Na koniec maja 2021 r. moc zainstalowana fotowoltaiki w Polsce wynosiła blisko 5 GW i nadal rośnie w bardzo szybkim tempie. W celu zapewnienia stabilnej podaży energii pochodzącej ze słońca czy wiatru, należy postawić na decentralizację sieci i budowę lokalnych magazynów energii. W pierwszej kolejności powinny one znaleźć zastosowanie w przemyśle, gdzie niezbędne jest zapewnienie ciągłości działania procesów przy jednoczesnym obniżeniu stopnia emisji CO2 z tzw. brudnych źródeł energii – co z kolei pozostaje jednym z wymogów Europejskiego Zielonego Ładu.

Magazyny energii jako element mikrosieci to temat bardzo aktualny. Wpływa na to zarówno wzrost zapotrzebowania na energię, który do 2040 r. ma zwiększyć się dwukrotnie, jak i dążenie do jej pozyskiwania ze źródeł odnawialnych, co pozwala zniwelować emisję gazów cieplarnianych. Kolejnym elementem tej układanki jest postępująca cyfryzacja. Umożliwia ona pozyskiwanie danych w czasie rzeczywistym i ich przetwarzanie, dzięki czemu możliwe stało się optymalizowanie wielu aspektów funkcjonowania zarówno firm, jak i gospodarstw domowych. Jednym z nich jest wykorzystanie różnych źródeł energii elektrycznej i cieplnej.

Zmianie uległ łańcuch powiązań energetycznych. Od modelu jednokierunkowego, gdzie energia wytwarzana była w elektrowniach i odbierana przez konsumentów (opcjonalnie odbiorcy wytwarzali ją na własne potrzeby z wykorzystaniem generatorów bazujących na innym rodzaju paliwa), następuje zwrot do modelu prosumenckiego. Oznacza to, że każdy może wytwarzać czystą energię dzięki OZE – czy to na swoje potrzeby, czy z przeznaczeniem na sprzedaż do sieci energetycznej. Skutkiem jest decentralizacja całego systemu zaopatrywania w energię, do czego przyczynia się właśnie powstawanie tzw. mikrosieci.

Mikrosieci – co to takiego?

– Mikrosieci to zintegrowane systemy, które składają się z połączonych ze sobą rozproszonych zasobów energetycznych oraz obciążeń w jasno określonych granicach elektrycznych. Działają jako pojedynczy podmiot sterowany i nadzorowany w odniesieniu do głównej sieci zasilania. Ich kluczowym elementem są odnawialne źródła wytwórcze jak panele fotowoltaiczne czy wiatraki. Kolejnym składnikiem mikrosieci są coraz częściej magazyny energii pozwalające na akumulację jej nadwyżek wytworzonych w czasie działania rozproszonych źródeł energii. Mikrosieci stanowią także ważny element do utrzymania stabilności parametrów sieci dla wszystkich urządzeń zasilanych z tego systemu – wyjaśnia Krzysztof Burek, Lider Aplikacji Produktowych w Pionie Zarządzania Energią w Schneider Electric.

Powstawanie mikrosieci stanowi odpowiedź na trzy kluczowe potrzeby klientów:
1.    Możliwość skutecznego i samodzielnego zarządzania kosztami związanymi ze zużyciem energii. Posiadacze mikrosieci mają wpływ na, to kiedy i w jakim zakresie korzystają z własnych źródeł prądu, a kiedy niedobory uzupełniają z głównej sieci energetycznej. Decydują, czy nadwyżki energii magazynują w banku energii (jeśli taki posiadają w ramach własnej instalacji), czy też sprzedają je do głównej sieci (jeśli mikrosieć jest powiązana z główną siecią energetyczną).
2.    Zrównoważony rozwój – jeśli przedsiębiorstwo lub gospodarstwo chce zminimalizować swój ślad węglowy, powinno zwrócić się w stronę zielonej energii, na co pozwala właśnie inwestycja w mikrosieć.
3.    Potrzeba zapewnienia ciągłości dostaw energii dla swojej działalności. Mikrosieć pozwala zdywersyfikować wykorzystywane źródła zasilania, uniezależnić się od podmiotów z zewnątrz, a zatem zyskać pewność w zakresie niezakłóconych dostaw energii. Pozwala też uniknąć pełnego zaniku zasilania (zaciemnienia) podczas awarii sieci głównej.
Dlatego nie dziwi fakt, że w szybkim tempie powstają kolejne mikrosieci, które zasilają zarówno pojedyncze domy jedno- lub wielorodzinne, jak i biurowce czy różnej wielkości zakłady produkcyjne. Czasem nawet całe dzielnice. Zapotrzebowanie jest jednak znacznie większe.

