Jak działa inteligentna sieć energetyczna? Najważniejsze informacje

---

Inteligentna sieć energetyczna – co to jest i jak działa?

Zanim spróbujemy zdefiniować pojęcie inteligentnej sieci energetycznej (ang. smartgrid), spróbujmy wyobrazić sobie dwa systemy dostawy energii elektrycznej – klasyczny scentralizowany oraz nowoczesny zdecentralizowany. Jakie podmioty znajdują się w jednym i drugim modelu?

Scentralizowany model sieci energetycznej

Scentralizowany system składa się z kilku dużych (i zwykle państwowych) dostawców energii elektrycznej, którzy produkują prąd dostarczając go do wszystkich odbiorców, ale wyłącznie na terenie danego kraju. Takimi producentami mogą być elektrownie węglowe lub atomowe albo wodne lub powietrzne. Przesył następuje z wykorzystaniem dużych, krajowych linii energetycznych, zaś odbiorcy odgrywają wyłącznie rolę pasywną – pobierają energię elektryczną i otrzymują rachunki w wysokości stosownej do zużycia i wybranej taryfy za prąd oraz warunków umowy z dostawcą prądu.

Brzmi znajomo? Oczywiście, ponieważ do niedawna w ten sposób funkcjonowała do niedawna polska – i nie tylko – sieć elektroenergetyczna. Można wręcz powiedzieć, że wszystkie państwa wychodzą z tego bieguna i zmierzają ku przeciwległemu krańcowi technologii produkcji i przesyłu energii elektrycznej.

Zdecentralizowany model sieci energetycznej

Na drugim biegunie leży właśnie smartgrid, który stanowi dokładne przeciwieństwo systemu scentralizowanego. Zasadnicza różnica polega na tym, że zamiast kilku dużych dostawców energii elektrycznej na rynku występuje wiele podmiotów pełniących tę funkcją. Obok dużych elektrowni występują prywatne farmy fotowoltaiczne, elektrownie wiatrowe czy morskie.

Przesył prądu następuje za pośrednictwem sieci międzynarodowej, ponieważ istnieje możliwość współpracy podmiotów z różnych krajów, chociażby poprzez zawieranie umów o długoterminową dostawę energii elektrycznej (ang. Power Purchase Agreement, PPA) czy też wykorzystanie towarowych giełd energii do zakupów spotowych, krótkoterminowych w ramach rynku intraday lub day-ahead.

W obrębie kraju transfer energii jest realizowany przez wiele małych sieci, co pozwala zmniejszyć obciążenie krajowego systemu energetycznego. Wreszcie odbiorcy nie tylko pobierają prąd, ale mogą aktywnie uczestniczyć w całym tym łańcuchu poprzez jego produkcję z wykorzystaniem fotowoltaiki oraz przechowywanie za pomocą magazynów energii. Niekiedy ta partycypacja przybiera formę klastrów energii, czyli oddolnych inicjatyw mających na celu zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego danego regionu.

Czym w takim razie jest inteligentna sieć energetyczna? Można zdefiniować ją jako dwukierunkową wymianę energii elektrycznej z zachowanie pluralizmu podmiotowego na rynku, która ma na celu jak największe, ale też dynamiczne, zabezpieczenie potrzeb użytkowników w zakresie dostępu do prądu.

Inteligentne sieci energetyczne – korzyści i wyzwania

Korzyści z wdrożenia inteligentnej sieci energetycznej trudno przecenić. Zyskujemy na niej wszyscy – zarówno pojedynczy uczestnicy rynku, operatorzy systemu dystrybucyjnego, jak i państwo. Na czym konkretnie polega ten zysk?

• Bardziej wydajny transfer energii elektrycznej;

• skrócony czas powrotu systemu do pełnej funkcjonalności po awarii;

• niższe koszty zakupu energii elektrycznej od dostawców w związku z redukcją kosztów operacyjnych i związanych z zarządzaniem infrastrukturą elektroenergetyczną;

• zmniejszone szczytowe obciążenie sieci, tzw. peak demand;

• łatwiejsza integracja i pełniejsze wykorzystanie możliwości odnawialnych źródeł energii wykorzystywanych na dużą skalę (np. farmy fotowoltaiczne);

• większa integracja przydomowych systemów wytwarzania energii elektrycznej z siecią centralną;

• większe bezpieczeństwo energetyczne.

