Nové výzvy pre vytváranie pokrokovej grid infraštruktúry

na dodávku elektriny

Téma príspevku:

Nové výzvy pre vytváranie pokrokovej grid infraštruktúry na dodávku

elektriny

Libor Kozubík Business Development Executive Intelligent Utility Networks IBM Central and Eastern Europe

Úvod do Smart Grids

Solárna

energia

Vietor

Solárna

Vietor

Hydroelektrina Slnko

Jadrová energia Vietor

Uskladnenie energie

Uskladnenie

energie

Uskladnenie

energie

UTILITY

Pripojené

vozidlá

Uhlie/plyn

Jadrová energia Hydroelektrina

UTILITY

TRADIČNÁ SÚSTAVA TRANSFORMOVANÁ SÚSTAVA

Uhlie/plyn

Zákazník

Tok energie

Periodický tok informácií

Kontinuálny tok informácií

Zmena koncepcie distribučných

a prenosových sústav

Čo znamená byť „Smart“ = Inteligentný?

Meranie, monitoring, modelovanie a riadenie

Metering Sensing

•Real Time

•Data Integration

Real Time

+ Historical Data

Data Modeling

+ Analytics

Visualization

+ Decisions

Modelovanie dát, vytváranie dátových pohľadov pre podporu rozhodovania

Spätn

á v

äzba n

a p

oužív

ate

ľa a

zdro

j dát;

Podnety

a a

kcie

na z

menu s

prá

vania

Spätn

á v

äzba n

a p

oužív

ate

ľa a

zdro

j dát;

Podnety a

akcie

na z

menu s

prá

vania

Porovnanie historických a nových dát

Zber dát

Integrácia dát

Zdroj: IBM Corporate Strategy

Inteligencia (z lat. inter-legere, rozlišovať, poznávať, chápať) je rozumová schopnosť riešiť novovzniknuté alebo obtiažne

situácie; schopnosť učiť sa zo skúseností; schopnosť prispôsobiť sa; schopnosť správneho určenia podstatných súvislostí a

vzťahov, pomocou ktorých riešime nové problémy a orientujeme sa vo vzniknutých situáciách. (zdroj: Wikipédia)

Predstava ľudského vnímania

Roberta Fludda z roku 1619.

(zdroj: Wikipédia)

Súčasné elektrizačné sústavy sú historicky navrhnuté tak,

aby distribuovali elektrický výkon iba jednosmerne, a to od

veľkých zdrojov ku konečným používateľom všetkých

kategórií…

Koncepcia inteligentných sietí

e.mobil

…inteligentný energetický systém z hľadiska toku informácií

omnoho viac pripomína globálnu prepojenú informačnú sieť,

než tradičnú elektrizačnú sústavu. V takom systéme môžu

byť jednoduchšie prevádzkované distribuované energetické

zdroje, vrátane tých šetrných k životnému prostrediu…

Inteligentná sieť je tvorená mnohými individuálnymi

technológiami z prevádzkovej oblasti a tiež z IT

Electric Meters

In-Home displays

Personal Computers

Load Control Devices

Smart Appliances

Handheld Data DevicesGas Meters

Water Meters

Electric Vehicles Outlets

Solar Panels

Reclosers

Condition Sensors

Voltage Controllers

Switches

Substation & Grid Devices

Smart Meters

In-home Devices

Ruggedised Laptops

Mobile Devices

Distributed Resources

Cell Phones

Wind Turbines

Home Area Network

Neighborhood Network

Access Network

Backhaul Network

Extranet

Office Network

1. Smart,

Connected

Devices

2. Integrated

Communication

Networks

3. System

Integration

Platform

4. Applications &

Analytics

Servers

EMS

System and

Network

Management

DMS

MDMS

Meter Data

Collection Load Control

GISNetwork

Analytics

OMSAsset

Management

CIS

Call

Management

Storage and

Backup

Business

Process

Management

Computing

Infrastructure

Application

Integration

WMS

CHP

Systems

Management

Security

Management

Messaging

& Web

Services

Instrumented

Interconnected

Intelligent 5. Presentation Employee

Portal/DashboardField Employee

Mobile Devices

Display Device

Interface

Customer

Mobile Devices

Customer

Web

Paper

Bills

Energy Storage

Riešenie Inteligentnej energetickej siete prináša jedinečnú

sadu možností vyžadovaných pri tvorbe biznisovej hodnoty

Stratégia

Inteligentná energetická sieť

Smart

Metering &

Beyond

Communications Grid Operations

Integrované a priemyselné riešenia

Správa a hosťovanie aplikácií

Prevádzka a správa IT infraštruktúry

Transformačný Outsourcing

Čo robím?

