Energooszczędność stanowi we wczesnych latach 21-go wieku jedno z kluczowych słów. W dobie rosnącego na całym świecie zapotrzebowania na elektryczność, obaw dotyczących zasobów naturalnych oraz zwiększającej się świadomości ekologicznej, oszczędzanie energii, ulepszone jej przesyłanie oraz rozprowadzanie, a także wytwarzanie jej ze źródeł odnawialnych stały się europejskimi priorytetami.
Zmiana sposobu, w jaki wytwarzamy, przesyłamy, rozprowadzamy oraz zużywamy energię będzie miała znaczący wpływ na każdy element europejskiego społeczeństwa, począwszy od dużych przedsiębiorstw, aż po gospodarstwa domowe. Zwiększenie efektywności energetycznej pozwoli zaoszczędzić pieniądze, chronić środowisko naturalne, tworzyć nowe miejsca pracy, stymulować wzrost gospodarczy oraz wzmocnić bezpieczeństwo podaży, dzięki ograniczeniu europejskiej zależności od importowanych paliw kopalnych.
Uwzględniając powyższe cele oraz pragnąc ograniczyć zużycie energii w 27 krajach UE o 20% przed rokiem 2020, Komunikat Komisji Europejskiej „Energia 2020 Strategia na rzecz konkurencyjnego, zrównoważonego i bezpiecznego sektora energetycznego” – 'Energy 2020 – A strategy for competitive, sustainable and secure energy’ , przyjęty w 2010 roku, wzywał do podjęcia działań na rzecz efektywności energetycznej, infrastruktury i technologii, a także do zapewnienia konsumentom możliwości wyboru i zagwarantowania im bezpieczeństwa. Nowe technologie odegrają istotną rolę w oczekiwanej, efektywnej energetycznie Europie przyszłości. „Niemądra energia”, beztrosko trwoniona za naciśnięciem włącznika światła lub za wciśnięciem pedału gazu w samochodzie zostanie zastąpiona „energią inteligentną”, sterowaną za pośrednictwem rozwiązań z dziedziny technik informacyjno-komunikacyjnych (TIK), które pozwolą konsumentom bacznie śledzić zużycie energii, a dostawcom energii umożliwią bardziej wydajne zaspokajanie popytu. Mówiąc w skrócie: mniej marnotrawstwa, większe zyski.
„Technologie TIK mogą ponadto umożliwić stworzenie bardziej inteligentnych, dwukierunkowych sieci dystrybucji energii”, powiedział Neelie Kroes, Vice Przewodniczący Komisji Europejskiej, odpowiedzialny za Strategię Cyfrową, „zwłaszcza na poziomie sprzedaży detalicznej: dostarczając w czasie rzeczywistym informacje na temat harmonogramu oraz ilości zużywanej energii; a także umożliwiając gospodarstwom domowym stanie się dostawcami energii elektrycznej”.
Inteligentne systemy pomiaru energii elektrycznej, wdrażane obecnie w wielu krajach, stanowią ważny krok w powyższym kierunku i, co udowodniono, pozwalają ograniczyć o 10% w skali roku zużycie energii przez gospodarstwa domowe. Z szacunków(1) wynika ponadto, że inteligentne sieci przesyłu energii elektrycznej, obecnie wdrażane na skalę pilotażową, mogą ograniczyć emisję CO2 w UE o 9-15% oraz zredukować zużycie surowców przez europejski sektor energetyczny o prawie 9% przed rokiem 2020.
Umożliwienie konsumentom monitorowania zużycia energii w czasie rzeczywistym stanowi dla nich silny bodziec do podjęcia działań na rzecz energooszczędności. W połączeniu z technologiami z zakresu inteligentnego otoczenia, liczniki inteligentne pozwolą inteligentnym budynkom sterować zużyciem energii w sposób dynamiczny, na przykład poprzez wyłączenie ogrzewania, gdy nikogo nie ma w domu, lub też poprzez automatyczne regulowanie oświetlenia, w zależności od tego, co się dzieje w danym pomieszczeniu.
