Розробники з Університету Північної Кароліни нещодавно представили світу реалізацію ідеї «розумної електромережі». Втілення її в життя дозволить оптимізувати процес експлуатації енергоресурсів та зробити його більш економічно та енергетично доцільним.

Середньостатистичний споживач рідко задумується над проблемами збереження електроенергії. На щастя, є люди, котрі виходять своїми думками за межі звичайного споживання й розуміють, що система, котра є сьогодні далеко недосконала, що щороку вартість енергії (при чому будь-якої), ймовірніше за все, буде зростати, що деякі ресурси є невідновними, деякі є загрозливими для екології, а використання деяких потребує зовсім іншого нетипового для нас підходу.

Твердотільна технологія, яка, можливо, замінить трансформатори електричної мережі в Центрі Напівпровідникової Електроніки в Centennial Campus. PHOTO BY ROGER WINSTEAD. Матеріал взятий з: https://news.ncsu.edu/2017/07/smart-transformers-2017/

Ще в 2010 р. розробники з Національного Наукового Фонду FREEDM з Університету Північної Кароліни представили свою розробку — твердотільні трансформатори (solid-state transformers, далі — SSTs), котрі, не лише виконували свої традиційні функції (перетворення високовольтної напруги в лініях електропередачі на таку, котра може використовуватися вдома та на підприємствах), проте за необхідності  могли переорієнтовувати напругу у зворотному напрямку залежно від зміни попиту на неї та пропозиції.

Таким чином, SSTs — стали фундаментальним будівельним блоком для нової концепції, реалізація якої продовжилася в наступні роки. Ця технологія була наділена здатністю за необхідності перенаправляти електроенергію від енергетичної компанії до споживачів та навпаки, а також самостійно переключатися між цими двома функціями. Все це дозволить в майбутньому зробити використання та зберігання енергії відновлюваних джерел більш ефективним.

Варто зазначити, що концепція «розумної» електромережі існує вже давно, проте багато років це була лише ідея, реалізація якої — неможлива. Нові ж дослідження показали, що вона може стати реальною в найближчому майбутньому завдяки SSTs.

«Він (SSTs — авт.) може зменшити напругу, що використовується в будинках та на підприємствах, проте він також може збільшити напругу від сонячних батарей або будь-яких інших відновлюваних джерел, щоб повернути цю енергію назад в мережу,»

— Іклаб Хусейн, професор у галузі електроніки та обчислювальної техніки Університету Північної Кароліни та директор фонду FREEDM.

Ідея котру зараз намагаються реалізувати дослідники — це об’єднання SSTs в велику мережу, в якій вони могли б працювати паралельно, взаємодіючи один з одним.

«Ми знаємо, як працюють окремі SSTs, проте з 2010 р. питання стоїть в тому, як вони можуть працювати як частина мікромережі, та як ці мікромережі можуть працювати в контексті більш великої мережі,»

— Арйана Чакработті, доцент Університету Північної Кароліни.

А зважаючи на те, що в енергетичній галузі, оскільки вона має бути стабільною та надійною, не можна дозволяти помилок, то ця концепція була протестована за допомогою складної моделі. Вона імітувала поведінку системи розподілу енергії, з огляду на наявність в ній SSTs, відновлюваних джерел енергії та можливість зберігання електроенергії. В результаті було виявлено, що нові трансформатори можуть значно покращити ефективність майбутньої енергосистеми. Оскільки модель була масштабована, то її можна задіяти для перевірки систем розподілу будь-якого розміру. 

Схема мережі з використанням SSTs розроблена Національним Науковим Фондом FREEDM. Матеріал взято з:https://news.ncsu.edu/2017/07/smart-transformers-2017/

Звичайно, що головним завдання розробників та операторів системи буде забезпечити, щоб вона на кожному рівні враховувала попит на електроенергію споживачів, масштаби виробництва електроенергії з відновлюваних ресурсів, щоб уникнути завеликої або занизької потужності. Наразі це головна проблема, над якою працюють дослідники. Зараз ведеться розробка алгоритмів, котрі дозволять SSTs приймати миттєві рішення для підтримки діяльності системи. Іклаб Хусейн заявив, що вирішити це завдання вони планують менше ніж за рік.