Ekologiczna energetyka dzięki chmurze

Polski miks energetyczny zmienia się na coraz bardziej ekologiczny, jednak musimy mieć świadomość, że ten proces będzie trwał jeszcze dekady. Ze względu na specyfikę bezemisyjnych źródeł energii, transformacja energetyczna naszego kraju wymagać będzie zupełnie nowych narzędzi i metod minimalizacji, optymalizacji oraz bilansowania zużycia i produkcji energii. Analityka Big Data i sztuczna inteligencja w chmurze stają się częścią energetycznej rewolucji.

Branża energetyczna znalazła się pod presją. Rosnąca potrzeba radykalnego ograniczenia negatywnego oddziaływania na środowisko powoduje, że kraje unijne coraz bardziej zaostrzają przepisy. Aby dostosować się do obowiązujących limitów emisji dwutlenku węgla nie wystarczy modyfikacja istniejących technologii, wykorzystujących głównie paliwa kopalne. Już dzisiaj polska energia elektryczna jest droga ze względu na wysokie koszty praw do emisji dwutlenku węgla, a te będą nadal rosły. To problem zarówno dla odbiorców indywidualnych, ale też dla przemysłu, który musi utrzymać swoją konkurencyjność na rynkach międzynarodowych.

Jedną z odpowiedzi na to wyzwanie są ekologiczne źródła energii. W 2020 r. w Polsce źródła odnawialne dostarczały już 18 proc. energii elektrycznej. Nie jest to już nieistotna statystycznie nowinka technologiczna, ale blisko jedna piąta rynku. Nasz miks energetyczny będzie nadal się zmieniał, a udział OZE rósł, jednak jest to proces na dekady. Tymczasem potrzeba działania pojawia się już, bo kraje z ekologiczną, obłożoną niższymi obciążeniami fiskalnymi, energią mają niższe koszty produkcji, a co za tym idzie – bardziej konkurencyjny przemysł. Jak w takim razie przyspieszyć transformację sektora energetycznego?

– Branża musi sięgnąć po cyfrowe narzędzia, które poprawią efektywność jej działania, zarówno na poziomie organizacji procesów, ale także optymalizacji pracy urządzeń wytwarzających bądź konsumujących energię, a co za tym idzie zmniejszą i zoptymalizują zapotrzebowania na moc – mówi Dariusz Śliwowski, wiceprezes zarządu Chmury Krajowej. – Chmura obliczeniowa pozwala w zaledwie pojedyncze miesiąca, a nawet tygodnie, wdrożyć do użytkowania narzędzia informatyczne, które to umożliwiają. Takie rozwiązania możemy wprowadzać już dziś, nie czekając na docelowy kształt rynku energii i docelowy model polskiego miksu energetycznego – dodaje.

Dane chronią środowisko

Przykładem stosowania tego rodzaju rozwiązań jest firma Enel X. Przedsiębiorstwo jest agregatorem mocy, działającym w skali europejskiej. Głównym zadaniem firmy Enel X jest redukcja mocy czasu rzeczywistego (usługa DSR/DSM). Zbudowana na platformie Google Cloud zaawansowana analityka surowych danych (raw data) pozwala na opracowanie prognoz konsumpcji i redukcji. Pozwala to Enel X aktywnie zarządzać portfolio redukcyjnym (np. proponując przesunięcie poboru mocy na inne godziny lub przejście w określonych godzinach na własne źródła zasilania) na poziomie 3 GW. Oznacza to możliwość redukcji dwukrotnie większej mocy niż zapotrzebowanie Warszawy (1,3 GW), a co za tym idzie zmniejszenie spalania paliw kopalnych i w efekcie obniżka emisji dwutlenku węgla.

Monitoring zużycia energii

Systemy telemetrii pozwalają na bieżąco monitorować zużycie różnych mediów: od energii elektrycznej, przez gaz, wodę, ścieki, czy np. w zakładach produkcyjnych parę wodną. Korzyści dla środowiska mogą być wielorakie: monitoring wykrywa nieodpowiedzialne zachowania użytkowników, którzy niepotrzebnie zużywają media, nieprawidłowe ustawienia (np. za wysoka temperatura w pomieszczeniach, gdy nikogo nie ma), pozwala zlokalizować uszkodzenia (np. nieszczelne rury i zawory, wycieki, niesprawne odbiorniki). Poza tym sama świadomość faktu monitorowania powoduje, że pracownicy zaczynają zachowywać się bardziej odpowiedzialnie.

