Aktuální vydání

celé číslo

07

2019

Řízení dopravy a budov

celé číslo

Distribuční energetické sítě: nové požadavky na automatizaci

Pro strategický obor, jakým jsou distribuční energetické sítě, mají odhady budoucího vývoje zásadní význam. Na co se mají připravit odborníci pro řízení a měření v tomto oboru, napověděla studie Integrierte Technologie-Roadmap Automation 2015+, kterou zpracoval Institut pro studie budoucnosti a vyhodnocování techniky IZT (Institut für Zukunftstudien und Technologiebewertung) na objednávku odborného svazu ZVEI (Zentralverband der Elektrotechnik- und Elektronikindustrie). Informace převzaté z této studie jsou v článku doplněny názorem odborníka z praxe.
 

Směry vývoje

Mezinárodní energetická soustava v současnosti prochází velmi pomalou transformací, která má za následek nové požadavky na odvětví automatizace, zejména na správu provozu elektrické sítě. Pro řízení distribučních energetických sítí jsou významné tři směry:
  • liberalizace a privatizace trhů s energií,
  • decentralizace výroby energie,
  • využívání obnovitelných zdrojů energie.

Liberalizace a privatizace trhů s energií

Tlak na ceny a maximální zisky vede k většímu využívání automatizace. Podle očekávání bude liberalizace a privatizace trhů s energiemi pokračovat, ale vlády jednotlivých států budou i nadále určovat energetickou politiku. Regulace ze strany vlád jednotlivých států vede k povinnosti podávat zprávy doplněné velkým množstvím údajů. Proto roste poptávka po expertních systémech pro řízení dat.
 

Decentralizace výroby energie – Smart Energy Grids

Po roce 2020 by měl podle expertů podíl decentrálních výrobců energie vzrůst na 30 %. Klasický rozvod energie z velkých elektráren přes jednotlivé napěťové úrovně až ke spotřebitelům bude nahrazen rozvodem od decentralizovaných výrobců a obousměrnou sítí. Stabilitu napětí již tedy nebude možné udržovat regulací v elektrárně, ale bude třeba stále více regulačních funkcí přenést do „chytrých sítí“ – Smart Energy Grids. Velké centrální elektrárny budou existovat i nadále, budou však mít podstatně menší význam než nyní. Energetické sítě (elektřina, plyn a teplo) budou uspřádány obousměrně – energie bude běžně přiváděna „zdola“ (z úrovně distribuční sítě).
Značný tržní potenciál budou mít cenově příznivá standardní řešení pro decentrální výrobce. Tyto decentralizované energetické soustavy budou řízeny prostřednictvím komunikační sítě, která povede paralelně s energetickou sítí (a částečně bude využívat i stejnou infrastrukturu). Rozptýlení výrobci budou propojeni do virtuálních elektráren. Expertní systémy a distribuovaná inteligence umožní, aby byly z centrály virtuálních elektráren sestavovány pouze řídicí metapříkazy, které pak budou lokálně překládány do odpovídajících procesních rutin. S využitím řídicích systémů založených na poptávce bude řízena spotřeba energie jak malých koncových uživatelů (např. chladicích boxů), tak i velkých průmyslových provozů (např. elektrolýza tavenin pro hliník). Lokální expertní systémy vypočítají, zda je možné v daném okamžiku snížit vlastní spotřebu a později kompenzovat výpadek při nižší ceně energie.
 

Předpoklady pro decentralizované energetické soustavy

Decentralizované uspořádání energetické soustavy by se mohlo prosadit okolo roku 2030, avšak za předpokladu, že bude vyřešen cenově dostupný obousměrný přenos dat. Dosud není jisté, zda se pro jeho řešení prosadí bezdrátový přenos dat nebo komunikace po elektrické síti ani kdy bude řešení k dispozici. Pro decentralizované uspořádání energetické soustavy je dále třeba vyvinout další specifické metody a prostředky:
  • standardizace datových protokolů – mají umožnit, aby se na centrální dozornu mohli připojit různí výrobci,
  • expertní systémy pro automatizované řízení dat,
  • nenákladné hromadně vyráběné produkty s jednoduchým operátorským rozhraním,
  • nová řešení v oboru síťové techniky.
Na obr. 1 je uvedeno, kdy by měly přicházet na trh nástroje potřebné pro prosazení decentralizace energetických soustav. Ukazuje se, že mnoho nástrojů bude připraveno k použití v rozmezí let 2010 až 2015.
 

Obnovitelné zdroje energie

Odborníci počítají s tím, že podíl energie vyrobené z obnovitelných zdrojů se v příštích dvaceti až pětadvaceti letech více než zečtyřnásobí a dosáhne 25 %, zatímco nyní je to pouhých 6 %. Je sporné, zda proud z obnovitelných zdrojů bude distribuován mezinárodní sítí. Jestliže k tomu dojde, nebude to dříve než v roce 2030. Uvedený stav dovolí výrobu energie založenou na regionálních obnovitelných zdrojích, např. ze solárních zdrojů v severní Africe nebo z biomasy ve střední Evropě.
Využívání obnovitelných zdrojů energie vyvolává poptávku po senzorech pro zjišťování stavu zařízení v reálném čase, dále po expertních systémech a optimalizačních modelech, samoučících expertních systémech pro bezpečný přenos dat.
V důsledku rostoucího podílu obnovitelných zdrojů energie a liberalizace trhu s energií rostou požadavky na síťovou techniku. Proto je nutné soustředit se na vývoj těchto technických řešení:
  • aktivní řízení sítí,
  • obousměrná bezztrátová výkonová elektronika,
  • senzorika,
  • optimalizované predikční nástroje (i pro meteorologické předpovědi),
  • modelovací nástroje (zatížení sítí).

Stanovisko odborníka z praxe

Roman Danel: Pro řízení decentralizované energetické soustavy je nutné vyřešit standardizaci a legislativu.
Jaký dopad bude mít liberalizace a privatizace trhů s energií na řízení a měření v distribučních sítích? Podle mého mínění to záleží na řídicí úrovni. Neočekávám, že by došlo k zásadní kvalitativní změně na procesní úrovni řízení (sběr dat, měření), maximálně vzroste počet snímaných veličin nebo akčních prvků. Větší změna bude zřejmě na vyšších úrovních řízení, kde bude nutné využívat pokročilejší prostředky pro řízení, tedy expertní systémy, predikci, optimalizaci apod. Pro úspěšné řešení problémů by mělo dojít k většímu propojení průmyslu s výzkumem na vysokých školách. Dnešní spolupráce firem s vysokými školami je v naší zemi bohužel na nedostatečné úrovni.
Pro centrální řízení decentralizované energetické soustavy pomocí propracovaných řídicích systémů bude třeba vyřešit standardizaci a také legislativní zabezpečení (který subjekt bude pověřen správou systému, kontrolní mechanismy apod.). Jde o poměrně náročný proces, který nemůže být úspěšný, pokud nebude podpořen na úrovni státu a EU.
(ev)
Obr. 1. Vývoj nástrojů pro decentralizaci energetických soustav (podle údajů, které shromáždil institut IZT v průzkumu mezi odborníky na svém semináři Workshop 2006)
 
Roman Danel (Kovo, Informační systémy a. s.)
Firma Kovo, Informační systémy dodává spolehlivé a výkonné informační systémy zejména v oblasti řízení distribuce a skladování plynu.
 
Smart Energy Grids a Evropská unie
Trend k decentralizaci je evropskými experty pokládán za spolehlivý a je podporován politickými prostředky (zájem o ochranu klimatu) i výzkumnými snahami. Evropská technologická platforma Chytré sítě (Smart Grids) zveřejnila na začátku letošního roku svůj Strategický výzkumný program pro evropské elektrické sítě budoucnosti (Strategic Research Agenda Europe´s Electricity Networks of the Furute). Dokument je ke stažení na stránkách http://ec.europa.eu/research/energy/nn/nn_pu/article_1078_en.htm#smartgrids_agenda a hlavní cíl programu je v něm formulován takto: „Chytré energetické sítě mají zvýšit efektivnost, bezpečnost a spolehlivost evropských elektrických a plynárenských soustav a sítí tím, že budou dnešní sítě transformovány do interaktivních obslužných sítí a odstraní se překážky bránící širokému rozšíření a efektivní integraci distribuovaných a obnovitelných zdrojů energie.