System łączności operacyjnej i technicznej LTE450 trafił na listę strategicznych inicjatyw grupy PGE. To ważne, bo w trudnym dla gospodarki okresie szanse mają przede wszystkim projekty wsparte silną determinacją i proaktywną współpracą ze strony wszystkich interesariuszy.

Andrzej J. Piotrowski

Prezes największej w Polsce spółki elektroenergetycznej PGE Polska Grupa Energetyczna Wojciech Dąbrowski ogłosił 19 października 2020 roku nową strategię do 2030 roku (z perspektywą do roku 2050). Choć koncepcja zwiera wiele różnych elementów to w istocie jest to plan transformacji zasobów i organizacji grupy kapitałowej wspierający odejście od energii wytwarzanej ze źródeł węglowych. Dla PGE oznacza to ostry zwrot w kierunku źródeł energii odnawialnej, które jednak ze względu na to, że charakteryzują się silnym uzależnieniem wytwarzania od aury i pory doby (fotowoltaika), wymagają znacznie więcej działań niż tylko zbudowanie nowych źródeł energii.

Eskalacja problemów w zrównaniu podaży z popytem wymaga nowego podejścia

Elektroenergetyka zawsze musiała sobie radzić ze zmiennym zapotrzebowaniem, którego dobowe wahania sięgają nawet jednej trzeciej mocy dysponowanej przez konwencjonalny system elektroenergetyczny. Wprowadzenie znacznego udziału niesterowalnych źródeł OZE bardzo jednak komplikuje całość systemu. Staje się on bowiem nie tylko uzależniony od nie w pełni przewidywalnych czynników, ale jeszcze dodatkowo z kilkunastu punktów wprowadzania do systemu mocy robią się tysiące, a nawet setki tysięcy. W nowej wersji Polityki Energetycznej Polski (PEP), przygotowanej pod kierownictwem Ministra Michała Kurtyki, przyjęto wskaźniki z których wynika, że liczba prosumentów w 2030 roku może sięgnąć nawet 1 miliona. Tym samym właśnie dokonuje się zmiana architektury całego systemu energetycznego ze scentralizowanej na rozproszoną.

Energetyka rozproszona to nabierające rozpędu nowe podejście do sposobu przyłączania do sieci niesterowalnych źródeł energii odnawialnej. Wiąże się to z przesunięciem bilansowania zapotrzebowania i wytwarzania energii na wymiar problemu lokalnego i ograniczeniem zmasowanego wzrostu przepływów prowadzącego do przeciążenia sieci energetycznych. Sieci, budowanych dziesiątki lat wcześniej dla skoncentrowanych w kilkunastu miejscach kraju i w znacznym zakresie sterowalnych źródeł wytwarzania.

Działania na rzecz energetyki rozproszonej w Polsce

W Polsce mamy już liczący się dorobek we wprowadzaniu rozproszonego modelu sektora energii. W wyniku działań rozpoczętych jeszcze w Ministerstwie Energii i kontynuowanych obecnie przez Michała Kurtykę, Ministra Klimatu i Środowiska, dynamicznie rozwijają się inicjatywy klastrów energii, a łączna moc szczytowa instalacji prosumenckich właśnie przekroczyła 15% mocy szczytowej systemu elektroenergetycznego. Znaczący jest też rozwój kogeneracji, która poprzez skorelowanie wytwarzania ciepła na potrzeby grzewcze (CO, CWU) z produkcją energii elektrycznej wprowadza nie tylko lepszą efektywność w przekształcaniu surowców energetycznych, ale też umożliwia lokalną odpowiedź na zwiększenie zapotrzebowania, w okresach niedostatecznej generacji ze źródeł OZE.

PGE zakłada w strategii zbudowanie do 2030 roku w ramach własnych instalacji dużych farm turbin wiatrowych na morzu 2,5 GWp, na lądzie dodatkowy 1 GWp, a w fotowoltaice nawet 3 GWp. Te niesterowalne źródła będą uzupełnione możliwością magazynowania energii elektrycznej o mocy 0,8 GWp. W nowej wizji rozwoju PGE będzie równocześnie stawić na decentralizację, co w oczywisty sposób wymaga automatyzacji systemu energetycznego.

