Sieci inteligentne jako czynnik kształtowania energii

SIECI INTELIGENTNE JAKO CZYNNIK KSZTAŁTOWANIA
SEKTORA ENERGII ELEKTRYCZNEJ
Autor: Jacek MALKO
(„Rynek Energii” – nr 4/2010)
1. Wprowadzenie
Użytecznym uzupełnieniem przeglądu publikacji n.t. sieci inteligentnych [1] wydaje się
zamieszczona w dziale „In My View” magazynu IEEE Power & Energy opinia ekspertów
firmy doradczej McKinsey & Co (Humayun Tai i i Eoin Ố hỐgain), skupiona na
identyfikacji podstawowych trendów, kształtujących ścieżki rozwoju, szanse i zagrożenia w
obszarze powstających nowych struktur sieciowych sektora energii elektrycznej [2]. Również
godzien zainteresowania jest dwugłos, zaprezentowany w limitowanej edycji czasopisma
International Power Engineer (Editor: Setform) [3,4], zajmującego ważną niszę rynku
wydawniczego („międzynarodowy magazyn, dystrybuowany do grupy senior engineers w
skali globalnej”), którego numer z listopada 2009 poświęcony jest problemom sektora energii,
a „Cover story” streszcza się w stwierdzeniu, że podstawowym warunkiem sukcesu sieci
inteligentnych jest zaawansowana automatyka. Dość powszechne jest mniemanie, że
realizacja idei takich sieci pociąga za sobą innowacyjne inwestycje, zmieniające radykalnie
sposób dostarczania energii do odbiorcy w kategoriach cen i parametrów jakościowych.
Nowe struktury sieci kojarzone są również z celami ochrony środowiska zarówno przez
umożliwienie integracji zasobów rozproszonych (zwłaszcza odnawialnych) oraz
przyczynianie się do redukcji emisji węglowych. Wielu graczy rynkowych - od inwestorów
w źródła po dostawców oprogramowania (nie wyłączając również rządów jako organów
regulacyjnych) znajduje istotne miejsce dla specyficznego działania. W świetle znacząco
zróżnicowanych oddziaływań „sieci inteligentnych” na sektor zaopatrzenia w energię można
zidentyfikować osiem kluczowych obszarów i tendencji, wpływających na trajektorię rozwoju
sektora w najbliższej 2-3. letniej perspektywie.
Są to:
problemy definicyjne w zakresie „smart grids’”,
małoskalowe sieci inteligentne,
zastosowania w skali infrastruktury sieci przesyłowych i rozdzielczych,
integracja systemów,
ewolucja priorytetów,
wybór technologii komunikacji,
zagrożenie swobody wyboru, oraz
„uczenie się” nowych technologii.
2
Problemy tych ośmiu zidentyfikowanych obszarów wymagają szerszego rozwinięcia; taki też
jest zasadniczy cel rozważań, przytoczonych w [2]. Ponadto próbą interesującej syntezy jest
artykuł H. Farhangi [5] spinający klamrą rozważania na temat ewolucji w kierunku sieci o
coraz wyższym poziomie inteligencji
2. Definicja „sieci inteligentnej” uległa znaczącemu rozszerzeniu, a wydatki na
infrastrukturą sieciową wzrosły znacząco
W sektorze elektroenergetycznym kluczowe określenie inteligentne dość gwałtownie
przemieściło się od „inteligentnych pomiarów” do „inteligentnych sieci” i proces ten nie trwał
dłużej niż 2 lata. W języku przedsiębiorstw energetycznych podstawowa definicja „smart
gridu” odnosi się teraz do znacznie szerszego zakresu potrzeb i zastosowań w dziedzinie
zarówno hardware’u jak i software’u niż dotychczas. Podczas gdy wcześniej dyskusja o
sieciach inteligentnych skupiała się na zaawansowanej strukturze opomiarowania (Advanced
Metering Infrastructure – AMI), to obecnie obejmuje ona sieci w wymiarze pojedynczych
budynków (Home Area Networks – HAN), zastosowania zwiększające efektywność po
stronie popytowej (na przykład sterowanie mocą czynną i bierną, automatyzacja) oraz
funkcjonowanie umożliwiające przyszłościowe rozwiązania (na przykład możliwość
integracji z siecią ogniw fotowoltaicznych oraz samochodów elektrycznych). Ta zmiana
zakresu definiowania jest faktem i oddaje nowy oraz różnorodny sposób podejścia przez
przedsiębiorstwa energetyczne do zastosowań koncepcji smart gridu. Przykładowo decyzja o
inwestowaniu w podstawowe rozwiązania AMI jest obecnie rozszerzana na infrastruktury
komunikacyjne, stwarzając przez efekt synergii wykorzystanie potencjału dla zastosowań
proefektywnościowych. Co więcej, przedsiębiorstwa starają się w coraz większym stopniu
rozumieć korzyści z kombinowanego zarządzania awariami (Outage Management System –
OMS), sterowania polami siłowymi oraz systemami informacji geograficznej GSI.