Pomôž mi urobiť

Urob to za mňa

Riadené služby, spoločné výskumné projekty

Návrh,

vykonávanie,

riadenie

Stratégia a

plánovanie

IBM

Technológie

SOFTWARE

• Tivoli

• Information Management

• WebSphere

• Lotus

• Rational

HARDWARE

• Servery

• Dátové uložiská

Global Support Services

(Centers of Excellence, Solutions Labs, Thought Leadership)

IBM Research • IBM Global Financing • On Demand Innovation Services (ODIS) • Integrated Technology Services • Security

Inteligentné

meranie Prevádzka

siete

Komunikácie

Bezpečnosť

Doplňujúce

oblasti

Zurich Almaden

India

Austin

Haifa Tokyo

Watson Čína

Brazília

Praha výskum.lab.

Spolupráca

Celosvetovo 9 výskumných centier IBM

AMM ako komponent Smart Grids

Industry Solution Center La Gaude

AMM Back-end

Iskra SEP2W

Meter Data Management

PLC

DLMS: Device Language Message Specification

COSEM: COmpanion Specification for Energy Metering

DLMS/COSEM

Customer

legacy

System

La Gaude - AMM Demonštrátor

Prehľad architektúry

Iskra

Sagem

Elster

Smart Meters

(Client Home)

Concentrators

(MV/LV

Substation)

Iskra

Sagem

WAN Network

WebServices

&

FTP

&

SNMP

GPRS or

Wire

Spatial Extender

Monitoring

Tivoli Netcool

WebServices

Enterprise

Asset Management

IBM

Maximo

WebServices

(AMM

Console)

Web

Sp

here

ES

B / P

rocess S

erv

er

WebServices

ESB

WebServices

Workforce

Management

Click

Schedule

WebServices

IPS/Site Protector/TSIEM

13

Inštalácia meračov a poskytovanie Back-end

Enterprise Asset Management

Supervision / GIS Create Asset

In OPERATING state

Create/Update

Create/Update Meter Data Management

Topology Updates

Installation Report

WebSphere

Process Server

Príklad AMM projektu

Príklad projektu Smart Grid: AMM ENEMALTA

• Celková rozloha: 316 km2

• Obyvateľstvo: 401,000. Pracovná sila: 144,000

• Rast počtu obyvateľov: 0.413% (2007 odhad)

• Jazyky: Maltský, Anglický

• Člen EÚ od januára 2004

1

6

Zákazník: Enemalta & WSC

IUBS tender bol vyhlásený spoločnosťou Enemalta aj v mene spoločnosti Water

Services Corporation

Formálny európsky proces súťaže vedený nákupným oddelením v rámci Maltskej vlády

Obe spoločnosti sú 100% vlastnené štátom

Enel

koncentrátor

GPRS modul

AMM v2 Centrálny Systém

PLC 2.5 Kbps

GPRS komunikačná sieť

RF

Dátový pulzný

vysielač Dátový pulzný

vysielač

RF

Merače elektriny Enel Ostatné

existujúce

merače

Merače vody

Dátový pulzný

koncentrátor

RF GPRS

modul

DH Protokol AMR protokol

Existujúce SAP systémy

(ERP, CRM, billing)

MV merače

elektriny

Infraštruktúra Smart Grid ENEMALTA

Riadenie pracovných čiat v teréne

Work Force Management = Riadenie

pracovných čiat v teréne

Stav bez WFM:

Manuálne prideľovanie PP montérom

Manuálne riadenie priorít

Manuálne riadenie abnormálnych stavov

Manuálne riadenie pracovnej doby montérov

Pracovné príkazy

Iné podnety na

prácu

Stav s WFM:

Automatická podpora plánovania a optimalizácie práce pre technika DS

Technik

distribučných

služieb

Príklad optimalizácie práce

Zdroj: www.cez.cz, ČEZ News, IBM

Práca s mobilným zariadením v

teréne

Vzdialený monitoring zariadení

na distribučnej sieti

Vzdialený monitoring zariadení

na distribučnej sieti

Substation

110kV/22kV

Transformer

substation

22kV/0,4kV

Merané dáta (v súlade s EN50160):

Frekvencia

Veľkosť napätia

Veľkosť prúdu

Činný výkon

Jalový výkon

Dlhodobé kolísanie napätia

Rýchle zmeny napätia

Krátke prerušenia napätia

Dlhodobé výpadky napätia

Nesymetrie napätia

Veľkosť harmonických napätí

Veľkosť medziharmonických napätí

Dočasné prepätia medzi vodičom a zemou

Detekcia zemného spojenia

DGM – príklad osadenia

Príklad projektu Energy Australia

DGM Energy Australia

26 26

Distribučná oblasť spoločnosti Energy

Australia pokrýva 22 275 km2 a zahŕňa

najľudnatejšie a najrýchlejšie rastúce

oblasti NSW – distribúcia elektriny v

oblasti Sydney, Central Coast a Hunter a

zahŕňa obyvateľov žijúcich v mestských aj

vidieckych oblastiach.

