Zaznacz stronę

Przyszłość cyfryzacji w energetyce

Cyfrowa rewolucja zbliża do siebie producentów i odbiorców energii. Na jakie rozwiązania możemy liczyć w najbliższej dekadzie?

Cyfrowy Wiatr Zmian

Cyfryzacja, jak potężny cyklon, przetacza się przez wszystkie branże gospodarki. Energetyka nie jest tu wyjątkiem, a oczekiwania związane ze sztuczną inteligencją lub sieciami blockchain są wysokie. Jak ten sektor może się zmienić po przejściu transformacji cyfrowej? Eksperci wskazali 10 rozwiązań, które mogą wpłynąć na przyszłość energetyki.

Cyfryzacja to wciąż przyszłość

Rynek energetyczny wchodzi w okres transformacji. Napędzają ją z jednej strony przełomy techniczne i po stronie podaży i popytu, a z drugiej zmienne kierunki inwestycji w nowe moce. Po stronie podażowej obserwujemy wahania cen hurtowych energii, zmienne regulacje branżowe. Niektórzy z graczy rynkowych podejmują też wysiłek dekarbonizacji, które mają w sprawie klimatu. Projekt Energy 2050, przeprowadzony na rzecz Veolii Energia Polska przez firmę foresightową 4CF wskazuje m.in. na możliwość pojawienia się na rynku energii nowych modeli biznesowych, realizowanych przez nowych konkurentów w coraz bardziej otwartym i pluralistycznym ekosystemie. Po stronie popytu coraz silniej wybrzmiewa głos prosumentów, którzy chcą przejąć większą kontrolę nad zarządzaniem energią, jej wykorzystaniem i produkcją. Cyfryzacja pozwala zaopatrywać potrzeby zarówno jednej, jak i drugiej strony rynku. Dostawcom zapowiada wyższa efektywność systemów, możliwość pełnego wykorzystania danych i uruchomienia nowych przedsięwzięć biznesowych. Konsumentom i prosumentom – komfort oraz obniżenie kosztów energii.

W zdigitalizowanej przyszłości może jednak nastąpić rozmycie granicy pomiędzy podażą a popytem. Wejście na rynek inteligentnych sieci, wzajemnie połączonych i interoperacyjnych systemów obrotu i zarządzania energią, a także wykorzystanie potencjału sztucznej inteligencji może sprawić, że pozycja dostawców i odbiorców ulegnie zmianie. Dzięki cyfryzacji może znacznie poszerzyć się oferta rozwiązań dla wszystkich odbiorców energii elektrycznej i ciepła – począwszy od wielkich zakładów przemysłowych, a skończywszy na indywidualnych odbiorcach. Rosnący udział odbiorców energii w transformacji komentuje mec. Tomasz Chmal, ekspert rynku energetyki. 

Cyfryzacja już dziś przyczynia się do podniesienia poziomu bezpieczeństwa, wydajności, dostępności i trwałości systemów energetycznych na całym świecie, w tym miejskich systemów energetycznych. Rynek polski nie jest tu wyjątkiem. Obecny stan cyfryzacji w sektorze energetycznym komentuje Jakub Patalas, członek zarządu Veolia Energia Warszawa, dyrektor techniczny.

   

Przyszłość to jednak nie tylko kontynuacja obecnych trendów. Z udziałem ekspertów, reprezentujących różne wymiary cyfryzacji energetyki, przygotowaliśmy analizę przyszłych rozwiązań, które mogą znacząco wpłynąć na rozwój sektora

   

Różne przyszłości, różne wyzwania i możliwości

Dzisiejsza oferta rozwiązań technicznych nie determinuje rozwoju rynku przyszłości. Ważnym czynnikiem, który ma kształtuje przyszłość energetyki, jest podaż innowacji i nowych rozwiązań.

W analizie rozwiązań przyszłości, którą przeprowadziliśmy wzięli udział zaproszeni eksperci w dziedzinie cyfryzacji, reprezentujących m.in. przedsiębiorstwa energetyczne, telekomunikacyjne i organizacje branżowy elektronicznej. Każde z opisanych poniżej rozwiązań zostało skonfrontowane z trzema scenariuszami przyszłości energetyki, opracowanymi przez 4CF na zlecenie Veolii Energia Polska w 2019 r. – dzięki temu możemy ocenić, które z tych rozwiązań są podatne na wpływ innych przekształceń w sektorze energetycznym, a które przedstawiają wartość niezależnie od kierunku wiatru zmian:

Jeśli dane rozwiązanie dobrze wpisuje się w scenariusz, otrzymało “kciuk w górę”.