Przedsiębiorstwa przejawiają także cechy szerszego myślenia przy działaniach
wdrożeniowych. Łącznie zarządzanie stroną popytową z AMI stało się powszechną praktyką
w ostatnich kilku latach, ale obecnie przy możliwości uzupełnienia o systemy automatyki,
sterowania mocą czynną i bierną oraz przy wykorzystaniu właściwości sieci inteligentnych
uzyskuje się możliwość znaczącego ulepszenia cech biznesowych. Łączenie zalet
funkcjonalności, pozwala na równoważenie cech koszt/korzyść w przypadku ogólnym,
podczas gdy pakiet zastosowań zapewnia synergię w odniesieniu do jakości usług,
bezpieczeństwa i parametrów emisyjnych z zapewnieniem korzyści dla sieci i klienta. W
istocie zaobserwowane tendencje kształtowały się w niespełna pięcioleciu, zapoczątkowane
przez pierwsze zastosowania łączy komunikacyjnych w technologii PLC lub podstawowej
częstotliwości radiowej RF o kosztach rzędu 200 USD na łącze. Jednak dziś bardziej
zaawansowane projekty (chociaż nadal znajdujące się w fazie pilotażowej), o znacznie
większym zakresie zastosowań, zbliżają się kosztem do ok. 700 USD na łącze.
3
3. Sieci skali pojedynczych budynków (HANs) są nowym obszarem innowacji i biznesu.
Technologie inteligentnego opomiarowania nadal ewoluują i zbliżają się do fazy dojrzałości
aplikacyjnej, przejawiającej się znaczną redukcją kosztów i zwiększeniem funkcjonalności.
Technologie HANs osiągnęły zatem poziom wejścia na rynek innowacji i wdrożeń. Z uwagi
na znaczną wartość efektów zarządzania popytem w typowych biznesowych zastosowaniach
sieci inteligentnych coraz większą wagę przywiązuje się do sposobów uzyskania tych
efektów. Szansa osiągnięcia odpowiedzi po stronie popytu na skalę, wymuszająca zmiany w
zachowaniach konsumenckich, sięga aż do poziomu odbiorców sektora mieszkaniowego.
Wyzwaniem jest osiągnięcie rozpowszechnienia tych praktyk w wymiarze analogicznym do
obserwowanego w przemyśle. Wiele przedsiębiorstw energetycznych powołuje się w tej
mierze na mierne powodzenie programów pilotażowych, nie zakończonych odczuwalną
zmianą zachowań klienta. Dodatkową trudnością jest nieporównywalność przedstawionych
wyników, wynikająca z przyjętych założeń i woluntarystycznych działań w obszarze
zastosowanych metod i poziomów ocenianych technologii.
Z perspektywy oceny biznesowej w kategoriach przewidywanej reakcji strony popytowej i
przy niejednoznacznej cenie skuteczności przewidywania zmian zachowań konsumentów
znaczącą wagę przywiązuje się do zapewnienia technologii, oferujących zaawansowane
środki redukcji zapotrzebowania (zwłaszcza w obszarze obciążeń szczytowych) przy
ograniczonym zaangażowaniu odbiorców. Skutkuje to mnogością działań, generujących
wartość dodaną we wszystkich komponentach HAN: bramkach wejściowych, wyświetlaczach
domowych, inteligentnych zaworach termostatycznych, łącznikach, odbiornikach klasy AGD.
W działania te zaangażowane są grona inwestorów, dostawców inteligentnego
opomiarowania i sprzętu AGD, producentów wyposażenia i integratorów systemów.
