c1. retele electrice inteligente - suport de curs

SUPORT DE CURS

REELE ELECTRICE INTELIGENTE

Conf.dr.ing. Lucian Toma Departamentul Sisteme Electroenergetice Universitatea Politehnica din Bucureti

Retele Electrice Inteligente - Conf.dr.ing. Lucian Toma

Capitolul 1

Factori care au determinat crearea Reelelor Electrice Inteligente

1.1. Introducere Sistemele electroenergetice sunt supuse astzi unor provocri ca

urmare a progreselor tehnologice n domeniul surselor de energie regenerabil, sistemelor de telecomunicaie, electronicii de putere etc. Dezvoltarea unor surse noi de energie curat se produce pe fondul crizei energetice, a schimbrilor climatice i a stimulentelor de pre de pe piaa de energie electric. Conform Ageniei Internaionale a Energiei, consumul de energie electric n Europa va crete pn n 2030 cu o rat anual de 1,4%, iar puterea instalat n surse de energie regenerabil se va dubla, de la 13% n prezent la 26% n 2030 [1]. Se constat, de asemenea, un ritm de cretere a consumului de energie electric care solicit o disponibilitate crescut de putere n sursele de producie. ns, la nivel European, aceast tendin este n contradicie intele Comisiei Europene, printre care se afl reducerea consumului de energie cu 20% pn n anul 2020.

Conceptul de reele electrice inteligente (eng.: smart grid) are rdcini diferite i fundamente diferite.

n SUA au existat mai multe iniiative ale unor instituii / entiti renumite la nivel internaional sub diverse denumiri, precum: Intelligrid de ctre EPRI, Perfect Power Systems de ctre Galvin Electricity Initiative, etc., pentru ca n final, sub coordonarea Departamentului de Energie s se convin asupra unui singur termen, respectiv smart grid (eng.: reea inteligent). n SUA, sprijinirea financiar masiv a dezvoltrii reelelor electrice precum i a cercetrii din domeniu a fost justificat prin avaria extins (eng.: blackout) produs n 14 august 2003 n partea de Nord-Est a rii i n partea de Sud-Est a Canadei ce a afectat aproximativ 50 de milioane de locuitori. Legislaia american a fost nsoit de dou legi importante i anume Transformarea reelei i revoluionarea industriei energiei electrice din America (2003-2004) planul de aciunea elaborat de Departamentul Energiei (DOE), respectiv Energy Independence and Security Act (2007) adoptat de Congresul SUA, trateaz n capitolul XIII Programul de modernizare a Sistemului Energetic Naional American prin


2 Reele Electrice Inteligente

noul concept SmartGrid. Iniiativele SUA au fost sprijinite de Japonia i Corea de Sud.

n Europa, conceptul de reele electrice inteligente a fost iniiat sub numele de Smart Grids n anul 2005 n etapa de pregtire a Platformei Tehnologice pentru Reelele Electrice ale Viitorului din cadrul Programului Cadru 7 a Comisiei Europene, lansat pentru perioada 2007-2013. Smart Grids s-a dorit a fi un limbaj comun cu iniiativele din SUA i a avut la baz Strategia de la Lisabona pentru dezvoltare durabil stabilit n cadrul ntlnirii reprezentanilor rilor membre ale UE n anul 2000. Dei nu exist o definiie comun agreat, exist un numr foarte mare de iniiative care ncearc s explice de nseamn Smart Grids. Conform Comisiei Europene, smart grids sunt reele electrice care pot integra n mod inteligent comportamentul i aciunile tuturor utilizatorilor conectai la aceasta generatoare, consumatori i aceia care ndeplinesc ambele roluri pentru asigurarea unui proces de alimentare cu energie electric sustenabil, economic i sigur. O alt definiie i aparine Comitetului Electrotehnic Internaional, care definete smart grids ca un concept de modernizare a reelelor electrice care integreaz tehnologiile electrice i informatice n orice punct al reelei, de la cele de generare pn la cele de consum.

Astfel, se poate spune c reelele electrice inteligente reprezint nivelul urmtor al dezvoltrii reelelor electrice ca urmare a progresului tehnologic al echipamentelor electrice, dar n special a dezvoltrii sistemelor de telecomunicaie i tehnicii de calcul specifice reelelor electrice. Noile reele electrice se vor distinge printr-un grad ridicat de inteligen datorit numrului mare de aplicaii care au nceput s fie deja implementate la diverse niveluri ale reelei electrice.

1.2. Strategia Lisabona [3]

Strategia Lisabona pentru dezvoltare durabil se contureaz n jurul a 3 aspecte:

(i) Piaa intern European de energie electric a fost creat cu scopul creterii competitivitii i a eficienei economice. Asociat cu un cadru legislativ eficient, se urmrete ca piaa intern European s aduc beneficii cetenilor Europei, prin libertatea acestora de a alege dintr-o gam variat de servicii i un pre ct mai mic al energiei electrice. Pentru atingerea acestor inte este necesar creterea flexibilitii reelei electrice prin creterea posibilitilor de alimentare cu energie electric a consumatorilor. Totodat, piaa de energie electric trebuie s i ofere


Reele Electrice Inteligente 3

consumatorului oportuniti prin crearea de produse i servicii flexibile, tarife previzibile i o volatilitate redus a preului.

(ii) Securitatea funcionrii. Societatea modern, prin tehnologia de nalt nivel, se bazeaz ntr-o mare msur pe un grad ridicat al calitii energiei electrice. Continuitatea n alimentarea cu energie electric a consumatorilor i meninerea frecvenei la valori normale constituie astzi dou obiective provocatoare pentru operatorii de sistem datorit disponibilitii, uneori limitate, a surselor de producie pentru procesul de echilibrare a puterilor. n plus, infrastructura mbtrnit a reelelor afecteaz continuitatea n alimentarea cu energie electric a consumatorilor. Aceste impedimente atrag atenia asupra reelelor electrice, care necesit o reproiectare astfel nct s fac fa noilor provocri, prin obinerea unor structuri flexibile i echipate cu tehnologii performante.

(iii) Protecia mediului nconjurtor. n concordan cu Protocolul de la Kyoto, Comisia European a stabilit obiective foarte restrictive privind emisia de gaze cu efect de ser (CO2, SO2, NOx etc.). La problemele legate de disponibilitatea resurselor de energie primar s-au adugat deciziile Comisiei Europene privind cotele int pentru producia de energie electric din surse neconvenionale. De aceea sunt necesare cercetri susinute pentru dezvoltarea tehnologiilor curate i ieftine. Pe de alt parte, trebuie evaluat impactul problemelor legate de mediu asupra tranzitului de puteri n reeaua interconectat European, dar i impactul vizual al instalaiilor electroenergetice i utilizarea terenului.

Disponibilitateaenergiei primare

Securitate calitate

i

Capacitate detransfer

Liberalizare

Inovacompetitivitate

ie i

Costuri reduseeficieni

Conservareaflorei i faunei

Schimbclimatice

ri Poluare

Fig. 1. Obiectivele Strategiei de la Lisabona pentru dezvoltare durabil [3].



1.3. SmartGrids n viziunea Comisiei Europene [3]

Ideea de reea inteligent sau activ apare ca o consecin a evoluiei tehnologice care va conferi o flexibilitate crescut reelei electrice i va crete calitatea serviciului de alimentare cu energie electric a consumatorilor.

Pentru ca reelele electrice ale viitorului s contribuie la ndeplinirea obiectivelor stabilite prin Strategia de la Lisabona, acestea trebuie s rspund urmtoarelor cerine:

a) Flexibilitate. Reelele electrice trebuie s prezinte configuraii care s permit meninerea continuitii n alimentarea cu energie electric a consumatorilor n orice condiii de funcionare. O cale de cretere a flexibilitii reelelor electrice o constituie interoperabilitatea acestora prin asigurarea compatibilitii pentru implementarea pieelor de energie electric, printr-un management eficient al congestiilor interne de reea i pe liniile de interconexiune, prin mbuntirea transportului la distan i integrarea surselor de energie regenerabil.

b) Accesibilitate. Reelele electrice trebuie s permit accesul liber tuturor utilizatorilor, att consumatori ct i productori. n particular, reelele electrice trebuie s permit oricrei surse de energie regenerabil s se conecteze fr restricii, chiar dac acestea prezint probleme specifice de funcionare (intermitena puterii produse etc.).

c) Securitate. Securitatea funcionrii, att a productorilor ct i a consumatorilor, este o cerin impus reelelor electrice moderne. n plus, cerinele unei societi digitale sunt ndeplinite prin asigurarea calitii energiei electrice. Securitatea furnizrii energiei electrice se refer i la condiiile de funcionare ale reelei electrice. Numrul mare de incidente produse, n ultimii ani, n mai multe sisteme electroenergetice care au condus la avarii extinse dovedete faptul c este necesar o cretere a capacitii de transfer a reelei electrice prin creterea fiabilitii i a puterii nominale a liniilor i transformatoarelor, respectiv, prin rezervarea n surse de producie, care includ i sisteme de stocare. Pe lng acestea este necesar renoirea i inovarea reelei electrice printr-un management eficient al activelor, prin creterea gradului de automatizare n scopul mbuntirii calitii serviciilor, prin utilizarea sistemelor de control de la distan etc.

d) Economicitate. Dezvoltarea infrastructurii reelelor electrice trebuie ncurajat prin inovare, management eficient al energiei, competiie i reglementri tehnice, deoarece orice cheltuial nejustificat se reflect asupra preului energiei electrice de la consumatorul final.

Pentru a atinge aceste obiective, reelele electrice trebuie s devin mai active, permind integrarea noilor tehnologii. n viitor, sistemul



electroenergetic va fi mprit ntre producia centralizat i producia distribuit. Generatoarele distribuite pot fi agregate i controlate astfel nct s formeze microreele sau centrale virtuale care vor facilita integrarea acestora n sistemul fizic dar i pe piaa de energie electric.

Dezvoltarea noilor surse de energie i a reelelor de tensiune continu a permis alimentarea cu energie electric a unor zone izolate, precum insule sau zone de munte, inaccesibile pentru reelele clasice.

