Cyfrowa rewolucja w energetyce

Okiem eksperta

Emilia Basta, Inżynier systemów ekoenergetycznych

Proces cyfryzacji energetyki jest nieunikniony. Cyfryzacja  przekształca każdą dziedzinę naszego życia, a energetyka nie stanowi wyjątku. Na czym on polega?  

Cyfryzacja sprawia,  że życie staje się prostsze. Uzależniliśmy się dostępnych na wyciągnięcie ręki produktów, które podnoszą codzienny komfort lub przenoszą nas w otoczenie wcześniej dla nas nieprzyjazne albo niedostępne.

Cyfryzacja branży  energetycznej jest możliwa dzięki postępowi technologicznemu w obszarach telekomunikacji, internetu rzeczy, masowego przetwarzania danych, sztucznej inteligencji. Cyfryzacja w energetyce jest wymuszana koniecznością bilansowania popytu i podaży węzłów sieci elektroenergetycznej wobec dynamiki zmian chwilowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Nic nie wskazuje na odchodzenie od rozwoju rozproszonych źródeł energii lub elektromobilności.

– Coraz częściej to my chcemy zarządzać energią, kontrolować jej konsumpcję lub generacje. Jest to możliwe przy minimalnym udziale człowieka, gdyż dzięki odpowiednim technologiom maszyny we wspomnianym zarządzaniu będą nas wspierać. Rolą człowieka jest stworzenie połączeń teleinformatycznych, początkowej logiki, ulepszanie i nadzorowanie z wykorzystaniem sztucznej inteligencji wcześniej opisanego systemu zarządzanie energią. Nowe algorytmy automatycznie monitorują, modyfikują nastawy, identyfikują i reagują na awarie wielu skomplikowanych dotychczas rozłącznych systemów.  Dzięki takiej integracji możliwe staje się to co wcześniej takie nie było.  Nie zdajemy sobie z tego sprawy jak szybko proces cyfryzacji postępuje po stronie wielu urządzeń konsumujących energię elektryczną, ciepło. Większość nowych budynków wyposażone jest w urządzenia, które pozwalają na kontrolę temperatury, zdalne monitorowanie zużycia energii, ciepła, sterowanie wieloma urządzeniami, czego efektem jest wyższy odczuwalny przez na komfort oraz oszczędności we własnym domu lub miejscu pracy – tłumaczy Grzegorz Nowaczewski, CEO Power 2030.

W wyniku cyfryzacji możliwe jest zapewnienie zarówno wyższej efektywności systemów poprzez możliwość pełnego wykorzystania danych jak również uruchomienia nowych przedsięwzięć biznesowych. Dla konsumentów i prosumentów oznacza to wyższy komfort oraz obniżenie kosztów energii.

Transformacja  technologiczna pozwala na poszerzanie oferty ze strony przedsiębiorstw energetycznych adresowanych dla odbiorców energii elektrycznej, gazu ziemnego, ciepła systemowego , przy jednoczesnym podniesieniu poziomu bezpieczeństwa energetycznego w szerokim tego rozumieniu.

Nowe technologie a cyfryzacja energetyki

Przedsiębiorstwa energetyczne budują złożoną zrównoważoną infrastrukturę wytwarzania i dystrybucji energii pozostającą w dynamicznej równowadze z infrastrukturą po stronie odbiorców. Przez kilka dekad poprzedniego wieku zachowywanie wspomnianej wyżej równowagi odbywało się łatwiej niż obecnie. Ostatnia dekada przynosi intensywną aktualizację tradycyjnych reguł poprzez stosowanie modelowania matematycznego i sztucznej inteligencji.

Sektor energetyczny może rozwijać się dzięki wciąż wprowadzanym nowym rozwiązaniom technologicznym, których wspólnym mianownikiem jest cyfryzacja. Przykładem mogą być sieci sensorów (tzw. internet rzeczy) w infrastrukturze energetycznej monitorujące na bieżąco zapotrzebowania na energie w celu lepszego bilansowania obszarowego.