Zaczynają się próby standaryzacji, na przykład systemy ZigBee i HomePlug. Powstają
również modele zachowań po stronie przedsiębiorstw energetycznych. Pierwszym problemem
do rozstrzygnięcia jest granica, wytyczająca obszar podstawowych inwestycji HAN i obszar
dodatkowej funkcjonalności, finansowanej przez odbiorców. Inną kluczową kwestią jest
decyzja, w jakim zakresie przedsiębiorstwo energetyczne chce partycypować w wyposażenie i
programy, śledzące odpowiedzi odbiorcy w ramach struktur HAN. Istnieje tendencja, by
serwisowanie i rozwijanie systemów takich jak sterowalne programowo termostaty, zlecać
firmom zewnętrznym, co może pokrywać się z życzeniami klientów, poszukujących
partnerów „trzeciej strony", zdolnych przejąć troskę o rozwijanie i nadzorowanie systemów
HAN. Prowadzi to do wysoce wyspecjalizowanych zakresów działań, nie mieszczących się w
profilu przedsiębiorstwa energetycznego, przynajmniej w bliższej perspektywie. Gdy
przedsiębiorstwo podejmie jednak wyzwanie i zaangażuje się w HAN – od koncepcji po
wdrożenia – to winno mieć na uwadze, że krytycznym jest dobór technologii, lecz że jest to
tylko jeden z wielu czynników, determinujących przewidywalność zachowań klienckich i
ich trwałość. Przedsiębiorstwa muszą także wprowadzić program cenotwórstwa, często
wspierany przez nową strukturę grup taryfowych, jak też model biznesowy, zachęcający
klientów do uczestnictwa zarówno w początkowej fazie implementacji jak i w fazie
kształtowania nowych wzorców zachowań.
4
4. Zastosowania sieciowe są początkiem rozpowszechnienia idei „smart grid’u” w skali
biznesowej
Podczas gdy obszar HAN jest typowy dla działań, cechujących się stopniowaną
innowacyjnością, to zastosowania po stronie sieci charakteryzują się zmianami bardziej
skokowymi, prowadzącymi do znaczącego postępu krok po kroku. W ostatnich dwóch latach
rozszerzone zastosowania sieciowe – podstawą których była automatyka, układy regulacji
mocy czynnej i biernej oraz monitorowanie procesów – zaczęły odgrywać znaczącą rolę w
myśleniu przedstawicieli przedsiębiorstw i dostawców o sieciach inteligentnych. Te zmiany w
mentalności zachodzą nieprzerwanie i są konfrontowane z podstawowymi wyzwaniami.
Jednym z nich jest traktowanie przez kierownictwo przedsiębiorstwa zastosowań,
składających się na inteligencję sieciową jako sprawdzonych koncepcji, już uprzednio
przetestowanych jako część tradycyjnych inwestycji modernizacyjnych, a sam proces
wprowadzania sieci inteligentnych sprowadza się do prostej wymiany oznaczeń elementów.
Co więcej – podstawowym wyzwaniem staje się ocena koszt/efekt w przypadku
automatyzacji, która jest dotychczas najbardziej eksponowanym elementem czynienia sieci
bardziej inteligentną. Powstaje efekt kumulacji doświadczeń, zachodzący wewnątrz
przedsiębiorstw energetycznych – możliwości rozwiązań inteligentnych najlepiej są
rozumiane przez personel, bezpośrednio zaangażowany w decyzje o planowaniu inwestycji
odtworzeniowych i modernizacyjnych. Może to prowadzić do niedocenienia szeregu
krytycznych czynników, wyznaczających przejście od zastosowań sieciowych do finalnych
rozwiązań inteligentnych. Technologie po stronie sieci zmieniają się z dużą dynamiką, przy
czym najbardziej znaczących udoskonaleń oczekiwać można po stronie inteligencji
rozproszonej; ponadto rozszerzenie inteligentnych zastosowań sieciowych w perspektywie
przedsiębiorstwa energetycznego traktowane jest jako wzmocnienie szerszego przypadku
sieci inteligentnych. Podczas gdy skutki automatyzacji trudno oceniać posługując się
odizolowaną analizą koszt/efekt, to niewątpliwe jest oddziaływanie tego czynnika na
bezpieczeństwo sytemu elektroenergetycznego. Gdy automatyzacja obejmuje sterowanie
mocą czynną i bierną oczekiwać można wzrostu po stronie korzyści. Gdy w pakiecie
inwestycyjnym wprowadza się systemy AMI, HAN oraz aplikacje sieciowe, to taka oferta
sieci inteligentnej jest obiecująca w zakresie zapewnienia stopniowej poprawy w zakresie
kosztów i dostarczeniu usług.