Znak przybliżenia oznacza neutralną relację pomiędzy scenariuszem a rozwiązaniem – scenariusz nie wyklucza danego rozwiązania, ale też nie sprzyja szczególnie jego realizacji. 

Jeśli dane rozwiązanie jest sprzeczne z danym scenariuszem oznaczyliśmy je “kciukiem w dół”.

1

Industrial Internet of Things 

Sieć sensorów w infrastrukturze energetycznej pozwala na lepszy monitoring zapotrzebowania na energię oraz efektywne zarządzanie jej przesyłem i magazynowaniem. Sensory działające w sieci umożliwiają również utrzymanie sieci poprzez monitoring jej elementów (np. poziomu skorodowania). Jest to podstawowy krok niezbędny do wprowadzenia dalszych cyfrowych technologii – chociażby sterowania przesyłem przez system sztucznej inteligencji. To rozwiązanie jest jednym z kamieni węgielnych scenariusza RES-TOPII.

2

AI optymalizująca przesył i dystrybucję energii

AI wykorzystane do zarządzania dostawami i optymalizacją magazynowania energii. Operująca na danych z sensorów w sieci IIoT, danych z urządzeń końcowych użytkowników (IoT), danych nt. warunków pogodowych oraz innych o istotnym znaczeniu dla produkcji (w szczególności z OZE), magazynowania i zużycia energii elektrycznej. W pierwotnej fazie swego rozwoju system – poznawszy schematy zmian przepływów energii w czasie – będzie podstawą do tworzenia systemów energii reagujących na zmiany popytu. AI niesie też w sobie potencjał systemu predykcyjnego. Jest to jedno z kluczowych rozwiązań umożliwiających zaistnienie scenariusza RES-TOPII, z uwagi na mnogość producentów energii.

3

Cyfrowe platformy do zarządzania zasobami energetycznymi oraz logistyką

Technologie cyfrowe, np. blockchain mogą znacząco usprawnić proces zarządzania majątkiem i środkami trwałymi, obieg dokumentów oraz logistykę przez polepszenie przepływu informacji oraz samego bezpieczeństwa łańcuchów dostaw. Rozwiązanie najmniej oddalone w czasie od teraźniejszości, niesie ze sobą duży potencjał zwiększenia efektywności operacyjnej spółek energetycznych. Sprawdzi się dobrze w każdym z trzech scenariuszy.

4

Sieci smart grid oraz modele reagowania na zmiany popytu na energię

Inteligentne sieci wsparte modelami reagowania na zmiany popytu (Demand Response models) umożliwiają monitorowanie zmian popytu na energię w czasie rzeczywistym oraz autonomiczne odpowiadanie na zmiany przez odpowiednią dystrybucję energii. Naturalna konsekwencja wprowadzenia AI zarządzającego przesyłem energii, a co za tym idzie rozwiązanie najbardziej pewne w scenariuszu RES-TOPII.

5

Wirtualne elektrownie (VPP – Virtual Power Plants)

Systemy integrujące różne źródła energii służące do zarządzania dystrybucją energii przez monitoring i kontrolę jej produkcji i zapotrzebowania. Ostateczny krok w aplikowaniu algorytmów AI w sektorze energetycznym umożliwi skuteczne i efektywne zarządzanie nie tylko przesyłem, ale i produkcją energii w ekosystemie tysięcy producentów i prosumentów. Rozwiązanie konieczne do zaistnienia scenariusza RES-TOPII, neutralne dla pozostałych dwóch scenariuszy.