W przypadku dostawców energii, inteligentne sieci dystrybucyjne zagwarantują, że energia będzie dostarczana wtedy, gdy jest potrzebna, dzięki precyzyjnemu dopasowywaniu podaży do popytu, a tym samym ograniczaniu marnotrawstwa, przy jednoczesnym wspieraniu wdrażania odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatr i promienie słoneczne, które podatne są na nagłe wzrosty i spadki podaży.
„Już w chwili obecnej powinniśmy stawić czoła wyzwaniom stojącym na drodze do pełnego wdrożenia inteligentnych sieci dystrybucyjnych. Nie możemy sobie pozwolić na zrezygnowanie z korzyści, jakie zapewniłyby unowocześnione systemy energetyczne w zakresie ograniczenia zużycia węgla przez gospodarkę oraz oferowania konsumentom prawdziwej wartości dodanej”, zauważył Günther Oettinger, Komisarz Europejski odpowiedzialny za energię.
Istnieje jednak szereg wyzwań stojących na drodze do modernizacji europejskich sieci przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej, które w chwili wdrożenia w połowie ubiegłego stulecia uważano za nowoczesne, jednak które w przyszłości zostaną wyparte przez rozwiązania z zakresu energetyki inteligentnej.
Uczestnicy projektu SmartGrids ERA-Net stawiają czoła niektórym z powyższych wyzwań poprzez realizowanie międzynarodowych wysiłków badawczych, mających na celu przyspieszenie wdrożenia „inteligentnej, europejskiej infrastruktury elektrycznej”, przy wsparciu wielu zainteresowanych stron, w tym dostawców energii, firm technologicznych, organów regulacyjnych oraz użytkowników końcowych.
Naukowcy uczestniczący w powyższym projekcie badają szereg zagadnień związanych z wdrażaniem inteligentnej infrastruktury energetycznej, począwszy od metod ulepszenia przesyłu i dystrybucji energii, w celu ułatwienia korzystania ze źródeł odnawialnych i zwiększenia stopnia zrównoważenia podaży, aż po zagadnienia z zakresu regulacji oraz tworzenia wydajnych rynków energetycznych. Ostatecznym celem projektu jest stworzenie podwalin pod opracowanie inteligentnej, niezawodnej i wydajnej, ogólnoeuropejskiej sieci energetycznej, która będzie w stanie sprostać przyszłym potrzebom.
Informacja i energia: inteligentne połączenie
W osiągnięciu powyższego celu kluczową rolę odegra Internet, gdyż inteligentne sieci przyszłości, oprócz energii, przesyłać będą informację.
Celem projektu o nazwie „Internet przyszłości na rzecz energii inteligentnej” (’Future Internet for Smart Energy’, FINSENY) jest przeprowadzenie badań nad integracją informacji i energii, w których uczestniczą kluczowe podmioty z branży energetycznej oraz z branży TIK, próbujące określić wymagania stawiane przez inteligentne systemy energetyczne wobec technik informacyjno-komunikacyjnych. Badacze planują przeprowadzić próbne wdrożenie inteligentnej sieci przesyłowo-dystrybucyjnej, wzbogaconej o rozwiązania z dziedziny TIK.
„W konsorcjum FINSENY uczestniczą najbardziej doświadczeni przedstawiciele branży TIK oraz branży energetycznej, a także przedstawiciele środowiska badawczego i akademickiego, opracowujący rozwiązania energetyczne, które pozwolą zoptymalizować dystrybucję elektryczności do domów, pozostałych budynków, podmiotów przemysłowych oraz pojazdów. Powyższe podejście nie tylko zmieni nasze codzienne życie, ale także pozwoli stworzyć nowe możliwości biznesowe oraz umożliwi nowym podmiotom wkroczenie na rynek, przy jednoczesnym ograniczeniu emisji CO2 oraz polepszeniu stanu otaczającego nas środowiska naturalnego”, tłumaczy Werner Mohr, koordynator projektu FINSENY w firmie Nokia Siemens Networks w Niemczech.
