5G omogućuje evoluciju Smart Grida

Smanjeno kašnjenje prijenosa podataka, veći kapacitet i veća brzina od trenutne 4G tehnologije ističe 5G mrežu kao katalizator razvoja nove generacije Naprednih elektroenergetskih mreža (Smart Grid). S mogućnošću obrade podataka iz financijski prihvatljivih senzora male snage i drugih povezanih uređaja, 5G bi trebala otvoriti put za mnoštvo novih usluga izgrađenih na sposobnostima kao što su umjetna inteligencija i napredna analitika. Za elektroenergetski sektor koji bilježi značajan napredak vezan uz Napredne mreže, 5G dolazi u pravom trenutku kako bi se omogućila evolucija Napredne mreže, te kako bi se odgovorilo na nove izazove naprednih gradova, zajednica i društva. Primjer mogućnosti i prednosti sljedeće generacije Naprednih mreža identificirane su prema masovnom korištenju električnih vozila (EV), obnovljivih (distribuiranih) izvora energije i pružanjem dinamičnijih cijena energije na temelju potražnje u stvarnom vremenu. 5G omogućava dvosmjernu komunikaciju između senzora u elektroenergetskoj mreži i nadređenog centra u stvarnom vremenu što daje nove mogućnosti nadzora i upravljanja, uključujući i krajnje korisnike – do sada pasivne potrošače.

Preduvjet za nove koncepte mobilnosti – električna vozila

Priključivanjem distribuiranih izvora (DI) mijenja se postojeća koncepcija tradicionalne distribucijske mreže kao pasivne mreže s jednosmjernim tokom energije od prijenosne mreže do krajnjih kupaca. Postojeći mehanizmi vođenja u tradicionalnoj distribucijskoj mreži u potpunosti je određena jednosmjernim tokom energije i podređena samo jednoj zadaći: smanjiti pad napon od prijenosne mreže do krajnjeg kupca u niskonaponskoj mreži. Pojavom distribuiranih izvora distribucijska mreža postaje dvosmjerna i u slučaju okretanja smjera energije (od distribuiranog izvora prema nadređenoj mreži) pojavljuje se problem pada napona u suprotnom smjeru, tj. problem porasta napona duž mreže. Budući da distribucijska mreža nije projektirana za takve pogonske uvjete dolazi do problema poput previsokih napona, povećan raspon varijacije napona, naponskog zagušenja, pa čak i preopterećenja. Tehnička rješenja koja uključuju mehanizme izgradnje i rekonstrukcije mreže izgradnjom novih vodova, kao i povećanjem prijenosne moći postojećih vodova (povećanjem presjeka voda) isključivo radi stabiliziranja strujno-naponskih prilika u dvosmjernoj radijalnoj mreži dovodi do vrlo niske iskoristivosti mreže, što nije optimalno. Stoga je potrebno razviti novi ustroj nadzora, zaštite i vođenja u dvosmjernom radijalnom distribucijskom sustavu.

Svjetska automobilska industrija već duži niz godina sustavno preusmjerava razvoj konvencionalnih pogonskih sustava vozila prema novim koji će u pravilu biti pogonjeni alternativnim gorivima, poput biogoriva, prirodnog plina, vodika i električne energije. Električna vozila (EV) predstavljaju novi koncept mobilnosti u urbanim sredinama te je ekološki prihvatljiv individualni transportni oblik, ali samo ukoliko se električna energija dobiva iz obnovljivih izvora energije.

Osim negativnog utjecaja priključka velikog broja električnih vozila, čime se povećava potrošnja električne energije, osnovni pozitivni princip usluga koje električna vozila pružaju elektroenergetskom sustavu se naziva V2G – Vehicle-to-Grid. Tu vrstu usluga električna vozila mogu izvršavati dok su priključena na elektroenergetsku mrežu za vrijeme mirovanja na parkiralištu. Kada je potražnja električne energije mala, EV mogu puniti svoje baterije bez preopterećivanja sustava, dok bi se punjenje privremeno zaustavilo u slučaju naglih smanjenja proizvodnje iz DI. Kroz takvu interakciju s elektroenergetskim sustavom, EV mogu pomoći u otklanjanju negativnih posljedica varijabilne proizvodnje kod velikog udjela obnovljivih izvora u ukupnoj proizvodnji električne energije. Time zapravo električna vozila postaju spremnici električne energije i posebice važno, kapacitet takvih spremnika neprestano raste, te je raširen na širokom geografskom području.

