Inteligentní síť na dosah ruky
V minulosti se rychlý rozvoj distribučních sítí odrážel ve stejném vývoji měření energie. Na vývoji elektroměrů se podílely velké osobnosti, jako například Thomas Edison, lord Kelvin, a dokonce i sir Hiram Maxim, vynálezce kulometu.
Konzervativní vývoj v distribuci energie
Další paralelu je možné vést s rozvodnými sítěmi: téměř veškerý následný vývoj byl velmi konzervativní. Tento pomalý vývojový proces byl přerušen politickými zásahy s téměř fanatickou snahou o snížení globální uhlíkové stopy.
Analýza dopadů tohoto úsilí však nebyla provedena a autoři politik nevzali v úvahu skutečnost, že energie je drahá a náročná na skladování a že distribuční systém musí být ve stavu rovnováhy mezi výrobou a spotřebou. Pod záminkou nízké účinnosti jsou navíc ze systému vytlačovány čistě ohmické zátěže.
Výzvy v moderních energetických systémech
Výsledkem je dynamická, většinou nepředvídatelná výroba energie z klasických distribučních schémat na jedné straně a na druhé straně moderní spotřebiče s vysokou mírou zpětného chodu sítě ovlivněné vyššími harmonickými.
Přirozené tlumiče těchto vyšších harmonických, jako jsou žárovky, se již nevyrábějí. Nemá smysl nad tímto stavem naříkat. Místo toho musíme hledat řešení, které bude k dispozici pro kontrolu a stabilizaci stavu rozvodné sítě.
Jaká jsou omezení současných systémů?
Zaváděné systémy, které vycházejí z evropské směrnice „20-20-20“, mají jednu zásadní nevýhodu: soustředí se především na snižování spotřeby energie. Mohou přispět ke snížení nákladů, ale otázkou zůstává, do jaké míry a pro koho?
Tyto nákladně vybudované systémy (s konečným termínem nasazení do roku 2020) jsou bezmocné při řešení kritických stavů. To má dva hlavní důvody.
Za prvé nejsou určeny k podpoře těchto stavů a za druhé jsou řízeny a spravovány z jednoho centrálního bodu, což má za následek jejich vysokou latenci. Velké nehody mají bez ohledu na místo vzniku jeden společný atribut: řetězení (často) banálních poruch.
Zde máme prostor pro vývoj zařízení s pracovním názvem „elektroměr„. Kromě zřejmé schopnosti měřit energii mají tato zařízení jednu strategickou vlastnost: jsou umístěna v každém odběrném místě. Z toho vyplývá, že by měla podporovat opatření, která mají zabránit havarijním stavům v distribučních soustavách, resp. minimalizovat negativní dopady těchto stavů.
Dilema: Jak se vypořádat s velkými daty?
Pilotní projekty vycházející ze směrnice EU „20-20-20“ odhalily fenomén „velkých dat„. Pokud se nad tímto problémem zamyslíme, překvapivě zjistíme, že nemá smysl ztrácet čas s problematikou velkých dat. Z logického hlediska potřebuje energetická společnost jeden odečet energie – buď měsíční, nebo roční – a zhruba šestkrát denně přepínat tarify. Mohli byste se tedy ptát: proč se tento problém vlastně objevil?
Odpověď je poměrně jednoduchá: máme obousměrnou komunikaci, takže každých 15 minut přirozeně stahujeme další data a informace – například hodnoty napětí. Distribuční soustava je třífázová, výkon je činný i jalový, a navíc zahrnujeme orientační směr. Ve výsledku máme pět hodnot na fázi, což znamená, že každých 15 minut posíláme 15 hodnot.
Příklad: Počet dat v České republice
Vezměme si malou zemi, jako je Česká republika. Předpokládáme-li, že na jeden elektroměr připadají v průměru dva lidé, dostaneme se k celkovému počtu pěti milionů elektroměrů. Výše popsaný systém by tak každých 15 minut vygeneroval 75 milionů dat!
Denně se jedná o více než 7,2 miliardy hodnot dat, která prakticky nikdo nepotřebuje. Pokud k tomuto děsivému číslu přidáte nevhodně zvolené protokoly, vznikne z triviality kolosální problém.
Toto je ukázka jednoho z možných problémů s daty – stahování příliš velkého množství dat pro vaše potřeby. Jak ale postupovat při hledání vhodného řešení pro velký a rozsáhlý systém? Všechny informace směřují do centrálního bodu, kde se následně přijímají rozhodnutí.
Toto centrální řízení je bohužel velmi nákladné a vyžaduje velmi vysoké komunikační schopnosti pro zajištění propustnosti. Pokud jsou navíc kanály pomalé a málo propustné (PLC, GPRS), může zůstat velké množství koncových zařízení neobslouženo.
Lepší řešení: Distribuované řízení
Lepším způsobem řešení tohoto problému je přenášet do centrální kontroly pouze důležitá a kritická data. Řízení by mělo být distribuováno do místa jeho provádění. Centrum je pak zodpovědné za tvorbu strategie.
Toto řešení výrazně omezuje problém s velkým objemem dat, protože do řídicího centra se dostávají pouze nezbytné informace. Systém je tedy dynamický (i když komunikační kanály jsou pomalé), protože je k dispozici pro řešení nouzových situací přímo u zdroje a efektivně využívá množství drobných nástrojů, jako jsou výše zmíněné moderní elektroměry.
Tento systém má samozřejmě také své problémy, ale naštěstí jsou jeho vlastnosti odlišné a nemají zásadní vliv na řízení systému.
Shrnutí
Pokud vidíte lákavý obrázek systému inteligentní sítě plně založené na centrálním řízení a je vám řečeno, že pomalost komunikačních kanálů bude vyřešena jako mávnutím kouzelného proutku (nejlépe sítěmi 5. nebo 6. generace), neměli byste tomu věřit!
Jsem naprosto přesvědčen, že má-li být koncept inteligentní sítě naplněn, je nutné využít distribuované řízení. Nákladová omezení, časové obtíže a technické problémy nám nedávají jinou možnost.