Plany PGE, szczególnie wobec ambicji odegrania roli lidera transformacji energetyki w Polsce, będą dominującym komponentem nowego rozproszonego modelu i choć każde z przyłączy dla nowych inwestycji w OZE będzie wielokrotnie większe od typowej instalacji prosumenckiej (ok. 5,6 kW) to za wyjątkiem farm wiatrowych na morzu będą one istotnie mniejsze i bardziej liczne niż kompleksy obecnie używanych elektrowni węglowych.

Dynamiczny rozwój energetyki rozproszonej zbliża nieuchronność momentu, gdy wystąpi wysycenie możliwości wykorzystania obecnego systemu zarządzania mocą.

Konieczne jest więc przejście z podejścia ekstensywnego na precyzyjne wykorzystywanie każdego, nawet najdrobniejszego, elementu sytemu w czterech płaszczyznach:

1. wytwarzania energii,

2. magazynowania,

3. substytucji i konwersji nośników energii

i

4. inteligentnego odbioru.

Jest to możliwe, jak podkreślono w strategii, właśnie poprzez głębokie zautomatyzowanie procesów energetycznych. Ale by ten proces okazał się skuteczny, wymaga realizacji nie tylko przez samą grupę PGE, ale także przez wszystkie podmioty przyłączone do wspólnej sieci elektroenergetycznej. Dodatkowo, istotne będzie uwzględnienie substytucji poszczególnych nośników energii w innych systemach dostaw (ciepła, gazu, paliw płynnych). Przykładowo, krótko- i średnioterminowe magazynowanie ciepła do celów grzewczych jest prostsze i tańsze niż magazynowanie energii elektrycznej na potrzeby profesjonalnej energetyki. Także niewielkie, domowe magazyny energii elektrycznej mogą wydatnie poprawić jakość i stabilność dostaw. Ponadto, pompy ciepła lub domowe zasobniki ciepłej / lodowej wody dzięki bezwładności cieplnej i możliwości dynamicznego przesuwania okresów grzania / chłodzenia mogą wspierać zarządzanie popytem. Natomiast, zapewnienie mocy potrzebnej do szybkiego ładowania dużej liczby pojazdów elektrycznych może być prostsze poprzez turbiny spalające gaz ziemny, a w nieodległej przyszłości – biometan. Nowe możliwości uzupełniania się systemów energetycznych przyniesie wykorzystanie wodoru i ogniw paliwowych.

Zmiany zależą od dedykowanego systemu cyfrowej łączności

W Polsce mamy wydzielone dla energetyki pasmo częstotliwości 450 MHz umożliwiające komunikację z rozproszonymi komponentami systemu energetycznego. W wyniku przeprowadzenia testów i przygotowania przez PGE Systemy koncepcji budowy sieci w cyfrowej technologii LTE450, Polska zajęła miejsce w światowej czołówce, w grupie krajów już dysponujących przetestowanym potencjałem dla wdrożenia rozwiązania dla energetyki. O ile bowiem technologia LTE upowszechniona została w sieciach publicznych, oferujących usługi masowym odbiorcom, to wersje techniczne spełniające szczególne wymagania sektora energii dopiero trafiają na rynek. Wokół działań PGE powstaje swoisty ekosystem przedsiębiorstw przygotowujących na specjalistyczny rynek dedykowane rozwiązania. Wśród nich są zarówno przedsięwzięci typu start-up, jak i dostawcy mający już pewną renomę. Co ważne, działania PGE tworzą w naturalny sposób doskonałą platformę do rozwoju właśnie polskiej myśli technicznej.

Dorobek PGE w zakresie pionierskich rozwiązań został już odnotowany na poziomie międzynarodowym m. in. przez organizacje takie, jak 450 Alliance czy European Utilities Telecommunications Council.

Rysunek 1. Wykorzystanie technologii LTE w ramach
pasma 450 MHz wg 450 Alliance (stan na październik 2020)

Dedykowane dla energetyki w Polsce pasmo 450 MHz ma znakomite parametry w sferze zasięgu, a dostępność nowoczesnej, cyfrowej technologii LTE dla tego zakresu, umożliwia maksymalne wykorzystanie zdobyczy technologii informatycznych dla sprostania trudnym wyzwaniom, jakie przynosi wprowadzanie energetyki rozproszonej. Chodzi tu m.in. o minimalizację opóźnień w reakcji na zdarzenia w sieci, priorytet w dostępności zasobów radiowych i efektywną kosztowo ewolucję do kolejnych etapów rozwoju technologii telekomunikacyjnych określanych jako piąta generacja (5G). Za dwa do trzech lat poziom komplikacji lokalnych instalacji w rozproszonych systemach energetycznych może bowiem wymagać przetwarzania informacji już na obrzeżu systemu łączności (ang. edge processing) i ustanawiania bezpośredniej komunikacji między urządzeniami końcowymi (ang. proximity services). Wpisanie budowy sieci do strategii jest więc nie tylko logiczną konsekwencją wcześniejszych działań, ale też warunkuje możliwość efektywnej transformacji.

