Проектно-исследовательская работа «Применение интеллектуальных электрических сетей – путь к энергосбережению»
проект по экологии (9 класс)

Муниципальное образовательное учреждение

Иркутского районного муниципального образования

«Мамоновская средняя общеобразовательная школа»

 «Применение интеллектуальных электрических сетей –

 путь к энергосбережению»

Мамоны 2024

Содержание

Введение

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновляемых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так как на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете. Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.

Актуальность темы определяется особой ролью электроэнергетики страны в реформировании экономики России. В связи с принципиальным изменением условий функционирования предприятий электроэнергетической отрасли, развитием процессов реструктуризации энергетических объектов, повышением значимости обеспечения надёжности и качества энергоснабжения потребителей и изменением динамики взаимосвязей энергетической системы с отраслями народного хозяйства на предприятиях энергетического комплекса, целесообразно развивать с учетом общенаучной системной методологии.

Гипотеза работы: внедрение интеллектуальных сетей в реальность – способствует уменьшению выбросов в атмосферу  углекислых газов, тем самым  способствует улучшению экологической ситуации на планете.

В данной работе определены следующие цели: изучить теорию по данной теме, доказать положительную динамику в решении вопроса энергосбережения при внедрении интеллектуальных электросетей в реальность.

Сформулированы следующие задач: изучение теоретического материала по данной теме; рассмотреть технологическую установку интеллектуальных электрических сетей; рассчитать выбросы углекислого газа до и после внедрения интеллектуальных электрических  сетей  в атмосферу.  

I Теоретическая часть «Интеллектуальные электрические сети - устройство, сущность, достоинства»

Электрические сети являются важной инфраструктурой в любом современном обществе. Электричество – это самая универсальная и широко используемая форма энергии в мире. Более пяти миллиардов людей в мире имеют доступ к электрической энергии, и эта цифра увеличивается. Согласно прогнозу МЭА, мировой спрос на электроэнергию растет вдвое быстрее, чем спрос на первичную энергию и самый высокий темп роста наблюдается в Азии. Для удовлетворения такого спроса необходимо еженедельно в течение следующих 20 лет вводить в эксплуатацию электростанцию мощностью 1 ГВт со всей соответствующей инфраструктурой! В то же время, в связи с возрастающим распространением цифровых технологий, общество требует энергии высокого качества и ее надежной поставки. Проще говоря, сбои могут привести к значительным экономическим потерям. Согласно прогнозу МЭА, мировой спрос на электроэнергию растет вдвое быстрее, чем спрос на первичную энергию.

Другая существенная проблема – это воздействие на окружающую среду. На долю CO2 приходится 80% парникового эффекта, а производство электроэнергии является самым значительным источником выброса CO2.
Поразительно, что более 40% выбросов CO2 на электростанциях приходится на традиционные электростанции. Чтобы снизить выбросы CO2 в атмосферу необходимы возобновляемая энергия, регулирование энергопотребления пользователей по запросу (DR – demand response), эффективность и энергосбережение. Однако рост доли возобновляемой энергии в системе несет с собой собственные проблемы; например, не только повышается неопределенность с подачей энергии, но и отдаленное географическое расположение ветряных электростанций и источников солнечной энергии еще больше увеличивают нагрузку на существующие инфраструктуры [1].

Мир переживает кардинальные изменения в сфере, имеющей принципиальное значение для современной хозяйственной деятельности — передаче электрической энергии. Электрические сети из пассивных устройств транспорта электроэнергии превращаются в средства получения дополнительной электрической мощности. Федеральная комиссия по регулированию в области электроэнергетики США (FERC) разработала стратегию развития интеллектуальных сетей (Smart Grid), в которой главным направлением определена разработка ключевых стандартов для достижения функциональной совместимости интеллектуальных систем и устройств. Она имеет два основные компоненты: нормативный и технический. Нормативный состоит из стандартов и технических условий. Технический компонент    определяется функциональными возможностями устройств новой конструкции и способами настройки этих устройств.