Procesy inwestycyjne z udziałem rozwiązań „smart grid” mogą zatem osiągnąć wyższy
priorytet i dostąpić finansowania ze środków własnych przedsiębiorstwa i środków
publicznych. Także zastosowania sieciowe stają się podstawowym elementem strategii
biznesowej. Ta część łańcucha wartości jest tradycyjnie zdominowana przez wspólne
działanie wielkich dostawców hardware’u inwestycyjnego oraz niszowych dostawców
produktów inżynierskich i usług. Lepsze wykorzystanie powstających możliwości zachodzi
na drodze integracji zarówno software’u i jego zastosowań do wyposażenia w postaci pełnego
pakietu. Tradycyjni dostawcy szerokopasmowi, wykorzystujący linie elektroenergetyczne,
sytuują się jako gracze w obszarze usług sieciowych przez ofertę podniesienia poziomu
wykorzystania infrastruktury. Firmy doradcze w zakresie elektroenergetyki również dążą do
wzmocnienia swojej pozycji przez rozwój w zakresie usług sieciowych, dobranych pod kątem
5
specyfiki partnerów biznesowych. Przy znacznej liczbie uczestników w obszarze sieciowym
obserwuje się dojrzewanie form współpracy i istotny poziom konsolidacji.
5. Integratorzy systemów będą mieli wzrastający wpływ na decyzje przedsiębiorstw
energetycznych w zakresie sieci inteligentnych, ale przed integracją nadal istnieć będą
wyzwania
Podczas gdy baczna uwaga większości przedsiębiorstw energetycznych i dostawców
wyposażenia zwrócona była na wprowadzenie AMI i zastosowania sieciowe, to obecnie
priorytetowym problemem staje się integracja systemów. Przy coraz większej penetracji
nowych rozwiązań i przejścia od fazy pilotażowej do pełnej aplikacji oraz przy integracji
AMI z usługami sieciowymi narasta potrzeba by informacja – krwioobieg inteligentnych
inwestycji sieciowych - była dostarczona w żądane miejsca, po umiarkowanym koszcie i w
przewidywalnych ramach czasowych. Występuje tu poważne wyzwanie: konieczne jest
zwielokrotnienie danych przy jednoczesnym zawężeniu okna pomiarowego, przy czym
informacje o operacjach sieciowych są pozyskiwane przez coraz bardziej wyrafinowaną i
inteligentną sieć sensorów. Zwiększa to stopień komplikacji do bezprecedensowych
poziomów, a rola integracji systemów i dostarczania informacji stają się czynnikami
krytycznymi. Z uwagi na nowość występujących problemów, przedsiębiorstwa skłonne są ten
obszar traktować jako swoistą „czarną skrzynkę”, co z kolei zmusza do zwiększenia roli
integratorów systemów (S1s). Prowadzi to nie tylko do kluczowej roli systemów
technicznych i integracji, lecz łączenie tych systemów w układy informowania klientów i
billingowania powoduje krytyczną rolę także systemów decyzyjnych dla biznesu. Zakres
występujących zmian uświadamia dyskusja o potrzebie posiadania przez przedsiębiorstwa
energetyczne dostępu do „super - danych” na zasadzie wyłączności. Do obszaru dostarczania
usług obok wielkich firm technologii informatycznych (IT) dołączają również mniejsi
partnerzy, tworząc zjawisko „back-office IT providers”.
Integratorzy systemów (SIs) będą mieli coraz bardziej liczący się wpływ na decyzje
inwestycyjne w zakresie sieci inteligentnych. Można wyróżnić dwa modele współdziałania
przedsiębiorstwa z integratorem: niektóre przedsiębiorstwa wybierają ścieżkę łączenia
zaawansowanej infrastruktury opomiarowania (AMI) i kontraktów na integrację systemów w
jedną całość na drodze wyboru konsorcjum, któremu przewodzi integrator, pełniący funkcje
lidera. Alternatywą jest oddzielenie integratora i umożliwienie partnerowi pełnienie
kluczowej roli w dopomożeniu przedsiębiorstwu w określeniu finalnego fragmentu planu
wprowadzenia sieci inteligentnej. Obejmuje to pomoc w zdefiniowaniu kluczowych obszarów
funkcjonalności w aplikacjach biznesowych, wspomaganie w doborze dostawców,
nadzorowanie rozwiązań pilotażowych oraz rozszerzenie obszarów zastosowań. Rola
integratorów (SIs) o krok wyprzedza tradycyjne zadania integracji w aspektach decyzji o
sieciach inteligentnych w przedsiębiorstwie energetycznym.
Pewna doza nieokreśloności procesów integrowania („czarna skrzynka”) oraz wzrastające
zaufanie do integratorów stanowi podstawę zdrowego marginesu w tym fragmencie łańcucha
6
wartości sieci inteligentnych. Dla wielu SIs stanowi nowy strumień przychodów, który może
mieć wartości znaczące, gdyż potencjalna przewaga, uzyskana przez partnera –
przedsiębiorstwo energetyczne, może prowadzić do wieloletnich korzyści, wynikających ze
wspierania i integrowania. Złożoność wymaganych do tego celu danych plasuje integratorów
w strategicznym położeniu względem przedsiębiorstwa.