6

Systemy zarządzania energią przez konsumentów i prosumentów

Systemy optymalizacji produkcji i zużycia energii przez konsumenta analizujące i sugerujące wykorzystanie optymalne energii z różnych źródeł. Wykorzystuje dane z inteligentnych liczników oraz urządzeń IoT po stronie konsumenta. Raportujące konsumentowi np. za pomocą mobilnej aplikacji. Systemy mogą przesyłać dane konsumentów producentom i dystrybutorom energii w celu optymalizacji dostaw. Tego typu rozwiązania mogłyby znacząco przyczyniać się do wzrostu świadomości ekologicznej wśród konsumentów. Z tego też względu raczej trudno upatrywać jego realizacji w scenariuszu POWROTU WĘGLA czy (choć w mniejszym stopniu) NUCLEAR HOT.

7

Internet budynków

W ramach inteligentnej lokalnej sieci energetycznej, nieodległe, produkujące energię budynki, optymalizują autonomicznie pomiędzy sobą przesył i zużycie energii. Składowe rozwiązanie sieci smart-grid, w przeciwieństwie do ogólnokrajowych systemów AI działające w skali lokalnej. Bardzo dobrze wpasowuje się w wizję rozproszonej energetyki zarysowanej w scenariuszu RES-TOPII, zupełnie nie pasuje do scenariusza POWROTU WĘGLA.

8

Wykorzystywanie modelowania cyfrowego do projektowania nowych sieci oraz usprawniania sieci istniejących

Wirtualne modele zbudowane na danych pozyskanych z istniejących, rzeczywistych sieci energetycznych pozwolą na skrócenie czasu i kosztu projektowania nowych instalacji. Zastosowanie niewidoczne dla końcowego odbiorcy, ale podobnie jak cyfryzacja łańcucha dostaw zwiększające efektywność operacyjną i krótszy czas przygotowania inwestycji. Rozwiązanie to w zasadzie równie dobrze sprawdzi się w każdym ze scenariuszy, pod warunkiem, że zostaną mu dostarczone dane z rzeczywistych sieci energetycznych.

9

Blockchain

Zabezpieczanie i automatyzacja transakcji w obrębie sieci energetycznej (automatyczne zawieranie kontraktów po spełnieniu określonego warunku, monitorowanie zużycia i produkcji energii przez prosumentów). Automatyzacja transakcji wymaga gwarancji pełnego bezpieczeństwa dla zawierających ją stron. Rozwiązania oparte na technologii blockchain mogą tę gwarancję dać otwierając drogę do sprzedaży mikro-ilości energii między prosumentami. To rozwiązanie jest kolejną cegiełką mocno wbudowaną w wizję ze scenariusza RES-TOPII, choć sama technologia blockchain może znaleźć zastosowania także w pozostałych dwóch scenariuszach.

10

Wirtualne giełdy energii

Cyfrowe platformy, które umożliwiałyby indywidualnym konsumentom zakup energii według ich własnych preferencji takich jak okres trwania zawartego kontraktu, emisje związane z wytworzeniem energii od danego dostawcy i oczywiście cena. Z pewnością powstaniu takich giełd sprzyjać będzie poprawa bezpieczeństwa transakcji w sieci (p. Blockchain). Rozwiązanie to umożliwia skrócenie drogi między producentem energii, a jego ostatecznym odbiorcą i znacząco otwiera konkurowanie między operatorami. Rozwiązanie raczej nie sprawdzi się w scenariuszu POWROTU WĘGLA, gdzie nie występuje znaczna mnogości operatorów.

Przyszłość cyfryzacji na Macierzy 4CF – tak daleko stąd, tak blisko

Macierz 4CF to narzędzie strategiczne pozwalające na ocenę atrakcyjności przyszłych rozwiązań produktowych pod kątem ich relatywnej przewagi rynkowej (RA – Relative Advantage) oraz minimalnego oczekiwanego czasu, w którym osiągną dojrzałość rynkową (ETM – Earliest Time to Mainstream). Relatywna przewaga rozwiązań określana jest na osi pionowej macierzy, zaś mierzony w latach czas do osiągnięcia dojrzałości na osi poziomej. 

Typowy rozkład rozwiązań w macierzy 4CF przebiega wokół linii rosnącej, co oddaje prawidłowość, że oczekiwany czas upowszechnienia rozwiązań rośnie wraz z ich relatywną przewagą rynkową. Z pomocą macierzy udaje się jednak często zidentyfikować także takie rozwiązania, które lokują się znacznie powyżej lub poniżej tej linii. Te pierwsze, zaliczane do szkwałów i pirackich skarbów stanowią atrakcyjny przedmiot inwestowania, ponieważ mogą przynieść duży zwrot we względnie krótkim czasie. W przypadku tych drugich, określanych mianem raf koralowych i syren, należy zachować szczególną ostrożność, gdyż zainwestowane środki mogą nigdy się nie zwrócić.  