Pentru a exploata avantajele generrii dispersate (inclusiv a surselor de energie regenerabil) este necesar o abordare axat pe sistem. Generatoarele distribuite nu vor fi singurele surse de producie care vor alimenta consumatorii ci vor fi integrate n sistem. Astfel, reelele electrice de medie tensiune i de joas tensiune vor deveni active, avnd capacitatea de a furniza servicii de sistem.

Aparate inteligente

Delestaj voluntar de sarcin ca rspuns la dezechilibru de puteri

Managementul consumului

La vrf de sarcin, consumul poate fi

asigurat din surse proprii pentru a economisi bani

Locuine

Sisteme digitale de protecie ce acioneaz n microsecunde

Procesoare

Panouri fotoelectrice

Detecteaz condiii nefavorabile de funcionare i pot semnala

zone care pot fi izolate -autocicatrizare

Central eolian Generare distribuitEnergia provenit din surse de

producie proprie, de mic putere, conduc la creterea independenei

energetice i la reducerea costurilor

Senzori

Cldire industrial

Central electric de putere mare

Microrea izolat

Birouri

Viziune pentru viitor o reea a microreelelor integrate care se pot monitoriza i auto-cicatriza

SMARTSMART--GRIDSGRIDS

Perturbaie n reea

Energia generat la gol de sarcin poate fi stocat n

baterii pentru utilizare ulterioar

Stocare

Aparate inteligente





Locuine


Procesoare







Senzori

Cldire industrial


Microrea izolat

Birouri



Perturbaie n reea



Stocare

Aparate inteligente





Locuine


Procesoare







Senzori

Cldire industrial


Microrea izolat

Birouri



Perturbaie n reea



Stocare

Fig. 2. nglobarea generatoarelor distribuite n sistemele electroenergetice clasice.

La nivelul reelei de distribuie, care n mod tradiional este orientat ctre serviciul de furnizare i alimentarea consumatorilor, apar noi practici precum dispecerizarea acestora, calcule de reea n timp real etc., ce se gseau iniial n activitile operaionale de la nivelul reelei de transport. La nivelul reelei de transport este necesar dezvoltarea unei noi strategii i unor practici operaionale care s permit o funcionare descentralizat dar cu un control centralizat.



1.4. Viziunea EPRI asupra SmartGrids

Pe de alt parte, n SUA, EPRI efectueaz cercetri de cel puin 10 ani privind dezvoltarea unor reele inteligente, care se axeaz pe mai multe concepte generale, astfel nct s satisfac interesul tuturor actorilor implicai: companii de electricitate, consumatori, productori, entiti de protecie a mediului etc. Pentru a deveni inteligent, reeaua electric trebuie s includ i sisteme de management al energiei. Platforma de control a reelei electrice inteligente trebuie s permit operatorului reelei s ntreprind aciuni de echilibrare a puterilor, eficiente din punct de vedere economic, utiliznd sistemele de stocare pe perioadele de vrf ale curbei de sarcin. Eficiena economic a acestor aciuni se bazeaz pe calcule de optimizare a utilizrii surselor de producie i pe controlul voluntar al sarcinii, n acelai timp cu un management corespunztor al congestiilor [5].

n viziunea EPRI reelele electrice inteligente sunt constituite din dou infrastructuri integrate: infrastructura pentru transferul energiei electrice (reeaua electric) i infrastructura de transfer a informaiilor (fig. 3) [5].

Fig. 3. Dezvoltarea sistemelor inteligente.

Arhitectura de management industrial utilizeaz ageni inteligeni pentru interaciunile manageriale, agenii furniznd managerului informaii de tip alerte sau mrimi electrice msurate. n urma interaciunii manageriale, managerul ntreprinde aciuni decizionale la nivel de element



al reelei sau per ansamblul reelei. Funciile manageriale industriale acioneaz asupra urmtoarelor elemente:

reele informaionale, precum router, switch, hub i conexiuni comunicaionale;

resurse de calcul, precum sistemele de automatizare din staiile de transformare, servere de date sau servere pentru platformele de tranzacionare ale pieelor de energie electric;

servicii software, precum SCADA, EMS sau componente GIS, precum i sisteme de management al bazelor de date;

servicii i funcii de business, precum servere de management al tarifrii, securitii sau politicii operaionale;

sisteme de stocare. Organizaia Internaional pentru Standardizare (ISO) a definit

urmtoarele funcii de management: managementul defectelor, managementul topologiei, managementul funcional, managementul securitii i managementul contabil.

1.5. Conceptul de sisteme electroenergetice perfecte

Pe aceeai filosofie a reelelor electrice inteligente, Galvin Electricity a lansat n SUA ideea de sisteme electroenergetice perfecte [2]. n viziunea lui Bob Galvin sistemele electroenergetice perfecte vor asigura disponibilitatea absolut i universal a energiei n ceea ce privete cantitatea i calitatea necesar pentru satisfacerea cerinelor fiecrui consumator. Ideea dezvoltrii sistemelor electroenergetice perfecte are la baz creterea independenei, flexibilitii i inteligenei pentru optimizarea utilizrii energiei printr-un management la nivel local. n viziunea Galvin Electricity, calea dezvoltrii ctre configuraii perfecte ale sistemelor electroenergetice pornete de la structuri de mici dimensiuni i merge ctre integrarea global. Se definesc astfel urmtoarele niveluri de integrare (fig. 4):

Sistemul de integrare la nivel de dispozitiv. Acesta este primul nivel de integrare i se refer la portabilitatea dispozitivelor sau aparatelor electrice beneficiind de tehnologiile nano i bio, de senzori i materiale avansate. Aceste dispozitive nglobeaz micro-stocare i micro-generare local, fiind vorba de tehnologia modern digital. Importana portabilitii const n faptul c aceasta ofer omului o flexibilitate mai mare n micare.

Sistemul integrat la nivel de cldire (localizat). Sistemul abordat la nivel de cldire este urmtorul nivel de integrare dup cel portabil i se refer la infrastructura de distribuie a unei cldiri comerciale, unui campus, unui cartier rezidenial, respectiv o ntreprindere. Acest nivel de integrare



prezint avantajul c disponibilitatea energiei poate fi optimizat prin folosirea unei game variate de surse de producie i, de asemenea, permite crearea unei infrastructuri multi-generare (energie electric, energie termic i aer rcire). Sistemul de management al energiei, prin optimizarea surselor de producie, aduce beneficii majore n ceea ce privete utilizarea surselor de energie regenerabil. ns, integrarea mai multor surse de energie diferite necesit implementarea de senzori performani i ieftini care s furnizeze informaii privind starea reelei i cerine de producie i consum, dar i sisteme de comunicaii.

Sistemele distribuite. Sistemele electroenergetice distribuite se axeaz pe interconectarea de diferite sisteme localizate astfel nct s se beneficieze de avantajele disponibilitii mai crescute a surselor de producie i stocare. Acest concept a fost dezvoltat n ultima perioad prin aa-numitele microreele. Pe de alt parte, la acest nivel se dezvolt conceptul de generare distribuit n cadrul creia microturbinele i pilele cu combustibili sunt candidaii ideali pentru cogenerare, iar sistemele de stocare asigur flexibilitate ridicat pentru utilizarea surselor de energie regenerabil la niveluri de putere mai mari. Marele dezavantaj ar putea fi costul ridicat al sistemelor de stocare.

Sistemul integrat global. Acesta este ultimul nivel de integrare i este asemntor sistemului clasic interconectat pe arii extinse.

SistemeportabileSisteme integrate

lo

cal

Sisteme distribuite

Sisteme integrate global

Fig. 4. Abordarea sistemelor electroenergetice pe niveluri [2].

1.6. Strategia privind implementarea reelelor electrice europene ale viitorului

n cadrul Platformei Tehnologice SmartGrids a fost stabilit un plan strategic formulat ca viziune asupra parcursului evolutiv al reelelor



electrice actuale spre reele electrice inteligente, care s permit atingerea obiectivelor stabilite de Comisia European pentru perioada 2008-2050 privind securitatea energetic i sustenabilitatea. Acest plan strategic este formulat sub forma a dou arii de parcurs, una centrat pe reeaua electric i una centrat pe utilizatorii reelei [4].

1.6.1. Abordarea centrat pe reeaua electric Optimizarea funcionrii reelei electrice Pentru a se adapta noilor cerine privind creterea consumului de

energie electric i dezvoltarea pieei de energie electric, ce se dovedesc a fi adevrate provocri pentru condiiile sale de funcionare, reelele electrice trebuie s devin mai active i mai inteligente prin:

dezvoltarea sistemelor de monitorizare i control pe arii extinse de tip WAMS (wide area monitoring systems) i WACS (wide area control systems) combinate cu reglajul n bucl nchis al compensatoarelor statice de putere reactiv, pentru maximizarea capacitii disponibile de transfer i reducerea probabilitii de apariie a unor perturbaii;

controlul circulaiei de puteri sau a tensiunilor, n timp real, prin intermediul unor dispozitive avansate de tip FACTS, bazate pe electronica de putere;

evaluarea securitii sistemelor electroenergetice n timp real; implementarea unor estimatoare de stare distribuite n cadrul

sistemelor electroenergetice de mari dimensiuni; realizarea de software performant pentru evaluarea condiiilor de

funcionare ale reelei, att n regim permanent ct i din punct de vedere al stabilitii, dar i n prezena generrii distribuite i a consumatorilor activi;

realizarea de simulatoare pentru analiza funcionrii sistemelor electroenergetice, att n regim permanent ct i n regim dinamic, inclusiv prin includerea unor modele pentru sursele de energie regenerabil i dispozitivele neliniare;

stabilirea unor strategii eficiente pentru restaurarea funcionrii, respectiv planuri de aprare mpotriva producerii unor avarii;

mecanisme eficiente, att din punct de vedere tehnic ct i economic, de echilibrare n timp real a puterilor active;

pentru meninerea la un nivelul ridicat de pregtire al resursei umane, se impune pregtirea continu a operatorilor de sistem



folosind i simulatoare de antrenare care s modeleze ct mai fidel sistemele reale.

Optimizarea infrastructurii Datorit opoziiei publice, construirea de noi infrastructuri va fi

limitat, n timp ce nlocuirea vechii infrastructuri va trebui s fie inovat pentru a optimiza capacitatea disponibil de transfer. n acest sens se au n vedere urmtoarele aspecte:

extinderea reelei europene, n special a celor de transport, cu noi infrastructuri este condiionat de reducerea duratei de obinere a autorizaiei de construire;

ntrirea liniilor de transport existente; managementul noilor active i metode de planificare a reelelor de

transport i distribuie bazate pe analize de scenarii i risc; disponibilitatea de date fiabile i consistente achiziionate i

actualizate periodic pentru managementul i planificarea activelor.

Integrarea surselor de energie regenerabil la scar larg n condiiile nclzirii globale i a ritmului de cretere a preului

petrolului (de peste 6 ori n numai 20 de ani), este necesar s se descopere i s se sprijine sursele alternative de producere a energiei electrice, pe de o parte pentru protejarea mediului nconjurtor, iar pe de alt parte pentru creterea independenei energetice. n acest sens, strategia European pentru crearea reelelor electrice ale viitorului SmartGrids include obiective conexe, adic:

adaptarea reelelor electrice de transport i distribuie, pentru a permite integrarea surselor de energie regenerabil precum i a cogenerrii;

dezvoltarea unor metode i produse software performante pentru prognoza vntului, respectiv a puterii active generate de sursele eoliene;

dezvoltarea de strategii de management al energiei care s faciliteze creterea penetrabilitii generrii distribuite i a dispozitivelor de stocare;

adoptarea unor mecanisme de pia care s ncurajeze introducerea surselor de energie regenerabil.

Tehnologia informaional i de telecomunicaii



Avnd n vedere c sistemele de comunicaii constituie un element cheie al progresului tehnologic al reelelor electrice, se impune dezvoltarea unor obiective precum:

tehnologii i standarde de realizare a interfeei cu utilizatorii reelei, care s permit consumatorilor s devin activi pentru participarea la piaa de energie electric, s faciliteze integrarea centralelor virtuale etc.;

protocoale de comunicaie pentru toate nivelurile relaionale; sisteme i medii de transfer de informaii, obiectiv esenial pentru

sincronizarea aciunilor ntreprinse n cadrul reelei electrice; sisteme de automatizri n reelele de distribuie i sisteme de

msurare i citire de la distan. 1.6.2. Abordarea centrat pe utilizatorii reelei electrice Reelele electrice de distribuie active Aceast abordare presupune activarea unor funcionaliti i a unei

game de servicii orientate pe utilizator n reelele electrice de distribuie n ceea ce privete conectarea la reea, accesul i managementul, unde utilizatorii sunt direct vizibili de ctre reea, iar reeaua, n schimb, vede i simte utilizatorii. Dei conceptul de SmartGrids se refer att la reelele de transport ct i la cele de distribuie, se constat o atenie sporit asupra celor de distribuie deoarece punctele int sunt utilizatorii mici, att productori ct i consumatori.

Pe lng faptul c reelele de distribuie actuale necesit un control i management mbuntit pentru a face fa generrii distribuite, cerinelor privind calitatea energiei electrice etc., pentru viitor se anticipeaz creterea masiv a produciei n surse dispersate (ndeprtate de consumatori) i surse distribuite (apropiate de consumatori), cu asigurarea serviciilor de sistem i din reelele de distribuie. n aceste condiii, vor deveni indispensabile tehnologiile i caracteristicile unei reele active care s permit dezvoltarea i controlul generrii dispersate i a rspunsului sarcinii la nivel industrial i rezidenial, cu o implicare activ a consumatorilor.

Din aceast perspectiv se evideniaz urmtoarele elemente cheie: focalizarea, pe monitorizarea reelei n general, iar n particular pe

managementul alarmelor i defectelor, aciunilor preventive i corective i aplicaii inteligente cum ar fi cele suport de decizie pentru operatorii de sistem;

implementarea unui nou nivel de control delegat, pentru controlul reelei electrice, care s permit operatorilor de sistem



s fac fa complexitii crescute a managementului reelei n prezena generrii dispersate i distribuite; n cadrul nivelului de control delegat o atenie special trebuie acordat monitorizrii reelei n contextul primului obiectiv privind optimizarea funcionrii i utilizrii reelei electrice; nivelul de control delegat se va utiliza pentru: dispecerizarea i managementul local al generrii distribuite n

combinaie cu rspunsul sarcinii, adic suport pentru centralele virtuale;

implementarea unor funcii de control activ (de ex.: reconfigurarea reelei electrice asistat de la distan, managementul defectelor, proceduri de auto-restaurare etc.) prin care s se asigure securitatea funcionrii i calitatea energiei electrice;

adaptarea noilor funcii implementate prin msurri on-line, n condiiile unor restricii tehnice i de pia i evenimente prevzute/neprevzute;

integrarea efectiv a sistemelor de stocare i sistemelor de rspuns al sarcinii;

funciile reelei de distribuie active trebuie s includ produse software noi / soluii bazate pe optimizarea dinamic i multi-obiectiv i modelarea integrat a incertitudinilor pentru planificare / planificarea funcional: produse software pentru optimizarea dimensionrii, amplasrii

i configurrii unor microreele n cadrul reelelor de distribuie;

produse software pentru reconfigurarea optimal i restaurarea serviciului de furnizare n reelele de distribuie active;

transportul va avea un impact major asupra cerinelor reelelor inteligente, n special la nivel rezidenial i industrial. Pentru a permite utilizarea vehiculelor de transport electrice i hibride ale viitorului, structura noii reele va facilita includerea unor instalaii mobile de generare i consum.

Piaa de energie electric i eficiena energetic n ceea ce i privete pe utilizatorii reelei, beneficiile obinute prin

utilizarea energiei electrice trebuie s fie maximizate, necesitnd deci optimizarea costurilor. Se pot defini astfel urmtoarele obiective:

crearea de noi participani la piaa de energie electric, prin aplicarea conceptelor de microreea i central virtual pentru favorizarea creterii eficienei energetice, mbuntirii



managementului consumului la vrful de sarcin, utilizarea mai eficient a reelei de distribuie; aceste obiective sporesc activitatea la nivelul centrelor locale de control (dispeceratelor) ale reelelor de distribuie;

crearea consumatorilor activi, prin echiparea celor clasici, disponibili s reduc consumul la cererea operatorului de distribuie, cu sisteme de management al sarcinii i sisteme de msurare cu citire de la distan;

implementarea unor mecanisme de pia transparente i flexibile, care s conduc la utilizarea eficient a surselor de producie i la reducerea preului energiei electrice.

Bibliografie [1] www.smartgrids.eu [2] www.galvinelectricity.org [3] Comisia European Vision and Strategy for Europes Electricity

Networks of the Future, Platforma Tehnologic European SmartGrids, 2006.

[4] Comisia European Strategic Deployment Document for Europes Electricity Networks of the Future, Platforma Tehnologic European SmartGrids, 2008.

[5] EPRI The Integrated Energy and Communication Systems Architecture, Vol. IV, Technical Analysis, Electric Power Research Institute, 2004.


Capitolul 2

Conceptul de microreea

2.1. Introducere

Ce este o microretea? O microreea este un sistem electroenergetic de dimensiuni mici ce

include una sau mai multe grupuri de generare distribuit care pot funciona independent de sistemul electroenergetic naional sau conectat cu acesta.

n mod clasic, energia electric este transferat dinspre reeaua de transport spre reeaua de distribuie, astfel c se produc pierderi de putere pe lanul de elemente de reea, respectiv printr-un numr mare de linii (exprimat n km) i transformatoare. Dezvoltarea surselor de putere mic, funcionnd fie pe combustibil convenional, fie folosind resurse regenerabile, a permis creterea numrului de generatoare prezente n reeaua de distribuie. Existena unor surse de energie electric ntr-o zon de reea de distribuie a condus la ideea de arhitectur de microreea.

De ce se utilizeaz o microreea? Costul energiei se poate micora (comparativ cu energie primit

din sistemul electroenergetic principal) Fiabilitatea si calitatea energiei se pot mbunti Poate crete eficiena i se reduc emisiile de noxe Poate fi singura opiune daca infrastructura de transport nou sau

modernizat nu poate fi dezvoltat ntr-un timp sau cu un cost eficace

Scurt istoric

n perioada de nceput a dezvoltrii sistemelor electroenergetice, n perioada 1880-1910, acestea aveau o structur simpl de microreea, adic o singur central electric alimenta o zon de consum

Ulterior, ideea de funcionare izolat, sub forma unei microreele, a nceput s dispar n perioada 1910-1950 prin politica de interconectare a reelelor electrice, datorit avantajelor pe care acestea le prezint



n prezent, ideea de microreea a nceput s prezinte un nou sens ca urmare a dezvoltrii de noi tehnologii, existena restriciilor privind construirea de noi elemente n reelele de transport i distribuie, aspectelor legate de mediu, cerinelor legate de fiabilitate etc.

Societatea modern se bazeaz pe un sistem de furnizare a energiei electrice de inalta fiabilitate. Problemele actuale privind disponibilitatea energiei primare, imbatranirea infrastructurii de transport si distributie a retelelor electrice, necesitatea de a instala surse noi de producie (cum ar fi sursele regenerabile) si vanzarea energiei electrice prin pietele angro constituie o provocare pentru operatorii de sistem in ceea ce priveste securitatea, siguranta si calitatea. De aceea sunt necesare investitii importante pentru dezvoltarea si modernizarea infrastructurii electrice, iar cel mai eficient mod pentru a raspunde cererintelor sociale va fi incorporarea de solutii inovatoare, tehnologii si arhitecturi de retele.