Dosada navedeni problemi u distribucijskoj mreži te smjernice istraživanja i rješenja za smanjenje negativnih utjecaja DI i električnih vozila (EV) ovise o komunikacijskoj povezanosti svih subjekata u distribucijskom elektroenergetskom sustavu u stvarnom vremenu. Trenutna situacija komunikacijske povezanosti je uglavnom ovisna o optičkoj mreži koja je limitirana. Za uspostavu nove generacije napredne distribucijske mreže potrebno bi bilo povezati sve subjekte u stvarnom vremenu, što bi otvorilo široki spektar novih aplikacija i rješenja.

Komunikacijska infrastruktura kao odgovor na potrebe elektroenergetske mreže

Distribucijski sustav s distribuiranim izvorima, osim prethodno navedenih negativnih utjecaja izvora na mrežu, dobiva mogućnost iskoristiti regulacijske mogućnosti distribuiranih izvora kroz pružanje pomoćnih usluga od strane korisnika mreže, odnosno vlasnika distribuiranih izvora. Na taj način se može dodatno doprinijeti sigurnosti i kvaliteti pogona i ekonomičnosti gospodarenja distribucijskim sustavom. Uvođenje novih pomoćnih usluga od strane korisnika priključenih na distribucijsku mrežu izazov je svim distribucijskim sustavima u EU, pri čemu su pitanja definicija usluga i uređenja tržišnih uvjeta nabave još uvijek u značajnoj mjeri otvorena. Također se predviđa i upravljanje potrošnjom (Demand Response), kako bi se uz upravljanje DI još više povećala sposobnost za sigurnim vođenjem distribucijskog sustava.

Na taj način se može dodatno doprinijeti sigurnosti i kvaliteti pogona i ekonomičnosti gospodarenja distribucijskim sustavom. Uvođenje novih pomoćnih usluga od strane korisnika priključenih na distribucijsku mrežu izazov je svim distribucijskim sustavima u EU, pri čemu su pitanja definicija usluga i uređenja tržišnih uvjeta nabave još uvijek u značajnoj mjeri otvorena. Međutim, osnovni problem za postizanje pozitivnih ciljeva u naprednoj distribucijskoj mreži je povezanost svih elemenata optičkim vezama ili drugim komunikacijskim kanalima u stvarnom vremenu što sada nije slučaj. Naime većina navedenih elemenata (distribuirani izvori, punionice za električna vozila, spremnici energije i potrošači) nisu povezani primjerice optičkim komunikacijskim vezama.

5G tehnologija podrazumijeva komunikacijsku vezu među elementima sustava i zamišljena je da bude više od samo rafinirane verzije postojeće javne telekomunikacijske mreže, odnosno evolucije trenutne telekomunikacijske norme koja je prvenstveno namijenjena mobilnoj telefoniji. Namjera je pokrivanja različitih vrsta komunikacija, uključujući i dvosmjernu komunikaciju prema strojnoj opremi, te stoga treba biti fleksibilna i također podržavati potpuno nove poslovne modele. Vertikalne djelatnosti kao što su elektroenergetika i automobilska industrija, zamišljeni su kao novi korisnik 5G tehnologije, omogućujući razvoj novih algoritama za aplikacije zasnovanih na umjetnoj inteligenciji, razvoju tržišta i razvoju visoko tehnoloških tvrtki. Kako bi se postigao zadani cilj potrebno je identificirati potrebe elektroenergetske vertikale (od izvora električne energije do krajnjih potrošača), kako iz tehničke tako i iz poslovne perspektive, te dati smjernice i alate za uspješnu uspostavu nove generacije Naprednih mreža, zasnovane na uspješnom usvajanju 5G komunikacijske tehnologije.