Koncepcja smart grid – inteligentnych sieci dostaw energii elektrycznej – służy modernizacji amerykańskiej infrastruktury elektroenergetycznej zarówno po stronie podażowej, jak i popytowej.
Stroną podażową są elektrownie, zakłady przesyłu i rozdziału energii elektrycznej oraz powiązane organy nadzorujące, zakłady użyteczności publicznej i dostawcy usług. Strona popytowa obejmuje odbiorców energii elektrycznej w sektorze mieszkaniowym, handlowo-usługowym i przemysłowym, a także dostawców usług ułatwiających zarządzanie zużyciem energii.
Rozwój technologii smart grid jest ukierunkowany na stronę podażową, czego przykładem są inteligentne liczniki energii, obiekty magazynujące energię elektryczną oraz specjalne czujniki monitorujące stan sieci elektroenergetycznych. Z kolei po stronie popytowej nacisk kładzie się na szersze i bardziej znormalizowane wdrożenia technologii reagowania na zapotrzebowanie, umożliwiających lepsze zarządzanie własnymi systemami elektroenergetycznymi w kampusach i budynkach oraz reagowanie na sygnały cenowe i sterownicze od zakładów użyteczności publicznej. Uwaga: koncepcja smart grid nie polega na ograniczaniu zużycia energii przez budynki, ale na zapewnianiu niższych rachunków za energię elektryczną poprzez bardziej strategiczne gospodarowanie nią.
Na różnych rynkach jest już oferowanych wiele technologii „inteligentnego” dostarczania usług energetycznych. Na przykład w Kalifornii, Teksasie i na Florydzie funkcjonuje rynek odbiorców energii gotowych dostosować swoje zapotrzebowanie. Obejmuje on budynki, które aktywnie dostosowują się do sygnałów cenowych i sterowniczych od wielu dostawców energii. Ruch w kierunku smart grid oznacza masową integrację, normalizację oraz propagowanie tego rodzaju technologii i procesów.
Nawet na obszarze o promieniu 10 km wdrożenie inteligentnej sieci jest procesem złożonym. Nie dziwi więc fakt, że przygotowywane są nowe normy określające wszelkie aspekty, od koncepcji hurtowego zakupu, sprzedaży i transportowania energii po szczegółowe rozwiązania precyzujące sposób, w jaki systemy gospodarowania energią w budynkach będą reagować na sygnał cenowy od dostawcy energii.
Przekształcanie sieci elektroenergetycznej w myśl założeń koncepcji smart grid rozpoczęło się na dobre w 2007 r. dzięki zastrzykowi finansowemu 4,3 mld USD w ramach ustawy o reinwestycji i ożywieniu gospodarczym (American Recovery and Reinvestment Act – ARRA). Oprócz finansowania projektów demonstracyjnych, przedsięwzięć badawczo-rozwojowych i wdrażania milionów inteligentnych liczników energii zainicjowany został program opracowania norm pod przewodnictwem Narodowego Instytutu Standaryzacji i Technologii (National Institute of Standards Technology – NIST). Ponadto amerykański Departament Energii utworzył Urząd ds. Architektury GridWise (GridWise Architecture Council – GWAC) w celu zainicjowania prac nad ramami interoperacyjności smart grid, sprzyjającej rozwojowi w długim okresie, oraz stopniowej migracji z aktualnie eksploatowanej sieci do smart grid.
Programy NIST i GWAC są realizowane w ramach partnerstwa publiczno-prywatnego, przy zaangażowaniu specjalistów z agencji stanowych i federalnych, przemysłu oraz organizacji pozarządowych. Prace nad normami smart grid są prowadzone w sposób bardzo przejrzysty. Opracowywane normy, wytyczne i raporty są ogólnie dostępne (www.nist.gov/smartgrid oraz www.gridwise.org), podobnie jak protokoły zebrań, prezentacje PowerPoint, projekty, komentarze itp.