Viitoarele retele electrice vor trebui sa se adaptaze la schimbarile tehnologice sa raspunda valorilor societatii privind mediul inconjurator si aspectul comercial. Astfel, securitatea sistemului, siguranta, mediul inconjurator, calitatea energiei electrice, costul furnizarii si eficienta energetica sunt evaluate intr-o maniera noua, ca raspuns la schimbarea cerintelor de pe piata. Tehnologia trebuie sa demonstreze siguranta, rezistenta si eficienta. La nivelul distributiei, noile cerinte pentru dezvoltare sunt:

Retelele de distributie trebuie sa prezinte accesibilitate pentru producerea distribuita (GD) si sursele de energie regenerabile (SRE), care pot fi auto-dispecerizate sau dispecerizate prin intermediul unui dispecer local

Retele de distributie care permit managementul consumului local si care interactioneaza cu utilizatorii finali prin sisteme de contorizare inteligente Retelele de distributie incep sa se transforme din retele pasive in

retele active in sensul in care luarea unei decizii si controlul sunt distribuite, iar puterea circula bidirectional. Acest tip de retele cu participarea generarii distribuite, a surselor de energie regenerabile si a dispozitivelor de stocare, ofera solutii pentru noi tipuri de echipamente si servicii, fiecare din acestea fiind necesar sa respecte standardele si protocoalele comune. Functia unei retele de distributie active este sa interconecteze in mod eficient sursele de putere si consumatorii, permitandule ambelor parti sa decida care este cel mai bun mod de functionare in timp real. Determinarea circulatiei de puteri,



controlul tensiunii si sistelele de protectii necesita tehnologiilor de cost competitiv si sisteme de comunicare noi, care incorporeaza tehnologii comunicationale si informatice.

Crearea retelelor de distributie active vor permite in mod radical dezvoltarea de noi concept. Probabil ca cel mai promitator concept este acela de microretele. Microretelele cuprind sisteme de distributie de joasa tensiune (LV) cu surse distribuite de energie (DERs) cum ar fi microturbinele, pile cu combustibil, celule fotoelectrice, etc, precum si dispositive de stocare (sisteme inertial, baterii cu condensatoare de dimensiuni mari, baterii se stocare de dimensiuni mici etc.), respective consumatori controlabili, oferind posibilitati de control considerabile in ceea ce priveste functionarea retelei electrice.

Aceste sisteme sunt conectate la reteaua de distributie de medie tensiune, dar pot, de asemenea, functiona izolat de reteaua principala in cazul unor defecte in retea. Din punctul de vedere al consumatorilor, microretelele asigura atat energie termica cat si energie electrica, iar in plus imbunatatesc siguranta in functionare la nivel local, reduc emisiile de noxe, imbunatatesc calitatea energie prin controlul tensiunii si reducerea golurilor de tensiune, si pot oferi costuri reduse pentru furnizarea energiei electrice sau temice. Din punctul de vedere al reelelor, o microreea poate fi privit ca o entitate controlabil n cadrul sistemului energetic care poate sa funcioneze ca o mica sursa de putere sau ca servicii auxiliare sprijinind reeaua principal.

Potenialul economic cheie al aplicaiilor GD la premisele de client const n oportunitatea de utilizare local a cldurii evacuate de la conversia combustibilului primar in electricitate. n ultimii ani au existat progrese remarcabile privind dezvoltarea de aplicaii de cogenerare de mic putere. Aceste sisteme se ateapt se joace un rol important n microreelele din trile nordice. Pe de alta parte, sistemele PV se anticipeaz ca se vor dezvolta semnificativ n rile cu climat nsorit. Aplicaii de micro-cogenerare i PV au un potenial de cretere a eficientei totale a utilizrii surselor de energie primar i n consecina, reduce substanial emisiilor de carbon i noxe, constituind un alt beneficiu important n eforturile omenirii de a combate schimbarea climatic.

Din punctul de vedere al reelei electrice, aplicaiile GD pot reduce necesitatea de noi investiii n reelele electrice de distribuie i de transport. Generatoarele Distribuite amplasate n apropierea consumatorilor vor decongestiona cile de alimentare i vor conduce la: reducerea pierderilor de putere i posibilitatea de rezervare a unor elemente din reelele principale. Microreelele pot, de asemenea, s asigure servicii de sistem n cazul unor probleme ce apar n reeaua electric principal.



n consecin, microreelele sunt subiectul unei cercetri intense i activiti de propagare n America, Japonia, Europa, Canada pentru a furniza solutiile eficiente si a demonstra conceptele de functionare ale microretelelor.

Caracteristici ale unei microreele Valoare de vrf a consumului de energie electric: 1 kW - 100 MW Consum de energie termic: 0.5 MJ/h - 1000 MJ/hr Numrul de consumatori alimentai: 1 - 50.000 Tipul consumatorilor: rezidenial, comercial sau industrial ntinderea geografic: de la o cas pn la 10 kmp Funcionarea mixt: microreeaua poate fi configurat pentru a

comuta ntre funcionarea izolat i ne-izolat n funcie de starea reelei publice

Funcionarea izolat: microreeaua funcioneaz independent de reeaua public

Nivelul tensiunii: JT sau MT, AC sau DC Arhitectura: radial or buclat cu una sau mai multe generatoare

Figura 1. Funciile unei microreele.

Pe lng infrastructura clasic a unei reele electrice, ce cuprinde linii, transformatoare, sisteme de protecii i automatizri, o microreea include consumatori inteligeni, generatoare distribuite, sisteme de detectare a defectelor avansate, echipamente de comutaie inteligente, o infrastructur de msurare avansat, cli de alimentare de rezerv, precum i un sistem de



monitorizare i control ce cuprinde produse informatice i cu ajutorul crora se pot ndeplini urmtoarele obiective:

Insularizarea microreelei n cazul producerii unui blackout n SEN; Optimizarea costului energiei electrice, comparativ cu un cel

obinut pe piaa de energie electric, folosind resursele proprii, att generatoarele electrice i sursele de stocare, precum i consumatorii activi;

mbuntirea fiabilitii i calitii energiei electrice prin posibilitatea de reconfigurare a reelei electrice;

Cretere eficienei i reducerea emisiilor de substane poluante prin integrarea surselor regenerabile de energie, precum panourile fotovoltaice, micro-hidrocentralele, turbinele eoliene;

O microreea se poate dezvolta n cadrul unei reele electrice de distribuie (RED), de medie tensiune sau de joas tensiune.

MT MT

REDRED

Echipament de comuta ieConsumatorGenerator

Monitorizarei control

Figura 2. Reprezentarea de baz a unei microreele ntr-o reea de distribuie. n cazul zonelor izolate, microreelele pot constitui singura opiune

d.p.d.v. tehnic sau economic. n plus, alimentarea cu energie electric la tensiune continu poate reprezenta o soluie mult mai eficient dect alimentarea la tensiune alternativ. O atenie deosebit trebuie acordat tensiunii continue i electronicii de putere pentru conectarea la reeaua electric a unor surse care produc energie electric la tensiune continu (CC).



Panouri PV

Pila cu combustibil

Micro-turbina

Generator eolian

Choper CC-CC

Consumatori CC

Consumatori CA

Invertor bidirectional

Comutatie statica

Sisteme de stocare n baterii

Sisteme de stocare inertiale

Gen

erar

edi

strib

uita

Sist

eme

dest

ocar

eav

ansa

te

InvertorCC-CA

Redresoare active

Figura 3. Conectarea la reeaua electric a surselor de energie electric.

2.2. Arhitectura Microretelelor O microreea poate cuprinde o parte din sistemele de distribuie de

MT i JT i consumatori agregai deservii de unul sau mai multe uniti de GD. Din punct de vedere al operaional, o microreea poate funciona interconectat cu sistemul electroenergetic pincipal prin intermediul unui punct comun de conectare (PCC), avnd astfel posibilitatea de a se izola n cazul unor defecte ce apar n reeaua electric de distribuie sau transport.

Figura 4. Ilustrarea microreelelor.



n timp ce este fizic conectat la reteaua principal, modul de operare i control al microreelei poate s se schimbe de la mod dependent de reeaua principal la mod independent de reeaua principal, n funcie de puterea interschimbat ntre microreea i reeaua electric principal.

n figura 4 se prezint sugestiv 3 tipuri de microreele i anume: microreea de distribuie / industrial (care aparine unei companii de distribuie), microreea zonal cu utilitate singular / multifuncional de tip industrial sau comercial i microreeaua local destinat sectorului rezidenial sau cldirilor mici.

Microreele de distribuie Accesul la microreele poate facilita pe scara larga utilizarea SRE

i/sau ncorpora sisteme de cogenerare (CHP) n reteaua de distribuie, amortiznd n acelai timp fluctuatiilor de energie ale reelei principale. Microretelele pot fi formate dintr-o parte sau de ctre toi fiderii care pleac dintr-o staie de distribuie care este condusa de un operator de distribuie. Utilizarea unui numr mare de generatoare distribuite localizate aproape de centrele de consum, o microreea industrial poate asigura echilibrul local ntre puterile active generate i consumate, respectiv pot contribui la evitarea unur congestii pe firerii de medie tensiune. La nivelul companiei de distribuie ce are n proprietate microreeaua, turbine hidro de putere mic, celulele fotoelectrice, grupurile eoliene i sistemele de biomasa sunt cteva din sursele de energie alternativ care pot fi utilizate cu emisii reduse de noxe. O microretea de utilitate public poate sa fie deconectata de la reteaua principal n timpul perioadelor programate de intreinere a fiderilor de nalt tensiune i staiilor ntr-un mod controlat. Izolarea planificat a microreelei limiteaz durata ntreruperilor n alimentarea consumatorilor. O microretea de utilitate public poate s ofere i servicii de sistem cum ar fi furnizarea de energie reactiv i cresterea calitii energiei electrice.

De asemenea, cateva tehnologii GD pot asigura putere reactiv dispecerizabil care sa compenseze puterea reactiv a sarcinii locale i s mentin nivelul de tensiune. Folosirea sursele n cogenerare (CHP), microreeaua de utilitate public poate s ofere energie termic din procesul de producere al energiei electrice sub form de caldur sau ap fierbinte (sau abur) pentru uz caznic. Conceptul de CHP n cadrul microreelei este aplicat prin amplasarea optima a surselor CHP acolo unde echipamentele termice/electrice cresc complet eficiena instalatiei i reduc consumul de combustibil.



