitální síť pomocí samotného elektrického vedení . [9] V některých případech byly použity technologie širokopásmového přístupu k elektrickému vedení, v jiných bezdrátové technologie, jako je mesh topologie pro spolehlivější připojení k různým zařízením v domě, stejně jako podpora účtování pro další inženýrské sítě, jako je plyn a voda.
Globální revoluce v monitorování a synchronizaci sítě nastala na počátku 90. let, kdy americká agentura Bonneville Power Administration rozšířila výzkum inteligentních sítí o senzory schopné velmi rychle analyzovat anomálie kvality elektrické energie ve velmi velkých zeměpisných měřítcích. Tato práce vyvrcholila v roce 2000 prvním Wide Area Measurement System (WAMS). [10] Mnoho zemí tuto technologii okamžitě přijalo, například Čína. [jedenáct]