Общепризнанным же лидером технологии «умных сетей» является Дания, где реализуется масштабный проект EDISON. Именно этот проект стимулирует вовлечение в эту проблематику крупных европейских компаний: компании IBM, Siemens и DONG Energy уже задействованы в датском проекте. Во многих странах работа над модернизацией сетей начинается с образцово – показательных пилотных проектов.

Технологии интеллектуальных электросетей – определяющий фактор обеспечения потребителей экологически чистой, надежной и высококачественной энергией. Термин «интеллектуальная сеть» часто используется в электроэнергетике для описания цифрового варианта современной электрической сети. Согласно отчету Комиссии Европейского союза, интеллектуальная сеть в Европе характеризуется следующими свойствами:

- гибкость: удовлетворение требований потребителей и способность реагировать на изменения и проблемы в будущем;

- доступность: возможность подключения для всех участников сети. В частности, интеллектуальная сеть должна быть доступной для источников возобновляемой энергии и для эффективных локальных источников генерации с нулевым или низким уровнем выброса углерода;

- надежность: сеть должна быть надежной и обеспечивать высокое качество подачи энергии. Она должна соответствовать стандартам века цифровой техники и обладать устойчивостью к возможным рискам и негативным воздействиям;

- экономичность: оптимальный результат достигается за счет инноваций, эффективного управления распределением энергии и равных условий конкуренции и регулирования [2].

Интеллектуальная сеть состоит из технологий, подразделяемых на четыре категории. Нижний, или физический, уровень аналогичен мускулам в человеческом теле. Там происходит преобразование, передача, накопление и потребление энергии; уровень датчиков и приводов соответствует сенсорным и моторным нервам, которые воспринимают окружающее пространство и управляют мышцами; уровень связи соответствует нервам, которые передают сенсорно-моторные сигналы; и уровень принятия решений, соответствующий мозгу человека. Уровень принятия решений состоит из всех компьютерных программ, работающих в реле, интеллектуального электронного устройства (IED), системы автоматики подстанции, центра управления или вспомогательного отдела предприятия (приложение, фотография 1). Взаимодействие и безопасность играют важную роль в обеспечении повсеместной связи между системами различных сред и в поддержке оперативного подключения устройств, которые не могут конфигурироваться автоматически при подключении к сети. Система WAMS, (Wide area monitoring system) производства ABB собирает информацию о состоянии сети в реальном времени. Точные метки времени обеспечиваются спутником GPS. Система выполняет расширенный анализ сети, включая векторные данные для обнаружения какой-либо нестабильности [4].

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что объединение электрических сетей в единую энергосистему экономически выгодно не только из-за совместного использования резервов, но и потому, что становится возможной торговля электроэнергией между разными сетями. Однако недостаток такого подхода — легкое распространение аварийных ситуаций из части объединенной сети в другую. Решить эту проблему позволяют «межсетевой экран», высоковольтные ЛЭП, работающие на постоянном токе (HVDC). Соединение HVDC может полностью контролировать передачу энергии, но не подвержено перегрузкам и не допускает распространения токовых бросков.

Список литературы

1. Белобородов,  А.  Энергосберегающая политика Иркутской области [Электронный ресурс] – База данных «Энергосбережение» (Сибирь и Дальний Восток), 2008 –  http://baikalwave/irkutsk/ru/

2. Интеллектуальные электрические сети [Электронный ресурс] –  http://w3.siemens.ru/solutions_and_services/infrastructure_cities/smart_grids/ 

3. Кошелев, А.А. Упрощенные подходы к оценке эффекта от экономии энергии, вырабатываемой угольными ТЭЦ  и ДЭС [Электронный ресурс] –  База данных «Энергосбережение» (Сибирь и Дальний Восток), –http://baikalwave/irkutsk/ru/

4. Технологии интеллектуальных электросетей [Электронный ресурс] –  netelectro.ru›2011/01/2004 

5. Энергосбережение в России [Электронный ресурс] –  http://stud24.ru/innovation/jenergosberezhenie-v-rossii/27348-82721-page2.html

                                                                                                     Приложения

Фотография 1

Системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA)