Co činí inteligentní elektřinu budoucností řízení energie?

Inteligentní elektřina: dozor v reálném čase a chytré řízení distribučních sítí

Možnost sledovat údaje o spotřebě elektrické energie za účelem okamžitého řízení provozu představuje zásadní změnu v oblasti řízení energie. Data v reálném čase, která poskytují senzory nasazené v bezproblémové drátové síti IoT díky jejich výpočetnímu výkonu, spolu se sofistikovanými algoritmy v datovém toku, umožňují detekovat odchylky zaznamenané senzory v toku (např. napěťové špičky, přepětí a poklesy napětí) i vzory spotřeby. Tyto okamžité údaje umožňují provozovatelům:

- Předejte poruchám zařízení průběžnou údržbou před tím, než dojde k jejich poruše.

- Okamžitě optimalizujte distribuci energie v obdobích zvýšené poptávky.

- Snížete provozní náklady a zvýšíte spolehlivost uzlů spotřeby (rozprostřená síť) snížením průměrných provozních nákladů uzlů spotřeby (rozprostřená síť).

- Snížíte průměrné provozní náklady uzlů spotřeby (rozprostřená síť).

Schopnost sledování reálného výkonu spotřeby zvyšovat provozní flexibilitu.

Co chytré sledování přináší pro integraci chytré sítě

Chytré monitorování umožňuje dynamické řízení poptávky a odezvu na straně poptávky v celé síti. Umožňuje posun vzorů spotřeby energie v reakci na náhlé změny počasí, bouřky nebo výrobní výstup. Senzory, které detekují abnormální odezvy na výrobních zařízeních, spustí ochranná opatření, aby se předešlo selhání systému. Reakce na poptávku může zvýšit provozní flexibilitu přibližně o 40 % ve srovnání se systémy, které fungují na principu odezvy na poptávku. Tyto systémy mají potenciál snížit dobu provozu systému o 40 %.

Využití strojového učení, analytiky a IoT pro prediktivní vyvažování zátěže

Kombinace edge computingu s cloudovou analytikou vytváří elektrické sítě, které jsou chytré a odolné a které se neustále optimalizují.

Systémy chytré sítě: Význam systémů chytré sítě: Základní pilíř nasazení chytré elektřiny

Modernizace sítě: Spolehlivost, odolnost a obousměrné komunikace

Chytré sítě se modernizují pomocí technologií pro sledování v reálném čase a automatické řízení, které dokážou identifikovat problémy – včetně poruch transformátorů – během několika milisekund (tj. dvakrát rychleji než starší systémy reagují na stejný problém). Chytré sítě mají také funkci samoopravy, která automaticky přesměruje tok elektrické energie a tak zabrání rozsáhlým výpadkům napájení. Podle studie Institutu Ponemon z roku 2023 tyto systémy průmyslovým podnikům ročně ušetří přibližně 740 000 USD kvůli ztrátám příjmů. Dále umožňují obousměrnou komunikaci. V době vysoké poptávky po elektrické energii mohou energetické společnosti odesílat signály o zvýšení cen. Spotřebitelé jsou tak motivovali přesunout své činnosti s vysokou spotřebou elektřiny (např. nabíjení EV a praní) do off-peak období. Tím se spotřebitelé proměňují v aktivní účastníky, kteří přispívají ke stabilizaci sítě.

Chytný tok elektrických dat umožněný protokoly s nízkou latencí (MQTT, LoRaWAN, 5G)

Okamžitý a spolehlivý přenos dat je nezbytný pro udržení stability sítě. Pro poskytování přenosu dat s různými úrovněmi latence se využívají protokoly s nízkou latencí:
5G je schopno poskytnout dobu odezvy <10 ms na řídicí signály považované za kritické pro plnění mise (např. řízení solárního invertoru během kolísání napětí).

MQTT je schopno zpracovávat telemetrická data z milionů měřicích zařízení a odhaduje se, že snižuje objem přenášených dat o 70 % (IEEE, 2023).

LoRaWAN je schopno po několik let fungovat na jediné baterii (poskytuje upozornění na výpadky) a umožňuje připojení ke senzorům v odlehlých rozvodnách.

Shrnutím lze říci, že tyto technologie společně umožňují prediktivní vyrovnávání zátěže.