Z wykorzystaniem sztucznej inteligencji łączne analizowanie danych z sensorów, prognoz pogody, profili zapotrzebowania na energię, profili generacji źródeł odnawialnych,  zapobiega przerwom w dostawach prądu, wprowadzane są procedury prewencyjne, precyzyjnie dostosowywane konserwacje infrastruktury technicznej do potencjalnych zagrożeń zidentyfikowanych dzięki implementacji internetu rzeczy i sztucznej inteligencji .

Sieci smart grid oraz modele reagowania na zmiany popytu na energię cieszą się także dużą popularnością. Inteligentne sieci wsparte modelami reagowania na zmiany popytu (Demand Response Models) pozwalają na monitorowanie zmian popytu na energię w czasie rzeczywistym oraz autonomiczne odpowiadanie na zmiany poprzez adaptacje  procesów dystrybucji lub magazynowania energii.

 Wirtualna elektrownia (VPP) 

– Wirtualna elektrownia jest działającym w czasie rzeczywistym systemem zarządzania energią – na poziomie profilu wielu odbiorców, źródeł wytwórczych, magazynów energii, ładowania samochodów elektrycznych tworzących swego rodzaju klastry. Celem VPP jest maksymalizacja wykorzystania energii elektrycznej wytworzonej ze źródeł odnawialnych, obniżanie kosztów bilansowania obszarowego lub jednostki grafikowej spółki obrotu. VPP jest połączeniem monitorowania, prognozowania, sterowania wielu urządzeń – na bieżąco. Prognozowane jest zapotrzebowanie na energię wynikającego z procesów technologicznych, lokalnej generacji (w tym ze źródeł odnawialnych), planowanie optymalnych zmian nastaw urządzeń konsumujących energie (np. pompy ciepła, klimatyzacja). Kluczowe jest uwzględnianie sygnałów z hurtowego rynku energii lub spółek obrotu lub operatora systemu dystrybucyjnego – realizowane cyklicznie wielokrotnie w ciągu każdej godziny. Dokładność modelowania, częstotliwość wprowadzania zmian w sterowaniach – są dobiera indywidualnie dla każdego węzła uczestniczącego w opisanym wyżej klastrze. Wirtualne elektrownie to rozwiązania w wymiarze technicznym i biznesowym bez których trudno wyobrazić sobie globalną energetykę już za kilka lat – mówi Grzegorz Nowaczewski.

Poprzez wykorzystanie danych z wirtualnych liczników systemy zarządzania energią pozwalają na optymalizację produkcji i zużycia energii przez konsumenta analizując i sugerując wykorzystanie optymalne energii z różnych źródeł.

Popularne staje się także „łączenie” danych wirtualnych pozyskanych z istniejących, rzeczywistych sieci energetycznych pozwalając tym samym na skrócenie czasu i kosztu projektowania nowych instalacji.

Cyfryzacja w praktyce

Głównym problemem związanym z cyfryzacją całego sektora energetycznego jest pewien konserwatyzm oraz zachowawczość środowiska. Na sektorze tym spoczywa bowiem odpowiedzialność za zachowanie ciągłości dostaw energii. Szukanie rozwiązań musi być robione z należytą ostrożnością i poparte analizami.

W Polsce jedną ze spółek podejmujących wyzwanie transformacji cyfrowej jest PKP Energetyka, które jest częścią grupy PGE. Przedsiębiorstwo wprowadziło kontrole praktycznie każdego z etapów świadczonych przez nich usług.

Każdy proces jest wspierany przez platformy systemowe. Wszystkie procesy w firmie przeprowadzane online. Kontrole obejmują wszelkiego typu działania, od pomiaru do faktury dla klienta, od planu do zabiegów utrzymaniowych, modernizacji i inwestycji, od zapotrzebowania do zapłaty za dostawę oraz szereg procesów wsparcia i zarządczych został zaimplementowany platformach wirtualnych.

