Digitalizácia ponúka príležitosť transformovať energetický systém, ktorý má tendenciu meniť sa pomaly. Digitálna transformácia je kľúčovou zložkou energetickej transformácie, ktorá umožňuje integráciu väčšieho množstva obnoviteľných zdrojov energie do elektrizačnej sústavy, zvyšuje spoľahlivosť siete a pomáha riadiť dopyt po energii. Vzhľadom na to prináša využitie digitálnych technológií v energetike množstvo výhod.

Kľúčové výzvy, ktorým čelia prevádzkovatelia sietí

Transformácia energetického sektora a z nej vyplývajúce zmeny v dynamike na strane ponuky a na strane dopytu vyžadujú nové spôsoby aktívneho riadenia elektrizačných (prenosových/distribučných) sústav s cieľom riešiť súčasné výzvy, ktorým čelí energetický sektor, a dosiahnuť prevádzkovú efektívnosť. Všetky zainteresované strany zapojené do energetickej transformácie vrátane prevádzkovateľov distribučných a prenosových sústav sú pod rastúcim tlakom. Rozhodovanie o tom, kde, kedy a koľko investovať, je však čoraz zložitejšia úloha.

Po prvé, je tu problém vyrovnať sa s novými modelmi dopytu po elektrine a zvyšujúcim sa množstvom výroby energie z obnoviteľných zdrojov. To všetko zvyšuje tlak na existujúcu sieťovú infraštruktúru. Po druhé, je tu problém prispôsobiť sa cieľom viacerých zainteresovaných strán. Nariadenia vlády, zákazníci, investori, zamestnanci a komunity majú rôzne potreby. Všetky musia byť starostlivo vyvážené.

Strana ponuky: Prechod na obnoviteľné zdroje energie

Postupný prechod na čistejšie zdroje energie bol doteraz dvojsečnou zbraňou. Obnoviteľné zdroje energie sú ekologické a emitujú menej znečisťujúcich látok v porovnaní s elektrárňami na fosílne palivá. Na druhej strane neexistuje jasná vízia o (budúcej) výrobnej kapacite obnoviteľných zdrojov vzhľadom na to, že obnoviteľné zdroje energie sú premenlivé a závisia od rôznych faktorov, akými je slnečný svit a vietor. Navyše, meniace sa požiadavky spotrebiteľov, ako aj ich schopnosť vyrábať elektrickú energiu prostredníctvom obnoviteľných zdrojov prispievajú k variabilite výroby energie na strane ponuky. Pre prevádzkovateľov sústav táto výzva znamená, že sa od nich vyžaduje, aby boli schopní vyrovnať sa s nestálosťou na strane ponuky v zmysle meniacich sa špičkových zaťažení sietí, ktoré vznikajú pri využívaní obnoviteľných zdrojov energie.

Strana dopytu: Komplikácie pri predpovedaní spotreby elektriny

Predpovedanie dopytu po elektrickej energii je však čoraz zložitejšie a náročnejšie. Nástroje na predpovedanie dopytu hodnotia faktory, ako je čas, poveternostné podmienky (vlhkosť a teplota) a historické údaje o zaťažení, nezohľadňujú však vplyv socioekonomického vývoja, akým je pandémia, ktorá môže dramaticky ovplyvniť sociálne správanie. Okrem toho elektrifikácia veľkých častí ekonomiky (napr. infraštruktúra elektromobilov) zvyšuje nestálosť dopytu a ešte viac sťažuje predpovedanie dopytu.

Pribúdajú tiež prípady energetických strát v elektrizačných prenosových a distribučných sústavách v dôsledku narastajúcej zložitosti týchto sietí, vyšších výkyvov napätia a dlhších prenosových vzdialeností od elektrárne ku konečnému spotrebiteľovi. Straty pri prenose nie sú pre prevádzkovateľov sústav len ekonomicky neprimerané, ale môžu viesť aj k častým výpadkom a zvýšiť uhlíkovú stopu.

Pridaná hodnota digitálnych dvojčiat

Digitálne dvojčatá nachádzajú v súčasnosti širšie uplatnenie v energetickom sektore. Táto technológia poskytuje kontrolu nad energetickými zdrojmi distribuovanými v sieti, a to pomocou softvéru na analýzu a vizualizáciu údajov. Tieto informácie sa potom môžu použiť v simulačných modeloch na predpovedanie, ktoré technológie, ako sú solárne panely, tepelné čerpadlá, inteligentné termostaty a inteligentné meracie systémy, by sa mali nainštalovať, aby sa ušetrila energia.