Zanim zadziała proces integracji przedsiębiorstwo musi określić zakres i rolę tego procesu z
określeniem przewidywanych wydatków wspierających sieć inteligentną. Mając na uwadze
fakt, iż mamy tu do czynienia ze swoistą niepewnością („czarna skrzynka”) jest dość
oczywiste, iż oceny wydatków na IT ulegają rewizji w toku działań pilotażowych i
wdrożeniowych.
5. Waga problemów przemieszcza się od zarządzania popytem i zastosowań sieciowych
do ułatwienia wykonywania funkcji
Problemy sieci małej skali (HANs) oraz zastosowania po stronie sieci nadal są traktowane
jako ważne, jednak w bliskiej perspektywie zainteresowanie będzie przemieszczać się w
stronę funkcji, postrzeganych typowo jako wynikające z koncepcji „smart grid’u”. W
szczególności są to funkcje integracji źródeł wiatrowych, fotowoltaicznych, kogeneracyjnych
oraz pojazdów elektrycznych (EVs, zarówno w wersji poboru energii jak i jej oddawania do
sieci) jak i niezbędnych technologii magazynowania energii i wynikających stąd
nowatorskich rozwiązań w obszarze zarządzania energią.
Wiele faktów rodzi potrzebę bardziej dogłębnego rozumienia, jaka jest współzależność
nowych technologii i sieci inteligentnych. Dążenie do stworzenia standardów strukturalnych
źródeł odnawialnych („Renewable Portfolio Standards” – RPS) pociąga za sobą integrację
sieciową na dotychczas niespotykaną skalę. Wzrastające zainteresowanie pojazdami
elektrycznymi ma wpływ na decyzje w zakresie polityki państw, rozwoju przemysłu
samochodowego oraz udziałowi przedsiębiorstw energetycznych, zmieniających nieuchronnie
wymagania odnośnie do infrastruktury. Ponadto przedsiębiorstwa energetyczne są bardziej
zdeterminowane w łączeniu celów standardu efektywności źródeł energii (Energy Efficiency
Resorce Standard – EERS) z zarządzaniem popytem, umożliwianym przez rozwiązania sieci
inteligentnych. Działania te są istotnym impulsem w kierunku redukcji emisji węglowych.
Konieczne i pilne staje się zatem zrozumienie wagi sieci inteligentnych jako czynnika
bezpośrednio umożliwiającego realizację wielu celów. Niestety przedsiębiorstwa
energetyczne nie są zbyt aktywne w tym obszarze. Często przedsiębiorstwa, inwestujące w
OZE i wspierające integrację, reprezentują pogląd, iż są to zadania rozdzielne, realizowane
przez odrębne podmioty lub też, że jest to rola specyficznych zespołów, zaangażowanych w
rozwój sieci inteligentnych. Co więcej – waga sieci inteligentnych nie jest w pełni rozumiana
i prowadzi często do nader zróżnicowanych reakcji, łącznie z sceptycyzmem w poglądach na
istotę „inteligencji” i zakres wyzwań z tym związanych.
Właściwej ocenie roli sieci inteligentnych jako warunkujących pożądane działania sprzyjają
7
biznesowe „case studies”. Zestaw uzyskiwanych korzyści ulega stałemu rozszerzeniu,
zwłaszcza w sytuacji, gdy cele związane z ochroną środowiska stają się mierzalne. Jeżeli
koszty emisji węglowych będą w najbliższej przyszłości możliwe do oceny w wartościach
pieniężnych, to będzie to „twardą” podstawą dla łączenia korzyści redukcji z umożliwieniem
realizacji pewnych funkcji sieciowych. Ponadto bez aspektu alternatywy integracji oraz
wprowadzania do sieci źródeł modularnych biznesowy przypadek „smart grid’u” nie
wprowadza wizji rozwiązań zdecentralizowanych, tak istotnych w polityce energetycznej.