Cyfryzacja pomaga także na generowanie oszczędności w życiu codziennym. Istnieje wiele rozwiązań typu „smart home”, które umożliwiają oszczędniejsze i racjonalne zużycie energii. Znane są już i stosowane w praktyce możliwości zdalnego uruchamiania urządzeń domowych jak pralka, zmywarka, odkurzacz, a nawet rolety automatyczne czy brama wjazdowa. Natomiast w  firmach energetycznych cyfryzacja procesów biznesowych może pozwolić na obniżenie kosztów utrzymania całego systemu energetycznego.

Innowacje technologiczne bez wątpienia pomagają przestawiać tradycyjną energetykę na zielone tory, a w przyszłości mogą przyczynić się do obniżenia cen energii. Dzięki cyfryzacji energetycznej możliwe będzie także szybsze uniezależnianie się od rosyjskich surowców takich jak węgiel, gaz, czy i ropa naftowej.

Uniezależnienie stanowiłoby stworzenie nowych rozwiązań w obszarach takich jak: elektryfikacja transportu, przyspieszenie wykorzystania zielonego wodoru, zwiększanie efektywności energetycznej i magazynowanie energii.

Prosumenckie rozwiązania

Dla prosumentów cyfryzacja energetyki oznacza pewne ułatwienia. Wraz z dostępem do Internetu wzrastały możliwości jego wykorzystania do zwiększenia świadomości odbiorców w zakresie rynku energii. Odbiorca może porównywać ceny, czytać o dostawcach, edukować się, co zachęca do zmian.

Przewrotem stał się montaż liczników smart. Dają one możliwość inteligentnego zbierania pomiarów. Dzięki temu w sposób szybki i bezkontaktowy możliwe jest kontrolowanie zużycia energii.

Zalety cyfryzacji energetyki

Wprowadzanie cyfryzacji  w sektorze energetycznym przyczynia się do optymalizacji funkcjonowania sieci elektroenergetycznej oraz zmniejszenia jednostkowego zużycia energii.

Dodatkowo, różnorodność wprowadzanych innowacji prowadzi do rosnącej konkurencyjności koncernów energetycznych, a także umożliwia uzyskiwanie dodatkowych źródeł przychodu, optymalizację kosztów czy podnoszenie jakości produktów i usług.

Przykładem może być Tauron, który tylko w 2020 roku uzyskał pięć patentów na innowacyjne  rozwiązania. Są to między innymi innowacyjne sposoby wychwytywania związku siarki i dwutlenku węgla. Mimo to, jak wskazuje raport Krajowej Izby Klastrów Energii, Polsce daleko jeszcze do pozycji lidera w wykorzystaniu innowacji i cyfrowych technologii na rzecz zielonej transformacji.

Na tle innych krajów Polska nie wypada jednak najgorzej. Optymistyczny fakt stanowią wprowadzane procesy automatyzacji w przemyśle, szczególnie związanym z eksportem. Obawy może budzić konieczność przebudowy elektrociepłowni zasilanych na terenie kraju węglem. Nie odbędzie się to bez udziału cyfryzacji, która docelowo obniża koszty transformacji energetycznej.

Reasumując – zielona transformacja to poważne wyzwanie nie tylko dla energetyki i przemysłu, lecz dla wszystkich sektorów gospodarczych. Cyfrowe technologie między innymi w zakresie  efektywności energetycznej powinny być wciąż systematycznie poznawane, rozwijane i wprowadzane w Polsce.

---

Emilia Basta

Inżynier systemów ekoenergetycznych i magister technologii produkcji oraz eksploatacji systemów technicznych. Aktywnie uczestniczy w Międzynarodowych Konferencjach Naukowych oraz publikuje artykuły naukowe, związane z tematyką inżynierii środowiska i energetyki.