Digitálne dvojčatá zahŕňajú skutočný aj virtuálny priestor a tok údajov medzi nimi umožňuje experimentovať a vykonávať komplexnú analýzu informácií. Digitálne dvojčatá pomáhajú používateľom organizovať ich informácie tým, že poskytujú pohľad na skutočnú situáciu, umožňujú rýchlejšie rozhodnutia o údržbe a prevádzke a zabezpečujú, že rozhodnutia sú založené na najpresnejších dostupných údajoch. Digitálne dvojčatá sú novou formou „inteligentného manažmentu“, vďaka ktorému sú siete viac orientované na údaje.

Digitálne dvojčatá dokážu analyzovať meniace sa podmienky spotreby energie a priebežne vyhodnocujú zdroje energie. Keďže správcovia sietí chcú robiť informované rozhodnutia o investíciách a zároveň dodržať prísne požiadavky na znižovanie emisií, digitálne dvojčatá, ktoré simulujú prevádzku sietí, môžu byť cenným nástrojom pri rozhodovaní.

Predpokladá sa, že digitálne dvojčatá sa stanú základom pri vývoji inteligentných sietí, pri riadení obnoviteľných zdrojov energie, prispejú k lepšej integrácii a efektívnejšiemu prenosu elektrickej energie. Zavedenie digitálnych dvojčiat v energetike umožní dosiahnuť rovnováhu medzi ponukou a dopytom, umožní proaktívny prístup k prevádzkovým otázkam a umožní rýchlejšie obnovenie dodávok elektriny a zvrátenie výpadkov, najmä v prípade kombinovania dodávok spolu s obnoviteľnými zdrojmi energie.

Príklady z praxe

General Electronics (GE) úspešne vytvorila digitálne dvojča celej veternej farmy. Digitálne dvojča veternej turbíny zvyšuje produkciu energie, optimalizuje údržbu a zlepšuje jej spoľahlivosť zhromažďovaním údajov v reálnom čase, ako sú okrem iného údaje o počasí a výkone. GE poskytuje svojim zákazníkom komplexné hardvérové a softvérové riešenia na vytváranie, zlepšovanie a optimalizáciu veternej farmy pomocou cloudovej softvérovej platformy s názvom Predix.

Podobne DNV GL, spoločnosť pôsobiaca v oblasti energetiky a obnoviteľných zdrojov energie, vyvinula nástroj digitálneho dvojčaťa s názvom WindGEMINI pre veterné turbíny, ktorý pomáha zlepšovať výkon veternej farmy. Tento nástroj slúži na lepšie plánovanie a realizáciu prediktívnej údržby. Ako príklad použitia prediktívnej údržby možno uviesť detekciu praskliny na lopatke turbíny v roku 2019, ktorá zabránila strate takmer 5 000 eur. Ďalším príkladom je nájdenie chybnej súčiastky v prevodovke, ktorá ovplyvňovala 6 % výkonu, vďaka čomu ušetrili takmer 6 000 eur.

Siemens vyvinul digitálne dvojča na plánovanie, prevádzku a údržbu fínskej energetickej siete vytvorením jedinej digitálnej siete. Jeho výhody, okrem zvýšenej bezpečnosti a spoľahlivosti, zahŕňajú úsporu zdrojov premenou väčšiny manuálnej práce na automatizovanú, efektívne a lepšie využitie údajov, jednoduchšie využitie údajov v nových aplikáciách a zlepšené rozhodovanie pomocou veľkých dát.

Po Fínsku plánuje aj Nórsko využiť digitálne dvojča na optimalizáciu prevádzky elektrizačnej sústavy s novými pripojeniami do siete, ktoré prinášajú variabilné obnoviteľné zdroje energie a distribuované zdroje energie. Digitálne dvojča umožní operátorom predvídať podmienky v sústave, regulovať jej parametre a predchádzať výpadkom prúdu.

Celkovo možno konštatovať, že vďaka prebiehajúcej digitálnej revolúcii v energetickom sektore nachádzajú technológie digitálnych dvojčiat časté využitie pri rozvoji inteligentných sietí. Tento proces pravdepodobne ovplyvní formovanie a tvar inteligentných sietí budúcich energetických systémov.

Zdroj

[1] Digital Network Twins: Harnessing the power of Digital Twins in the Energy sector. BearingPoint. [online]. Citované 19. 9. 2022.

[2] Strielkowski, W., Rausser, G. a Kuzmin, E.: Digital Revolution in the Energy Sector: Effects of Using Digital Twin Technology. ResearchGate. [online]. Publikované apríl 2022. Citované 19. 9. 2022. 

[3] Purón, D.: Digital Twins of a Smart Grid. Barbara. [online]. Publikované 12. 7. 2022. Citované 20. 9. 2022. 

-pev-