Użycie technologii LTE450 dla wsparcia rozwoju energetyki rozproszonej ma kluczowe znaczenie, bowiem stwarza możliwość:

1. szybkiego ustanowienia komunikacji z urządzeniami, niezależnie od ich położenia geograficznego i poziomu dostępności usług sieci publicznych – istotne dla inicjatyw w obszarach słabiej zurbanizowanych;

2. natychmiastowego (w tzw. czasie rzeczywistym) reagowania na sytuację – np. przejście ławicy chmur redukuje krótkoterminowo wytwarzanie fotowoltaiki w danym obszarze – możliwe jest efektywne, lokalne sterowanie popytem, magazynowaniem i/lub sterowalnymi źródłami wytwarzania;

3. wprowadzenia modelu wirtualnego prosumenta w oparciu o bieżące rozliczenie energii wytwarzanej i zużywanej na potrzeby własne; to istotna różnica w stosunku do istniejącego obecnie planu statystycznego bilansowania, który ogranicza zainteresowanie prosumenta wspólnym z zakładem energetycznym rozwiązywaniem problemu bilansowania i przerzuca całość problemu na podmiot zarządzający dysponowaną mocą systemu;

4. agregacji zarówno źródeł wytwarzania, jak i potencjału regulacyjnego odbiorców – otwiera to istotną dla systemu możliwość dyskontowania wartości wynikającej ze zbilansowania podaży i popytu na energię, a w tym możliwości substytucji nośników energii wśród uczestników takich aranżacji;

5. obsługi komunikacji z obiektami ruchomymi, np.:

   1. pojazdy elektryczne – predykcja popytu,

   2. drony – możliwość zdalnej inspekcji instalacji liniowych,

   3. robotyzacji czynności serwisowych,

   4. wykorzystanie rozszerzonej rzeczywistości (ang. augmented reality, AI) w pracy monterów i ekip utrzymaniowych;

6. budowy „prywatnego” (dedykowanego wyłącznie potrzebom interesariuszy z sektora energii) systemu IoT (ang. Internet of Things, Internet Rzeczy), w którym zarządzający usługami ma możliwość dedykowania zasobów łączności w taki sposób, by zadania priorytetowe dla systemu zostały obsłużone w pierwszej kolejności; w sieci łączności publicznej wszystkie usługi są równoprawne.

Impuls do rozwoju przy najmniejszych kosztach dla finalnego odbiorcy energii przyniesie odpowiednie, logiczne ułożenie łańcucha rozwoju energetyki rozproszonej w kolejności, która może też stanowić ścieżkę rozwoju inicjatyw.

1. Prosument, wg przyjętego w Polsce modelu, tworzący instalacje na potrzeby własne i dysponujący jednocześnie możliwością wsparcia ze strony systemu spełniającego tu role magazynu, co wymaga bieżącego zarządzania odbiorem dostawami energii przez operatora systemu dystrybucyjnego na bazie informacji przesyłanej na bieżąco z liczników pomiarowych, gdziekolwiek by one nie zostały zlokalizowane. Prosument jest istotnym partnerem dla zawodowej energetyki, gdyż przejmuje na siebie część kosztów inwestycyjnych związanych z transformacją na bezemisyjne wytwarzanie energii.

2. Wirtualny prosument, który ma możliwość rozdzielenia geograficznego wytwarzania i konsumpcji energii, w tym dodatkowo przy ewentualnej konwersji nośników (np. wytwarzana energia elektryczna dostarczana jest w postaci metanu z publicznej sieci dystrybucyjnej lub ciepła z lokalnej elektrociepłowni); Wymaga to bieżącego zarządzania odbiorem w miejscu wytwarzania energii elektrycznej i dostawami nośników energii w innym miejscu sieci energetycznych.