Szczególnym przypadkiem jest wykorzystanie telemetrii masowej przez operatorów energii elektrycznej. Możliwość monitorowania w czasie rzeczywistym zużycia energii milionów klientów i analizowania zebranych danych, daje zupełnie nowe możliwości tworzenia usług, zwłaszcza tych ekologicznych. Masowe odczyty telemetryczne umożliwiają właściwe profilowanie klientów i oferowanie dynamicznej taryfy. Pozwala ona na „wypłaszczanie” charakterystyki dobowej zużycia energii – na podstawie analizy konsumpcji konkretnego użytkownika może on np. otrzymać ofertę tańszej energii elektrycznej w godzinach, w których okoliczny zakład zatrzymuje produkcję.

– Możliwości jakie daje Head End System (HES) jest o wiele więcej. Operatorzy mogą uwzględniać energetykę prosumencką, monitorując mikroinstalacje OZE i np. obniżając cenę energii w słoneczne lub wietrzne dni, gdy w sieci jest jej więcej dzięki ekologicznym źródłom – mówi Dariusz Śliwowski. HES można też wykorzystać do budowy systemów zarządzania przepływami energii w klastrach i spółdzielniach energetycznych, których celem jest współpraca zrzeszonych podmiotów w zakresie produkcji i konsumpcji energii elektrycznej. Dzięki temu redukują zużycie oraz koszty energii, a więc również przyczyniają się do redukcji emisji dwutlenku węgla.

Na rozwiniętych rynkach coraz większą rolę odgrywa magazynowanie energii elektrycznej – technologia, która jeszcze kilkanaście lat temu nie była szeroko stosowana ze względu na niską efektywność. Ale to się zmienia: w Kaliforni w lipcu tego roku po raz pierwszy z magazynów energii przesłano ok. 1 GW mocy chwilowej. Magazyny energii połączone z systemem HES mogą akumulować energię np. z OZE i uzupełniać jej braki w krytycznych momentach, lub wtedy gdy ekologiczne źródła nie są w stanie produkować energii.

Head End System połączony z rozwiązaniami klasy Master Data Management (MDM) umożliwia uruchomienie wielu znanych już na rynku usług poprawiających efektywność energetyczną, ale w nowej odsłonie. Może to być na przykład badanie śladu węglowego (możliwości wyznaczania wskaźników emisji na jednostkę, np. produkcyjną) lub wsparcie wdrożenia normy ISO50001, stosowanie której prowadzi do ograniczenia emisji dwutlenku węgla.

Większa wydajność fotowoltaiki

Wraz z rosnącymi cenami energii na popularności w ostatnich latach zyskały instalacje fotowoltaiczne. Na koniec 2020 roku w Polsce pracowało ponad 460 tys. mikroinstalacji fotowoltaicznych, a rynek nadal dynamicznie się rozwija. Małe instalacje (do 50 kW) mają przeważnie obniżyć koszty energii elektrycznej w domu lub małym przedsiębiorstwie. Inaczej wygląda sprawa w przypadku farm fotowoltaicznych. Tego typu instalacje to inwestycje firm energetycznych oraz finansowych o dużej skali. W przypadku dużej farmy oznacza to inwestycję przekraczającą 100 mln zł, a czas pracy szacowany na dekady. Dlatego kwestia efektywności działania jest bardzo ważna dla inwestorów – od tego, czy będzie pracowała na 100 proc. swoich możliwości zależy powodzenie finansowe projektu i rentowność w całym cyklu życia.

Podłączenie farmy fotowoltaicznej do systemu monitorującego pozwala diagnozować na bieżąco pracę falowników, okablowania, paneli i pozycjonerów nadążnych, czyli poszczególnych jej elementów. W razie nieprawidłowości można szybko podjąć interwencję i naprawić niesprawne elementy. To bardzo ważne, bo uszkodzone panele obniżają efektywność całego systemu. Nie tylko nie produkują energii elektrycznej, ale ją pobierają.