Distribučná sieť spoločnosti Energy

Australia obsahuje nasledovné distribučné

sieťové prvky:

– Prenosový systém s 33kV, 66kV a 132kV

zariadeniami;

– Distribučný systém stredného napätia (MV)

s 5kV, 11kV a 22kV zariadeniami; a

– Distribučný systém nízkeho napätia (LV) s

415V a 240 V zariadeniami. 30000 MV/LV

rozvodňami.

Architektúra riešenia

Control Room Users

DGM Device

Installation Team

Device Gateway Device Manager

XML/HTTP

Network Operations Centre

SOAP/HTTP

Real Time Integration Services Bus

CIM-XML/JMS

Power

Grid ModelHistorianDMS/

OMSVisualisation

GIS

Engineering & Planning Users

CIM-XML/JMS

ETL

SOAP/HTTP

Device

Fault Mgr

SCP/SSH

XML/HTTP

CIM-XML/JMS CIM-XML/JMS

XML/HTTP

SO

AP

/HT

TP

Network

Access

Server

CHAP

CHAPWireless

(3G)

Distribution Grid

Monitoring

System

XML/JMS

CIM-XML/JMS

scp/ssh

Websphere Datapower XI50 Websphere Application Server

+ Oracle10g

Websphere Application Server

+ Oracle 10g

Websphere Application Server

+ Google Maps OSI Soft Pi System

Tibco Business Works

PowerSense

Hotové prvky riešenia

Vizualizácia

Model výkonu siete

Rozhrania na zariadenia

Manažér zariadení

Portálová vizualizácia

Vizualizácia a mapové podklady

Koncept riadenia výroby

z obnoviteľných zdrojov

31

Inštalované počty fotovoltaických elektrární a

inštalovaný výkon

Zdroj ERU

Oblasti, kde požiadavky na pripojenie nových

zdrojov energie presahuje kapacitu siete

Zdroj ERU

Riadenie výroby elektriny z obnoviteľných zdrojov

energie

• Monitoring výroby OZE

v reálnom čase, alebo

v čase blízkom reálnemu

času

• Predikcia výroby OZE na

základe predikcie počasia

s vysokou granularitou

(aspoň 1x1 km)

• Dynamické modelovanie

siete

Fotovoltaické

elektrárny

Větrné

elektrárny

Malé vodní

elektrárny

Kogenerační

jednotky

Dispečink

provozovatele

distribuční

soustavy 1.

Dispečink

provozovatele

distribuční

soustavy 2

Dispečink

provozovatele

distribuční

soustavy 3.

Dispečink

provozovatele

přenosové

soustavy

Komunikační platforma

Komunikační platforma

Príklad riadenia výroby

z veterných elektrární

35

Úroveň 2 – Práca veternej farmy v rámci siete Monitorovanie výkonu farmy a potrieb siete

Celková utilizácia farmy

Celková dostupnosť farmy pri chode farmy alebo

pri zastavení kvôli prichádzajúcim búrkam

Koordinácia údržby a prevádzky s ostatnými

prevádzkovateľmi a utilitami v rámci siete

Predpoveď počasia v reálnom čase pomocou Deep

Thunder

iLOG optimalizačné nástroje

Úroveň 3 – Veterné farmy v oblasti predaja Predaj – maximalizácia ziskov

Predaj povolení emisií

Predaj výkonu vetra ako komodity

Cognos Now! – používaný ako analytický

nástroj pre predaj

Úroveň 1 – Veterná farma O & M Celkové monitorovanie farmy pomocou Cognos Now!,

dashboardy ukazujú stav a výkon farmy, dostupnosť a

utilizáciu

Infraštruktúra OSIsoft’s PI sa používa na zber

vstupov SCADA zo všetkých turbín a umožňuje

riešenie problémových stavov jednotlivých turbín

Adaptér SISCO’s UIB sa používa na transformovanie

dátového modelu rôznych turbín na štandardný

výstup IEC-61400 a IEC 61970 pre konzistentné

monitorovanie

IBM’s Maximo sa používa na správu zariadení a

poskytovanie služieb týkajúcich sa údržby

najefektívnejším možným spôsobom

Riešenie @hand Field Mobility sa používa na

zvýšenie efektivity a bezpečnosti pracovných čiat v

teréne

Kombinácia týchto aplikácií vytvára výkonné riešenie,

ktoré umožňuje prevádzkovateľom veterných

elektrární bezpečne prevádzkovať farmu pri

najvyššom výkone a najnižších nákladoch.

