Gestiunea rețelelor electrice cu Utility X.0

Chiar dacă “Utility X.0” va depinde în continuare, în mare măsură, de instalațiile electrice clasice, acesta va îngloba mai multe capacități de producție de energie regenerabilă, capacități de stocare, distribuție și mașini electrice. Utility X.0 va trebui să gestioneze astfel de sisteme larg distribuite, mai mulți participanți, fluxuri de energie electrică și de informații.

Sistemele de alimentare vechi erau simple: de generare separată și de consumator. Mai târziu, acestea au crescut în „rețelele” separate, fiind apoi interconectate. Prin urmare, se introduc sisteme de gestionare a energiei (Energy Management Systems – EMS), sisteme flexibile de transmisie AC (FACTS) pentru controlul și dirijarea fluxurilor de transport al energiei electrice, precum și unități de măsurare a fazorilor (PMUs). Generatoarele electrice au suferit schimbări remarcabile de-a lungul anilor, incluzând inovații în materiale, sisteme de monitorizare, versiuni constructive și eficiență. În ceea ce privește sistemele de distribuție, automatizarea și-a făcut loc, sporadic în anii ’70, dar o creștere reală a câștigat numai în anii ’90, când sistemele energetice au trebuit să-și îmbunătățească fiabilitatea și calitatea puterii livrate.

În mod tradițional, gestionarea rețelelor de distribuție a energiei electrice a constat în principal în performanțele unei comutări planificate și a sistemelor de refacere după întreruperi neplanificate, folosind metode din manualul tipărit. Având în vedere caracteristicile în schimbare ale rețelelor de distribuție de astăzi, au fost introduse o serie de sisteme pentru o gestiune și un control mai eficiente: Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA), Outage Management (OMS) și Distribution Management (DMS), împreună cu tehnologiile de susținere cum ar fi sistemele de informații geografice (Geographic Information Systems – GIS). Din moment ce aceste sisteme se suprapun într-o oarecare măsură, operatorii au adesea nevoie de mai multe interfețe grafice (GUIs) pentru monitorizarea, controlul și optimizarea rețelelor. Multe sisteme energetice au instalat sisteme de la diferiți furnizori sau sisteme care au fost special comandate de utilizatori, limitând capacitatea diverselor sisteme de a interacționa cu ușurință.

Având în vedere diferitele transformări de mai sus, este greu de spus la ce „versiune” a utilitarului suntem acum. Suntem la Utility 2.0, 3.0? Răspunsul va fi diferit, în funcție de cine întreabă. De aceea vorbim despre Utility X.0; utilități aflate în puncte diferite pe acest parcurs – toate sunt afectate de schimbări de generație, transport și distribuție.

În Statele Unite și în multe alte țări, preocupările legate de mediu și de securitatea energetică au dus la o creștere semnificativă, susținută, de capacități de generare de energie electrică eoliană și solară, cu o producție care este variabilă în timp și nu este ușor de prezis. Mai mult, așa cum producția de energie regenerabilă este plasată pe arii largi și, adesea, departe de centrele de consum importante, sistemele de transport vor trebui să se extindă, implicând adesea construcții de linii lungi de transmisie. Sisteme mai mari și mai complicate vor trebui să fie mai bine echipate, pentru a face față unor posibile incertitudini operaționale, vor trebui să fie rezistente și prevăzute cu capacități de autodepanare.

Parțial ca răspuns la astfel de transformări, în mediile mai mari, sistemele de distribuție sunt, de asemenea, în rapidă schimbare. Fluxuri de modele noi în sistemele de distribuție pot solicita modificări ale strategiilor de protecție și de control. Pentru că rețelele de distribuție devin tot mai complexe, necesitatea de a furniza energie electrică în mod fiabil, în condiții de siguranță și securitate, va conduce la adoptarea unei soluții unice, de sisteme avansate de gestiune (ADMS), care reprezintă arhitectura cea mai eficientă de gestionare a distribuției.

