Tark elektrivõrk Smart grid

Targa elektrivõrgu mõiste on väga lai, see ei hõlma üksnes kaugloetavaid vooluarvesteid või kaugjälgitavaid alajaamu, vaid võimaldab tulevikus muuta elektrivõrkude tööd, elektri tootmist ja tarbimist ning nii era- kui ka äritarbijate tarbimisharjumusi. Kindlasti ei tähenda targa elektrivõrgu kasutuselevõtt seda, et „suur vend“ hakkaks reaalajas jälgima inimeste elektritarbimist või seda tarbijatele keelama.

Targas elektrivõrgus jälgitakse kõigi tarbijate hetketarbimist, püütakse selle põhjal hinnata elektritarbimist lähitulevikus ning sellele vastavalt reguleeritakse elektrijaamade hetketootmisvõimsust. Tänapäeval toimub see ka ilma targa elektrivõrguta, ent tootmise reguleerimine on palju ebatäpsem ja suurema viitega, mistõttu on keeruline toota täpselt sellises mahus, nagu tarbitakse.

Tarka elektrivõrku on vaja ka taastuvenergia laialdaseks kasutuselevõtmiseks

Tarka elektrivõrku on vaja ka taastuvenergia laialdaseks kasutuselevõtmiseks, sest enamike taastuvenergiaallikate puhul on energia tootmine tsükliline – kui paistab päike ja puhub tuul, siis toodavad elektrit ka päikesepaneelid ja tuulikud. Selle energia arvel on võimalik vähendada fossiilseid kütuseid kasutavate klassikaliste elektrijaamade tootmisvõimsust, mis ei ole aga enamikus seda tüüpi elektrijaamades lihtne ega kiiresti lahendatav ülesanne – tootmisvõimsuse muutmine on aeganõudev protsess. Selle probleemi lahendamiseks on kaks võimalust – hoida suurte fossiilseid kütuseid kasutavate elektrijaamade tootmisvõimsus ühtlasena ning elektrienergia puudujääke katta fossiilset energiat (nt maagaasi) kasutavate dünaamilisemate elektrijaamade abil või ennustada energia puudu- ja ülejääke sama ajakvandiga nagu on suurte elektrijaamade reguleerimisajad. Võimalik on ka osta või müüa energiat muudesse elektrivõrkudesse, ent sageli ei ole see lahendus, vaid lisab valemisse vaid uue muutuja. Energiatarbimise ennustamiseks on vaja tarbijate käitusmustri mudeleid, mis võimaldavad prognoosida vajalikku energiahulka, ning vaadata ilmateadet, et saada teada, kui palju energiat suudavad taastuvenergiaelektrijaamad huvipakkuvas ajaaknas toota.

Tark elektrivõrk võimaldab liigutada energiat ka kahes suunas nõnda, et tarbija saab tulevikus kodus (nt päikesepaneelide või tuuliku abil) toodetud elektrit sel ajal elektrivõrku tagasi müüa, kui tal seda üle jääb. See omakorda võimaldab sellistel perioodidel vähendada klassikaliste elektrijaamade tootlikust. Kuigi on selge, et fossiilseid kütuseid kasutavate elektrijaamade tootmisvõimsuse muutmine võtab aega, võib targa elektrivõrgu rakendamisküpseks saamise korral olla võimalik elektrijaamade tootmisvõimsusi muuta ennetavalt, lähtudes varem tuvastatud elektri tarbimis- ja tootmismustritest.

Tark elektrivõrk võimaldab elektrihinnamuutuse viia tarbijani reaalajas

Energiatootmise tsüklilisuse tõttu võib tulevikus energiahind olla praegusest veelgi muutlikum. Tark elektrivõrk võimaldab elektrihinnamuutuse viia tarbijani reaalajas, mis võimaldab nii eratarbijail kui ka ettevõtteil reguleerida oma energiatarbimist elektri hetkehinda arvestades. See omakorda võimaldab tasakaalustada elektritarbimist kriitilistel hetkedel – kui tarbimine on hetketootmisvõimsuse piiri lähedal, elektri hind tõuseb, hinnatundlikud tarbijad vähendavad tarbimist ning see leevendab energia puudujääki.

