Inteligentna sieć na wyciągnięcie ręki
W przeszłości szybki rozwój sieci dystrybucji energii odzwierciedlał ten sam rozwój w dziedzinie pomiarów energii. W rozwój liczników elektrycznych zaangażowane były wielkie nazwiska, takie jak Thomas Edison, Lord Kelvin, a nawet Sir Hiram Maxim, wynalazca karabinu maszynowego.
Konserwatywna ewolucja w dystrybucji energii
Możliwe jest narysowanie innej analogii z sieciami dystrybucji energii: prawie wszystkie późniejsze zmiany były bardzo konserwatywne. Ten powolny proces ewolucji został przerwany przez interwencję polityczną z niemal fanatycznymi wysiłkami na rzecz zmniejszenia globalnego śladu węglowego.
Nie przeprowadzono jednak analizy wpływu tych wysiłków, a autorzy polityk zignorowali fakt, że energia jest droga i trudna do przechowywania, a system dystrybucji musi znajdować się w stanie równowagi między produkcją a zużyciem. Co więcej, pod pretekstem niskiej wydajności, obciążenia czysto omowe są wypychane z systemu.
Wyzwania w nowoczesnych systemach energetycznych
W rezultacie z jednej strony mamy do czynienia z dynamiczną, w większości nieprzewidywalną produkcją energii z klasycznych schematów dystrybucyjnych, a z drugiej z nowoczesnymi urządzeniami o wysokim wskaźniku sieci zwrotnej, na które wpływają wyższe harmoniczne.
Naturalne tłumiki tych wyższych harmonicznych, takie jak żarówki, nie są już produkowane. Nie ma sensu ubolewać nad tym stanem rzeczy. Zamiast tego musimy poszukać rozwiązania, które będzie dostępne do kontrolowania i stabilizowania stanu sieci dystrybucji energii.
Jakie są ograniczenia obecnych systemów?
Wdrożone systemy, oparte na europejskiej dyrektywie „20-20-20”, mają jedną podstawową wadę: koncentrują się przede wszystkim na zmniejszeniu zużycia energii. Mogą one pomóc obniżyć koszty, ale pozostaje pytanie, w jakim stopniu i dla kogo?
Te kosztownie zbudowane systemy (z ostatecznym terminem wdrożenia do 2020 r.) są bezradne w radzeniu sobie z rozwiązaniami stanu krytycznego. Są ku temu dwa główne powody.
Po pierwsze, nie są one przeznaczone do obsługi tych stanów, a po drugie są kontrolowane i zarządzane z jednego centralnego punktu, co powoduje ich duże opóźnienia. Duże wypadki mają, niezależnie od miejsca powstania, jedną wspólną cechę: łańcuch (często) banalnych awarii.
Tutaj mamy pole do rozwoju urządzenia o roboczej nazwie „licznik elektryczny„. Oprócz oczywistej zdolności do pomiaru energii, urządzenia te mają jedną strategiczną cechę: znajdują się w każdym punkcie obciążenia. Wynika z tego, że powinny one wspierać środki mające na celu, odpowiednio, zapobieganie stanom awaryjnym w systemach dystrybucyjnych i minimalizowanie negatywnych skutków tych stanów.
Dylemat: Jak radzić sobie z Big Data?
Projekty pilotażowe, oparte na dyrektywie UE „20-20-20”, ujawniły zjawisko „big data„. Jeśli zastanowimy się nad tym problemem, z zaskoczeniem stwierdzimy, że nie ma sensu tracić czasu na kwestię big data. Z logicznego punktu widzenia, zakład energetyczny potrzebuje jednego odczytu energii – miesięcznego lub rocznego – i około sześciu razy dziennie, aby zmienić taryfę. Można więc zapytać: dlaczego właściwie pojawił się ten problem?
Odpowiedź jest stosunkowo prosta: mamy dwukierunkową komunikację, więc naturalnie pobieramy dodatkowe dane i informacje – na przykład wartości napięcia – co 15 minut. System dystrybucji jest trójfazowy, moc jest zarówno czynna, jak i bierna, a ponadto uwzględniamy kierunek orientacji. Ostatecznie mamy pięć wartości na fazę, co oznacza, że wysyłamy 15 wartości co 15 minut.
Przykład: Zliczanie danych w Czechach
Weźmy mały kraj, taki jak Republika Czeska. Zakładając, że na jeden licznik elektryczny przypadają średnio dwie osoby, otrzymujemy w sumie pięć milionów liczników. Opisany powyżej system generowałby zatem 75 milionów danych co 15 minut!
Dziennie liczba ta sięga ponad 7,2 miliarda wartości danych, których praktycznie nikt nie potrzebuje. Jeśli do tej przerażającej liczby dodamy nieodpowiednio dobrane protokoły, to z błahostki wyłania się kolosalny problem.
Jest to ilustracja tylko jednego potencjalnego wyzwania związanego z danymi – pobierania zbyt dużej ilości danych w stosunku do potrzeb. Jak jednak znaleźć odpowiednie rozwiązanie dla dużego i rozbudowanego systemu? Wszystkie informacje są kierowane do centralnego punktu, w którym następnie podejmowane są decyzje.
Niestety, takie centralne sterowanie jest bardzo kosztowne i wymaga bardzo dużych możliwości komunikacyjnych dla zapewnienia przepustowości. Co więcej, jeśli kanały są wolne i nieco przepuszczalne (PLC, GPRS), duża liczba urządzeń końcowych może pozostać nieobsługiwana.
Lepsze rozwiązanie: Kontrola rozproszona
Lepszym sposobem na rozwiązanie tego problemu jest przekazanie do centralnej kontroli tylko ważnych i krytycznych danych. Zarządzanie powinno być rozproszone do miejsca jego realizacji. Centrum jest wtedy odpowiedzialne za tworzenie strategii.
Rozwiązanie to znacznie zmniejsza problem dużych zbiorów danych, ponieważ do centrum kontroli trafiają tylko niezbędne informacje. System jest zatem dynamiczny (nawet jeśli kanały komunikacyjne są wolne), ponieważ jest dostępny do rozwiązywania sytuacji awaryjnych u źródła i skutecznie wykorzystuje masę małych narzędzi, takich jak wspomniane wyżej nowoczesne liczniki elektryczne.
Oczywiście ten system również ma swoje problemy, ale na szczęście jego charakterystyka jest inna i co najważniejsze nie ma wpływu na kontrolę systemu.
Wnioski
Jeśli widzisz atrakcyjny obraz inteligentnego systemu sieciowego w pełni opartego na centralnym sterowaniu i słyszysz, że powolność kanałów komunikacyjnych zostanie rozwiązana jak za dotknięciem czarodziejskiej różdżki (najlepiej przez sieci piątej lub szóstej generacji), nie powinieneś w to wierzyć!
Jestem absolutnie przekonany, że jeśli koncepcja inteligentnej sieci ma zostać zrealizowana, konieczne jest zastosowanie sterowania rozproszonego. Ograniczenia kosztowe, trudności czasowe i wyzwania techniczne nie dają nam alternatywy.