От Интернет на нещата до Интернет на енергията

Прилаган под термина „Индустрия 4.0“, този подход успешно навлиза в областта на индустрията. С него машините и процесите са свързани интелигентно помежду си, за да могат да работят по-ефективно и надеждно през целия си експлоатационен живот. Интернет на нещата (IoT) описва комуникативно свързана система от т. нар. неща с цел просто и бързо да се предостави информация от отделните компоненти в мрежата. Но просто работата в мрежа и самото генериране на данни не добавя никаква стойност.

Данните могат да дадат смислена информация само когато се комбинират с интелигентна обработка, визуализация и анализ. Това дава възможност за процеси, които са по-ефективни и реализират услуги, но които преди това можеха да бъдат внедрени само с много усилия или бяха изобщо невъзможни. Сега ежедневно се разработват нови приложения, които се базират на изобилие от данни и които, благодарение на интелигентната обработка и анализ на данни, осигуряват добавена стойност, която досега не е била очевидна или изобщо не е съществувала.

Текст: списание Енергия

Интернет на енергията (IoE) е технологичен термин, който се отнася за модернизиране и автоматизиране на електрическата инфраструктура за производители и консуматори на електроенергия. Това позволява производството на енергията да се движи напред по-ефективно и чисто с най-малко количество отпадъци. Терминът произлиза от все по-развиващия се пазар на технологията Интернет на нещата (IoT), която е помогнала за развитието на разпределените енергийни системи, съставляващи IoE. IoE е мрежова система от частично интелигентни компоненти на енергийната инфраструктура, напр. производствени инсталации, товари, съхранение, електромери, оборудване като прекъсвачи, трансформатори и др.

Благодарение на комуникативната мрежа на компонентите и заедно със съвременните ИТ технологии (напр. облачни изчисления), могат да бъдат изпълнени непрекъснато нарастващите изисквания на системите на съвременното енергоснабдяване. Освен това се прилагат нови приложения и услуги, което от своя страна допринася за повишаване на икономическото и устойчиво снабдяване с енергия. Така наречените „интелигентни мрежи“ доставят количество данни, които дават възможност за важни впечатления чрез използване на интелигентни анализи, напр. състояние на мрежата. Енергийната революция, по-специално с използването на все по-разпределена възобновяема енергия и нарастващата нестабилност на ресурсите, поставя нови предизвикателства пред целия енергиен сектор. Използването на IoT технологии предлага на мрежовите оператори възможност да се адаптират към съответните условия и да предприемат подходящи действия - винаги с цел оптимизиране на оперативната ефективност.

Разбиране на Интернет на енергията (IoE)

Технологията Интернет на енергията може да бъде доста сложна и трудна за разбиране концепция, затова е важно да се разберат нейните основи. IoE е използването на технологията Интернет на нещата (IoT) с множество и различни енергийни системи. IoT се отнася до идеята за свързване на устройства към интернет. Това включва всичко - от смартфони, таблети и телевизори до основни уреди, слушалки и автомобили. Използвайки IoE технологията, производителите могат да намалят неефективността в съществуващата енергийна инфраструктура чрез увеличаване на производството, преноса и използването на електроенергия. Актуализирането на електрическата инфраструктура позволява лесното протичане на енергия, която може да увеличи максимално потенциала си, следователно се намалява всяка загуба на енергия.

Без критични актуализации, голяма част от тази енергия се губи по електропровода, защото тя не може да се пренася ефективно. Казано по-просто, електропроводите просто нямат капацитета да пренасят цялата изпратена енергия. Без внедряването на IoE система енергията може да бъде загубена по време на преноса по електропроводите, тъй като те не могат да я предават ефективно. Добавянето на IoE технология към процеса също може да доведе до инсталирането на интелигентна мрежа. Технологията на интелигентната мрежа позволява на потребителите да интегрират комуникационни системи, да контролират мощността и електрическия ток, да измерват използването, да наблюдават състоянието на техните системи и да автоматизират захранващите си системи. Интелигентните мрежи позволяват на потребителите да вземат по-добри бизнес решения и да правят прогнози за бъдещето.