Microreele zonale - industriale si comerciale Consumatorii comerciali i industriali de energie electric sunt

definii prin clase de importan, care se refet la gradul de calitate al energiei electrice. Un consumator critic poate s nu tolereze ntreruperile n alimentarea cu energie electric. O microretea poate fi folosita cu usurinta pentru a aimenta mai mai multe tipuri de consumatori industriali sau comerciali, de ex: campus universitar, centru commercial, instalatii industriale etc. Strategiile de management avansat al sarcinii din cadrul microretelelor constau intr-un control distribuit si automat care sa previna intreruperile neplanificate si deci sa contribuie la imbunatatirea calitatii energiei electice prin cresterea independentei microretelei de reteaua electrica principala.

Utilizarea conceptului de microretea, cu un nivel distinct de fiabilitate si calitate a energiei electrice poate fi definit pe baza unui clasificari a consumatorilor si diferentierea serviciilor pentru utilizatori multipli. Clasificarea consumatorilor si controlul acestora in cadrul unei microretele poate, de asemenea, contribui la aplatisarea curbei de sarcina fie in mod izolat fie in mode conectat la retea. O microretea comerciala sau industriala se poate insulariza atunci cand calitatea energiei electrice din reteaua principala nu satisface cerintele impuse si poate afecta inclusiv calitatea energiei electrice asigurate de microretea. Functionarea independenta fata de reteaua principala aunei microretele comerciala/industriala poate fi planificata, de ex., la varf de sarcina cand pretul energiei electrice absorbite din reteaua principala este ridicat. O microretea, poate, de asemenea, alimenta un consumator rezidential mic, adica un grup de case orasenesti. Microreteaua rezidentiala asigura un sistem de furniyare a energiei electrice convenabila si eficient care este particularizat in functie cerintele consumatorilor si generatoarelor distribuite utilizate. Generaia de panouri solare si microturbine in cogenerare constituie surse distribuite atractive pentru aplicatiile rezidentiale si cladirile comerciale. Sursele PV pot fi incorporate in structura cladirii. Proprietarii cldirii pot beneficia de buna corelare intre varful curbei de sarcina si intensitatea soarelui pentru producerea de energie solara. Modulele la scara redusa de microturbine ofera surse de cogenerare controlabile si eficiente, de energie electrica si caldura, cu zgomot mic care pot fi instalate individual in apartamente sau birouri acolo unde consumul de energie electrica se realizeaza la o eficienta ridicata. Bazandu-ne pe accesul la microretea, consumul de energie termica si electrica total al retelelor locale este controlat prin putere adecvata si strategii de management - cu rol de a



personaliza pretul energiei si de a limita impactul fluctuatiilor de energie ale surselor intermitente si schimbariile bruste ale consumului in retea.

Microretele locale

Electrificarea comunitatilor retrase si a zonelor neintegrate in tarile dezvoltate si insule geografice este o mare prioritate pentru companiile de utilitati din toata lumea. Cateva tari au cercetat adoptarea unui concept de producere de energie descentralizata , in general, in particular - microretea, pentru furnizarea de energie in zone izolate. Cererile de energie ale zonelor neintegrate pot fi satisfacute prin instalarea regenerabilelor si alternativelor DER pentru a forma retele izolate si microretele autonome care furnizeaza energie electrica si eventual caldura sau apa calda clientilor locali sau comerciali.

In functie de caracteristicile geografice ale unei zone retrase si disponibilitatea resurselor de diverse tipuri cum ar fi: microturbine, mori de vant, celule fotovoltaice si turbine pe gaz cu emisii mici, pot fi folosite. O deosebire majora in modelul microretelelor departate este aceea ca producerea trebuie sa fie dimensionata pentru a servi intregii sarcini cu un nivel adecvat al capacitatii de rezerva . In plus, dispersarea incarcarii si marile diferente intre incarcarea minima si maxima a microretelei fac din tehnologia selectiei, a marimii a DER un lucru competitiv. Urmatoarele metode sunt sugerate pentru a realiza balantul de energie pe termen scurt sau pe termen lung a microretelelor retrase menite sa invinga fluctuatiile de putere introduse de producerea intermitenta si sarcinii variabile:

Participare avansata a puterii si angajamentul unitatilor printr-un set de mai multe surse de generare pentru a selecta combinatia potrivita a DER in fuctie de variatia sarcinii.

Utilizarea marimii optime a unitatilor de energie Control avansat al sarcinii

Moduri de funcionare a microreelelor a) Modul Conectat la reeaua electric public. Acest mod de funcionare este un mod normal deoarece, pentru

asigurarea unor parametrii electrici n conformitate cu cerinele de calitate a energiei electrice, este necesar funcionarea interconectat.

Din punct de vedere al frecvenei, aceasta poate fi meninut foarte aproape de valoarea nominal de 50 Hz doar n condiiile funcionrii interconectate.

Funcionarea interconectat asigur condiiile necesare accesului la cele mai ieftine surse de energie electric. Consumatorii din microreea pot



s opteze pentru a folosi sursele de energie electric din cadrul microreelei sau pentru a cumpra energie electric din reeaua public.

b) Modul Izolat, cu funcionare independent de reeaua electric public.

n cazul n care n reeaua public se produce un incident care conduce la ntreruperea alimentrii cu energie electric, microreeaua trebuie s fie capabil s asigure alimentarea de rezerv a principalilor consumatori de energie electric localizai n cadrul microreelei. Funcionarea corespunztoare n acest condiii presupune existena unui dispecer local dar i a unor sisteme de reglaj pentru funcionarea insularizat.

2.3. Exemple de microreele Una dintre cele mai cunoscute centre pilot de microreea este reeaua

intern de la Illinois Institute of Technology (IIT), Chicago-SUA. Pentru acest proiect IIT a beneficiat de un grant n valoare de 7 mil $ n 2005 de la DoE; alte 5 mil $ au fost asigurate din fonduri proprii si de la companii private.

Proiectul s-a bazat pe 3 componente: fiabilitate (grad ridicat de continuitate n alimentarea cu energie electric a consumatorilor), producie proprie (utlizarea surselor proprii din IIT i integrarea de noi surse regenerabile) i reducerea consumului de energie electric.

Figura 5. Scheme monofilar a microreelei de la IIT.



Pentru realizarea microreelei au fost efectuate urmtoarele modificri:

Transformatoarele au fost nlocuite acolo unde a fost necesar (vechime, capacitate depit)

S-au instalat noi cabluri pentru a crete flexibilitatea reelei Aceast reea se bazeaz pe o coloana vertebral inteligent, de

detectare i remediere funcionrii, care colecteaz mii de date, le analizeaz, stabilete potenialul impact i ia deciziile de adaptare a funcionrii sistemului astfel nct consecinele s fie minimizate. Exist un controller inteligent care monitorizeaz i evalueaz parametrii critici n scopul stabilirii strii de funcionare a sistemului. Atunci cnd este cazul, acest controler poate interveni asupra reelei astfel nct aceast s funcioneze la parametrii ncadrai n limitele predefinite. Monitorizarea i comunicaiile se bazeaz pe senzori ieftini i module, care transmit informaia fie wireless fie prin reea standard de tip internet bazat pe IP, inclusiv: Aparate de msur avansate care msoar, n fiecare cldire,

tensiunea, frecvena, curentul, puterea reactiv, consumul de putere i nivelul armonic

Semnale de la controlerul central pentru dispecerizarea produciei pa baza preului energiei electrice i al gazelor naturale primit de la PJM (operatorul de sistem)

Informaii privind nivelul de producie local i stocare precum i starea combustibilului.

Atunci cnd apare o defeciune ntr-o seciune de cablu sau comutator, structura reelei permite evaluarea rapid a condiiilor de defect i acionarea, n mai puin de 1/4 cicluri, simultan n sensul izolrii defectului i conectarea circuitului de rezerv, fr a ntrerupe alimentarea cu energie electric. Aceast structur folosete ntreruptoare de eliminare a defectului de tip S&C Vista n bucl nchis cu protecie de supracurent direcional. Aceast combinaie de ntreruptoare automate de mare vitez, ntreruptoare i fideri redundani permite reconfigurarea instantanee a sistemului.



Figura 6. Cldire din microreeaua de la IIT.

Un alt exemplu de microreea este proiectul pilot de la ISET - Kassel Germania

Figura 7. Microreeaua de la ISET.



Printre funciile implementat n cadrul microreelei de la ISET se menioneaz:

modelarea GED i unelte de analiz static i dinamic filozofii pentru funcionarea insularizat sau interconectat algoritmi de control, ierarhic sau distribuit (bazai pe ageni

inteligeni) strategii n caz de blackout local definirea cerinelor privind interfaa GED i reea scheme de protecii i tratare a neutrului metode pentru cuantificarea beneficiilor privind fiabilitatea laborator microgrids de diferite forme de complexitate i

funcionalitate Bibliografie

[1] www.smartgrids.eu [2] www.galvinelectricity.org [3] Comisia European Vision and Strategy for Europes Electricity

Networks of the Future, Platforma Tehnologic European SmartGrids, 2006.




Capitolul 3

Conceptul de cldire inteligent

3.1. Introducere

Conceptul de cas inteligent se contureaz ca rspuns, pe de o parte la progresul tehnologic al surselor mici de energie bazndu-se pe diverse procese tehnologice de conversie, iar pe de alt parte la progresul tehnologic n domeniului tehnologiei informaiei i telecomunicaiei.

