Smart Grid - rozwój Smart Grid w Polsce musi przyśpieszyć! Czym jest Smart Grid?

Smart Grid oznacza inteligentną sieć elektroenergetyczną. Od sieci Smart Grid nie ma już odwrotu, szczególnie w obliczu wojny w Ukrainie. Polska musi przyspieszyć jej rozwój, by zerwać energetyczną zależność od Rosji. Inwestycje w zakresie inteligentnych sieci pozwalają zwiększyć niezawodność pracy systemu elektroenergetycznego i zapewniają dostęp do bardzo wielu cennych informacji. Jakie korzyści niesie wdrażanie Smart Grid?

Spis treści

1. Czym jest Smart Grid?
2. Realizacja Smart Grid
3. Charakterystyka elementów Smart Grid
4. Korzyści związane z wdrażaniem Smart Grid w Polsce
5. Sytuacja obecna Smart Grid w Polsce
6. Perspektywy rozwoju Smart Grid w Polsce
7. Smart Grid - podsumowanie

Czym jest Smart Grid?

Smart Grid to inaczej inteligentna sieć elektroenergetyczna (ang. Smart Grid.) To sieć, w której zainstalowano zaawansowane urządzenia elektroenergetyczne i technologie telekomunikacyjne służące do poprawy sterowania pracą sieci oraz zarządzania energią. Umożliwiają przyłączanie dosieci mikrogeneratorów (na poziomie niskiego napięcia) i zasobników energii oraz pozwalają zarządzać urządzeniami domowymi znajdującymi się „za licznikiem” w poszczególnych gospodarstwach domowych.

Technologie wdrażane jako elementy inteligentnej sieci - Smart Grid - ułatwiają sterowanie jej pracą, skracają czas trwania awarii, automatyzują pracę sieci, umożliwiają łatwiejszą regulację wartości napięć, upraszczają kompensację mocy biernej, dostarczają narzędzi potrzebnych do zarządzania zapotrzebowaniem na energię w sytuacjach awaryjnych lub w przypadku zagrożenia wystąpienia deficytu mocy w systemie. Dodatkowo – dzięki zastosowaniu wielu czujników, mierników i liczników – informują o bieżącym stanie sieci, a odpowiednie algorytmy pomagają przewidywać, jak mogą rozwinąć się sytuacje nietypowe, co pozwala z wyprzedzeniem planować pewne działania operatorskie.Ze względu na dostępność wielu danych możliwe jest uzyskanie informacji o stopniu obciążenia poszczególnych elementów systemu oraz o ewentualnych efektach i zmianach, jeżeli doszłoby do wyłączenia bądź uszkodzenia transformatora lub linii. Ponadto umożliwiają pozyskanie informacji o stanie i kondycji poszczególnych urządzeń sieciowych oraz przewidywanie ich awarii, co pozwala na oszacowanie czasu bezawaryjnej pracy i wyznaczenie terminu przeprowadzenia konserwacji.

Realizacja Smart Grid

Przekształcanie tradycyjnych sieci w inteligentną Smart Grid wymaga wdrożenia odpowiednich urządzeń, stworzenia infrastruktury telekomunikacyjnej, opracowania programów cenowych oraz prowadzenia edukacji odbiorców (w przeciwnym razie będą oni karani finansowo wyższymi cenami za zachowania niezgodne z pożądanymi lub oczekiwanymi).Smart Grid to sieć elektroenergetyczna, która może – w korzystny finansowo sposób – zintegrować zachowanie i działania wszystkich przyłączonych do niej użytkowników (generujących energię, odbiorców energii oraz tych, którzy realizują obydwie te funkcje)w celu zapewnienia efektywnego ekonomicznie, zrównoważonego systemu zasilania, charakteryzującego się niskimi stratami, a także wysokim poziomem jakości, bezpieczeństwa i niezawodności dostaw.Chociaż elementy inteligentne znajdują się w wielu istniejących sieciach, to różnica między nimi a inteligentną siecią przyszłości Smart Grid polega głównie na zdolności do realizacji w wydajny i skuteczny sposób z większą złożonością zadań niż te, które występują obecnie. Inteligentna sieć będzie wykorzystywać innowacyjne rozwiązania, produkty i usługi wraz z zaawansowanymi technologiami monitorowania, sterowania, komunikacji i samonaprawy, aby:

• w większym stopniu niż obecnie ułatwić przyłączenie i współpracę z generatorami wszystkich mocy i technologii,
• umożliwiać odbiorcom energii odgrywanie roli w optymalizacji działania systemu (np. elektrownie wirtualne),
• zapewniać klientom dostęp do bardziej szczegółowych informacji oraz umożliwiać współpracę z ich zasobami energetycznymi,
• w znaczącym stopniu zmniejszać wpływ całego systemu dostarczania energii elektrycznej na środowisko naturalne,
• utrzymywać, a nawet poprawiać istniejący wysoki poziom jakości dostarczanej energii elektrycznej oraz niezawodności i bezpieczeństwa pracy systemu elektroenergetycznego,
• efektywnie utrzymywać i ulepszać świadczone obecnie usługi,
• wspierać integrację rynków energii w kierunku wspólnego rynku europejskiego.

Należy jednak też zauważyć, że niektóre kierunki rozwoju sieci elektroenergetycznych w stronę Smart Grid wydają się być sprzeczne z sytuacją panującą na rynku i trendami w branży:

• decentralizacja a globalizacja – dążenie do generowania energii na własne potrzeby w instalacjach odbiorców, promowanie obszarów autonomicznych energetycznie, np. klastrów energii czy spółdzielni, koliduje z planami interkontynentalnych sieci najwyższych napięć służących do przesyłania ogromnych ilości energii na wielkie odległości;
• ograniczenie płatności dla odbiorców a zwiększone koszty wynikające z modernizacji sieci – niektóre zmiany mają na celu ograniczenie opłat za energię elektryczną ponoszonych przez przeciętnego odbiorcę (wytwarzanie energii na własne potrzeby, oszczędzanie jej dzięki wykorzystaniu efektywnych energetycznie odbiorników czy ograniczenie zużycia w okresach, gdy jej cena jest wysoka), jednak należy podkreślić, że aby to osiągnąć, potrzebne są znaczące inwestycje w infrastrukturę sieciową, za którą i tak będzie musiał zapłacić klient końcowy;
• akcentowanie beneficjentów rozwiązań a unikanie kwestii dotyczących ograniczenia wpływów finansowych podmiotów, które uzyskają niższe płatności – motywacją do wdrażania różnych technologii inteligentnych sieci jest możliwość korzystania z tańszej energii oraz redukcja jej zużycia przez odbiorcę, należy jednak pamiętać, że takie działania są jednoznaczne z niższymi przychodami podmiotów, np. dużych elektrowni, które jako jedyne gwarantują obecnie stabilną pracę sieci i niezawodne generowanie energii elektrycznej niezależnie od pory dnia czy warunków atmosferycznych.

Charakterystyka elementów Smart Grid

Elementy inteligentnej sieci Smart Grid, które składają się na jej budowę i gwarantują odpowiednie działanie, można podzielić na:

• informatyczne systemy przetwarzające dane oraz zarządzające różnymi aspektami (np. regulacją napięć w sieciach, wyłączeniami, klientami), są to m.in. systemy:

– przeznaczone do zarządzania planowanymi lub awaryjnymi wyłączeniami OMS (ang. Outage Management System), których zadaniem jest wykrywanie przypadków wystąpienia awarii, próba lokalizacji uszkodzenia, proponowanie wyposażenia ekipy naprawczej czy szacowanie czasu naprawy uszkodzenia,

– paszportyzacji, czyli ewidencji majątku sieciowego,

– wykorzystujące modele sieci do analiz, symulacji jej zachowań,projektowania rozbudowy itp.,

– bilingowe;