Тъй като страните по света инвестират все повече в зелена енергия и възобновяеми ресурси, неефективността на съществуващите енергийни инфраструктури често се пренебрегва. Това означава, че възобновяемата енергия не може да бъде осигурена при нейното оптимално ниво на ефективност, тъй като мрежата не може да я поддържа изцяло. Едно потенциално решение на проблема с енергийната неефективност е предаването на ултрависоко напрежение (UHV). Това е система, която позволява бързото предаване на енергия на дълги разстояния. UHV решава проблема с производството на енергия да се намира твърде далеч от консуматорите. През следващите години, докато светът работи за събиране на възобновяеми енергийни източници, се очаква използването на невъзобновяеми ресурси да намалее, което ще намали нуждата от остаряла инфраструктура, която обработва ресурси като въглища и нефт.

Управление на енергията чрез Интернет на нещата

IoT дава възможност за автоматизация на процесите и ефективност на работа във всички индустрии - здравеопазване, търговия на дребно, производство, енергетика, логистика. Приложенията на IoT в енергийния сектор привличат специално внимание от страна на потребителите, бизнеса и дори правителствата. Освен многобройните предимства за веригата на електрозахранване, системите за управление на енергията IoT отстъпват място на нови по-интелигентни мрежи, които обещават безпрецедентни спестявания, подобрена сигурност и подобрена ефективност. Нека разберем как са свързани Интернет на нещата и енергийната ефективност и какви решения на този пазар си струва да бъдат обмислени.

Както споменахме по-рано, управлението на енергията, базирано на Интернет на нещата, има широк спектър от предимства за всяка част от мрежата на електрическата верига за доставки, от производството на електроенергия до момента, в който потребителите плащат своите сметки за ток. Ето какво може да направи прилагането на IoT технологията за намаляване на енергийните разходи, минимизиране на емисиите на въглерод, отговаряне на правителствените ограничения, интегриране на зелена енергия, оптимизиране на поддръжката на активите, автоматизиране на процесите, намаляване на оперативните разходи, придобиване на видимост при използването на енергия, навременно идентифициране на неизправности и предотвратяването им, ефективна борба с прекъсванията и авариите, прогнозиране и планиране съответно на потреблението и разходите.

Преминаване от Интернет на нещата към Интернет на енергията

Докато IoT технологията започна да става все по-разпространена в нашия живот, започна да се оформя много важна реализация под формата на Интернет на енергията (IoE) и това не е изненадващо, като се има предвид, че IoT работи с енергия. Основата на IoE е да използва разпределени енергийни системи, които могат да оптимизират ефективността на енергийната инфраструктура и използването и да намалят загубите. Използвайки система, която комбинира микромрежи, интелигентно съхранение на енергия, генериране на възобновяема енергия, интелигентни устройства със сензори и наблюдение на цифрови услуги като анализиране на данни и софтуер за управление на потреблението, IoE помага да се балансира търсенето и предлагането на енергия, особено по време на пиково търсене. Това е печеливша ситуация за комунални компании и потребители (домакинства и предприятия). Ползите и значението могат да бъдат значителни.

Въпреки ясната възможност обаче комуналните компании, особено стари и големи, бавно прилагат IoE решения. Докато инициативите за някои елементи, като например интелигентни мрежи и интелигентни измервателни уреди набраха скорост, все по-широко обхватните решения тепърва ще бъдат внедрени изцяло. Основните предизвикателства включват застаряването на енергийната инфраструктура и сложността на внедряването в цялата система. Освен това, като се има предвид фактът, че IoE ще работи на децентрализирани енергийни ресурси и разпределена интелигентност, осигурена от свързани устройства и IoT (енергийни активи), технология като Blockchain става много важен посредник в такъв сценарий. За да се реализира истинския потенциал на IoE, старите комунални компании не само ще трябва да инвестират време и ресурси за разработване на адекватна поддържаща инфраструктура, но също така и за сигурност, поверителност, управление на идентичността и др.

Ефективна поддръжка и обслужване

Тази технология предлага наред с други и нови възможности за подобряване на поддръжката и обслужването на електроапаратурата и я прави по-рентабилна. Несъмнено грижата и поддръжката на различните части на оборудването на енергийна система, напр. първични елементи като прекъсвачи и трансформатори, но също така и вторични елементи като устройства за защита и автоматизация, могат да причинят значителни разходи. Действията, предприети за удължаване на експлоатационния живот на оборудването, са особено важни за тази електроапаратура, тъй като не само се забавя скъпото обновяване, но дори може да се предотврати напълно за определено време. Така нареченото интелигентно оборудване или оборудване с комуникативни сензори прави широка гама от налични данни. Интелигентно свързан, той допринася за подобрена оценка на състоянието на оборудването. Въз основа на данните от анализа, превантивна поддръжка и обслужване, включително може да се приложи мониторинг на прекъсвач или трансформатор например, което само ще предизвика действие, когато това е наистина необходимо.