Piaa rezidenial este pe cale de a fi activat ca urmare a dezvoltrii sistemelor de control al caselor, bazate pe internet, ce devin din ce n ce mai ieftine, mai versatile, multifuncionale i uor de utilizat. Acestea pot controla sisteme de relaxare, securitate, iluminat, nclzire i rcire, precum i ntregul sistem electric al casei. Echipamentele din cas pot fi controlate de la distan din orice loc: de la un calculator desktop sau laptop, un terminal local sau din exterior de la un telefon mobil. Cel mai important ns este faptul c acestea pot mbunti calitatea vieii, programeaz utilizarea energiei ntr-un mod mult mai eficient, iar plata serviciilor se poate efectua foarte rapid asigurndu-i consumatorului un control mai mare.

Utilizarea pe scar larg a managementului energiei ntr-o cas prin supravegherea consumatorului (clientului) va reduce consumul de energie electric, va permite managementul energiei la nivel zonal de ctre companiile din domeniu i va permite consumatorilor s ia decizii n mod informat. Pentru prima dat, consumatorul poate administra utilizarea energiei electrice n mod eficient din punct de vedere al costului.

Principalele surse de consum de energie electric sunt aparatele electronicele, asociate cu instalaiile de nclzire i climatizare, precum i electrocasnicele i instalaiile de iluminat. Printre ele, procesele de nclzire i climatizare reprezint mai mult de 56% din consumul total de energie electric dintr-o cas.

n Figura 1 se prezint imaginea de ansamblu a unei case inteligent. Inteligena casei este dat de posibilitile de comunicare i control.



Figura 1. Conceptul de cas inteligent.

Existena unei infrastructuri de comunicare n cas poate permite implementarea unui sistem de management al energiei din cas. Astfel, este posibil implementarea unui numr mare de aplicaii care va permite unei case s devin un consumator activ, printre care:

Automobilele electrice se pot ncrca pe perioadele cnd n sistemul electroenergetic exist excedent de putere i pot fi folosite pentru a alimenta cei mai importani consumatori din cas n cazul unei ntreruperi cu energie electric sau chiar s injecteze energie n sistemul electroenergetic n cazuri de urgen ca serviciu de sistem atunci cnd i se cere din partea furnizorului de energie electric, care la rndul su poate primi o cere de la operatorul de sistem.

Msurarea inteligent. Informaiile primite n timp real privind preul energiei electrice vor ajuta consumatorul s decid asupra consumului. Clientul poate s primeasc informaii de la fiecare aparat electrocasnic, avnd o defalcare pe tipuri de consumatori de energie electric, respectiv poate s transmit n timp real furnizorului de energie electric situaia consumului propriu precum i puterea ce poate s fie deconectat n caz de urgen.

Aparate electrocasnice inteligente. Acestea pot conine micro-chipuri care comunic cu controlerul local astfel nct se pot



deconecta automat dac primesc semnal de la centrul de control n caz de urgen.

Control prin internet. Poate face posibil de a controla de la distan consumul de energie electric. Pentru o funcionare eficient n timp real, viteza de comunicare a infrastructurii de internet trebuie s fie suficient de mare.

Termostat inteligent. Consumul de energie electric pentru nclzirea casei poate reprezenta un procent semnificativ din consumul total al casei. Astfel, n cazul n care se primete o cerere de reducere a consumului de energie electric, n funcie de cantitatea de putere electric ce trebuie redus, termostatul sistemului de nclzire poate reduce foarte rapid temperatura de referin.

Senzorii. Comunicarea cu fiecare consumator de energie electric din cas este posibil doar prin dotarea cu senzori a fiecrui consumator.

3.2. Definirea termenului de SMART HOME

Termenii de SMART HOME, INTELLIGENT HOME si HOME NETWORKING sunt folosii de mai bine de un deceniu, odat cu introducerea conceptului de interconectare a aparatelor si echipamentelor dintr-o cas.

Cea mai bun definiie pentru SMART HOME este: INTEGRAREA TEHNOLOGIEI I A SERVICIILOR PRIN INTERMEDIUL AUTOMATIZRII PENTRU O CALITATE MAI BUN A VIEII.

Casele inteligente se clasific dup funcionalitate n cinci categorii:

Case care conin obiecte inteligente case cu obiecte i aplicaii inteligente care sunt capabile s acioneze ntr-un mod inteligent;

Case care ncorporeaz obiecte inteligente capabile s comunice case care nglobeaz dispozitive i obiecte care acioneaz inteligent i au proprietatea de a intercomunica;

Case conectate casele care au n alctuire reele interne i externe prin care sunt permise accesarea i comunicarea (interactive and remote control of systems);

Case capabile s nvee (Learning homes) structura de activitate din spaiul locuinei este nregistrat i odat cu acumularea de



informaii, casa o s fie capabil s anticipeze i s rspund prompt cerinelor utilizatorului;

Case atente casele capabile s nregistreze poziia utilizatorului i a obiectelor manipulate de acesta, informaia fiind utilizat pentru a controla tehnologia implementat n scopul anticiprii nevoilor viitoare.

3.3. Sistemul de management al consumului

Un sistem de management al energiei este format din 3 zone principale, aa cum este prezentat n Figura 2: zona de comunicare intern cu consumatorii casei, zona de conexiune i reeaua public de energie electric i contorizare general zona de comunicare extern cu furnizorul de energie electric.

Controlerlocal Router

local

Modul de comunicare

Contor inteligent

World Wide Web

Aparate electrocasnice

Conexiune extern cu furnizorul de energie electric

~AMR AMRAMR

AMRAMRAMR

Reeaua electric public

Controlerlocal Router

local

Modul de comunicare

Contor inteligent

World Wide Web

Aparate electrocasnice

Conexiune extern cu furnizorul de energie electric

~AMRAMR AMRAMRAMRAMR

AMRAMRAMRAMR

Reeaua electric public

Figura 2. Arhitectura sistemului de management al energiei.

Figura 2 este o reprezentare la nivel nalt a arhitecturii

managementului de consum al unei reele inteligente. Controlul si feedback-ul consumatorului este evideniat n partea din stnga a figurii i reprezint un element major de proiectare. Clientul poate s verifice n permanen modul n care aparatele din interiorul casei rspund la semnalele reelei inteligente.



Dispozitivul central al sistemului de management al energiei este controlerul local care face legtura ntre cele 3 zone. n plus, acesta poate transmite informaii proprietarului casei inteligente prin intermediul unui display portabil, ce poate fi privit ca un Ghid de Energie.

Figura 3. Interfaa de comunicare.

Pe lng partea software a controlerului care i permite acestuia s realizeze comunicarea dintre cele 3 zone de legtur ale casei inteligente, controlerul poate dispune i de produse software care s i permit clientului s fie informat i s primeasc soluii pentru managementul energiei din cas, precum:

Calitatea energiei electrice furnizate prin intermediul reelei de distribuie public

Costul energiei electrice deja consumate, precum i costul probabil al energiei electrice pentru urmtoarea perioad de timp

Programarea funcionrii consumatorilor de energie electric din cas n funcie de costul energiei electrice. n rile dezvoltate se definesc 3 tarife de energie electric aferente perioadelor de activitate dintr-o zi, respectiv: tariful de noapte (00:00 06:00), tariful de zi (06:00 12:00, 14:00 18:00 i 22:00 24:00) i tariful de vrf de sarcin (12:00 14:00 i 18:00 22:00). Trebuie menionat faptul c intervalele orare corespunztoare celor 3 tarife se pot modifica n funcie de anotimp.

Managementul surselor de energie electric ale casei inteligente. Acest sistem permite utilizarea eficient a surselor regenerabile de energie i a celorlalte surse precum generator diesel sau sistem cu baterie. Daca exist disponibilitate de energie eolian sau energie solar se acord prioritate surselor regenerabile pentru a produce energie electric, iar n lipsa acestor energii primare se poate folosi energia stocat n baterii sau de la generatorul diesel.

n mod specific, interfaa de control a sistemului de management al energiei acioneaz ca un operator central care comunic cu sistemul inteligent de msurare. Controlerul central stabilete dac este necesar conectarea altor surse de producere a energiei electrice, inclusiv sistemul



fotovoltaic, turbina eolian si autovehiculele hibride. Dac este necesar, controlerul central poate ntrerupe direct alimentarea cu energie electric a ctorva aparate din cas i poate amna alimentarea altora pe timpul nopii, cu scopul de a reduce costurile. ntre timp, controlerul poate fi conectat la internet pentru a se putea monitoriza la distan consumul de energie electric.

n continuare se prezint cele 3 zone cu care comunic controlerul local al casei inteligente.

Zona de comunicare extern este reprezentat de reeaua public de internet prin intermediul creia clientul poate comunica cu furnizorul de energie electric. Figura 3 prezint sugestiv comunicarea dintre casa inteligent i furnizorul de energie electric, care poate fi vzut i ca un operator local. Astfel, informaiile care sunt schimbate ntre cele dou entiti sunt:

Informaii transmise dinspre casa inteligent spre furnizorul de energie electric

Consumul n timp real Prognoza consumului Disponibilitatea de a deconecta consum Informaii transmise dinspre furnizorul de energie electric spre

casa inteligent Preul energiei electrice Programarea ntreruperilor pentru lucrri n reea Remunerarea pentru consumul deconectat Informaii cotidiene

Supply. Demand.

Operator localSupply. Demand.

Operator localSupply.Supply. Demand.Demand.

Operator local

Figura 3. Comunicaia dintre casa inteligent i operatorul local.

Zona de comunicare intern este reprezentat de conexiunea care

exist ntre aparate i alte mici dispozitive n interiorul casei inteligente precum i legtura acestora la Internet i la aparatele de msur inteligente.



Aceast zon de reea a casei va fi controlat de un dispozitiv inteligent de control care conine aplicaii pentru monitorizarea, controlul i coordonarea activitilor aparatelor consumatoare energie electric.

Aceast zon presupune nelegerea utilizrii i coordonrii rspunsurilor primite de la aparatele inteligente si de la alte instalaii inteligente de management al consumului de energie electric (panouri fotovoltaice, echipamente de alimentare cu energie electric a autovehiculelor electrice, etc. ) n interiorul unei case. Ca o politic de management, att timp ct este permis ca un consumator s regleze funciile unui boiler de ap inteligent pentru o perioada de timp, s-ar putea s nu fie permis accesul la reglajul mainii de splat rufe, la maina de splat vase n acelai timp. Dispozitivul inteligent de control opereaz n zona de reea a casei i conine o reea de administrare a consumului de energie electric din interiorul casei prin intermediul cruia se coordoneaz funcionarea aparatelor inteligente.