3. Agregacja własności zasobów wytwórczych i agregacja odbiorców, w sposób umożliwiający im automatyczne dostosowywanie się z odbiorem do bieżącego potencjału wytwórczego. Konieczne jest tu zapewnienie łączności w celu wprowadzenia zdalnego sterowania dla odbiorników z możliwością ustawienia przez użytkownika różnych scenariuszy wynikających z wagi użytkowej i pełnionej roli dla każdego konkretnego urządzenia.

4. Klastry energii to wyższa forma agregacji połączona z zarządzaniem przesyłami energii w miejscowych sieciach energetycznych w postaci łączenia zasobów własnych i zasobów innych operatorów oraz bilansowania energii własnej z energią dostarczoną / odebraną przez inne podmioty. Konieczne jest tu przesył danych związanych z opomiarowaniem i możliwością sterowania urządzeniami dla wszystkich źródeł, odbiorców oraz niektórych komponentów automatyki sieci energetycznej.

5. Duże, autonomiczne instalacje OZE są zainteresowane kontraktami z odbiorcami finalnymi. W tym przypadku ważne jest opomiarowanie wytwarzania i odbioru, ale też i możliwość gromadzenia na bieżąco informacji eksploatacyjnych pozwalających w oparciu o zaawansowane algorytmy przetwarzania masowej informacji (ang. Big Data) przewidywanie awarii i prowadzenie polityki wyprzedzającego utrzymania technicznego ograniczającej przestoje w czasie gdy aura umożliwia generację energii. W tym rozwiązaniu odbiorca finalny może też aktywnie uczestniczyć w procesie bilansowania dostosowując w miarę możliwości swoje zapotrzebowanie do sytuacji.

Podsumowanie

System łączności operacyjnej i technicznej LTE450 trafił na listę strategicznych inicjatyw grupy PGE. To ważne, bo w trudnym dla gospodarki okresie szanse mają przede wszystkim projekty wsparte silną determinacją i proaktywną współpracą ze strony wszystkich interesariuszy. W tym przypadku dotyczy to nie tylko determinacji i dyscypliny ze strony personelu operatora systemu łączności dla energetyki, ale też uwagi ze strony Zarządu Grupy PGE, oraz pomocy w osadzeniu w systemie formalno-prawnym ze strony administracji Państwa – zarówno Ministra Klimatu i Środowiska, jak i Prezesa URE.

Od efektywnej współpracy między podmiotami sektora energii zależy czy dzięki inwestycji w ogólnopolski system łączności uda się obniżyć presję cenową, z jaką wiąże się transformacja systemu energetycznego. Wytwarzanie energii, która nie zostanie zużyta czy konieczność nadzwyczajnych interwencji w celu zaspokojenia niedoborów w wytwarzaniu to nakręcona spirala napędzająca wzrost cen dla odbiorcy końcowego. Model energetyki rozproszonej może zapewnić znaczny potencjał dla dostaw taniej energii, ale tylko wtedy, gdy poszczególne elementy systemu będą ze sobą dobrze zgrane.

* Andrzej J. Piotrowski – Od 30 lat zajmuje się kreowaniem makro- i mikroekonomicznych rozwiązań dla gospodarki opartej o innowacje i zaawansowane technologie. W 1989 roku kierował zespołem, przygotowującym dla Komisji Wspólnot Europejskich program telefonizacji wsi w warunkach konkurencji rynkowej. Powołany przez KWE (1990) na przewodniczącego grupy ekspertów, a następnie Dyrektora Generalnego programu (6 mln ECU). Doradzał Rządowi Łotwy w prywatyzacji operatora Lattelekom, Regionalnemu Rządowi Flamandii w aktywizacji usług multimedialnych. Wspólnie z inwestorami amerykańskimi powołał przedsiębiorstwo Joint-Venture, wytwarzające PABX-y. Z Rand Corporation Group współtworzył na zlecenie KE studium podsumowujące realizację programów PHARE (poczta i telekomunikacja) w krajach CEE. W Centrum im. Adama Smitha kierował Instytutem Elektronicznej Gospodarki. Pełnił obowiązki Prezesa Zarządu Exatel S.A. (2007/8). Podsekretarz stanu w Ministerstwie Gospodarki (2007). Wykładowca Instytutu Telekomunikacji WEiTI Politechniki Warszawskiej (1993–2012). Podsekretarz stanu w Ministerstwie Energii (2016-2018). Wiceprezes PGE Systemy (2018–2020).

© Materiał chroniony prawem autorskim - wszelkie prawa zastrzeżone.
Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy ARTSMART Izabela Żylińska. Więcej w Regulaminie.