Memorandum - Smart Power Grids Polska

Marzec 2011
MEMORANDUM
w sprawie możliwości przyjęcia tematyki inteligentnych sieci
elektroenergetycznych (smart power grids ) jako jednego z wiodących tematów
polskiej prezydencji w Unii Europejskiej
Streszczenie
Unia Europejska oraz Stany Zjednoczone, jak też inne kraje rozwinięte i rozwijające się
postrzegają technologię inteligentnych sieci elektroenergetycznych jako najskuteczniejszą drogę
do zmniejszenia zużycia energii elektrycznej, do zapewnienia bezpiecznego przesyłu tej energii
oraz do zintegrowania źródeł odnawialnych. Nabiera to szczególnego znaczenia w związku z
niedostatkami infrastruktury sieciowej, koniecznością zmniejszenia zużycia energii oraz coraz
ostrzejszymi wymogami środowiskowymi. Ponadto anomalie klimatyczne stają się coraz
częstszą przyczyną wyłączeń odbiorców niekiedy w ogromnej skali, co może być skutecznie
ograniczone dzięki inteligentnym sieciom. Polska jest szczególnie zagrożona w zakresie
generacji i transmisji energii elektrycznej, a posiadając doskonałą kadrą techniczną zarówno
naukową jak i gospodarczą może stać się liderem w zakresie zastosowania technologii „smart
grid”.
Definicja
Smart power grid to system elektroenergetyczny integrujący w sposób inteligentny działania
wszystkich uczestników procesów generacji, przesyłu, dystrybucji i użytkowania, w celu
dostarczania energii elektrycznej w sposób niezawodny, bezpieczny i ekonomiczny, z
uwzględnieniem wymogów ochrony środowiska.
Strona 1
A. Społeczne, gospodarcze i polityczne uzasadnienie wyboru tematyki inteligentnych sieci
elektroenergetycznych
1. Polska, jak i cała Europa oraz reszta świata staje się coraz bardziej uzależniona od energii
elektrycznej, co idzie w parze z koniecznością zapewnienia bezpieczeństwa
energetycznego i zrównoważonego rozwoju gospodarczego.
2. Polska elektroenergetyka i społeczeństwo musza zapłacić najwyższą – w gronie państw
członkowskich UE - cenę za ambitną politykę UE w zakresie ograniczania
środowiskowych i klimatycznych skutków emisji gazów cieplarnianych i innych gazów
przemysłowych wynikającą ze spalania paliw kopalnych. W negocjacjach z UE rząd RP
musi przyjąć twarde stanowisko w kwestii ulg i derogacji dla Polski w tym zakresie.
Dlatego równoczesne podniesienie przez Polskę w ramach prezydencji priorytetu dla
technologii smart grid pokaże naszą otwartość na zmiany oraz na innowacje i technologie
przyszłości..
3. Niedostatki infrastruktury sieciowej występują z coraz większą ostrością zarówno w
Polsce jak i we wszystkich państwach UE. Według raportów unijnych w okresie
najbliższych 20 lat co najmniej 50 tys. kilometrów linii elektroenergetycznych powinno
być wybudowanych lub co najmniej zmodernizowanych. Ze względów środowiskowych
nie będzie to możliwe do zrealizowania. Alternatywą staje się uzupełnienie inwestycji
infrastrukturalnych technologią inteligentnych sieci.
4. Wyzwania jakie czekają systemy elektroenergetyczne związane ze wzrostem
zapotrzebowania na energie elektryczną, problemami z generacją rozproszoną ze źródeł
odnawialnych oraz nowymi potrzebami odbiorców (m.in. samochody elektryczne) są
wspólne dla Polski i dla całej Europy.
5. Tematyka określana jako smart grid jest na świecie postrzegana jako droga do
rozwiązania dużej części problemów związanych z generacją, przesyłem i rozdziałem
energii elektrycznej w perspektywie 10 – 20 lat
6. Technologie smart grid mają być silnym wsparciem polityki energetycznej UE ( EPE )
zawartej w Pakiecie klimatyczno-energetycznym oraz polityki zawartej w III Pakiecie
liberalizacyjnym.