Предпоставки за интернет на енергията

Отворените стандарти за комуникация са важна предпоставка за IoE. Само тези стандарти могат да гарантират комуникационните възможности на всички компоненти, независимо от доставчика, и използването на информацията за добавяне на стойност. От днешна гледна точка стандартът за комуникация OPC UA PubSub вече предоставя необходимите услуги за внедряване в бъдеще на нови приложения в областта на захранването. Безопасното предаване и обработка на данните играе особено важна роля, тъй като трябва да се предават и обработват особено големи обеми данни. Трябва да е абсолютно невъзможно да се фалшифицират или манипулират данни и в допълнение трябва да се гарантира, че цялостната система не може да бъде компрометирана по никакъв начин. За да се постигне това, трябва да се прилагат съвременни технологии и стандарти за киберсигурност, които гарантират максимална степен на безопасност на всички нива.

И накрая са необходими мащабируеми IoT платформи, базирани на най-съвременните IoT технологии с достатъчен капацитет за изпълнение. Те трябва да могат да интегрират и обработват множество активи със значителен обем данни по безопасен и високо надежден начин. Стандартните услуги на операционната система като база данни, администрация на потребители, поддръжка на мобилни крайни устройства, както и интерфейси за отворено програмиране (API) гарантират решения, които могат да бъдат постоянно адаптирани към съответните изисквания през целия им експлоатационен живот. Беше само въпрос на време, докато IoT технологиите влязат в енергийния сектор. Въпреки че може да са нови в тази област, първите решения доказват, че технологията има положителен принос. Данните, които не са били използвани преди, вече могат да бъдат използвани и внедрени за увеличаване на печалбите чрез оптимизиране на процесите.

Така наречените IoT платформи гарантират, че активите могат да бъдат бързо свързани помежду си, независимо от техния производител, и гарантират интелигентната обработка на получената информация. Персонализираните приложения визуализират активите за потребителя. Това отваря много нови възможности за реализиране на решения и услуги в енергийния сектор, които помагат на потребителя да управлява непрекъснато нарастващите изисквания за модерно електрозахранване. Използването на IoE може да се намери в множество различни приложения. Пример за IoE технология включва използване на интелигентни сензори, които са често срещани сред другите приложения на IoT технологията.

От интелигентна мрежа до Интернет на енергията

Повишаването на цените на енергията и ограничаването на изкопаемите горива прави неизбежна тенденцията в бъдеще за въвеждане на разпределена енергия като възобновяема енергия в съществуващата система за доставки. Различните играчи, като например производството на електроенергия, пренос и разпределение, заедно с веригата на добавената стойност, сега трябва да си сътрудничат и взаимодействат помежду си чрез общи интерфейси или в крайна сметка персонализирана мрежа за сигурна и надеждна доставка на енергия.
Технологията Интернет на енергията (IоE) наскоро беше представена като нова концепция, която има за цел да развие интелигентни мрежи, като интегрира няколко енергийни форми в изключително гъвкава и ефективна мрежа.

Приложенията на технологията Интернет на нещата (IoT), активирани за интелигентни мрежи и интелигентни среди, като например интелигентни градове, умни домове, интелигентни измервания и инфраструктура за управление на енергията, за да проучим развитието на IoT приложения, базирани на IоE. Тези приложения са обещаващи ключови области на концепцията на IоE, тъй като IoT се счита за един от най-важните движещи фактори на IоE.
Визията на IоE има тенденция да преодолее някои важни предизвикателства, като подобряване на устойчиви и екологични енергийни източници, нови модели за хибридни енергийни източници, по-сигурно и ефективно управление на енергията и системи за контрол.

Технологията IоE, която също се счита за развитието на интелигентната мрежа, цели устойчива изчислителна платформа, като комбинира различни видове енергия в изключително гъвкава структура на мрежата. Идеята зад IоE е подобна на концепцията за интернет и е вдъхновена от основните принципи на развитие на Интернет за областта на енергетиката. Като индустрия продължаваме да се движим в бъдеще, в което модерната мрежа, задвижвана от комбинацията от интелигентни мрежови устройства и високоскоростна комуникация с обработка на данните почти в реално време. Те позволяват автоматизация и възможности за дигитализация на горивата, които дават възможност за използване и управление на по-устойчиви ресурси.

