Biuletyn AGH
Magazyn Informacyjny Akademii Górniczo-Hutniczej
06 lipiec 2022
Strona GłównaBiuletyn AGHArchiwumKontakt
Inteligentne systemy dostawy energii elektrycznej - (ang. smart grids) cykl seminariów zainaugurowany na Wydziale EAIiE
06 kwiecień 2010

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 w sieciach 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.

Istnie 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.

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki reprezentujący wiele różnych kierunków badawczych ściśle związanych z koncepcją inteligentnych systemów dostawy energii elektrycznej ma znakomite warunki do prowadzenia badań mieszczących się w tym obszarze. Wiele z nich realizowanych jest już od wielu lat, rozwój innych powinien być zintensyfikowany lub zapoczątkowany. Uważamy, że we współpracy kilku wydziałów, społeczność naukowa AGH ma 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.

Tym celom ma służyć także cykl seminariów pt. „Inteligentne systemy dostawy energii elektrycznej” organizowanych pod patronatem dziekana Wydziału EAIiE AGH oraz i Komisji Elektrotechniki, Informatyki i Automatyki Polskiej Akademii Nauk, Oddział w Krakowie. Pierwsze z nich odbyło się 4 marca 2010, gromadząc bardzo liczne grono słuchaczy. Profesor Jan Popczyk z Politechniki Śląskiej, uznany autorytet, wygłosił wykład pt. „Innowacyjna energetyka”, przedstawiając polityczne i ekonomiczne uwarunkowania i perspektywy rozwoju nowoczesnej energetyki. Zdaniem Profesora inteligentne systemy tworzą nowe oblicze współczesnej elektroenergetyki, funkcjonującej w środowisku ekonomicznego ryzyka charakterystycznego dla społeczeństwa opartego na wiedzy. Występuje obecnie wyraźnie zauważalny proces przepływu kapitału z tradycyjnych segmentów gospodarki (między innymi z tradycyjnej energetyki) do segmentów innowacyjnych – energetyki odnawialnej oraz zarządzania energią. Zgodnie z prognozami Financial Times (4.02.2010) poziom inwestycji planowanych w Wielkiej Brytanii do 2020 roku, będzie wynosił tylko w obszarze inteligentnych systemów opomiarowania i efektywności wyzwolonej za pomocą smart grid-u, około 26 mld £, a inwestycje w sieci przesyłowe i rozdzielcze są planowane na poziomie 40 mld £. W Polsce na inwestycje w energetykę odnawialną planowana jest kwota 150 mld zł (źródło: J. Popczyk).

Organizatorzy zapraszają do udziału w kolejnych spotkaniach, których harmonogram przedstawiono w tabeli. Informacje oraz materiały wykładowe można także znaleźć na stronie:

www.smartgrid.agh.edu.pl

Zbigniew Hanzelka
Antoni Cieśla

Inteligentne systemy
dostawy energii elektrycznej

(ang. smart grids) cykl seminariów zainaugurowany na Wydziale EAIiE

seminarium_EAIiE.pdf

1.

4.03.2010

prof. Jan Popczyk

Politechnika Śląska

Innowacyjna energetyka

2.

20.04.2010

prof. Ryszard Strzelecki

Instytut Elektrotechniki Warszawa

Układy energoelektroniczne w systemach dystrybucji energii elektrycznej

3.

13.05.2010

prof. Antoni Dmowski

Politechnika Warszawska

Układy przyłączające źródła odnawialne do sieci elektroenergetycznej, poparte przykładami symulacji komputerowych

4.

10.06.2010

prof. Zbigniew Lubośny

Politechnika Gdańska

Wpływ generacji wiatrowej na własności dynamiczne systemu elektroenergetycznego

5.

7.10.2010

prof. Grzegorz Benysek

Uniwersytet Zielonogórski

Nowoczesne układy energoelektroniczne do poprawy jakości dostawy energii elektrycznej

6.

26.10.2010

prof. Janusz Mindykowski

Akademia Morska w Gdyni

Pomiary i problemy pracy elektrycznych systemów wydzielonych

7.

18.11.2010

dr inż. Maciej Mroczkowski

Wojskowa Akademia Techniczna

Bezpieczeństwo elektromagnetyczne kraju a inteligentne systemy dostawy energii elektrycznej

8.

2.12.2010

mgr inż. Donat Zemełko

Instytut Automatyki Systemów Energetycznych

Kompatybilność elektromagnetyczna urządzeń automatyki systemów energetycznych i energoelektronicznych

UWAGA: Cykl seminariów może być rozszerzony o dodatkowe wykłady o terminie i tematyce
których organizatorzy będą informować za pośrednictwem strony internetowej: www.smartgrid.agh.edu.pl