7. Polska posiada liczne kadry świetnie wykształconych inżynierów elektroenergetyków
oraz specjalistów od telekomunikacji i informatyki, a te dziedziny są filarami technologii
inteligentnych sieci.
B. Aktualna sytuacja w świetle strategii europejskiej EUROPA 2020
1. Zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrasta o ok. 2% rocznie co powoduje, że w
ciągu 20 lat zapotrzebowanie to wzrośnie o około 50%. Wzrost ten może być jeszcze
Strona 2
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
znacznie większy, jeśli uwzględnić potrzeby związane z masowym zastosowaniem
pojazdów z napędem elektrycznym.
Infrastruktura sieciowa jest obecnie przestarzała, bowiem w większości powstała 30 – 50
lat temu, a przyrost infrastruktury jest o połowę wolniejszy niż wzrost zapotrzebowania
na energię.
Generacja oraz przesył energii muszą uwzględniać wymogi środowiskowe, przez co
budowa nowych linii (prawo drogi) staje się utrudniona, a potrzeby oszczędności zużycia
energii stają się palące.
Szybki wzrost udziału energii odnawialnej ( 20% energii odnawialnej w bilansie energii i
20% redukcja emisji gazów cieplarnianych do 2020 r w UE) stwarza trudności związane
z integracją odnawialnych źródeł energii elektrycznej (w tym farm wiatrowych) z
systemem elektroenergetycznym.
Straty energii w sieciach przesyłowych i rozdzielczych sięgają 6 – 9% energii
wyprodukowanej. Jeśli uwzględnić potrzeby własne elektrowni i stacji sięgające 10%
produkcji to okaże się, że system elektroenergetyczny jest największym odbiorcą
wyprodukowanej energii, zużywając blisko 1/5 całej energii wygenerowanej.
Potrzeby odbiorców związane z kosztami energii, jakością energii, niezawodnością
zasilania i prawem do wyboru dostarczyciela muszą być uwzględnione.
Według wymogów unijnych wzrost efektywności w wykorzystywaniu energii w ciągu
najbliższych 10 lat powinien wynieść 20%.
Coraz poważniejsze są konsekwencje zakłóceń w pracy systemów elektroenergetycznych
co jest związane głównie z rosnącymi przeciążeniami elementów sieciowych.
Wzrasta zagrożenie awariami systemów elektroenergetycznych (blackout’ami) co
spowodowane jest m.in. przez coraz częstsze klęski żywiołowe (globalne ocieplenia),
terroryzm i niedostateczną koordynacją w zakresie sterowania i zabezpieczeń.
C. Możliwości tkwiące w technologii smart grid
1. Inteligentne pomiary rozliczeniowe, dzięki zaopatrzeniu odbiorców w inteligentne
liczniki umożliwiające dwustronne komunikowanie się przyniosą następujące korzyści:
 Dzięki świadomym decyzjom informowanych na bieżąco odbiorców tak
przemysłowych jak i komunalnych (zarządzanie popytem), nastąpi wyrównanie
dobowe obciążeń oraz zmniejszenie całkowitego poboru energii.


Wyrównanie obciążeń przyczyni się do zmniejszenia strat przesyłowych oraz
zmniejszenia poboru mocy na potrzeby własne w elektrowniach. Ponadto proces ten
zmniejszy szczytowe obciążenia elementów systemu elektroenergetycznego, przez co
podniesie poziom bezpieczeństwa przesyłu energii.
Możliwe stanie się automatyczne bilingowanie faktycznie zużywanej energii
elektrycznej oraz automatyczne fakturowanie.
Strona 3
2. Inteligentne pomiary operacyjne zapewnią pełną obserwowalność stanów systemów
przesyłowych i rozdzielczych przez co umożliwią:
 Stosowanie dynamicznego obciążania linii elektroenergetycznych dopasowując je
do istniejących warunków klimatycznych.
 Działania prewencyjne w sytuacjach, gdy margines stabilności systemu staje się
zbyt mały.
 Świadome reagowanie dyspozytorów nie dopuszczające do rozszerzania się
powstałych zakłóceń w pracy systemu.
 Symulacyjne bieżące przewidywanie reagowania systemu na powstałe sytuacje
(przeciążenia, zwarcia, wyłączenia linii itp.).
