semin

Inteligentne systemy elektroenergetyczne (ang. Smart Grid)

 

Wobec pojawiających się zagrożeń zarówno w zakresie deficytu pierwotnych zasobów energii jak i zbyt niskiej efektywności jej wytwarzania, przesyłu, rozdziału i użytkowania narasta przekonanie o potrzebie wprowadzenia nowej jakości do sieci elektroenergetycznych – stworzenia inteligentnych systemów dostawy energii znanych powszechnie jako „smart grids”. W najbardziej potocznym rozumieniu termin ten oznacza dostarczanie odbiorcom energii elektrycznej lub szerzej - usług energetycznych - z wykorzystaniem środków IT, zapewniające obniżenie kosztów i zwiększenie efektywności oraz zintegrowanie rozproszonych źródeł energii, także odnawialnej. Mimo, że nadal brak międzynarodowo akceptowanej definicji tego pojęcia, bezspornym pozostaje fakt, że koncepcja ta wymaga badań interdyscyplinarnych i rozwiązań w zakresie nowoczesnych technologii. Niezbędna jest także współpraca ośrodków badawczych z biznesem i przedsiębiorstwami innowacyjnymi.Takie działania korporacyjne są rozwijane na wielu uniwersytetach nie tylko w skali pojedynczego wydziału, lecz w skali całej uczelni, ale także gospodarki kraju, wspólnoty regionalnej itp. Istnieje wiele obiektywnych czynników sprzyjających rozwojowi tej dziedziny wiedzy i techniki. Do najważniejszych można zaliczyć (źródło: Jacek Malko):

 

 

1. zapewnienie bezpieczeństwa energetycznego poprzez eliminację przerw w dostarczaniu odbiorcom usług energetycznych oraz maksymalizację efektywności przepływu energii od źródła jej wytwarzania do odbiorcy końcowego. Temu celowi służą miedzy innymi lepsze, mądrzejsze i szybsze układy diagnostyki i sterowania pozwalające na bardziej zaawansowane zarządzanie przepływami energii, układami zabezpieczeń, procesami restytucyjnymi sieci itp. Istotnym jest także zapewnienie bezpiecznej i niezawodnej transmisji danych warunkującej wprowadzenie zautomatyzowanych, szybkich i samonaprawiajacych procedur oraz koordynację sterowania na różnych poziomach systemu od lokalnego do globalnego z odpowiednią szybkością oraz odpowiednim poziomem redundancji.


2. minimalizację kosztów usług elektroenergetycznych przez optymalną i ciągłą integrację przyjaznych środowisku lokalnych zasobów energii.

 

 

3. zapewnienie zróżnicowania i zindywidualizowania poziomów jakości dostarczanej energii, zgodnie z potrzebami klienta między innymi poprzez zastosowanie zaawansowanych układów energoelektronicznych np. układów FACTS lub CUSTOM POWER.

 

 

4. rozszerzenie funkcjonalności usług świadczonych przez dostawcę na rzecz odbiorcy tj. inteligentne opomiarowanie i fakturowanie (np. liczniki dwukierunkowe, zmienność ceny konsumowanej energii w czasie), zarządzanie energią oraz monitorowanie warunków jej dostawy itp. Takie „inteligentne” wyposażenie daje odbiorcom możliwość uczestnictwa w grze rynkowej oraz możliwość kontrolowanej indywidualnej generacji i magazynowania energii. Zdolność interakcji z siecią zasilającą umożliwia bardziej precyzyjne zawierania kontraktów na dostawę energii lepiej dostosowanych do wymagań i potrzeb wszystkich stron. Jednym z etapów w tym procesie jest budowa, na bazie zainstalowanych mierników, rozproszonych systemów monitorowania stanu sieci elektroenergetyki zawodowej i/lub sieci przemysłowych. Nie jest to tożsame z „informatyzacją” w potocznym znaczeniu tego pojęcia. Wykorzystanie najnowszych zdobyczy nauki, w tym informatyki, to zaledwie jeden z elementów tych działań.

