Gdy mówisz „inteligentna sieć” (Smart Grid), możesz mieć na myśli jakąkolwiek aplikację lub technologię. W końcu termin „inteligentna sieć” określa koncepcje wykorzystania energii w bardziej wydajny sposób. Oznacza zarządzanie obciążeniem tak sprytnie, aby unikać nadmiarów popytu. Oznacza zarządzanie wytwórcami, aby produkować energię jak najtaniej. Oznacza przesył energii tam, gdzie jest potrzebna, przy najmniejszych możliwych stratach.
Jest wiele inicjatyw rozwoju inteligentnych sieci, włączając Home to Grid (H2G) – dom do sieci, Building to Grid (B2G) – budynek do sieci (B2G) i Industry to Grid – przemysł do sieci (I2G). Inicjatywy te nastawione są na efektywne zarządzanie wykorzystaniem energii, zarówno poprzez dobrowolne zachowania (domownicy zmieniający swoje zwyczaje na bazie zmiennych stawek cen energii) lub poprzez sterowanie popytem i odpowiedzią pomiędzy dostawcami energii a użytkownikami, umożliwiając delikatną równowagę generacji i popytu. Polega to na tym, że w czasie szczytów, gdy wytwórcy nie są w stanie dostarczyć wymaganej energii, dystrybutorzy mogą obniżyć zużycie odbiorców (zredukować zapotrzebowanie w systemie energetycznym przez wyłączenie urządzeń w domach, odłączenie dużych odbiorców przemysłowych, z którymi mają umowy na zarządzanie obciążeniem). Alternatywnie, jako dodatkowe zasilenie sieci wykorzystuje się zdalne generatory zapasowe – generatory, które zwykle przez większość czasu są nieczynne, gdyż służą do zasilania w czasie przerw w dostawie energii.
Jest kilka faz, które prowadzą do nowego świata inteligentnych sieci. Dziś znajdujemy się w jednej z wczesnych faz: instrumentacji, umożliwiającej ocenę/pomiar zużycia energii w czasie rzeczywistym. Większość funduszy wspierających rozwój, przeznaczanych na sieci inteligentne, jest wykorzystywanych na poprawę monitorowania za pomocą inteligentnych liczników, które mogą być zdalnie odczytywane w czasie rzeczywistym (w Polsce także wspierane są tego typu projekty przez m.in. NFOŚiGW).
Oczywiście wymaga to zaawansowanej komunikacji. Choć nie ma jednego „protokołu inteligentnej sieci” – jest wiele protokołów, które mogą i są wykorzystywane w zastosowaniach inteligentnych sieci. Lista protokołów wskazanych do zastosowań w inteligentnych sieciach jest opublikowana NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability (NIST Special Publication 1108). W Polsce w czerwcu 2009 r. z inicjatywy URE podpisano deklarację w sprawie wprowadzenia inteligentnego opomiarowania do polskiego systemu elektroenergetycznego. Promocja systemów smart grid stanowi jeden z podstawowych celów prezesa Urzędu Regulacji Energetyki (więcej informacji na stronach www.ure.gov.pl).
Zagadnienie komunikacji w inteligentnych sieciach będzie prawdopodobnie dzielić się na dwie główne kategorie rynkowe – odbiorców indywidualnych (domowych) oraz przemysłowych (budynek do sieci i przemysł do sieci ). Te rynki będą obsługiwane przez bardzo różniące się technologie, a to z powodu ich różnych potrzeb i możliwych do poniesienia kosztów. Rynek odbiorców indywidualnych będzie obsługiwany przez połączenie inteligentnych liczników (inteligentnego opomiarowania), interfejsów internetowych i urządzeń zaprojektowanych do inteligentnej pracy w oparciu o preferencje właściciela domu oraz zdalnych poleceń dystrybutora.
Te systemy muszą pozostać możliwie najtańsze, aby były masowo użytkowane. Muszą być łatwo przyłączane bez konieczności ponoszenia kosztów instalacji. Będą prawdopodobnie w znacznym stopniu wykorzystywały technologie bezprzewodowe.
Zastosowania przemysłowe mają inne wymagania. Muszą współpracować z istniejącymi systemami automatyki. Wymagają interfejsów do istniejących systemów poprzez całą rzeszę istniejących protokołów. Wymagają także wyższego stopnia wzajemnego oddziaływania, komunikacji w czasie rzeczywistym pozwalającej na komunikację B2B także pomiędzy urządzeniami automatyki.
Na rynku przemysłowym komunikacja będzie nastawiona na sterowanie „popytem i odpowiedzią” (Demand and Response). Sterowanie to będzie zarządzać zarówno obniżaniem obciążeń, aby zarządzać dostępnością energii, jak też zdalnie uruchamiać dodatkowe generatory zwiększające produkcję energii.
Obszar I2G będzie wymagał przemysłowych połączeń I2G, umożliwiając zewnętrznej jednostce koordynującej (władze energetyczne, zarządca sieci, zakład energetyczny) dostęp do wewnętrznych systemów i protokołów komunikacyjnych.
Choć bezpieczeństwo jest wyjątkowo ważne dla obu rynków, jest krytycznym wymaganiem w zastosowaniach z obszaru przemysł do sieci (I2G), gdzie sterowanie może dotyczyć ogromnych mocy i obciążeń pojedynczego odbiorcy i może mieć znaczący wpływ na całość sieci.
W szczególności jeden z protokołów wydaje się wart uwagi w świetle architektury inteligentnych sieci. Na rynku automatyki został stworzony standard współpracy oprogramowania już w 1996 r. Standard ten nazywany jest OPC i jest zarządzany przez OPC Foundation.
OPC Foundation jest wspierana przez 400 przedsiębiorstw członków, a obecnie każde ważne oprogramowanie dla automatyki oparte jest na OPC jako standard wymiany danych. W 2006 r. OPC Foundation rozpoczęła specyfikację swojej technologii nowej generacji, nazwaną OPC UA (OPC Unified Architecture – ujednolicona architektura) – wspierając tym samym nowe technologie i ujednolicając wcześniejsze specyfikacje stworzone dla różnych form informacji; OPC DA (Data Access – dostęp do danych), OPC AE (Alarms and Events – alarmy i zdarzenia) i OPC HDA (Historic Data Access – dostęp do danych historycznych).
OPC UA dostarcza technologie, które bezpośrednio są nakierowane na właściwości i korzyści, jakich oczekują aplikacje przygotowywane dla inteligentnych sieci. Zawiera się w tym przenaszalność pomiędzy platformami – międzyoperacyjność OPC UA, która dotyczy wszystkich rodzajów systemów, zarówno urządzeń w terenie, centralnych systemów sterowania, jak i bezpieczeństwa opartego na standardach – szyfrowania danych RSA i certyfikatów x509 uwierzytelniania połączeń.
Standardy definiują wsparcie dla wszelkich form danych, włączając w to złożone obiekty – zestawy danych oparte na własnych istniejących standardach dostawców lub standardach przemysłowych, takich jak ISA-95. Ratyfikowane przez OPC Foundation TAC (Technical Advisory Commitee – techniczny komitet doradczy) od 2009 r. produkty zgodne OPC UA są już obecne na rynku, a wiele nowych jest rozwijanych.
Artykuł pod redakcją Andrzeja Sobczaka
Autor: Roy Kok