Priorytety smart grid
W ramach programu smart grid organizacja NIST powołała 18 zespołów ds. działań priorytetowych (Priority Action Plan – PAP). Zespoły te badają aktualne standardy w branży, inicjują prace nad nowymi standardami i administrują nimi, a także identyfikują problemy i rozwiązania odnoszące się do kilku standardów. W tabeli 1 wymieniono numery i przedmiot prac tych zespołów. Zajmują się one takimi zagadnieniami, jak ustalanie i komunikowanie cen, harmonogramowanie oraz interoperacyjność programów dostosowania zapotrzebowania (Demand Response – DR) oraz energetyki rozproszonej (Distributed Energy Resources – DER).
Problematyką istotną dla budownictwa w kontekście smart grid w największym stopniu zajmują się zespoły PAP 3, 4, 9, 10 oraz 17. Przedmiot prac zespołu 3 i 4 (taryfy i harmonogramowanie) będzie wchodzić w zakres zespołu 9 (sygnały DR i DER). Zespół 10 będzie pracował nad komunikowaniem danych z liczników oraz innych danych o zużyciu (które mogą być przesyłane przez Internet, a nie przez licznik). Zespół 17 odpowiada za „przygotowanie normy modelu danych, dzięki której urządzenia pobierające energię oraz systemy sterowania w obiektach klientów będą mogły zarządzać odbiornikami elektrycznymi i systemami wytwarzania energii w odpowiedzi na komunikat z sieci smart grid”. Inżynierowie, właściciele nieruchomości oraz inni przedstawiciele budownictwa zainteresowani pracami nad siecią smart grid mogą śledzić działania zespołów na stronie NIST (http://collaborate.nist.gov/twiki-sggrid/bin/view/SmartGrid/PriorityActionPlans).
Budynki w sieci smart grid
Decydujący zwrot w pracach nad normami smart grid w kierunku budownictwa nastąpił w sierpniu 2010 r., kiedy Amerykańskie Zrzeszenie Inżynierów Ogrzewnictwa, Chłodnictwa i Klimatyzacji (American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers – ASHRAE) oraz Krajowe Stowarzyszenie Producentów Urządzeń Elektrycznych (National Electrical Manufacturers Association – NEMA) ogłosiły, że wspólnie opracują normę 201P – model danych smart grid dla urządzeń i systemów w budynkach.
Według zapewnień ASHRAE norma 201P da wspólne podstawy do opisu i przesyłania danych o zużyciu i prognozach zużycia energii elektrycznej oraz do zarządzania tymi danymi przez odbiorców energii. Przykładowo, zgodnie z modelem 201P będą wysyłane od dostawców do odbiorców sygnały cenowe lub sygnały dostosowania zapotrzebowania czasu rzeczywistego, dzięki czemu systemy budynków będą w stanie przyjąć i „zrozumieć” te sygnały oraz zareagować na nie, zmieniając harmonogram pracy odbiorników lub redukując obciążenie poprzez zmniejszenie oświetlenia i obniżenie nastaw termostatów.
Opis normy 201P wskazuje, jak bardzo potrzebne są inne normy i jaką będą odgrywać rolę (np. normy w zakresie taryf, harmonogramowania oraz sygnałów DR i DER). Komitetowi normalizacyjnemu ASHRAE/NEMA przewodniczy naukowiec z NIST Steve Bushby, będący także szefem zespołu NIST PAP 17, co zapewnia łączność prac zespołu PAP 17 i komitetu ASHRAE.
Planowanie i koncepcje smart grid
Normy smart grid dotyczące budynków nie zostały jeszcze ukończone, w związku z czym za wcześnie na omawianie ich treści oraz zastosowania w budownictwie. Możemy jednak stwierdzić, że są opracowywane w sposób sprzyjający stopniowemu przekształcaniu sieci elektroenergetycznej.
W tabeli 2 przedstawiono ogólną hierarchię koncepcji smart grid. Hierarchia ta wskazuje, że wiele funkcji, które mają być elementem sieci smart grid, stosuje się już dziś.
Tłumaczenie: Michał Andrzejczak
Autor: William Mudge