Decât să se încerce o singură definiție pentru Utility X.0, cel mai bine ar fi  să se descrie unele dintre trăsăturile sale necesare. Exemple de caracteristici pot fi grupate în următoarele opt  “domenii tehnice”, în stările „prezent” și „Utility X.0”, deși unele utilități pot fi deja dincolo de „starea actuală”, indicată în fiecare domeniu.

1. Aprovizionare și resurse

Starea actuală: depinde foarte mult de centralele electrice; cele de distribuție, cele de stocare și surse regenerabile (precum energia solară și biocombustibili) și partea de gestionare a cererilor.

Utility X.0: microrețele; centrale electrice virtuale; pătrundere mare de surse regenerabile; măsuri pentru a optimiza eficiența sistemului; mai multă capacitate de stocare pentru energie regenerabilă și reducerea rezervei pe vârful de sarcină precum și gestionarea sarcinii înainte și după aparatul de măsură.

2. Componenta de întărire

Starea actuală: stâlpi din lemn pentru programe avansate de testare/ tratament; consolidarea stâlpilor critici și înlocuiri; stâlp atașat și revizii de încărcare, precum și etanșare și echipament impermeabil în substații.

Utility X.0: modele de conductoare aeriene rezistente; stâlpi din oțel, beton și compozite; bariere fizice în și în jurul substațiilor, precum și înălțarea componentelor critice vulnerabile la inundații, în substații.

3. Elasticitatea sistemului

Starea actuală: planuri pentru infrastructuri cu încărcări critice; salvări adecvate; centre mobile de comandă; echipă de lucru centralizată; utilizarea de social media.

Utility X.0: sisteme avansate de predicție pentru vreme; protecție a circuitelor critice; microrețele pentru sarcini critice; acoperiri hidrofobe și cu nano-particule a conductoarelor; și automatizare de alimentare din reconfigurare, precum și plasarea proactivă a echipajelor pentru intervenții.

4. Managementul unei substații

Starea actuală: monitorizare distribuită și control; colectate date prin intermediul protocoalelor DNP3/IP, interoperabilitatea unor furnizori.

Utility X.0: sisteme de conectare prin fibre; standardul IEC 61850 pentru transmisie; inginerie cu acces la distanță, precum și planuri de substație modulară.

5. Gestionarea stărilor

Starea actuală: întreținere manuală pe bază de control; monitorizarea stării locale, senzori și monitorizare limitată a stării echipamentelor.

Utility X.0: senzori online avansați; monitorizare avansată, precum și instrumente software de analiză centralizată a stării de monitorizare.

6. Integrarea sistemelor

Starea actuală: Câteva manevre la distanță de hardware și software, unele dispozitive LAN conectate substațiilor, interoperabilitatea pentru furnizori.

Utility X.0: arhitectură orientată spre servicii; protocoale de comunicație deschise, și de interoperabilitatea pe scară largă a dispozitivelor în substație.

7. Gestionarea datelor

Starea actuală: utilizare de tabele distribuite, sisteme de distribuție pe suport hârtie; istorice de date de rețea, precum și utilizare limitată pentru standardul Common Information Model – CIM, și de gestionare a datelor în sistem metric.

Utility X.0: portaluri de date care oferă flexibilitate pentru toți utilizatorii din întreaga organizație și  analize predictive offline pentru gestionarea rețelelor în timp real, informații despre clienți și active.

8. Gestionarea rețelei

Starea actuală: unele răspunsuri automate la perturbații critice de rețea; SCADA s-a extins la toate sistemele de distribuție; instrumente software (DMS și EMS).

Utility X.0: viziune holistică și centrală a rețelei; control descentralizat și hibrid; utilizarea pe scară largă a unităților de măsură fazor (PMU); arie de monitorizare extinsă și un nivel ridicat de conștientizare a situației și de autodepanare.