7. Wybór technologii komunikacyjnej staje się coraz bardziej złożony
Dobranie technologii komunikacyjnej o największej przydatności w sieci lokalnej i
wielkoobszarowej jest zmorą decydentów w spółkach sieciowych, regulatorów oraz
z
chwilą
opracowania
funkcjonalnych
systemów
dostawców
wyposażenia
zautomatyzowanych odczytów mierników (Automated Meter Reading – AMR). Początkowo
dyskusja skupiała się na problemie transmisji od systemów mobilnych do stacjonarnych;
obecnie zakres debaty uległ poszerzeniu o problemy łączy szerokopasmowych. RF oraz
wykorzystania sieci elektroenergetycznych (PLC). Aczkolwiek brak jeszcze ostatecznych
decyzji, to ostatnie wdrożenia na wielką skalę faworyzują dostawców technologii
częstotliwości radiowych.
Następna fala decyzji o technologiach komunikacyjnych będzie zapewne skupiać się na trzech
konkurentach. Pierwszą grupę stanowi zestaw już wykorzystywanych technologii, które
nieustannie polepszają swoje parametry w zakresie szerokości pasma, zdolności
przechowywania informacji oraz zdolności współpracy z protokołem internetowym (IP). W
drugiej grupie dominują nowe technologie komunikacji, głównie w postaci 3G, GRPS oraz
WiMax. Przyszłość tych technologii jest nadal przedmiotem dyskusji. Zwolennicy technologii
bazujących na środkach Telcom wskazują ich wdrożenie w części Europy jako oznakę ich
przyszłego rozwoju (na przykład GPRS w krajach skandynawskich). Ma to być argumentem
za poniechaniem rozpowszechniania technologii, które uzyskały już poziom rynkowej
penetracji (lub są tego bliskie) w USA, jak to ma miejsce w przypadku WiMax. Jeszcze przez
lata nie dojdzie zapewne do ustalenia poglądów na temat regulacji własności struktur
sieciowych, ale działalność na poziomie przedsiębiorstw energetycznych musi być
kontynuowana. Trzecim modelem, którego przyjęcie znacząco zmieni obecną sytuację, jest
skupienie się na interakcji klienta i dostawcy usług z wykorzystaniem możliwości Internetu.
W modelu tym miernik jest w istocie zastąpiony przez serwer domowy, funkcjonujący jako
„wirtualny system opomiarowania”. Łączy się on z komputerem klienta jako interfejs i
zapewnia wymaganą funkcjonalność układu HAN, dostarczając odpowiednie dane
pomiarowe, wymagane przez przedsiębiorstwo od swego klienta. Przyjęcie takiego modelu
zmusza do sprecyzowania problemów, odnoszących się do fizycznej nieciągłości i dostępu
szerokopasmowego. Model może okazać wysoką atrakcyjność na konkurencyjnych rynkach
detalicznych, na których gracze mogą korzystać z zaawansowanej infrastruktury
opomiarowania (AMI) lub sieci małoskalowych (HANs) dla zaoferowania bardziej
korzystnych propozycji w celu zdobycia i utrzymania klientów. Wymaga to oczywiście
8
rozwiązania problemów poufności danych i dostępu do nich. Takie rozwiązania są już
stosowane np. w energetyce niemieckiej.
Wyzwaniem dla przedsiębiorstw energetycznych jest i pozostanie wdrażanie sieci
inteligentnych w warunkach kontynuowanego postępu technologii. Jest to nieunikniony
aspekt „smart grid’u”, lecz wskazane jest, by zamiast w całości odrzucać pewne rozwiązania,
dokonywać doboru scenariuszowego rozwoju sieci inteligentnych z ograniczonym ryzykiem
decyzyjnym. Ważna pozostaje rola organu regulacyjnego, ustalającego reguły finansowania i
zwrotu inwestycji w sieci inteligentne.
