Sieć energetyczna, która „zna” odbiorców i przewiduje ich potrzeby. Jak działa Smart Grid?

Globalne zapotrzebowanie na energię szybko rośnie na całym świecie. Szacuje się, że jego tempo wzrostu wynosi ok. 2,2 proc. rocznie. Oznacza to, że obecne światowe zużycie energii wynoszące 20 300 terawatogodzin wzrośnie do 33 000 terawatogodzin w 2030 r. 

Jednocześnie Europejski Zielony Ład przewiduje zmiany w energetyce, transporcie, rolnictwie, przemyśle stalowym, cementowym, teleinformatycznym, tekstylnym i chemicznym. Do 2050 roku Europa ma stać się neutralna klimatycznie. Wymusza to duże inwestycje, zwłaszcza w zaawansowane technologie

Jak sztuczna inteligencja może wspierać sektor energetyki

Dużym wyzwaniem jest obniżenie emisyjności sektora energii, skąd pochodzi ponad 75 proc. emisji gazów cieplarnianych w UE. Niemiecka Agencja Energii opublikowała ostatnio raport na temat możliwości wykorzystania sztucznej inteligencji w sektorze energetycznym („Artificial Intelligence – from Hype to Reality for the Energy Industry”). Wskazuje on dziewięć obszarów zastosowań AI:

1. Prognozowanie 
2. Optymalizacja działań i operacji na sieci 
3. Optymalizacja zasobów i strategiczne decyzje biznesowe 
4. Utrzymanie (Predictive maintenance) 
5. Konserwacje i naprawy 
6. Pomiar bezpieczeństwa 
7. Ułatwienia dla aktywnych konsumentów
8. Dostosowywanie produktów i środków marketingowych 
9. Automatyzacja procesów w zakresie pomiarów, rachunków i ogólnej dystrybucji

Jako najbardziej obiecujące procesy do wykorzystania AI, raport wskazuje: prognozowanie, optymalizację działań i operacji na sieci oraz optymalizację zasobów i strategiczne decyzje. Sztuczna inteligencja wnosi więc istotny wkład w transformację przyszłości i bardziej cyfrowy system energetyczny. Można stwierdzić, że jest w zasadzie niezbędna w tej transformacji.  

Zmiany w energetyce są już nieuchronne. Wdrażanie AI ma nie tylko aspekt ekonomiczny i prawny (głównie w obszarze regulacji funkcjonowania energetyki), ale także społeczny. 

Czym jest Smart Grid?

Wobec pojawiających się zagrożeń w zakresie wyczerpania zasobów energii i zbyt niskiej efektywności jej wytwarzania, przesyłu i użytkowania, pojawia się potrzeba wprowadzenia nowej jakości do sieci elektroenergetycznych. To inteligentne systemy dostawy energii znane jako „Smart Grids”.

Realizacja postanowień porozumienia paryskiego, spełnienie wymogów unijnych i udziału OZE w wytwarzaniu energii, stoją za rozwojem odnawialnych źródeł energii w Europie. Osiągnięcie tych celów możliwe będzie dzięki nowym technologiom, w tym Smart Grid, który odgrywa kluczową rolę w ewolucji i wzroście innowacyjności rynku energetycznego. 

Jak to działa?

Smart Grid jest systemem, który integruje działania wszystkich uczestników rynku energii: wytwarzania, przesyłu, dystrybucji, sprzedaży i użytkowników. To kompleksowe rozwiązanie energetyczne, pozwalające na efektywne sterowanie wszystkimi elementami sieci energetycznej. W potocznym rozumieniu oznacza to dostarczanie energii elektrycznej z wykorzystaniem narzędzi IT, co zapewnia obniżenie kosztów, zwiększenie efektywności i zintegrowanie rozproszonych źródeł energii. Także tych odnawialnych.  

AI w Smart Grid

Sztuczna inteligencja Smart Grid działa jak rozbudowany system pomiarowy. W tej chwili wszelkie predykcje robione są na podstawie danych historycznych i pewnych założeń. Przewagą AI jest to, że ona robi to na bieżąco i z danych w czasie rzeczywistym. Zebrane dane przekazywane są do punktów podejmowania decyzji, a nad całością czuwają algorytmy informacyjne, prognostyczne i decyzyjne.