Üheks probleemiks targa elektrivõrgu rajamisel on elektrivõrgu komponentide (vooluarvestid, alajaamad ja nende osad, elektrijaamad) muutmine targa elektrivõrguga ühilduvaks. Ülesandel on kaks aspekti: infotehnoloogiline ja energeetiline. Energeetilisest aspektist peavad need seadmed võimaldama energial liikuda targa elektrivõrgu juhtimisel. Infotehnoloogiline aspekt eeldab aga, et elektrivõrgu eri komponendid peavad olema võimelised vastu võtma ning saatma informatsiooni tarbimise, tootmise ja hinna kohta, s.o olema ühendatud digitaalsesse kommunikatsioonivõrku. On selge, et eri elektrivõrguseadmete vaheline kommunikatsioon peab olema turvaline, sest peale paljude muude aspektide on toimiv elektrivõrk strateegilise tähtsusega ka riigi julgeoleku seisukohast. Tark elektrivõrk vajab sellist infotehnoloogilist lahendust, mis võimaldaks sadade tuhandete sõlmedega võrgus (iga tarbimispunkt ja alajaam on võrgusõlm) tõhusat, töökindlat ja turvalist mitmesuunalist infovahetust, kusjuures iga võrgusõlme hind peaks olema väga madal.

 Infotehnoloogiliste ülesannete lahendamiseks on pakutud mitmesuguseid lahendusi, nt Ameerika Ühendriikides sõidab eramaja juurest läbi vooluarvesti näitu lugevate kommunikatsioonivahenditega varustatud auto. On selge, et selline lahendus ei ole kuigi kuluefektiivne ega operatiivne.

Arupuru- ja arupurul põhinevate võrkude tehnoloogia

Eesti ettevõte Defendec on üle viie aasta arendanud niinimetatud arupuru- ja arupurul põhinevate võrkude tehnoloogiat. Nn arupurukübemed on miniatuurseid (tavaliselt ka odavad) traadita andmesideliidesega varustatud arvutid, mis on suutelised omasugustega suhtlema. Kui arupurukübemed on üksteise „kuuldeulatuses“, moodustavad nad omavahel võrgu ning edastavad võrgusõlmede vahel andmeid. Defendeci arendatud kommunikatsiooniprotokoll võimaldab arupuru rakendada ka targa elektrivõrgu infotehnoloogiliste ülesannete lahendamisel.

Selles valdkonnas on Defendeci tehnoloogia, mis võimaldab kiiresti ja madalate paigalduskuludega luua suuri mõõteseadmevõrke, unikaalne ka maailmamastaabis. Peale selle on Defendec andnud ka unikaalse turvalahenduse, mis võimaldab iga mõõteseadet turvaliselt ühendada serveriga. Defendec on andnud litsentsi oma tehnoloogia rakendamiseks Ameerika Ühendriikide ettevõttes PowerCon, kus Defendeci võrgukihti rakendatakse targa elektrivõrgu kodus paiknevate vooluarvestite jälgimiseks ja neisse info edastamiseks. Defendec töötab Ameerika Ühendriikides rakendatava kaugmõõtmislahenduse jaoks välja ka kommunikatsioonimoodulit, mis turvaliselt ja töökindlalt edastab iga vooluarvesti lugemeid serverile. Defendeci tehnoloogia on targa elektrivõrgu infotehnoloogiliste ülesannete lahendamisel rakendatav ka Eestis.

Artikli autor on JÜRGO PREDEN, PhD Defendec

Artikkel ilmus ajakirjas Keskkonnatehnika 8/2011 lk 28–29

Foto: Pexels