Tego typu system testowo uruchomiła PGE Energia Odnawialna. Na farmie fotowoltaicznej na górze Żar aplikacja dokonuje nawet 77 tys. odczytów stanu systemu dziennie. Dzięki temu operator może na bieżąco śledzić informacje o ilości wyprodukowanej energii, monitorować status techniczny instalacji oraz sprawdzać moc poszczególnych falowników. W razie awarii system powiadomi użytkownika i wskaże element instalacji, który funkcjonuje nieprawidłowo. To duże ułatwienie biorąc pod uwagę, że monitorowana w ten sposób farma o mocy zainstalowanej 600 kW składa się m.in. z 2400 paneli PV, 10 falowników oraz systemu automatyki sieciowej.

– Według wstępnych wyliczeń producenta, dzięki zastosowaniu nowego systemu na farmie PV o mocy 1 MW, możliwe jest zwiększenie przychodu o ok. 15 tys. zł rocznie. Biorąc pod uwagę, że Grupa Kapitałowa PGE planuje do 2030 roku budowę instalacji fotowoltaicznych o mocy nawet 2,5 GW, może to dać kwotę 37,5 mln zł – mówi Paweł Mazurkiewicz, wiceprezes zarządu PGE Energia Odnawialna.

Chmura Krajowa opracowała chmurowy model podobnego systemu, dzięki czemu może on być szybko uruchomiony na potrzeby instalacji PV o dowolnej skali. Monitoring i prawidłowa konserwacja urządzeń to oszczędności dla inwestorów i więcej energii wyprodukowanej bez emitowania dwutlenku węgla.

Chmura wspiera energetykę

Wspólnym mianownikiem wymienionych rozwiązań jest chmura obliczeniowa – serwery dostarczane przez zewnętrznego dostawcę. Dlaczego lepiej korzystać z usług zewnętrznego dostawcy, zamiast rozbudowywać własne serwerownie?

– Przede wszystkim to kwestia elastyczności rozwiązania – wyjaśnia Dariusz Śliwowski. – Chmura publiczna, jak np. Google Cloud, udostępniana przez naszego partnera strategicznego, dostarcza praktycznie nieograniczoną moc obliczeniową i przestrzeń dla danych. To ważne w przypadku sektora energetyki – odczyt i analiza zebranych danych z inteligentnych liczników powoduje bardzo duże zapotrzebowanie na moc obliczeniową w krótkim czasie. Google Cloud automatycznie wyskaluje środowisko IT tak, aby operacja została przeprowadzona szybko. A w momencie, w którym nie ma tak dużego zapotrzebowania na zasoby – zmniejszy je, redukując koszty. Zaryzuję twierdzenie, że rozproszone i zróżnicowane modele produkcji energii elektrycznej będą mogły w pełni ujawnić swoje zalety wyłącznie w przypadku wykorzystania chmury obliczeniowej do zarządzania produkcją i zużyciem energii – tłumaczy.

Systemy działające w chmurze obliczeniowej są łatwe w modyfikacji. Ich architektura pozwala łatwo rozbudować rozwiązanie, np. zwiększyć liczbę monitorowanych urządzeń, przyłączać klastry lub spółdzielnie energetyczne, a także różnej wielkości producentów energii.

Ważna jest też szybkość uruchomienia rozwiązań informatycznych. Zbudowanie aplikacji tego typu od zera w klasycznym modelu IT to projekt na rok czy dwa. Dzięki chmurze obliczeniowej i gotowym rozwiązaniom wdrożenie może trwać zaledwie kilka miesięcy.

Aplikacje pozwalają na zbieranie danych i zarządzanie nimi w czasie rzeczywistym i na tej podstawie równoważyć podaż i popyt. Operatorzy energii mogą stworzyć dzięki tego rodzaju narzędziom całe ekosystemy zarządzania energią – żonglując różnymi źródłami jej produkcji, ale też potrzebami konsumentów (tradycyjne elektrownie, klastry, mikroinstalacje OZE, banki energii, duzi odbiorcy) w taki sposób, aby korzystać z tych najbardziej ekologicznych, a zapotrzebowanie na moc stawało się stabilne i przewidywalne.