• systemy teleinformatyczne komunikujące się z urządzeniami sieciowymi, czasem umożliwiające podgląd sytuacyjny, pozwalające na monitorowanie pewnych aspektów sieci np. rozpływów mocy w systemie, wartości napięć, kontrolę działania urządzeń sieciowych i ich kondycji technicznej czy sterowanie niektórymi z nich, są to m.in. systemy:

– nadzoru nad siecią SCADA (ang. Supervisory Control And Data Acquisition) w dystrybucji, służące do monitorowania przepływów mocy oraz kontroli i konfiguracji sieci,– wielkoobszarowe pomiarowe WAMS (ang. Wide Area Measurement System),– wielopoziomowej rekonfiguracji linii elektroenergetycznych MRF (ang. Multi-level Feeder Reconfiguration),– regulacji wartości napięcia i mocy biernej VVC (ang. Voltage and Var Control),– koordynacji automatyki zabezpieczeniowej RPR (ang. Relay Protection Re-coordination), których zadaniem jest dostosowywanie w czasie rzeczywistym pracy sieci dystrybucyjnej w zależności od panującej w niej warunków, a także ustawianie nastaw automatyki zabezpieczeniowej,– komunikujące się z licznikami energii i automatyzujące proces rozliczeń energii,– diagnozujące kondycję techniczną elementów sieciowych, ich obciążenie, temperaturę i inne parametry;

• nowoczesne elementy infrastruktury sieciowej, m.in. transformatory z przekładnią energoelektroniczną i wieloma czujnikami diagnozującymi ich pracę, automatyka zabezpieczająca (automatyczne wyłączniki montowane „w głębi sieci”, tzw. reklozery, które w przypadku wystąpienia zwarcia próbują automatycznie przywrócić zasilanie);
• elektroniczne liczniki energii wraz z systemami do automatyzacji rozliczeń i zdalnej rekonfiguracji urządzeń;
• rozproszone jednostki wytwórcze, a w szczególności systemy fotowoltaiczne, turbiny wiatrowe, małe elektrownie wodne, biogazownie, systemy geotermalne itp.;
• obiekty wirtualne, takie jak obszary autonomiczne energetycznie, tzw. klastry energii, elektrownie wirtualne VPP (ang. Virtual Power Plant), które grupując drobne jednostki wytwórcze na poziomie sieci dystrybucyjnej, mogą oferować energię na rynku lub sprzedaż usług systemowych dla operatorów sieci dystrybucyjnej, mikrosieci, czyli małe sieci dystrybucyjne, składające się z jednostek wytwórczych, zasobników energii oraz systemów umożliwiających sterowanie odbiorami, zdolnych do autonomicznej pracy w przypadku odłączenia ich od sieci elektroenergetycznej;
• nowoczesne linie przesyłowe najwyższych napięć, w tym wykorzystujące prąd stały – istnieją koncepcje, żeby takie rozwiązania stanowiły szkielet interkontynentalnych sieci, umożliwiających przesył ogromnych ilości energii na bardzo duże odległości, tzw. supersieci.

Korzyści związane z wdrażaniem Smart Grid w Polsce

Technologie inteligentnych sieci mogą dostarczyć beneficjentom wielu korzyści, m.in.:

• dostęp do aktualnych danych pomiarowych z licznika dla odbiorcy końcowego oraz możliwość zmiany sprzedawcy energii;
• techniczną możliwość odprowadzania energii z mikroinstalacji odbiorcy do sieci elektroenergetycznej oraz uzyskania korzyści finansowych z tego tytułu;
• różnicowanie cen energii elektrycznej w różnych godzinach doby, czyli przekazanie odbiorcom końcowym zmienności cen występujących po stronie podażowej, np. w celu motywowania ich do ograniczenia zapotrzebowania na energię w sytuacjach zagrożenia wystąpienia deficytu mocy w krajowym systemie elektroenergetycznym.