Aparatele electrocasnice pot fi mprite n funcie de importana acestora pentru client. Astfel se pot defini dou categorii de consumatori, respectiv:

Consumatori vitali, care nu pot fi deconectai: frigider, calculator de birou, sistem de susinere a vieii, etc.

Consumatori deconectabili: aparat de aer condiionat, radiator, main de clcat, main de splat, fier de clcat, sistem de nclzire, etc.

Zona de conexiune i reeaua public de energie electric presupune comunicare cu contorul de msurare a energiei electrice. Acest contor presupune existena unor funcii avansate prin care s se poate evalua corect diveri parametrii de calitate a energiei electrice.

n cadrul acestei zone, controlerul local se presupune c primete informaii nu numai de la contorul de energie electric ci i de la contoarele de ap zi gaz. n acest fel, sistemul de management care este gndit n principal pentru a gestiona energia electric, poate include i funcii care s i prezinte clientului informaii despre consumul de ap i gaz precum i costurile aferente.

Figura 4 prezint imagini ale diverselor tipuri de contoare ale reelelor de utiliti ale casei inteligente.



a. b. c.

Figura 4. Contoare: a) energie electric; b) ap; c) gaz.

3.4. Generarea i stocarea energiei electrice n casa inteligent provenit din surse regenerabile

Sistemele hibride sunt sisteme ce combin mai multe tipuri de generatoare de energie electric. Cele mai folosite sisteme ce realizeaz un ansamblu hibrid sunt sistemele solare, sistemele eoliene i generatoarele diesel. Majoritatea sistemelor hibride sunt sisteme off-grid, adic nu sunt conectate la reea, avnd acumulatori n alctuirea lor. Aceste sisteme sunt folosite n prezent n zone izolate unde conectarea la reeaua electric este imposibil sau foarte scump.

Sistemele hibride au capacitate limitat din cauza generatoarelor de energie electric instalate i a capacitii acumulatorilor. Dimensiunea sistemului de acumulatori poate s fie foarte mare, pn la 100 A, cu meniunea c preul de investiie al acestora este n prezent nc destul de mare. Din acest motiv se dorete o eficientizare a produciei i a consumului de energie electric. Utilizatorii unui sistem off-grid trebuie s nvee s foloseasc eficient sistemul de energie electric n intervalul acestor limitri.

Un sistem hibrid eolian-solar cuprinde urmtoarele componente principale: turbina eolian, controller eolian, panouri fotovoltaice, controller/charger solar, acumulatori, invertor.

Panouri fotovoltaice: transform radiaia solar n energie electric.

Turbina eolian: transforma energia mecanic a vntului n energie electric.

Controller hibrid: comand acumulatorii, i ncarc i descarc n siguran.



Acumulatori: nmagazineaz energia produs pentru a fi consumat ulterior.

Invertor: transform curentul continuu de la panouri n curent alternativ

Consumatori: aparatele electrice din cldire alimentate la invertor (CA) sau la acumulatori (CC).

Figura 5. Sistem hibrid eolian-fotovoltaic.

n multe locaii, viteza vntului este mic vara, iar soarele are cea

mai mare putere. n schimb vntul este mult mai puternic iarna, cnd soarele are o mai mic putere.

Deoarece perioadele de maxim eficien pentru cele dou sisteme sunt complementare, un sistem hibrid poate produce energie mai mult atunci cnd clientul are nevoie de ea.

n ceea ce privete economia de energie i mbuntirea eficienei energetice, managementul energiei este de asemenea conceput ca parte a infrastructurii reelei inteligente. Conceptual, o reea inteligent integreaz echipamente electronice i tehnologii informaionale n sistemele electrice n aa fel nct s consolideze fiabilitate, flexibilitatea, securitatea precum i eficiena acestora.



Implementarea specific a reelei inteligente duce la minimizarea consumului de energie electric n orele de vrf prin coordonarea echipamentelor de producere i aparatele de consum.

ntr-o anumit msur, sursele regenerabile de energie instalate intr-o cas au rolul de atenua sarcinile maxime de curent provenite de la reeaua electric precum i de a menaja casa de posibilele ntreruperi neateptate de energie electric. Este evident c sursele regenerabile de energie sunt n marea majoritate cele solare sau eoliene.

Ca urmare a dezvoltrii electronicii de putere, anumite echipamente se pot conectat la reeaua electric a casei prin intermediul invertoarelor/convertoarelor, ce au rolul de a converti curentul continuu, produs de panourile fotovoltaice sau bateriile n curent alternativ. Electronica de putere permite o circulaie bidirecional a puterii electrice, astfel c bateriile sunt ncrcate atunci cnd exist un excedent de energie eolian sau solar i se pot descrca, injectnd energia napoi n reeaua casei, atunci energia din surse regenerabil nu este disponibil.

Autovehiculul electric sau autovehiculul hibrid este un element al casei ce are n componen o baterie rencrcabil care ar putea fi conectat la o surs de energie electric prin intermediul unei prize. Cu alte cuvinte, autovehiculul electric/hibrid poate fi ncrcat cu energie electric n timpul golului de sarcin sau poate fi ncrcat de la sistemul fotovoltaic sau de la turbina eolian cnd puterile naturale sunt disponibile pentru conversia energiei. n plus, fa de reducerea consumului de combustibili fosili i a emisiilor cu efect de ser, autovehiculele electrice/hibride servesc n principal ca un dispozitiv de stocare la dispoziia operatorului de reea, dac n prealabil clientul a ofertat voluntar acest serviciu. Conectarea autovehiculelor electrice/hibride la reeaua electric contribuie la alimentarea cu energie si la minimizare golului de sarcin; de asemenea, cu energia stocat de bateriile acestor tipuri de autovehicule se pot alimenta diferite instalaii din interiorul casei n cazuri de urgen.

n prezent, principalele probleme asociate bateriilor vehiculelor electrice sunt date de faptul c aceste baterii nu pot alimenta autovehiculul pe distane foarte mari, iar durata de via a acestora nu este foarte ndelungat.

n figura 6 sunt reprezentate diverse sisteme de producere a energiei electrice din surse regenerabile i sisteme de stocare.



Figura 6. Managementul energiilor regenerabile n cazul casei inteligente.

n plus fa de supravegherea consumului de energie electric a

aparatelor din interiorul i exteriorul casei inteligente, sistemul de management al energiei este capabil s gestioneze panourile fotovoltaice i turbinele eoliene precum i alimentare autovehiculelor electrice/hibride de la acestea.

3.5. Gestionarea pieei de energie electric rezidenial Pe parcursul ultimului deceniu dezvoltarea uimitoare a tehnologiei

informaiilor a adus multe beneficii att economiei ct i ntregii societi. Este unanim acceptat faptul c dezvoltarea reelelor electrice se datoreaz dezvoltrii tehnologiei. Acesta reprezint principala cheie a politicii publice necesar pentru a realiza o pia durabil al managementului energiei rezideniale i a serviciilor.

Necesitatea unei structuri deschise a managementului energiei electrice

O pia competitiv a serviciilor de management al energiei electrice va reduce necesitatea creterii cheltuielilor de capital, cu scopul de a



ndeplini obiectivele pieei. Prin acceptarea unei structuri deschise a managementului energiei electrice i a unei piee deschise, guvernul va ncuraja noile soluii inovatoare pentru a fi introduse pe pia.

Prin adoptarea acestor principii, cei care iau decizii pe piaa de energie electric vor recunoate c o pia deschis pentru toi consumatorii rezideniali de energie electric va fi necesar pentru dezvoltarea managementului energiei electrice.

Figura 7. Arhitectura de comunicare a furnizorilor de servicii de management a energiei

electrice.

Structura deschis a managementului energiei electrice reprezint un model pentru realizarea unei gestionri eficiente a energiei electrice independent de infrastructura tehnologiilor avansate de msurare i de aparate inteligente de msur. Singura cerin a acestei structuri este de a publica informaii tarifare i despre cererile de consum, precum i s asigure accesul direct la datele furnizate in timp real de contoarele inteligente.

Controlul sarcinilor directe nu este recomandat. Controlul sarcinilor distribuite poate atinge aceleai obiective fr a efectua aciuni nedorite asupra consumatorului.

n cadrul acestui tip de structur, orice entitate, incluznd serviciile publice sau terii cum ar fi furnizorii, pot oferii servicii de gestionare a energiei, acetia fiind denumii furnizori de servicii i de gestionare a energiei, micii comerciani de energie electric, furnizorii de servicii de



internet i alii care aleg s sprijine astfel de servicii. Acest lucru are rolul de a realiza o ntreag clas de noi companii specializate n managementul energiei electrice i n servicii de automatizare a locuinelor

3.6. Structur Pentru a putea vorbi despre funciile sistemului de management,

trebuie definite echipamentele instalate ntr-o cas standard. Presupunem c acestea exist n fiecare cas ca dotare standard al imobilului. n plus, deoarece este puin probabil ca un investitor imobiliar s considere oportun dotarea fiecrui imobil cu generator de rezerva, 5% din case vor avea generator cu microturbina cu gaz.

n ordinea utilitilor, echipamentele sunt: Electricitate

o Branament trifazat echipat cu modul de comunicaie cu dispecerul zonal i toate echipamentele enumerate mai jos;

o Tablou electric echipat cu: protecii uzuale (ntreruptoare automate echipate cu

protecie termica i electromagnetic, inclusiv dispozitiv de cureni reziduali);

contactoare pentru pornirea/oprirea plecrilor prin sistemul de management;

o Panouri fotovoltaice cu sistem de control al puterii generate i stocare n baterii;

o Turbin eolian; o Sistem de management automobil electric:

Priza de ncrcare automobil electric; Sistem de ncrcare acumulator secundar pentru

automobil electric; Legtur ntre sistemul de panouri fotovoltaice i

acumulatorul secundar. o Grup generator cu microturbina cu gaz (unde este cazul);

Apa i nclzire o Grup de pompare; o Sistem de nclzire cu central termic; o Sistem de nclzire pentru acoperirea consumului de apa

calda menajer: Panouri solare cu tuburi vidate si agent termic diferit de

apa (freon ecologic); Boiler izolat echipat cu:

Intrri/ieiri pentru panourile solare;



Serpentin pentru nclzire de la centrala termic; Intrri/ieiri pentru pomp de cldur; Vane exterioare pentru alegerea modului de curgere al

agentului termic (comandate prin sistemul de management al nclzirii);

3.7. Aspecte funcionale Casa este legat la reele de utiliti prin branamente cu nregistrare

bidirecional n cazul apei calde i a energiei electrice i contorizare clasic n cazul gazului natural.