8. Swoboda wyboru nie wydaje się zagrożona w najbliższym czasie
Narasta przekonanie wśród dostawców systemów opomiarowania, produktów sieciowych i
usług, że łańcuch wartości, wprowadzanych przez sieci inteligentne będzie w kilku
następnych latach przedmiotem szybkiej komercjalizacji. Innymi sławy, AMI oraz
technologie sieciowe ulegną wzrastającej standaryzacji w sytuacji gdy zapotrzebowanie ze
strony przedsiębiorstw energetycznych spowoduje zarówno zwiększenie skali jak i
interoperacyjności zastosowań przy kurczącym się marginesie działań spontanicznych. Gdy
wydarzy się to po stronie końcowej sieci i opomiarowania margines będzie miał tendencje do
migrowania w stronę funkcjonalności bardziej złożonej – w rodzaju integracji systemów i
zarządzania danymi. Istnieje wiele czynników, zapobiegających komercjalizacji „na końcu
łańcucha” w inteligentnej infrastrukturze sieciowej. Dostawcy systemów AMI, HAN oraz
zastosowań sieciowych mogą zapewnić utrzymanie luki interoperacyjności i nadal zachować
zróżnicowanie innych specyfikacji produktu. Przykładowo dla wielu dostawców AMI wejście
do protokołu internetowego (IP) stanowi przyjęcie standardu interoperacyjności, ale margines
swobody rozwiązań AMI pozostaje nienaruszony. Podobnie – gdy liczni dostawcy oferują
aplikacje regulacji mocy czynnej i biernej, to dla zachowania ich odróżnialności można
dodawać dodatkowe cechy i usługi. Także w zakresie zarządzania stroną popytową
występujące dziś innowacje w produktach i usługach wynikają z mnogości ofert, przy czym
wiele z nich obejmuje cechę interoperacyjności, lecz trudno jest oferty te ze sobą
porównywać. Margines swobody będzie miał charakter lokalny dla segmentów łańcucha
wartości tak długo, aż dostawcy osiągną zrównoważenie pomiędzy interoperacyjnością i
odpowiednim zróżnicowaniem usług. Co więcej – zachowanie marginesu zapewni cecha
modularności i dopasowania do wymogów klienta.
9. Próba czasu: nadchodzący sukces wielkich wdrożeń toruje drogę dla wszystkich
zastosowań smart gridu
Istotne jest zakończenie rozważań uwagami praktycznymi, wynikającymi z doświadczeń „tu i
teraz”. Ostatecznie zastosowanie sieci inteligentnych wynikać będzie z sukcesu obecnych
prób, zakrojonych na szerszą skalę na przykład w niektórych stanach USA dla tzw. „targeted
utilites”. Zarówno przedsiębiorstwa energetyczne jak i dostawcy obserwują te próby z
9
nerwowym niepokojem. Sukces (lub jego brak) w efekcie końcowym zdeterminuje, czy
przedsiębiorstwa i regulatorzy odniosą korzyść, czy też poniosą porażkę w upowszechnieniu
koncepcji sieci inteligentnych. Sąsiednie podmioty, nie biorące udziału w eksperymencie,
będą zainteresowane informacjami o ekspansji programu, napędzanej profitami z
ewentualnego sukcesu.
Konieczne są jednak wieloskalowe projekty demonstracyjne, obejmujące duże obszary
geograficzne. Z uwagą obserwowane są próby utworzenia w Boulder (Colorado) „Smart Grid
City”; instrumentalna jest rola tego projektu dla przyszłości sieci inteligentnych.
Projekty tej klasy muszą obejmować znaczące obszary o demografii odzwierciedlającej
strukturę przychodową i edukacyjną ludności. Użyteczność programów pilotażowych polega
na możliwości oceny, jak większa liczba klientów zareaguje na sieć inteligentną. Projekt nie
musi być znaczących rozmiarów, lecz kluczem jest prawidłowa reprezentacja społeczeństwa.
Takie podejście umożliwia czynny udział konsumentów na drodze wyrażania interesów i
sprzedaży energii i usług pomiędzy sobą, wyręczając w tym przedsiębiorstwa energetyczne,
platformy obrotu i regulatorów. Jeżeli klient zażyczy sobie miernika, to go otrzyma, a
powszechna staje się informacja o korzystnych cechach nowego systemu; pojawia się też
skłonność do płacenia nieco więcej za te korzyści. Niepokój może budzić jedynie sytuacja,
gdy nową generację inteligentnych mierników wmusza się klientowi bez jego akceptacji.
Rodzić to może przekonanie, że uzyskuje się nowy domowy gadget, o użyteczności którego
można powątpiewać.
Musimy pamiętać, że sieć inteligentna zachowa i wykorzysta swój olbrzymi potencjał tylko
przy akceptacji klienta. Podczas gdy możemy zaobserwować znaczny postęp w efektywności
i niezawodności dzięki modernizacji sieciowej infrastruktury przesyłowej, to nie jesteśmy w
stanie zmienić zachowań klienta i popytu na energię, o nie ile będzie on przekonany o
oczekujących go korzyściach.
10. Ścieżki ewolucji
Dobrą prezentacją oczekiwań i działań w kierunku ewolucji od sieci „tradycyjnych„ do
„inteligentnych” są rozważania, przytoczone w [5] i dające się streścić grafiką rysunków 1-6.