Dzisiaj to właśnie bezpieczeństwo energetyczne ma kluczowe znaczenie dla wszystkich nas, ponieważ ewentualny blackout spowoduje efekt domina, oddziałując na transport, bankowość, usługi finansowe czy infrastrukturę IT.

Dlaczego to przejście od scentralizowanego modelu do smartgrid trwa tak długo? Pomijając ograniczenia technologiczne i konieczność opracowania rozwiązań, które pozwolą na efektywny transfer energii, niezbędne jest wypracowanie ujednoliconych ram legislacyjnych. I nie chodzi wyłącznie o przepisy rangi krajowej, które np. pozwolą prosumentom na sprzedać wyprodukowanej energii elektrycznej, jak ma to miejsce w przypadku net billingu, ale także, a być może przede wszystkim, rangi międzynarodowej. Coraz częściej bowiem transfer energii odbywa się z pominięciem granic, a to wymaga wypracowania odpowiednich standardów umownych i etycznych tak, aby nie doprowadzić do naruszenia konkurencji na rynku.

Zastosowanie smartgrid w praktyce. Z jakich elementów składa się inteligentna sieć energetyczna?

Smartgrid może składać się z wielu różnych elementów. Najprostszym rozwiązaniem, spotykanym chociażby w przydomowej fotowoltaice, są inteligentne liczniki (ang. smart meters). Ich zadaniem jest śledzenie nie tylko ilości pobranej energii elektrycznej, ale też prądu oddanego do sieci. Ostrzegają użytkowników przed marnotrawieniem energii i pomagają optymalizować jej zużycie.

Kolejnym elementem systemu są inteligentne rozdzielnice elektryczne. Kontrolują one faktyczny rozdział energii, zatrzymują dystrybucję we właściwym momencie i pilnują, aby każdy z uczestników otrzymał dokładnie tyle prądu, ile potrzebuje.

Wreszcie na smartgwid składają się przełomowe rozwiązania z branży IT, które automatyzują cały system. Mowa o analityce opartej o uczenie maszynowe, Często wykorzystują one tzw. modele ARIMA – parametry autoregresyjne i średnią ruchomą, aby przewidzieć zapotrzebowanie na energię elektryczną z wyprzedzeniem i zidentyfikować ewentualne naruszenia, np. atak hakerski. Żeby można wdrożyć tak zaawansowaną analitykę, implementuje się NILM (ang. Non-intrusive Load Monitoring), czyli dyskretne śledzenie zapotrzebowania. Oczywiście wymiana tak dużych ilości informacji w szybkim tempie wymaga pracy na Big Data.

Jako ciekawostkę warto wskazać, że często samochody elektryczne są wskazywane jako element smartgrid. Dlaczego? Przechowywana w ich bateriach energia elektryczna stanowi sposób na zwiększenie autokonsumpcji i efektywnego przechowywania prądu.

Smartgrid w Polsce – aktualny stan i perspektywy

Inwestycje w smartgrid stanowią obecnie jeden z dominujących kierunków rozwoju energetyki także w Polsce. Przykładem rodzimej inicjatywy w tym zakresie jest Program Operacyjny Infrastruktura i Środowisko, współfinansowany w latach 2014-2020 z budżetu unijnego. W jego ramach zrealizowano 8 funkcjonalności, podłączono do smartgrid niemal 4 miliony użytkowników i obniżono zużycie energii pierwotnej o 1.054,11 GJ/rok, a także zaoszczędzono 97,6 MWh/rok.

W maju tego roku podpisano z ramienia Ministerstwa Klimatu i Środowiska również umowy o dofinansowanie inwestycji smartgrid w rejonie Polski wschodniej. Z pewnością nie są to jedyne projekty realizowane w naszym kraju, ale dobrze obrazują one kierunek zmian. I z pewnością są to zmiany na lepsze.

Dzisiaj również Twoja firma może stać się elementem inteligentnej sieci energetycznej, np. produkując i sprzedając prąd z odnawialnych źródeł. W ten sposób dbasz o bezpieczeństwo energetyczne przedsiębiorstwa, ale jednocześnie przyczyniasz się do umocnienia całego krajowego systemu. Skontaktuj się z nami, aby dowiedzieć się więcej!