Podpora integrace obnovitelných zdrojů prostřednictvím chytrých elektrických systémů

Koordinace distribuované solární, větrné a akumulační energie prostřednictvím inteligentních řídicích vrstev

Výroba energie ze sluneční a větrné energie vyžaduje značnou koordinaci, aby se udržela stabilita elektrické sítě, neboť tato energie je vyráběna náhodně. Moderní inteligentní sítě jsou vybaveny pokročilými řídicími systémy, které spravují různé zdroje výroby po celé síti. Tyto systémy řídí výrobu a akumulaci energie ze slunečních a větrných zdrojů na základě předpovědí počasí a dat v reálném čase získaných ze sítě. Například v případě přebytku sluneční výroby síť přesměruje tuto energii do zařízení pro ukládání nebo do jiných částí sítě. Naopak v době slabého větru síť uvolní uloženou energii pro generátory. Tento typ řízení snižuje potřebu využívat generátory na fosilní paliva a omezuje ztráty při výrobě obnovitelné energie. Podle studie Národní laboratoře pro obnovitelnou energii z minulého roku bylo zjištěno, že tento typ řízení může zvýšit využití výroby obnovitelné energie téměř o 30 %, čímž se ročně sníží emise CO₂ z výroby z fosilních paliv o 28 tun na každý MW instalované kapacity. To, co kdysi byl pouze bod nespojité výroby obnovitelné energie, se nyní stává spolehlivým zdrojem energie pro elektrickou síť.

Posílení postavení spotřebitelů: inteligentní měřiče a účast na straně poptávky

Rozvoj inteligentních měřičů poskytuje zákazníkům možnost převzít kontrolu nad svou spotřebou energie. Inteligentní měřiče umožňují zákazníkům energetických služeb překročit roli pasivního zákazníka a stát se aktivními účastníky fungování energetického systému. Inteligentní měřiče jsou součástí systému nazývaného pokročilá infrastruktura měření (Advanced Metering Infrastructure). To znamená, že zákazník může sledovat, jak systém funguje, a vidět rozpis své spotřeby podle jednotlivých zařízení a nakonec provést změny ve svém chování, aby ušetřil peníze. V časopisu Energy Efficiency Journal bylo uvedeno, že zákazníci s inteligentními měřiči v prvním roce jejich nasazení snížili svou spotřebu o 50 % oproti zákazníkům s inteligentními měřiči. Tento výsledek je očekávatelný, neboť zákazníci, kteří znají svou úroveň spotřeby, změní své chování tak, aby spotřebovali méně.

Klasické měřiče vs. inteligentní měřiče

Měsíční ruční odečty, odhadované faktury a jednosměrná komunikace.

Celý systém podporuje dynamické cenové modely, které se dnes běžně používají, zejména časově závislé sazby za elektřinu. Díky těmto možnostem lidé prají prádlo a nabíjejí své EV v období mimo špičku, kdy jsou sazby nižší. Některé pilotní programy poskytly důkazy z reálných podmínek. Řízení poptávky snížilo závislost na starších záložních elektrárnách spalujících fosilní paliva o 14 % podle zprávy o modernizaci sítě z minulého roku. Této problematice je věnováno mnoho výzkumů. Lidé mají tendenci pochopit danou situaci a následně snížit svou špičkovou spotřebu o 8 až 12 procent. Tento závěr potvrdila studie publikovaná v časopisu Energy Policy, která zkoumala účinky zapojení spotřebitelů. Chytré domácnosti tuto možnost ještě rozšiřují. Měřiče automaticky reagují na kolísání cen během dne a mohou například upravit nastavení termostatu nebo dokonce dočasně pozastavit nabíjení EV. Náhodná spotřeba energie se tak mění na úmyslnou a pro energetickou síť výhodnou spotřebu energie.

Často kladené otázky

Co je sledování spotřeby energie v reálném čase?

Sledování spotřeby energie v reálném čase znamená použití senzorů a datových proudů k automatickému rozpoznávání odchylek ve spotřebě energie a k podnikání nápravných opatření za účelem zvýšení účinnosti a snížení provozních nákladů.

Jak chytré sítě zvyšují spolehlivost sítě?

Pokročilá analytika a sledování dat v reálném čase pomáhají chytrým sítím zvládat a předcházet rozsáhlým výpadkům ještě před tím, než k nim dojde. Samoopravné a automatické řídicí systémy řídí a zvyšují spolehlivost dodávky elektrické energie i za maximálního zatížení sítě.

Jaké technologie podporují tok dat v chytrých elektrických sítích?

Aby technologie pro tok dat udržely stabilitu, vyžadují komunikaci s nízkou latencí. Technologie 5G, LoRaWAN a MQTT tuto požadavek dobře splňují a umožňují rychlé zpracování dat ke lepšímu řízení zátěže a síťových systémů.

Jak chytré elektroměry podporují účast spotřebitelů?

Chytré měřiče povzbuzují zákazníky, aby sledovali a upravovali svou spotřebu elektřiny, a to tím, že jim poskytují aktuální údaje v reálném čase. Zákazníci se mohou také zapojit do tarifních programů s časově diferencovanými sazbami a přesunout svou spotřebu elektřiny do období mimo špičku, čímž sníží svůj účet.