Riešenia IBM pokrývajú 3 úrovne biznisu s veternou

energiou

36

Aplikácie IBM a tretích strán používaných na

riešenie – Fáza 1

Dáta v reálnom

čase & historické

OSI Pi Database

Riadiaci systém

Zariadenia v teréne

Snímanie dát

OPC-OSIsoft

Multi OPC

Kontrolér adaptér

Dashboard Analytické

nástroje/ reporty

Enterprise Service Bus obsahuje: Spracoovanie komplexných udalostí, Mapovanie, Rozosielanie …

Rôzne systémy

SCADA

Analýzy a reporting

Externé systémy

Predpoveď

počasia

Optimalizácia a

predpovede

Riadenie práce Správa

zariadení

Mobilní

pracovníci

Sklad

Nákup

Maximo Maximo UIB PI Adapter

AX-S4-MMS

IEC-61400-25

& 61850

štandardy

Monitorovanie operácií

farmy – IBM’s Cognos Now!

Preskúmanie alarmu

turbíny pomocou OSIsoft’s

PI Framework a

oboznámenie údržby o

stave

Vytvorenie požiadavky na službu

IBM’s Tivoli Maximo, Revízia a

priradenie PM, zatiaľ čo technik je pri

turbíne

PM koordinuje s OPS

vrátenie turbíny do prevádzky

Používatelia verifikujú,

že turbína sa vrátila do

normálnej prevádzky s

Cognos Now!

2 3

Technik

použije @hand

FMS na

vyhľadanie

turbíny, vyplní

bezpečnostné

formuláre,

opraví senzor

a ukončí prácu

4

5

6

1

37

Technik zrealizuje pracovný

príkaz a pokiaľ je turbína

vlastnená treťou stranou,

Maximo Service Provider sa

použije na vyfaktúrovanie

zrealizovanej práce

Proces monitorovania výroby elektrickej

energie z vetra

Map view

Site#1

Site #2

Solar Panels

Site#1

Site #2

Solar PanelsSolar PanelsSolar Panels

Cloud imager

Weather Station

Weather Station

Weather Station

Weather StationWeather Station

Cloud ImagerCloud ImagerCloud Imager

Real-time Power Chart

Real-time Monitors

Real-time Power Chart

Real-time MonitorsReal-time Monitors

GUI of IBM Data Management Software

IBM výskum – Solárna analytika

Zdroj: IBM TJ Watson Center, Yorktown Heights, NY

Matematický model počasia

Deep Thunder

Zdroj:http://www.ibm.com/ibm100/us/en/icons/deepthunder/

Deep Thunder vytvára 24 – 48 hodinové predpovede pri 1 - 2 km rozlíšení na

obdobie od 3 hodín až po 3 dni. Informácie o počasí môžu byť spárované s

analytikou a vizualizáciou prispôsobenou podľa špecifických potrieb ...

Zdroj: Forecasting Renewable Energy Generation, srij@us.ibm.com

Výroba

solárnej

energie

Výroba

veternej

energie

Solárne polia

V

IBM 24/7

Služba

predikcie

obnoviteľnej

energie

Veterná farma

Informácie o oblačnosti

Dátová sieť

Pwind= f (V(x,y,t+Dt),QWind )

Psolar= f (C(x,y,t+Dt),QSolar )

C

Senzor intenzity svetla

Veterný senzor

Distribuované senzory

Oblačnosť

Veterné dáta

Multifyzikálne snímanie a modelovanie Snímanie a modelovanie mikroklímy

Wave Energy

Predikcia výroby OZE pre prípravu prevádzky

Dynamický model siete

Generators

Consumers

New Renewable

Generators

are added

price

demand

price

demand

Consumption changes

with price

SPOT

MARKET

Zdroj: Analytics and Optimization for E&U , Jayant Kalagnanam

jayant@us.ibm.com, Integration of Demand Response and Renewable Resources for Power

Generation Dispatching

Ďakujem za pozornosť

© 2010 Digit, s.r.o.

Libor Kozubík Business Development Executive Intelligent Utility Networks IBM Central and Eastern Europe libor.kozubik@cz.ibm.com