 

 

5. integrację rozproszonych źródeł odnawialnych o ograniczonej dyspozycyjności mocy i energii. Generacja małej i średniej skali (panele fotowoltaiczne, małe turbiny wiatrowe, małe elektrownie wodne, łączone niekiedy z siecią na zasadzie plug–and–play), wykorzystująca zasoby lokalne i zintegrowana często z budynkiem/mieszkaniem oraz zdolna do współpracy z siecią kreuje nowe pojęcie tzw. „inteligentny dom”, autonomiczny energetycznie, zdolny do przekazywania nadmiaru wytwarzanej energii i traktujący sieć jako źródło rezerwowe. Dzięki inteligentnemu opomiarowaniu możliwym staje się samoczynne ograniczanie poboru mocy (i energii) w okresach szczytowego obciążenia bez naruszenia jakości życia mieszkańców. Dotychczasowy tradycyjny, bierny konsument energii elektrycznej zaczyna pełnić rolę aktywnego „prosumenta” zdolnego nie tylko do konsumowania, ale także do wytwarzania energii elektrycznej. W przypadku generacji rozproszonej dużej skali (np. farmy wiatrowej) upowszechnia się proces wykorzystania w ich sterowaniu modeli prognostycznych czynników meteorologicznych, co pozwala na zwiększony udział źródeł odnawialnych i redukcję niezbędnej systemowej rezerwy mocy.

 

 

6. konieczność restrukturyzacji istniejących sieci zasilających. Europejskie cele ochrony środowiska nie mogą być osiągnięte bez zmian sieci elektroenergetycznych. Pilność inwestowania w zasoby odnawialne, generację rozproszoną i pojazdy elektryczne wymaga infrastruktury, która zdolna jest aktywnie zintegrować działania wytwórców, konsumentów i podmiotów realizujących obydwie te funkcje oraz zaspokoić ciągle rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną. Tradycyjne struktury sieci konstruowane dla jednokierunkowego przepływu energii, mają trudności z integracją źródeł rozproszonych. Spowodowane ich obecnością odwrócenie kierunków rozpływów energii prowadzi niekiedy do poważnych problemów technicznych w zakresie bezpieczeństwa i niezawodności pracy systemu (blackout). Sieci inteligentne są szansą opanowania kaskadowego rozwoju zdarzeń awaryjnych. Do tej kategorii działań można także zaliczyć zyskującą na popularności koncepcję mikrosieci o zdefiniowanym poziomie autonomiczności. Może nią być pojedyncze gospodarstwo domowe, wydzielony obszar lub grupa odbiorców o zbilansowanej konsumpcji i lokalnej generacji energii. Bliskość odbiorcy względem źródła wytwarzania redukuje straty sieciowe i stwarza warunki lepszej integracji źródeł rozproszonych.


Koncepcja inteligentnych sieci obejmuje także cały szereg działań o charakterze pozatechnicznym związanych głównie z analizą zasadności ekonomicznej podejmowanych przedsięwzięć, poszukiwaniem potencjalnych zwrotów poniesionych nakładów oraz wykorzystaniem do tego celu odpowiednich mechanizmów rynkowych, kontraktowania i inżynierii finansowej. Istotne są także aspekty społeczne, kulturowe i behawioralne kreowane nowymi warunkami dostawy energii elektrycznej.


Jedną z barier rozwoju nowoczesnych inteligentnych sieci jest deficyt wiedzy, a wiec występujący brak odpowiednio licznej wykształconej kadry przygotowanej do pracy w tym obszarze technologicznym. Już obecnie na pierwszym miejscu listy rankingowej w UE pojawił się nowy zawód – specjalista w dziedzinie energetyki odnawialnej i integrator usług infrastrukturalnych (źródło: J. Popczyk). Brak takich specjalistów może spowolnić rozwój gospodarczy krajów UE, stąd podejmowane na wielu uniwersytetach w Europie działania zmierzające do otwarcia nowych kierunków kształcenia zorientowanych na smart grid. Takie prace trwają także na wydziale EAIiE AGH. Istnieje bowiem przekonanie, że tak rozumiana elektroenergetyka może być atrakcyjna dla studentów mających ambicje rozwiązywania w swej przyszłej działalności zawodowej problemów o najwyższym stopniu złożoności i z wykorzystaniem zaawansowanych technologii.


Wydziały Energetyki i Paliw, Inżynierii Mechanicznej i Robotyki oraz Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki reprezentują wiele różnych kierunków badawczych ściśle związanych z koncepcją inteligentnych systemów dostawy energii. Wiele z nich realizowanych jest już od wielu lat, rozwój innych powinien być zintensyfikowany lub zapoczątkowany. Uważamy, że istniejąca już współpraca tych trzech wydziałów, a także innych zainteresowanych tą tematyką stwarza niepowtarzalną szansę na znaczący, również w międzynarodowej skali, udział w rozwoju nowoczesnej, innowacyjnej dziedziny nauki i techniki. To znakomita okazja do jednoczenia sił i środków badawczych nie w ramach tradycyjnych struktur wydziałowych Uczelni, lecz ponad nimi wokół postawionych zadań i celów.


Antoni Cieśla
Zbigniew Hanzelka

Jesteś tutaj: Home smgrid różne Inteligentne systemy elektroenergetyczne (ang. Smart Grid)