Polega to na:– wdrożeniu urządzeń, które umożliwiają takie rozliczanie energii,– przekazywaniu danych klientowi,– stworzeniu infrastruktury telekomunikacyjnej pozwalającej na przesyłanie takich informacji,– konfigurowaniu niektórych urządzeń z uwzględnieniem różnej ceny energii w różnych godzinach, np. liczników przedpłatowych,– umożliwieniu sterowania urządzeniami w domu u klienta – „za licznikiem” – w odpowiedzi na zmieniające się ceny energii,– stosowaniu wysokich cen energii (w przypadku sytuacji krytycznych występujących w systemie elektroenergetycznym), których celem jest ograniczenie zapotrzebowania na moc w pewnym czasie;

• zautomatyzowanie wielu procesów realizowanych w przedsiębiorstwach sieciowych, np. automatyczna rekonfiguracja sieci, nowoczesna automatyka zabezpieczeniowa, ułatwienie podejmowania działań w przypadku wystąpienia awarii, regulacja wartości napięć w sieciach, ograniczenie przepływów mocy biernej;
• zwiększenie niezawodności pracy sieci elektroenergetycznej, w tym również dzięki nowoczesnym urządzeniom, możliwości automatycznej rekonfiguracji sieci, tworzenie kilku alternatywnych dróg dostaw energii i różnych punktów tzw. podziału sieci, skrócenie czasu awarii, bieżące przekazywanie odbiorcom informacji o przewidywanym czasie trwania awarii;
• ograniczenie czynnika ludzkiego przy realizacji niektórych procesów biznesowych;
• zmniejszenie kosztów dzięki dostępnym analizom, które pozwalają unikać zbędnej rozbudowy sieci, ukierunkować działania modernizacyjne i konserwacyjne (zgodnie z sugestiami systemów analizujących dane z czujników diagnozujących kondycjęelementów sieciowych);
• dostęp do bieżących danych pomiarowych umożliwiający stworzenie ofert lub taryf dla konkretnych klientów oraz ułatwiający przedsiębiorstwom dystrybucyjnym prognozowanie zużycia energii.

Sytuacja obecna Smart Grid w Polsce

Przed wybuchem wojny w Ukrainie polscy operatorzy systemów dystrybucyjnych skupiali się na inwestycjach związanych z modernizacją i rozwojem infrastruktury sieciowej, np. jej automatyzacją, a także z cyfryzacją i digitalizacją, które są istotą inteligentnych sieci, w tym także wdrażaniem zaawansowanych systemów informatycznych oraz inteligentnych liczników energii. Przedsiębiorstwa energetyczne realizowały również przedsięwzięcia, takie jak budowa farm wiatrowych i słonecznych, magazynów energii czy stacji ładowania pojazdów elektrycznych i zapewniały ich ścisłą współpracę z siecią.

Aktualnie polscy operatorzy systemów dystrybucyjnych muszą się jednoczyć, aby przyśpieszyć rozwój Smart Grid w Polsce. To ważne, bo pozwoli szybciej zerwać energetyczną zależność od Rosji. Smart Grid to ważny element odchodzenia od paliw kopalnianych.

Perspektywy rozwoju Smart Grid w Polsce

Potrzeby polskiej elektroenergetyki w tym zakresie są ogromne, aby je zaspokoić choćby w części, potrzebne są znaczne środki finansowe. Mimo to stopniowo wprowadza się wiele rozwiązań m.in. tzw. twarde (fizyczne) technologie, które osiągnęły już wystarczającą dojrzałość technologiczną i korzyści z ich wdrożenia znacznie przewyższają potencjalne ryzyka (np. cyberatak). Do działań w tym zakresie należą:

• rozbudowa i modernizacja sieci elektroenergetycznej, w szczególności pod kątem zwiększania niezawodności dostaw energii oraz możliwości przyłączenia większej liczby mikroinstalacji, lub skracanie ciągów liniowych przez dobudowę stacji w celu zmniejszenia spadków napięć występujących na ich końcach czy też zapewnienie zasilania rezerwowego w przypadku wystąpienia awarii sieci;
• wymiana transformatorów na niskostratne z automatyczną regulacją napięcia (układy energoelektroniczne), reagujące automatycznie na zmiany wartości napięcia w sieci SN (obecne rozwiązania wyposażone są w mechaniczne regulatory zmiany zaczepów);
• automatyzacja sieci: wykorzystanie wskaźników zwarcia w stacjach SN/nN zapewniających łączność z systemem SCADA;
• zarządzanie ruchem sieciowym;
• wymiana liczników energii na modele wyposażone w moduły do zdalnego odczytu; niektórzy operatorzy sieci elektroenergetycznych w Polsce, zwłaszcza dla pewnych lokalizacji, wybierają liczniki dwukierunkowe, mierzące energię z mikroinstalacji wprowadzoną do sieci; przykładowo Energa Operator ogłosiła przetarg na dostawę 593 tys. liczników jednofazowych i trójfazowych;
• budowa farm wiatrowych, w tym farm na morzu;
• budowa elektrowni i farm fotowoltaicznych.

Prowadzone są również inwestycje związane z wprowadzaniem systemów informatycznych wspierających pracę przedsiębiorstw energetycznych – rozliczanie odbiorców końcowych, systemy zarządzania informacją o klientach CIS (ang. Customer Information System), a także usprawniających zarządzanie i ewidencję infrastruktury energetycznej. Ponadto niektóre szczególnie obiecujące technologie wdrażane są w celu bliższego poznania ich zalet, wad i ograniczeń oraz zdobycia doświadczeń eksploatacyjnych. Do takich inwestycji należy m.in. budowa magazynów energii innych niż elektrownie szczytowo-pompowe. Przykładowo Energa Gdańsk w Bystrej k. Pruszcza Gdańskiego buduje obiekt wykorzystujący akumulatory kwasowo-ołowiowe oraz litowo-jonowe, który będzie największym akumulatorowym magazynem energii w Polsce. Można tu także wspomnieć o wdrażaniu rozwiązań wykorzystujących: sztuczną inteligencję AI (ang. Artificial Intelligence),np. w algorytmach decyzyjnych, w procesach optymalizacji podczas faz projektowych i podczas pracy sieci, do prognozowania zapotrzebowania na energię oraz do diagnozowaniapracy urządzeń sieciowych i przewidywania możliwości wystąpienia jakiegoś uszkodzenia; blockchain (zdecentralizowana, rozproszona baza danych, zlokalizowana na wielu węzłach jednocześnie, synchronizowana z zastosowaniem zaawansowanych algorytmów – podstawowa wada to szybkość działania) – według niektórych specjalistów technologia ta może nie być używana w elektroenergetyce do celów przemysłowych; internet rzeczy (ang. Internet of Things) – czyli wykorzystanie faktu przyłączenia wielu czujników i urządzeń do internetu, możliwość gromadzenia i przetwarzania pochodzących z nich danych oraz sterowania nimi.

Smart Grid - podsumowanie

Podsumowanie rozpoczęła. W zasadzie nie ma już powrotu do wizji systemu elektroenergetycznego z końca XX wieku. Cyfryzacja i decentralizacja zagoszczą w nim na stałe, zmieniając podejście do energii z sieci. Dodatkowo nieustannie zmniejszające się ceny paneli fotowoltaicznych w niedługim czasie znacząco wpłyną na zapotrzebowanie na zewnętrzne usługi energetyczne odbiorcy energii.

Prowadzone w Polsce inwestycje w zakresie inteligentnych sieci pozwalają zwiększyć niezawodność pracy systemu elektroenergetycznego i zapewniają dostęp do bardzo wielu cennych informacji. Możliwość analizy ogromnych ilości danych gromadzonych w bazach przedsiębiorstw energetycznych jest bardzo atrakcyjna i niesie ze sobą duże możliwości – niestety, ich przetwarzanie jest utrudnione ze względu na to, że zostały uznane za dane osobowe, podlegające przepisom Ustawy o ochronie danych osobowych.