Automatyzacja procesów pozwala zarządzać sieciami przesyłowymi i dystrybucyjnymi za pomocą punktów łączeniowych, pomiarowych i kontrolnych, rozmieszczonych w rozproszonej infrastrukturze energetycznej. Ma to na celu stworzenie jednego logicznie połączonego systemu. Zwiększy on efektywność techniczną i ekonomiczną wytwarzania energii elektrycznej. W praktyce wygląda to tak, że AI uczy się, jak użytkownicy konsumują energię, by potem zoptymalizować cały proces jej dostarczania. 

Korzyści ze Smart Grid 

Taki system pozwala na ogromną oszczędność energii, redukcję jej kosztów i podniesienie niezawodności dostaw. Przedsiębiorstwa energetyczne dzięki Smart Grid mogą sprawniej zarządzać najdalszymi punktami sieci. Jednym z elementów systemu jest inteligentne opomiarowanie. To zdalny dostęp do cyfrowego licznika wskazującego informacje na temat bieżącego zużycia energii, co ułatwia zaplanowanie racjonalnego korzystania z niej.

Na dużą skalę, dzięki danym zbieranym z urządzeń, możliwe jest reagowanie na zmiany zapotrzebowania na energię dla danego obszaru, o określonej porze dnia. Pozwala to zminimalizować straty energii elektrycznej i zaoszczędzić do 10% zużycia energii. 

Coraz bardziej świadomi konsumenci energii stają się także prosumentami czyli jej wytwórcami. Dlatego jednym z pierwszych etapów wdrażania idei Smart Grid jest instalacja cyfrowych liczników energii u odbiorców indywidualnych, publicznych i przemysłowych.

Inteligentna sieć zna swoich użytkowników i ich zwyczaje. Monitorując wszystkie aspekty pogodowe, ustala poziom rodzaj energii potrzebny do funkcjonowania. Kiedy wiemy już w jaki sposób produkujemy i konsumujemy energię, możemy podejmować bardziej świadome ekonomicznie decyzje. A co za tym idzie – obniżyć wysokość rachunków.

Smart Grid w Polsce 

Szanse na wdrożenie Smart Grid w Polsce są całkiem obiecujące. Naukowcy m.in. z Politechniki Warszawskiej już wykorzystują sztuczną inteligencję, do prognozowania skali zapotrzebowania na energię elektryczną w kraju. Badają także wielkość energii produkowanej z OZE. Wykorzystują do tego sieci neuronowe, które szczegółowo przewidują ilość takiej produkcji z konkretnych zasobów. 

W Polsce pierwszy model predykcyjny, wykorzystujący modele wykrywania anomalii i przewidywania awarii, wdrożono w należącej do Taurona Elektrowni Łagisza. Działanie tamtejszego systemu polega na analizie dużych zbiorów danych sensorowych z wykorzystaniem metod sztucznej inteligencji m.in. deep learning.

Pierwszą spółką dystrybucyjną w Polsce, która wdraża tego typu rozwiązania na całym obszarze swojego działania, jest z kolei Energa Operator. Inteligentne zdalnie sterowane sieci mają zdolność do automatycznej szybkiej rekonfiguracji w wypadku awarii – tak działa kompleksowy system zarządzania siecią energetyczną średnich napięć.

Częścią tego projektu jest również budowa magazynu energii. Jego zadaniem będzie stabilizacja pracy systemu dystrybucyjnego w rejonie jednej z największych w Polsce farm fotowoltaicznych. Wartość projektu Smart Grid Energii to ponad 240 milionów złotych.

Zagrożenia Smart Grid 

Na koniec warto zaznaczyć, że poza ewidentnymi zaletami, technologia Smart Grid posiada także swoje minusy. Każdy system oparty o rozwiązania informatyczne narażony jest na możliwość cyberataków.

Skuteczne zabezpieczenie sieci, komputerów i oprogramowania jest największym wyzwaniem. Włamanie się do systemu mogłoby zaowocować ogromnymi stratami finansowymi oraz trudnymi do przewidzenia konsekwencjami na szeroką skalę. Za jedną z barier rozwoju nowoczesnych inteligentnych sieci można uznać deficyt wiedzy, czyli brak wykształconej kadry przygotowanej do pracy w tym obszarze technologicznym. 

I na koniec najważniejsze – musielibyśmy pogodzić się z tym, że czuwa nad nami energetyczny wielki brat. System nie spełni swojej funkcji, jeśli nie zgodzimy się na ciągły monitoring i udostępnienie naszych danych. Danych, z których wiele można się o nas dowiedzieć…

Przeczytaj także: Sztuczna inteligencja powstrzyma zmiany klimatu?