W celu zastosowania macierzy 4CF do zanalizowania przyszłości cyfryzacji energetyki w Polsce, poproszono o pomoc ekspertów z tej dziedziny. Zapytano ich o innowacyjne rozwiązania z zakresu cyfryzacji, które ich zdaniem mają szansę doprowadzić do transformacji polskiej energetyki bądź istotnie zwiększyć jej efektywność do roku 2050. Zestawienie dziesięciu propozycji wraz z opisem przedstawione zostało w tabeli zamieszczonej w poprzedniej sekcji. Następnie poproszono ekspertów o ocenę, kiedy najwcześniej każde z wymienionych rozwiązań może upowszechnić się na rynku polskim (od 0 do 30 lat) oraz o to jaką przewagę rynkową dałoby ono dzisiaj posiadającym je interesariuszom (w skali od 0 do 10). Macierz 4CF znajdująca się poniżej zawiera zestawienie ocenionych przez ekspertów rozwiązań.

1. Industrial Internet of Things
2. AI optymalizująca przesył i dystrybucję energii
3. Cyfrowe platformy do zarządzania zasobami energetycznymi oraz logistyką
4. Sieci smart grid oraz modele reagowania na zmiany popytu na energię
5. Wirtualne elektrownie (VPP – Virtual Power Plants)
6. Systemy zarządzania energią przez konsumentów i prosumentów
7. Internet budynków
8. Wykorzystywanie modelowania cyfrowego do projektowania nowych sieci oraz usprawniania sieci istniejących
9. Blockchain
10. Wirtualne giełdy energii

1. Industrial Internet of Things
2. AI optymalizująca przesył i dystrybucję energii
3. Cyfrowe platformy do zarządzania zasobami energetycznymi oraz logistyką
4. Sieci smart grid oraz modele reagowania na zmiany popytu na energię
5. Wirtualne elektrownie (VPP – Virtual Power Plants)
6. Systemy zarządzania energią przez konsumentów i prosumentów
7. Internet budynków
8. Wykorzystywanie modelowania cyfrowego do projektowania nowych sieci oraz usprawniania sieci istniejących
9. Blockchain
10. Wirtualne giełdy energii

Rozkład rozwiązań na macierzy okazał się typowy. Ułożyły się one w zdecydowanej większości wzdłuż dodatnio nachylonej linii. Nie można przy tym wskazać zwodniczych rozwiązań, które charakteryzowałyby się niską atrakcyjnością wpadając w obszar raf koralowych i syren. Kilka innowacji, cechujących się względnie wysoką przewagą rynkową w stosunku do oczekiwanego czasu upowszechnienia, wydaje się jednak wyróżniać swoją atrakcyjnością. 

Należy do nich w szczególności Industrial Internet of Things [1], którego powszechnego wykorzystania w Polsce eksperci spodziewają się już za 5,5 roku przy przypisywanej mu jednocześnie znaczącej przewadze rynkowej na poziomie aż 8,5. Jest to, zatem, rozwiązanie w którego wdrażanie chcąc uzyskać przewagę rynkową warto zacząć inwestować już teraz. Innymi relatywnie ciekawymi rozwiązaniami wpadającymi w obszar szkwałów są: AI optymalizująca przesył i dystrybucję energii [2], sieci smart grid oraz modele reagowania na zmiany popytu na energię [4], a także wirtualne giełdy energii [10]. Innowacją, która zdaniem ekspertów, charakteryzuje się największą względną przewagą konkurencyjną (8,75) są wirtualne elektrownie [5]. Stanowią one, jednak, rozwiązanie, które uznane zostało za najbardziej odległe w czasie. Ich oczekiwana popularyzacja nastąpić ma nie wcześniej niż za 11 lat. 