Można wyróżnić trzy tryby pracy mikrosieci:
1.    Mikrosieć powiązana – kiedy mikrosieć jest podłączona do sieci głównej i następuje dwustronna wymiana energii pomiędzy sieciami.
2.    Mikrosieć przygotowana do pracy wyspowej – kiedy połączenie z siecią główną zostaje zerwane, wówczas mikrosieć, która została do tego przygotowana, może dalej pracować i zasilać najważniejsze elementy infrastruktury, dla których została stworzona.
3.    Mikrosieć pracująca poza główną siecią – kiedy mikrosieć nie ma żadnego powiązania z główną siecią energetyczną, a została stworzona tylko do zasilania wybranej infrastruktury, np. zakładu produkcyjnego.

Tryb pracy sieci musi zostać określony na etapie jej wstępnego projektu, aby układ był przygotowany do stawianych przed nim zadań.

– Schneider Electric ma w swojej ofercie szereg rozwiązań dedykowanych mikrosieciom. Są to elementy związane z odnawialnymi, rozproszonymi źródłami energii: rozwiązania dla magazynów energii, inwerterów pod układy fotowoltaiczne, stacje ładowania samochodów elektrycznych czy szafy sterownicze. Dysponujemy również urządzeniami związanymi z dystrybucją energii. Warto tu wymienić: wysokiej klasy analizatory sieci, cyfrowe wyłączniki, czy też nowoczesne rozdzielnice SN lub nN – wymienia Krzysztof Burek.

Kluczowym elementem, który integruje całą aparaturę, jest oprogramowanie. Firma Schneider Electric oferuje dwa systemy do zarządzania energią:
•    EcoStruxure Microgrid Advisor – pozwala na prognozowanie i optymalizację zużycia, produkcji, przechowywania lub sprzedawania energii. Zaopatrzony w zaawansowane algorytmy predykcyjne wspierane przez sztuczną inteligencję, stanowi „mózg” całego systemu mikrosieci. Oprogramowanie pozyskuje dane z wielu źródeł, także tych zewnętrznych, jak np. dane na temat ograniczeń mocy, prognozy pogody, cen na rynku energii oraz poziomu zapotrzebowania na energię. Dzięki temu można optymalizować pracę całego układu.
•    EcoStruxure Microgrid Operation – zapewnia stabilność i bezpieczeństwo dostaw energii we wszystkich warunkach pracy sieci. Oferuje możliwość sterowania poszczególnymi elementami pracy mikrosieci.

Zarządzanie mikrosiecią w praktyce

Na skuteczne zarządzanie mikrosiecią pozwalają panele operacyjne systemów z rodziny EcoStruxure, na których mogą być wizualizowane wszystkie elementy tworzące system mikrosieci. Przepływy energii są pokazywane w czasie rzeczywistym w formie przyjaznego interfejsu, a dane w postaci łatwych do analizy wykresów.

 – Oprogramowanie w zależności od potrzeb pozwala na uzyskanie różnorodnych informacji, które można śledzić, nadzorować i prognozować, co wspiera automatyzację operacji związanych z rozliczaniem kosztów energii. Dzięki rozwiązaniom z zakresu sztucznej inteligencji system uczy się na bieżąco i dopasowuje do oczekiwań użytkownika – podkreśla Krzysztof Burek ze Schneider Electric.

Oprogramowanie gwarantuje całemu systemowi, którego poszczególne elementy stale komunikują się ze sobą, najwyższy poziom cyberzabezpieczeń.

Więcej na temat praktycznego zastosowania mikrosieci można znaleźć w webinarze Schneider Electric w serwisie YouTube: „EcoStruxure Microgrid. Efektywność i niezawodność dzięki Mikrosieciom”.

Krzysztofa Burek, ekspert Schneider Electric