Rcirea generatoarelor cu microturbina cu gaz se realizeaz cu agent termic similar cu cel din pompa de cldur i panourile fotovoltaice, i cldura rezidual se folosete la nclzirea apei calde menajere proprie sau prin branamentul bidirecional, apa nclzit se poate transporta la unul dintre vecini dac temperatura apei menajere din boilerul acestuia este sczut. Acest fapt presupune un acord ntre cele dou pri, un pre stabilit, sau un sistem de compensare reciproc.

Pentru descrierea funcionrii sistemului de management al sistemului de ap i nclzire vom analiza trei regimuri particulare:

(i) Funcionarea n anotimpul rece; (ii) Funcionarea n anotimpul cald; (iii)Funcionarea n anotimpurile de tranzit (toamna, primvara) (i) Funcionarea n anotimpul rece Panourile solare cu tuburi termice nu sunt folosite propriu-zis la

obinerea apei calde menajere i, limitate de temperaturile sczute, nu vor nclzi apa ce trece prin circuitul secundar mai mult de 1015C. Pentru nclzirea suplimentar a apei calde menajere, se va folosi pompa de cldur, n modul normal de funcionare, ce va ridica temperatura din boiler cu 1025. Considernd c apa ce se nclzete este pompat din pu cu 10C, rezult o temperatur final a apei calde menajere de 3045C

nclzirea locuinei se realizeaz cu ajutorul centralei termice, prin pardoseala. Exista posibilitatea reglrii temperaturii n fiecare camer pentru a asigura un grad de confort corespunztor.

(ii) Funcionarea n anotimpul cald Pompa de cldura funcioneaz n ciclu inversat, i produce frig,

agentul termic ajungnd fie ntr-un sistem de climatizare i condiionare al



aerului pentru ntreaga locuin, fie la aparate de aer condiionat montate n fiecare camer (sistem similar unui multi-split actual)

Panourile solare nclzesc apa cald menajer. Dac exist persoane acas, se va reine apa i se va opri pompa de recirculare. Daca exist un sistem de prestabilire a intervalului n care se va folosi apa cald n cantiti nsemnate i cantitatea de ap posibil a fi nclzit depete capacitatea de stocare a boilerului, se va cuta pe traseul de branament de ap cald un utilizator al crui boiler este gol sau cu apa la temperatur sczut i se va transfera cate 10 litri, de exemplu, la fiecare atingere a temperaturii maxime admise n boiler, sau conform unui algoritm de nclzire a apei din boiler.

Centrala termic nu funcioneaz, deoarece nu este necesar nclzirea locuinei.

(iii) Funcionarea n anotimpurile de tranzit n funcie de temperatura exterioar, de curba de transfer termic al

panourilor solare i de necesitile de nclzire ale locuinei, sistemul de management al nclzirii si apei calde va alege regimurile pentru pompa de cldur, modul de funcionare a acesteia mpreun cu panourile fotovoltaice, precum i pornirea centralei termice (la limit).

Sistemul de management al nclzirii i al apei calde menajere comunic cu fiecare furnizor de utiliti i decide cnd anume este eficient funcionarea sa, precum i ce mod este mai economic.

Lum ca exemplu o locuin a unei familii cu 3 membri, prinii i un copil, sa zicem adolescent. Prinii pleac dimineaa la serviciu i se ntorc dup ora 17:00, iar adolescentul pleac, de obicei la liceu pe la ora 10 i se ntoarce la ora 18.

Cum funcioneaz sistemul de ap cald menajer? Dispunem de un boiler izolat termic de 120 de litri. Presupunem ca

la orice moment al zilei, unul dintre membri se poate ntoarce acas i ar dori sa fac un du. Drept urmare, dac boilerul este gol, iniial boilerul se va umple cu 30 de litri, se va nclzi cu 10 grade peste temperatura nominal, dup care se va mai aduga ap pn cnd temperatura scade cu 5 grade sub temperatura nominal i se repet procedura pn cnd boilerul este plin. Dup umplere i depirea temperaturii nominale se evacueaz din boiler cantitatea de ap nclzit astfel nct s se ajung la temperatura de regim, i se continu nclzirea. Excesul de ap cald se poate transfera la vecin.

Dac un membru al familiei se ntoarce acas n intervalul destinat umplerii boilerul, va avea apa necesar, respectiv la temperatura cerut.



Temperatura din camere se seteaz fie n consola central, fie de la panoul de comand al fiecrei camere, fie se programeaz n funcie de sosirea acas a fiecrui membru al familiei. Se poate comanda temperatura din fiecare camer prin SMS:

Exemplu de mesaj: 1-20-17:00 camera numrul 1 va avea o temperatur a aerului de 20C la ora 17:00.

n funcie de preul utilitilor, sistemul de management poate rci/nclzi camera la alte ore, n zile diferite, n funcie de preul energiei electrice sau a gazului natural.

Existena pompelor de circulaie al apei sau al agentului termic implic un consum de baz care, la nevoie, poate fi redus.

3.8. Senzori, control prin internet i comunicaie de mare vitez

Dei muli productori de echipamente vor aborda sectorul rezidenial n mod diferit, n prezent devine clar faptul c managementul consumului de energie electric se va contura sub forma configuraiei prezentate n continuare.

Figura 8. Senzori, control prin internet i comunicaie de mare vitez.

Aceast configuraie include mai multe componente, depinznd de

natura aplicaiilor din fiecare cas:



o reea de senzori, incluznd senzori prevzui la nivelul ntreruptorului de la nivelul tabloului principal (pentru monitorizarea diverselor circuite), senzori wireless instalai pe anumii consumatori (ex. ap curent, iluminat electric i ventilaie), precum i senzorii ncorporai (ex. maina de splat i usctorul).

un dispozitiv de control principal care poate avea forme diferite astfel nct s fie conectat la un router, inclus ntr-un calculator de tip desktop sau laptop sau poate fi folosit ca un calculator independent.

control de la distan sau afiaj de control (ex. display montat pe perete care furnizeaz informaiile stocate de controlerul principal).

software de control care pot fi implementate n unitile de control sau ntr-un portal de tip web.

Bibliografie


[2] Comisia European Vision and Strategy for Europes Electricity Networks of the Future, Platforma Tehnologic European SmartGrids, 2006.


[4] www.galvinelectricity.org [5] Mukund R. Patel Wind and Solar Power Systems, Editura CRC,

1999. [6] Smart Homes can be Smarter [Juan C. Augusto Chris D. Nugent,

School of Computing and Mathematics, University of Ulster at Jordanstown, UK]

[7] Build Your Own Smart Home [Robert C. Elsenpeter Toby J. Velte] [8] http://ezinearticles.com/?What-Is-A-Smart-Building?&id=394642 [9] http://www.siemens.co.uk/smarthomes [10] http://www.clipsal.co.uk/downloads/Clipsal_Your_Home_Smart [11]

http://www.raponline.org/docs/XCelEnergy_SmartGridCity2_2009_05_13.pdf

[12] http://myhome.elsparefonden.dk/


Capitolul 4

Conceptul de msurare inteligent

4.1. Introducere

Procesul de contorizare sufera o revelatie atata timp cat contoarele mecanice si cele electromecanice sunt inlocuite cu contoare electronice. Acestea din urma, combinate cu un software de comunicatie ieftin, genereaza o cu totul alta abordare in ceea ce priveste contorizarea. Se face referire la smart metering, iar acest subiect are parte de un interes deosebit acordat de catre toate institutiile cu profil energetic din intreaga lume.

Unul dintre principalele avantaje ale contorizarii inteligente este abilitatea de a asigura consumatorilor informatii corecte si in timp real despre consumul de energie, pentru a le permite acestora sa-si reduca consumul. Contorizarea inteligenta permite, de asemenea, tarifarea pe interval orare astfel incat cererea la varf de sarcina sa poata fi redusa. Acest lucru poate fi folosit in scopul integrarii surselor de generare distribuita sau la gestionarea reincarcariilor vehiculelor electrice.

Aceste functii fac contorizarea inteligenta un element cheie al Smart Grid, un alt subiect de interes major in lumea intreaga. Trebuie sa se inteleaga totusi ca smart metering nu ofera in mod automat clientilor informatii despre consumul de energie. Studiile arata ca economia de energie electrica difera in functie de modul in care informatiile sunt prezentate clientilor. De asemenea, gestionarea sarcinii va influenta modul in care companiile de energie isi desfasoara activitatea, iar aceasta modificare va trebui elaborata si abordata de catre industrie. Feedback-ul energiei si raspunsul cererii sunt subiecte relative noi si obiecte de interes in domeniul cercetarii.

4.2. Smart Metering Contorizarea inteligent este o tehnologie nou, cu adevrat

inovatoare, destinat mbuntirii sistemului de facturare i contorizare a energiei, permind o mai bun contientizare a consumatorului final de energie. Contoarele inteligente au un potenial ridicat pentru reducerea cheltuielilor cu energia i implicit pentru economisire de energie i joac un rol crucial la realizarea intelor privind economia de energie pentru 2016 i



2020. Cu toate acestea, contoarele inteligente reprezint doar o tehnologie care trebuie s fie asociat cu servicii inova

c1. retele electrice inteligente - suport de curs

Documents