Nejmodernější technologie snižují náklady a posilují bezpečnost sítí
foto: Hitachi, se svolením/Ilustrační obrázek
Elektrické sítě fungují z velké části na infrastruktuře navržené před desítkami let. Jejich zatížení roste a cena za výpadky také. Řešením je komplexní řízení na úrovni celé sítě, detailní monitoring a pokročilé modelování – a zapojení umělé inteligence.
Na elektrické sítě spoléhají datacentra i čím dál víc elektrifikovaný průmysl. Investice do modernizace se globálně pohybují v řádu stovek miliard dolarů ročně a mají podle Mezinárodní energetické agentury do roku 2030 vzrůst přibližně na 600 miliard dolarů ročně. Ale výměna zařízení probíhá pomaleji, než roste poptávka. Je třeba nečekat na nová zařízení a lépe využívat to, co už v síti je.
Údržba podle kalendáře vs. podle stavu
Příkladem oblasti, kde je velký prostor pro úspory i posílení bezpečnosti, je údržba. Tradiční provoz vychází z pevného plánu: jednotlivá zařízení se kontrolují a servisují v předepsaných intervalech, bez ohledu na jejich skutečný stav. Tento přístup přináší dvojí riziko: část zásahů probíhá zbytečně brzy – a jiná zařízení se porouchají ještě před plánovanou kontrolou.
Moderní přístup spočívá v kontinuálním sběru dat o provozu konkrétních zařízení i o chování sítě. Jde o provozní data zařízení – například teplotu, zatížení nebo vibrace, ale také o vnější podmínky, ať už třeba počasí nebo stav sousedních zařízení v síti. Modely využívající umělou inteligenci pak nad těmito daty identifikují změny, které předcházejí poruše; to umožňuje načasovat servisní zásah na čas, kdy je skutečně potřeba. Odpadá tak část zásahů, které jsou sice naplánované, ale nepřinesly by žádný efekt (což šetří jak náklady na samotný zásah, tak na řešení výpadku daného zařízení). A především se snižuje počet nákladných poruch a havarijních oprav; současně se prodlužuje životnost zařízení, takže lze odkládat jejich výměnu a omezit kapitálové výdaje.
Společnosti Hitachi, která uvádí na trh své řešení HMAX Energy, tvrdí, že podle jejích referenčních projektů může prediktivní údržba například u transformátorů snížit náklady na opravy až o 75 procent a počet poruch přibližně o polovinu.
Psali jsme
Účinnější výkonové křemíkové polovodiče v Česku ušetří objem elektřiny odpovídající spotřebě středně velkého města nebo trvalému výkonu menší…
Data jako rozšíření infrastruktury
Velká část stávajících zařízení nebyla navržena pro detailní monitoring. Doplnění senzorů a napojení na datovou vrstvu tak není jen technický upgrade, ale způsob, jak zpřístupnit informace, které dříve neexistovaly.
Bez těchto dat zůstává údržba založená na odhadech a pevných intervalech. S daty se mění na řízený proces, který reaguje na skutečný stav zařízení. Objem a kombinace těchto dat zároveň přesahují možnosti manuálního vyhodnocení. Modely využívající umělou inteligenci dokážou identifikovat vzory v chování zařízení, které vznikají až kombinací více proměnných v čase, a převést je do konkrétních doporučení pro provoz a údržbu.
Digitální dvojče: testování bez zásahu do provozu
Digitální dvojče je model zařízení nebo části sítě kalibrovaný na reálná provozní data, který s dostatečnou přesností simuluje jeho chování. Na takovém modelu lze s vysokou přesností simulovat, jak by se skutečný systém choval při určité změně. Může jít například o změnu vnějších podmínek: digitální dvojče přesně ukáže, jak se v síti projeví přerušené vedení, nebo co v konkrétním zařízení způsobí výměna některé součástky.
To umožňuje plánovat kroky předem. Například ověřit, zda zvažovaný zásah nezpůsobí sekundární problém, porovnat více variant řešení – a vybrat postup s nejnižším dopadem na provoz. V případě incidentů to přináší zkrácení reakční doby až o desítky procent, protože varianty řešení lze vyhodnotit ještě před samotným zásahem a dá se tak vybrat postup s nejnižším provozním rizikem.
Extrémním příkladem užitečnosti digitálních dvojčat jsou systémy vysokonapěťového stejnosměrného proudu. U systémů provozovaných společností Baltic Cable zkracuje technologie IdentiQ, součást zmíněného řešení HMAX Energy, dobu reakce na incidenty až na desetinu.
Psali jsme
Mezinárodní veletrh elektrotechniky, elektroniky a energetiky se po roce vrací na brněnské výstaviště, nově v režii společnosti Veletrhy Brno.…
Řízení celé sítě, nejen jednotlivých zařízení
Data z jednotlivých prvků se propojují na úrovni celé sítě. Stav například transformátoru tak není izolovaná informace, ale vstup pro rozhodování o zatížení dalších částí systému.
To umožňuje při zhoršujícím se stavu zařízení třeba rozložit zátěž tak, aby nedošlo k přetížení, nebo plánovat odstávky bez narušení dodávek. Síť se tím posouvá od statického provozu k průběžně řízenému systému, který optimalizuje zatížení, životnost zařízení i provozní riziko napříč více prvky současně.
Rychlost rozhodování jako technický limit
V energetice probíhá řada rozhodnutí v řádu sekund nebo milisekund. To určuje architekturu řešení – část analýzy musí probíhat přímo u zařízení (edge computing), nikoli pouze v centrálním systému. Výsledkem je kombinace lokálního rozhodování a centrální optimalizace, která umožňuje reagovat v reálném čase a zároveň pracovat s širším kontextem celé sítě. I to je výhodou řešení jako je HMAX Energy; to navíc využívá modely umělé inteligence nejen k detekci problémů, ale i k jejich prioritizaci a návrhu konkrétních zásahů. Místo izolovaných alarmů tak provozní týmy dostávají doporučení doplněná o odhad dopadu na zbytek sítě.
Psali jsme
Za jeden z největších problémů české energetiky se dá označit současným nárokům nevyhovující stav přenosové soustavy. Na konferenci Powershift…
Energetika jako podmínka bezpečnosti
Stejný mechanismus, který snižuje náklady, zvyšuje i odolnost. Schopnost včas identifikovat problém, omezit jeho šíření v síti a rychle obnovit provoz je klíčová nejen pro ekonomiku, ale i pro fungování státu.
Elektrická síť zajišťuje provoz datových center, komunikačních systémů i průmyslové výroby. Nástroje, které zkracují dobu výpadku a umožňují simulovat krizové scénáře, se tak stávají součástí širší infrastruktury bezpečnosti. A dá se čekat, že posílení odolnosti přenosových sítí a energetické soustavy vůbec bude v dohledné době jednou z největších priorit státu.