Podobne cele przyświecają uczestnikom projektu o nazwie „Internet energii na rzecz mobilności elektrycznej” (’Internet of Energy for Electric Mobility’, IoE), którzy opracowują urządzenia, programy komputerowe oraz oprogramowanie pośredniczące (’middleware’), umożliwiające płynną i bezpieczną łączność oraz interoperacyjność poprzez zintegrowanie Internetu i sieci przesyłowo-dystrybucyjnych, głównie z myślą o upowszechnieniu korzystania z pojazdów elektrycznych.
Powyższe podejście cechują dwie podstawowe korzyści. Z jednej strony uczestnicy projektu IoE wspierają rozwój sieci energetycznej przyszłości, dzięki wykorzystaniu transmisji danych do bardziej wydajnego, niezawodnego i tańszego przesyłania energii elektrycznej, natomiast z drugiej strony prace projektowe stanowią wkład na rzecz rozwoju Internetu przyszłości, dzięki wykorzystaniu sieci energetycznej do łatwiejszej i szybszej transmisji danych pomiędzy różnorakimi węzłami i domenami energetycznymi.
Wykorzystanie linii wysokiego napięcia do przesyłania zarówno danych, jak i elektryczności w kontekście inteligentnych sieci energetycznych stanowi także cel projektu o nazwie „Komunikacja sensoryczna w inteligentnych sieciach elektrycznych” (’Intelligent Electrical Grid Sensor Communications’, INTEGRIS). Ogólnoeuropejskie konsorcjum INTEGRIS opracowuje nową, elastyczną infrastrukturę TIK, bazującą na hybrydowej technologii „internetu z gniazdka” (’power-line-communications’ – PLC) oraz transmisji bezprzewodowej, w celu skutecznego sprostania wymaganiom transmisyjnym inteligentnych sieci energetycznych przyszłości. Podejście obrane przez uczestników powyższego projektu, które zostanie zweryfikowane w ramach szeregu próbnych wdrożeń, obejmuje zastosowania takie jak monitorowanie, integracja klienta, zarządzanie popytem, monitorowanie napięcia, jakości świadczonych usług oraz rozproszonych źródeł energii, a także zarządzanie zasobami z myślą o dostawcach energii.
Myślenie lokalne, oszczędności globalne
W bardziej lokalnej skali uczestnicy projektu „Agenda TIK na rzecz energooszczędnych osiedli” (’ICT Roadmap for Energy Efficient Neighbourhoods’, IREEN) analizują strategie, które pozwolą stworzyć energooszczędne osiedla i społeczności. We współpracy z wieloma podmiotami, w tym przedsiębiorstwami z branży technologicznej, energetycznej oraz budowlanej, lokalnymi władzami oraz zarządcami i właścicielami nieruchomości, uczestnicy projektu IREEN pragną poszerzyć koncepcję dodatnich energetycznie domów (tzn. domów, które wytwarzają więcej energii, niż zużywają) o większe obszary, tworząc podwaliny pod energooszczędne, inteligentne miasta.
Uczestnicy pozostałych projektów badają zagadnienia dotyczące jeszcze dalszych fragmentów łańcucha energetycznego, opracowując metody ograniczania zużycia energii w pojedynczych gospodarstwach domowych i innych budynkach.
Przykładowo, naukowcy uczestniczący w inicjatywie „Samokształcące się, energooszczędne budynki i przestrzenie otwarte” (’Self-Learning Energy-Efficient Buildings and Open Spaces’, SEEDS), korzystają z postępów w dziedzinie metod samokształcenia, technologii bezprzewodowych czujników oraz technik budowlanych, w celu opracowania nowatorskich systemów zarządzania energią, które pozwolą budynkom uczyć się w sposób ciągły sposobów zapewniania komfortu użytkownikom, przy jednoczesnej minimalizacji zużycia energii oraz ograniczeniu emisji CO2. Powyższa technologia zostanie przetestowana w biurach oraz na parkingach w Hiszpanii oraz na obszarze kampusu uniwersyteckiego w Norwegii.