I tak na Rys.1 przedstawiono obszary funkcjonalne sieci, ewoluujące od klasycznej
automatyki po wyrafinowane aplikacje na poziomie przedsiębiorstwa elektroenergetycznego
(o czym wspomniano uprzednio w p.4.). Rys.2. jest próbą dekompozycji procesu rozwijania
inteligencji infrastruktury sieciowej i przedstawienia wzajemnych relacji podstawowych
składników tego procesu. Rys.3. jest syntezą działań, wynikających z konsolidacji poziomej i
integracji pionowej elementów, konstytuujących smart grid. Z kolei Rys.4. ilustruje związki
funkcjonalności z ratą zwrotu z nakładów inwestycyjnych przy ewolucji od harware’u
elektromechnicznego po siec połączonych mikrogridów ze sterowaniem rozproszonym , Na
Rys. 5 zobrazowano powstające struktury powiązań
na poziomach od generacji
scentralizowanej po sieci o mikrozasięgu lokalnym (HAN). Poglądowe zdekomponowanie
ścieżki ewolucji zależności poziomu nakładów inwestycyjnych od raty zwrotu z tych
10
nakładów, przy zróżnicowanym stopniu złożoności wykorzystanych środków oddziaływania
na funkcje infrastruktury sieciowej, przedstawiono na Rys. 6.
11
Interesującym spostrzeżeniem jest zauważalne przyspieszenie przyrostu efektywności w
funkcji stopnia zaawansowania zastosowanych rozwiązań, zwiększających „poziom
inteligencji” struktury sieciowej.
12
13
11. Próba wniosków
Dotychczasowe rozważanie, aczkolwiek intuicyjnie niesprzeczne z inżynierskim
doświadczeniem , muszą być wsparte analizą przypadku i całościową oceną efektywności
ekonomicznej. Przykładem, aczkolwiek tylko wyrywkowym takich analiz jest ogłoszony
przez Baracka Obamę „największy projekt modernizacji sieci w historii USA” [6]. Inwestycje
o budżecie 2,32 mld USD pochodzą z amerykańskiego programu reinwestowania i
modernizacji. Według analiz EPRI wprowadzeniu idei SmartGrid’u winno zaskutkować
zmniejszeniem krajowego zużycia energii o 4 % do roku 2030, co oznacza dla biznesu i
indywidualnych konsumentów oszczędność rzędu 20,4 mld USD. Szacunki Departamentu
Energii (US-DOE) zakładają obniżenie zapotrzebowania mocy szczytowej o 1400 MW , co
oznacza uniknięcie inwestycji w wysokości 1,5 mld USD. Efektem dodatkowym będzie
powstanie dziesiątków tysięcy nowych miejsc pracy.
Wiele wskazuje na to iż postawienie na idee SmartGrid’u może być bodźcem dla rozwoju
gospodarki kraju i zwiększenia efektywności orazi bezpieczeństwa elektroenergetycznego .
Literatura
[1] J. Malko: Sieci inteligentne – zasady i technologie. Rynek Energii Nr 3 (32), 2009
[2] H. Tai, E. Ố hỐgain: Behind the buzz – eight smart-grid trends shaping the industry. IEEE
Power & Energy Mag. Vol. 7, Nr 2, March/April 2009
[3] S. Ottewell: Advanced automation need to achieve smart grid success. Int. Power engineer
Nov. 2009
[4] R. Charnah: The electrical grid of tomorrow will be flexible and self-healing. Int. Power
engineer, Nov. 2009
[5] H. Farhangi : The Path of the Smart Grid. IEEE Power& Energy Mag. Vol. 8 Nr
!Jan/Febr 2010
[6] Editorial : Multi-billion dollar investment spurs US transition to Smart Energy Grid. Int,.
Energy Solutions Setform, Jan. 2010
14
Smart gids as a factor influenced dewelopment of power sector
Summary
Development of the smart grid depends mainly on the new technology solutions. There is an
emerging confidence that the smart grid embodies a set of technology investment that can
transform the way service is deliverd to customers. A wide variety of players have entered the
smart grid value chain with material investments. In light of contracting developments,
opportunities and challenges there are eight key trends and areas that will heawily influence
on the development traiectory of progress in the next years.
Streszczenie
Rozwój sieci inteligentnych zależy w głównej mierze od nowych rozwiązań technicznych.
Wzrasta przekonanie, że koncepcja sieci inteligentnych obejmuje szereg inwestycji,
mogących istotnie zmienić sposób dostarczania klientom usług energetycznych. Łańcuch
wartości dodanych tworzy mnogość graczy, zainteresowanych nowymi rozwiązaniami
infrastrukturalnymi. W świetle różnorodnych aspektów rozwojowych wyróżnić można osiem
tendencji i obszarów, które istotnie wpływać będą na trajektorię postępu technologicznego w
nadchodzących latach.