 Optymalne zintegrowanie źródeł generacji rozproszonej – szczególnie wiatrowej
– z systemem elektroenergetycznym.
3. Inteligentne sterowanie i zabezpieczenia w systemach elektroenergetycznych przyniosą
następujące korzyści:
 Eliminowanie uszkodzonych elementów systemu w sposób szybki, pewny i
selektywny dzięki inteligentnym algorytmom zabezpieczeniowym.
 Sterowanie generacją mocy czynnej i biernej dopasowane do aktualnego stanu
zapotrzebowania oraz istniejącej sytuacji zarówno w stanach normalnych jak i
awaryjnych.
 Optymalizację zdolności przesyłowych poprzez inteligentne sterowanie układami
FACTS, poprzeczną regulację napięcia transformatorów oraz adaptacyjną
kompensację mocy biernej.
 Zwiększenie bezpieczeństwa przesyłu i rozdziału energii elektrycznej
ograniczając konsekwencje rozwijających się awarii i eliminując katastrofalne
blackout’y.
4. Inteligentne algorytmy restytucji poawaryjnej zapewniające dokładną i szybką
lokalizację miejsc uszkodzeń, oraz wybór najlepszej strategii restytucyjnej.
5. Inteligentne tworzenie autonomicznych systemów elektroenergetycznych spowoduje
wydzielenie podsystemów zbilansowanych lokalnie i zdolnych do samodzielnej
wyspowej pracy co zwiększy bezpieczeństwo dostaw energii elektrycznej w sytuacjach
blakout’u.
D. Stosowanie technologii smart grid w Polsce
1. Sieci elektroenergetyczne wymagają gigantycznych inwestycji, zaimplementowanie
technologii smart grids pozwoli na optymalne wykorzystanie możliwości sieci
dystrybucyjnych i przesyłowych.
Strona 4
2. Polska ma niepowtarzalna okazję uniknąć błędów innych krajów i wdrożyć rozwiązania
inteligentnych sieci przed masowym przyłączeniem rozproszonych źródeł energii do
systemu energetycznego kraju.
3. Konieczne jest opracowanie koncepcji rozwoju i standaryzacji inteligentnych sieci
elektroenergetycznych, stworzenie narzędzi optymalizacji sterowania sieciami
elektroenergetycznymi oraz wypracowanie i przyjęcie standardów bezpieczeństwa
danych gromadzonych przez inteligentne sieci.
4. Operatorzy Systemów Dystrybucyjnych wprowadzają pilotażowo liczniki inteligentne w
skali kilkudziesięciu tysięcy odbiorców, przy czym skala potrzeb krajowych to
kilkanaście milionów inteligentnych liczników. Działania te są niewłaściwie utożsamiane
z wdrażaniem technologii smart Grids, co nie jest w pełni prawdziwe. Niezbędne jest
podjęcie szeroko zakrojonych działań edukacyjno-informacyjnych skierowanych do
polityków, działaczy gospodarczych i samorządowych oraz do konsumentów energii.
Przykładem takich działań jest uruchomianie na Politechnice Wrocławskiej studiów
podyplomowych w zakresie smart grids.
5. Producenci inteligentnych liczników posiadają techniczne możliwości uruchomienia
masowej produkcji urządzeń i oprogramowania dla smart grids. Ponadto w krajowych
zakładach przemysłowych produkuje się nowoczesna aparaturę zabezpieczeniową i
sterującą.
6. W Polsce powstało wiele inicjatyw związanych z inteligentnymi sieciami. Należy tu
wymienić: Konsorcjum Smart Power Grids – Polska, którego liderem jest Politechnika
Wrocławska), Krajową Platformę Energetyczną Energetyki, wydziały elektryczne
Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, Politechniki Opolskiej, Politechniki
Warszawskiej, Politechniki Łódzkiej i szereg innych.
7. Silną stroną polskiej gospodarki jest innowacyjność polskich ośrodków badawczych
(wyższe uczelnie, instytuty naukowe i producenci aparatury) w zakresie nowych,
potwierdzonych patentami rozwiązań telekomunikacyjnych oraz układów zabezpieczeń i
sterowania.
Strona 5