Tymczasem badacze współpracujący w ramach projektu „Energooszczędne budynki dzięki dźwiękom” (’Sounds for Energy Efficient Buildings’ (S4EeB) znaleźli innowacyjne zastosowania czujników dźwięku, umożliwiające automatyczne dostosowywanie ogrzewania, klimatyzacji, wentylacji, oświetlenia i innych systemów do aktywności ludzkiej mającej miejsce wewnątrz budynków.
Oprócz budynków, znaczne oszczędności energetyczne mogą być realizowane także poprzez wdrażanie rozwiązań z dziedziny TIK w wielu innych branżach, począwszy od przemysłu, aż po handel i transport.
Przykładowo, uczestnicy projektu o nazwie „Energooszczędność w obrębie łańcucha dostaw dzięki współpracy, zaawansowanemu wspieraniu podejmowania decyzji oraz automatycznej sensoryce” (’Energy Efficiency in the Supply Chain through Collaboration, Advanced Decision Support and Automatic Sensing’, http://195.251.232.93/esave/ (E-SAVE)) wnoszą wkład na rzecz tworzenia energooszczędnych łańcuchów dostaw, poprzez opracowywanie narzędzi, które pomagają przedsiębiorstwom monitorować dane dotyczące zużycia energii oraz emisji CO2, a także zarządzać nimi i upowszechniać je, w celu wspomagania procesów projektowania łańcuchów dostaw.
Natomiast w branży motoryzacyjnej uczestnicy projektu „Odzyskiwanie i ponowne wykorzystywanie nadmiarowego ciepła wytwarzanego przez silniki” (’Engine Waste Heat Recovery and Re-Use’, NoWaste) opracowują system odzyskiwania i ponownego wykorzystywania nadmiarowego ciepła wytwarzanego przez silniki, który prawdopodobnie pozwoli zwiększyć ich energooszczędność o około 15%.
Każda z powyższych, finansowanych przez UE, inicjatyw, jak również wiele im podobnych, będzie mieć znaczący wpływ na efektywność energetyczną. Wspólnie natomiast te nowe technologie pomogą Europie ograniczyć popyt, wykorzystać więcej źródeł odnawialnych, obniżyć koszty ponoszone przez konsumentów, stworzyć nowe miejsca pracy i nowe rynki, a także zwiększyć bezpieczeństwo energetyczne i stopień zrównoważoności branży energetycznej.
Projekty opisane w niniejszym artykule uzyskały wsparcie na rzecz badań naukowych w ramach Siódmego Programu Ramowego (7PR).
(1) Komunikat, „Inteligentne sieci energetyczne: od innowacji po wdrożenia” – 'Smart Grids: from innovation to deployment’, COM:2011 202 wersja ostateczna
Użyteczne odnośniki:
– informacje na temat 7PR w bazie danych CORDIS
– informacje na temat efektywności energetycznej w bazie danych EUROPA
– informacje na temat projektu SMART-GRIDS w bazie danych CORDIS
– informacje na temat projektu IOE w bazie danych CORDIS
– informacje na temat projektu FINSENY w bazie danych CORDIS
– informacje na temat projektu INTEGRIS w bazie danych CORDIS
– informacje na temat projektu IREEN w bazie danych CORDIS
– informacje na temat projektu SEEDS w bazie danych CORDIS
– informacje na temat projektu S4EeB w bazie danych CORDIS
– informacje na temat projektu E-SAVE w bazie danych CORDIS
– informacje na temat projektu NOWASTE w bazie danych CORDIS
Fot. Wikimedia Commons/Mummelgrummel
