SMART GRID
Flexibilní průmyslová výroba: klíč k zajištění stability energetických sítí budoucnosti
Před energetickou soustavou ČR stojí velké výzvy. Hlavní změnou, se kterou se aktuálně budeme muset vypořádat, je zajištění rovnováhy mezi výrobou a spotřebou. To bylo s fosilními palivy doposud řešeno hlavně na straně výroby elektřiny, nyní bude muset přispět i strana spotřeby a svůj energetický odběr dynamicky přizpůsobovat aktuální situaci v distribuční síti.
Autor: Ing. Petr Kadera, Ph.D., vedoucí skupiny Inteligentní systémy CIIRC ČVUT
Velké možnosti v této oblasti představují moderní flexibilní výrobní systémy implementované podle konceptů Průmyslu 4.0, které nespoléhají na fixní výrobní postupy, ale výrobní plány a rozvrhy přizpůsobují konkrétní situaci ovlivněné dostupností materiálu, výrobních kapacit, pracovní síly nebo přepravních služeb. Do takových systémů pak aktuální podmínky dostupnosti energie vstupují jen jako další kritérium, který se zohledňuje při hledání optimálního výrobního postupu. Průmysl 4.0 tak nepřináší jen kvantitativní výhody jako rychlejší a efektivnější výrobu, ale i kvalitativní změny v podobě stabilních energetických sítí.
Na CIIRC ČVUT v rámci centra excelence RICAIP vzniká výzkumná infrastruktura, která umožní vyvíjet řešení stojící na těsné informační provázanosti výroby a spotřeby energie, tzv. Smart Grid. Stranu výroby reprezentuje sestava fotovoltaických panelů a fyzické simulátory fotovoltaických panelů (DC zdroje). Několik zařízení může v závislosti na aktuální situaci vystupovat jako zdroj nebo spotřebič. Jedná se zejména o dvě bateriová úložiště a dále dvojici tzv. grid simulátorů, což jsou reverzibilní AC zdroje, které umí do laboratorní sítě dodat nebo ze sítě odebírat elektrický signál s přesně danými a opakovatelnými parametry. Díky tomu, že jsou tyto komponenty spojeny se simulačním prostředím reálného času MathWorks dSPACE, umožní v laboratoři nastolit podmínky, jaké vznikají v distribuční síti interakcí tisíců reálných zařízení.
Smart Grid na CIIRC ČVUT. Solární panely na střeše budovy reprezentují stranu výroby elektřiny, foto: R. Sejkot, CIIRC ČVUT
Stranu spotřeby reprezentuje vybavení laboratoří zaměřených na výrobní systémy. Jedná se zejména o různé typy robotů, obráběcí stroje a dopravníkové systémy. Jednotlivá zařízení budou do laboratorní sítě připojena přes měřící prvky, které umožní detailní sledování průběhu elektrického signálu. Přesná koordinace činností jednotlivých komponent vyžaduje spolehlivou a rychlou komunikaci. Ta bude v našich laboratořích zajištěna díky první instalaci 5G SA infrastruktury společnosti T-Mobile, která je právě ve výstavbě a měla by být zprovozněna v nejbližší době.
Vytvořené laboratorní prostředí umožní vyvíjet a testovat nové metody pro řízení energetických toků pro průmyslové i rezidenční aplikace. Jedním z prvních výzkumných témat, kterými se bude laboratoř zabývat, bude energetický management ve výrobních podnicích. Řešení bude založeno na rozšíření současných digitálních modelů výrobních strojů o model jejich energetické náročnosti vztažené k jednotlivým výrobním operacím. Simulační nástroj MathWorks dSPACE umožní z identifikovaných modelů vytvořit mnoho instancí, které v rámci simulace mohou běžet paralelně. Výsledný model tak bude svojí komplexitou odpovídat reálnému výrobnímu závodu a umožní sledovat, jaký dopad na průběh energetické náročnosti má daná výrobní konfigurace při konkrétním výrobním rozvrhu a jak ji můžeme ovlivnit jeho úpravami.
Celý systém bude zprovozněn na konci roku 2021 a výzkumníkům ČVUT umožní intenzivně se zapojit do vývoje energeticky zodpovědných a dlouhodobě udržitelných výrobních prostředků.