Въпреки това, индустрията все още е изправена пред предизвикателството да интегрира необходимите подсистеми за данни и софтуер с използване на сложни протоколи и архитектури, за да отключите и да активирате желаните възможности. Отговорът на това предизвикателство се крие в интелигентните облачни платформи за изчислителни нужди и съхранение на данни и внедряване на съвместно разработени облачни базирани мрежови приложения. Тези усилия ще бъдат ключът към осигуряването на захранваща мрежа, която работи като единна екосистема, където анализът на крайните данни на мрежата се превръща в лост за оптимизиране на мрежата, за да работи по-ефективно, устойчиво и надеждно с устойчиви ресурси.

Принцип на работа на IoE

Интернет на енергията (IoE) описва мрежова система от интелигентни компоненти на енергийната инфраструктура в електрически генератори, товари, съхранение, електромери и автоматизирано разпределително оборудване. Целта на IoE е да събира, организира и предоставя информацията от отделни крайни устройства в мрежата достъпна за всички други участници в управлението на мрежата просто и бързо. Основният въпрос е обемът на данните и времето, необходимо за анализиране на информацията. Тъй като броят на устройствата и количеството информация се увеличават за разпределителните мрежи, традиционните комуникации чрез SCADA и управлението на приложенията ограничават споделянето на информацията между ЕРП и възможностите, които данните могат да предложат. Обемът и мащабите на данните могат да бъдат преодолени с помощта на сигурна комуникационна мрежа на устройствата, заедно с водещи ИТ технологии като облачни изчисления.

Тъй като информацията за устройството се консумира от облачна платформа, интегрирането и споделянето на информация може да бъде опростено с помощта на софтуерни приложения, работещи върху облачната платформа. Облачната платформа ще се превърне в езеро за данни за различни приложения, които да се използват. Това може да премахне нуждата от услуги за интеграция между приложенията. Интелигентната система за управление на енергията ще поддържа мрежата стабилна, като балансира генерираната от всички източници енергия с консумираната електроенергия. Също така IoE ще позволи на потребителите и професионалните потребители да координират търсенето и предлагането автономно помежду си и ще бъдат оборудвани с интелигентни системи за прогнозиране, които използват прогнозите за времето, очакваните транспортните потоци и друга информация, за да се предскаже бъдещето търсене на енергия.

Растежът и успехът на IoE ще разчитат на това как използваме облачно базирани системи за интеграция, както и желанието ни в цялата индустрия да създадем съвместно системите и процесите за управление на бъдещата мрежа. Отворените интерфейси за разработване на специфични за клиента приложения правят този процес бърз и лесен и води до широк спектър от случаи на използване на мрежови приложения, които осигуряват нови нива на ефективност на полезните операции. Някои примери за тези разширени приложения включват управление на данни от измервателни уреди, анализи на мрежата, управление на устройства на подстанции, разпределени системи за управление на енергийни ресурси и система за управление на прекъсване на ниско напрежение. Свързвайки реалните неща с цифровия свят бързо и лесно със сигурна и криптирана комуникация с данни, мрежата може да стане по-ефективна и устойчива от всякога.

Приложения на IoE

За по-подробно разглеждане как работи, вземете за пример управление на данни от измервателни уреди. Това усъвършенствано приложение, което автоматизира управлението на данни с интелигентни измервателни уреди заедно със свързаните бизнес процеси, се е развило с течение на времето, за да работи в IoE облака. Осъществяването на тази информация подлежаща на действие чрез дигиталния свят позволява на програмата да се справя по-добре с дългогодишни нужди, като например фактуриране от електромер до пари. Въпреки това, тя също така дава на ЕРП възможност за справяне с възникнали случаи на използване, които използват интервала и времето на използване на данните от IoT устройства за поддръжка на различни критични за бизнеса приложения.

Чрез IoE ЕРП ще могат да управляват всички процеси, свързани с интелигентни устройства и системи за събиране на данни; да комуникират с всички мрежови устройства и да получават известия за проблеми при възникване на незаконни действия или прекъсвания; да се използват данни, за да се даде приоритет на изпращанията на екипа за ремонти и прекъсвания; и да управлява нови точки на измерване като фотоволтаични централи и електрически превозни средства от страна на клиента. На ниво подстанция приложенията, базирани в облака, могат да автоматизират списъци с инвентаризация на електрооборудване, да сравняват действителните спрямо целевите стойности в настройките на версията и настройките за защита и да дават на операторите възможност да извършват разширени услуги като отдалечена поддръжка и управление на кръпките за сигурност.  IoE ще позволи да се разделят функциите за управление на нивото на подстанциите и потоците от информация за управление на електрооборудването.

