Co Smart Grid společnosti skutečně potřebují?
V květnu 2016 se v tisku objevila nenápadná zpráva o zahájení obchodování se spotřebou na energetickém trhu. Jinými slovy: spotřebitelé budou dostávat platby za přidělenou spotřebu. Bohužel se jedná o jeden z prvních, hmatatelných výstupů „strategie 20-20-20“ Evropské komise.
Výzva investic do energetiky
Klíčovou otázkou je, jak budou financovány nezbytné investice do energetického sektoru, jako jsou nové rozvody, zálohování, ochrana před negativními vlivy OZE atd.?
Podívejme se na účinky této strategie z dlouhodobého hlediska… říká se, že „cesta do pekla je dlážděna dobrými úmysly„. Hlavním záměrem strategie 20-20-20 bylo snížit uhlíkovou stopu – a toho bude dosaženo – nicméně její dopady rozhodně nejsou veskrze pozitivní.
Nestabilita sítě a regulace nerovnováhy
Mezi hlavní negativní účinky patří přelévání energie ze sítí nižšího napětí do sítí vyššího napětí a významný dopad regulace nerovnováhy na síť. Oba efekty jdou ruku v ruce a způsob jejich nápravy je velmi podobný.
Namísto toho, aby výzkum a vývoj, modernizace sítě a řízení systému pokračovaly ověřeným evolučním způsobem, byla zvolena metoda založená na myšlence, že technologie je mocná a vyřeší všechny problémy.
Realita zavádění inteligentních měřičů
Okamžitě bylo požadováno telekomunikační řešení (tj. standardizace a interoperabilita), ale vývoj takového procesu trval dlouho. „Dokonalé“ systémy navržené prostřednictvím teorie a akademického světa ukázaly pěkné studie, které tato navrhovaná řešení hodně chválily, ale jen málo reálných aplikací.
Na základě strategie 20-20-20 by ve většině evropských zemí mělo být rozsáhlé zavádění inteligentních měřičů v plném proudu. Tyto měřiče měly vyřešit nejrůznější problémy. Ale vyřešily je skutečně? Zavádění, které začalo s ovacemi, bylo rychle ukončeno a nevypadá to, že by mělo pokračovat.
Mýtus o interoperabilitě
Interoperabilní systémy nesplňují potřeby dnešní energetiky. Nejsou schopny rychle reagovat při hromadném zavádění. Jiné „interoperabilní“ systémy, které o sobě tvrdí, že jsou otevřené, rychlé a robustní, jsou vhodné pouze za předpokladu, že v budoucnu nebudete potřebovat nic nového. V mnoha případech existuje zmíněná interoperabilita pouze na papíře, nikoli v reálném životě.
Několik utilit bylo také nadšeno systémem, který sliboval vyšší rychlost komunikace, a to širokopásmovým BPL. Tento systém však není standardizovaný, interoperabilní a vzhledem k vysoké citlivosti na rušení, malé odolnosti vůči přepětí a krátkému komunikačnímu dosahu je jeho rozšíření nemožné.
Cesta vpřed: Osvědčené standardy
Jaká je tedy cesta vpřed? Ti, kdo se zabývají výzkumem a vývojem, vědí, že pokrok provázejí slepé uličky a falešné starty, a dnešní situace je nepřekvapuje. Jedinou normou, která se za dobu své existence osvědčila, je kód OBIS.
Díky těmto kódům může každý účastník mezi sebou mluvit, což je pozitivní. Navíc se osvědčila na univerzální komunikační platformě – PLC – pracující v definovaném frekvenčním rozsahu 9-130 kHz s robustní modulací a vyzrálou korekcí chyb.
Úloha koncentrátorů dat
Jedná se o jedinou platformu, která je schopna obsloužit všechna odběrná místa na úrovni vysokého napětí. Základním požadavkem není rychlost komunikace, ale robustnost a stabilita komunikačního kanálu.
Realizované pilotní projekty prokázaly nutnost pečlivého výběru přenášených dat. Cílem je využít proprietární protokoly, které (pokud se osvědčí) by mohly být použity jako standard, což je běžný způsob i v telekomunikačním sektoru.
Řešení složitostí sítě
Charakteristiky a chování měřidel spotřebitelů vedou k nutnosti vytvoření víceúrovňového komunikačního řetězce. Tím se zabrání přenosu negativních problémů (přetoků/nevyvážeností) do vyšších vrstev.
Ve staré elektrické síti s výraznými změnami topologie je nutné počítat s migrací e-metrů a nové elektrické sítě s kabelovým vedením trpí přehříváním. Je tedy zřejmé, že nad sítí PLC musí existovat zařízení, tj. koncentrátor dat, které bude autonomně řešit požadavky ze sítě PLC a navíc bude mít dostatečnou výpočetní kapacitu pro aplikaci distribuovaného řízení.
Potřeba decentralizovaného řízení
Vzhledem k dynamice přetékající energie, pocházející především z fotovoltaických panelů umístěných na distribuční úrovni, není možné realizovat výkonné řízení na centrální úrovni – to musí být realizováno na úrovni řízení vrstvy PLC.
Pilotní projekty prokázaly, že sběr dat realizovaný z centra prostřednictvím jednoduché brány nefunguje správně ani při malém počtu odběrných míst spotřebitelů. Zkušenosti z těchto projektů tak pomohly s definicí požadavků na datové koncentrátory a jejich úspěšnou validací.
Jak řešit přetečení a nerovnováhu?
Jedinou možností je dynamické řízení zátěže na straně spotřebitele. Jedinou významnou regulací spotřeby je výroba teplé vody pro domácnosti (odložená spotřeba ve formě akumulace).
Regulaci zátěže spotřebitelů můžeme rozšířit o řízení spotřebičů prostřednictvím většího množství tarifů. Zajímavou možností je také vytápění, které však není celoroční záležitostí a navíc mu nízkoenergetické domy vůbec nepomáhají.
Shrnutí
Z pilotních projektů vyplývá několik požadavků, které jsou nezbytné pro řešení základních požadavků veřejných služeb na počátku třetího tisíciletí. Jedná se o tyto požadavky:
- Definice racionální a garantované latence pro provádění příkazů
- Nutnost distribuovaného řízení na nižších úrovních z důvodu vysoké dynamiky negativních vlivů v elektrizační soustavě
- Nabídka ovládání spotřebičů koncovým uživatelům tak, aby byla výhodná pro obě strany
- Otevřenost zařízení pro koncové uživatele (e-metr) vzhledem k budoucí dynamice vývoje a novým vlastnostem požadovaným v budoucnu
Každý den se setkáváme s negativními vlivy v energetice, které jsou umocněny politickými rozhodnutími. Jejich počet se navíc bude v budoucnu zvyšovat. Analyzujme realizované pilotní projekty bez lobbistických tlaků a vybírejme řešení, která se osvědčí jako řešení výše požadavků utilit.