След това тази информацията може да бъде анализирана и аналитика да прилага в реално време проактивна намеса или замяна. Достъп до информацията ще имат определени хора в ЕРП, за да предприемат подходящи действия. IoE също ще помогне за оживяването на виртуалните електроцентрали. Използвайки усъвършенствана технология за управление на разпределената енергия, операторите могат да поставят данни, които да се използват за прогнозиране на натоварването за възобновяема генерация, рентабилно да интегрират повече възобновяеми енергийни източници, като избягват разширяването на мрежата, прецизно планират ресурсите на енергийния пазар и реализират по-висока рентабилност с търговия на енергия, наред с много други приложения. Освен това, използвайки интелигентен софтуер за управление на прекъсванията, ЕРП ще могат да използват данни от измервателни уреди, за да намалят ненужните пътувания, да разрешат точно инцидентите с услугите и да идентифицират проблеми с разпределението, преди да засегнат надеждността на услугата.

Предизвикателства пред технологията IoE

Постигането на IoE не е без своите предизвикателства. Безопасното предаване и обработка на данните играе особено важна роля, тъй като големи обеми от данни трябва да се предават и обработват, за да се разбере по-добре и да се управлява активно напредналите мрежови операции. Стандартите за киберсигурност на мрежата ще продължат итеративно да се разширяват, за да не могат да се фалшифицират или манипулират мрежовите данни и да се поддържа целостта на системата. За да се постигне това, трябва да се прилагат съвременни технологии и стандарти за киберсигурност, за да се гарантира максимална степен на сигурност на всички нива. Тези системи трябва да са в състояние да интегрират и обработват множество мрежови устройства от много производители с значителен обем данни по безопасен и високо надежден начин.

Предизвикателствата също се очертават около индустрията, привличаща достатъчно работници, които имат правилните умения и знания за работа с IoE. Заслужено внимание беше отделено на разликата в производствените умения, но енергийната индустрия е изправена пред подобен и вероятно не толкова национално признат риск. За да се създаде енергийна работна сила от ново поколение, трябва да се съсредоточи върху изграждането на обучителни инициативи, които предоставят практически опит за по-доброто оборудване на студентите за работа в нововъзникващата енергийна индустрия. Софтуерните платформи симулират реални мрежови среди и предоставят ситуации в реалния свят, за да подготвят по-добре работната сила от следващото поколение. Например, студентите ще се обучават в лаборатории за дигитална мрежа за софтуер за разпределение на енергия, който помага да се балансират възобновяемите източници като вятър и слънчева енергия в мрежата.

Лабораториите ще включват и софтуерни платформи, които помагат да се идентифицират нарушенията в мрежата в рамките на милисекунди, така че мрежата да може бързо да се възстанови от неочаквани експлоатационни повреди. Въпреки че беше само въпрос на време, докато IoT технологиите навлязат в енергийния сектор, няма отричане, че те са тук и трябва да използваме възможността, която те могат да създадат. В миналото това, което ние като индустрия наричахме „интелигентна мрежа“, сега е много повече. Като погледнем по-нататък в бъдещето на мрежата, е ясно, че цифровизацията е ключово изискване енергийната индустрия да остане конкурентоспособна във все по-свързан свят. IоE е нова концепция за бъдещи мрежи, съставени от интелигентни мрежи, комуникационни системи, интелигентни системи и интелигентни елементи. Комуникационната инфраструктура е един от най-важните компоненти на IоE концепцията.

Широко разпространената и сигурна комуникационна рамка има жизненоважно значение както за формирането, така и за работата на IоE системите. От друга страна, IoT е нововъзникваща технология, която предлага няколко предимства, като например поддържане на широки области на приложение и разнородни мрежови структури, предоставяне на специални функции за защита и гарантиране на способността за комуникация между много устройства. Освен това IoT предоставя подходящ киберфизически интерфейс за интегриране на системите за комуникация и управление на данни с конвенционални и скорошни компании за производство, пренос, разпределение и потребление. Двупосочното предаване на енергийните и комуникационните сигнали е осигурено с високонадеждни приложения на базирани на IoT комуникационни инфраструктури.