W tym kontekście warto przypomnieć, że eksperci mieli za zadanie zaproponować innowacje, które transformować będą polską energetyką w perspektywie do 2050 roku, czyli na przestrzeni kolejnych 30 lat. Fakt, że najodleglejsze ze wskazanych rozwiązań lokuje się w relatywnie bliskiej przyszłości, bo za nieco ponad 10 lat, świadczy o tym, że bardziej dalekosiężne możliwości nie znalazły się jeszcze w sferze rozważań osób zajmujących się tematem.

Wynika to zapewne po części z bardzo szybkiego tempa zmian w obszarze technologii cyfrowych, ale jednocześnie oznacza możliwość przeoczenia nowych szans, które mogą otworzyć się przez polską energetyką już niebawem. Jest to tym bardziej niebezpieczne, iż w perspektywie ponad 10 lat, zasadne jest rozwijanie własnych, rodzimych rozwiązań, które mogłyby zostać nie tylko wdrożone w kraju, ale także eksportowane za granicę.

Jak sprawić, by rozwiązania przyszłości weszły do użytku

Wiele z omawianych na macierzy rozwiązań jest już rozwijanych. Dzisiejsze inwestycje w infrastrukturę informatyczną i systemy pomiarowe pomogą w przyszłości.

Jak zauważa wiceprezes Krajowej Izby Gospodarczej Elektroniki i Telekomunikacji, dr. inż. Jarosław Tworóg, odnosząc się do rozwiązania nr 8., “niezależnie od wyborów w zakresie systemowych rozwiązań energetycznych, każde z nich powinno wykorzystywać w pełni cyfryzację. Należy pierwszej kolejności przystąpić do budowy systemu bliźniaka cyfrowego całego systemu oraz wdrożyć standardową technologię sieciową np. typu RAMI 4.0 oraz zbudować system AMI (Advanced Metering Infrastructure – zaawansowanej infrastruktury pomiarowej), pozwalający na funkcjonowanie cyfrowych bliźniaków w czasie rzeczywistym. To pozwoli na obniżenie przyszłych kosztów integracji tych bliźniaków z innymi, które będą powstawać w całej gospodarce”.

Stawką cyfryzacji energetyki jest więc nie tylko podniesienie efektywności technicznej i biznesowej istniejących systemów, i nie tylko wprowadzenie do oferty nowych produktów lub usług, lecz także zapewnienie integracji energetyki z pozostałymi sektorami gospodarki w pełni ucyfrowionym świecie. Wymaga to jednak nie tylko inwestycji technologicznych, lecz także rozwoju kompetencji i świadomości decydentów. Ich rozwój jest kluczowy dla powodzenia cyfryzacji, jak przekonuje Sebastian Grabowski, dyrektor IoT i zaawansowanych technologii w Orange Polska.  

Cyfryzacja wymaga oczywiście nakładów inwestycyjnych i skoordynowanych działań. Energetyka konkuruje o talenty i zasoby informatyczne właściwie z każdą branżą na zglobalizowanym rynku usług i innowacji IT. Sprawia to, że koszty opracowania i wdrażania rozwiązań cyfrowych są wysokie. Jak jednak wynika z analizy danych na macierzy, eksperci rynku energetycznego widzą możliwość szybkiego wdrożenia. Jednym ze źródeł finansowania tych projektów mogą być środki przeznaczone na ograniczanie emisji gazów cieplarnianych i gospodarkę niskoemisyjną – zwiększenie sprawności systemów energetycznych dzięki cyfryzacji przełoży się również i na taki skutek.

 

Co dalej?

Portal internetowy „Transformacja 2050”, który właśnie odwiedzasz, to kontynuacja projektu foresightowego Energia 2050. Pragniemy, aby portal, podobnie jak projekt „Energia 2050”, był źródłem wartościowej, eksperckiej, nietuzinkowej wiedzy na tematy związane z przyszłością rynku energii, transformacją energetyczną i pokrewnymi tematami. „Transformacja 2050” jest otwartą trybuną rozmowy o przyszłości energetyki w polskich miastach, animowanej przez Veolię Energia Polska oraz specjalistów w zakresie foresightu strategicznego z firmy 4CF. Zapraszamy do kontaktu i współtworzenia tego portalu ekspertów i interesariuszy rynku energii.

Jeśli zainteresował Cię powyższy artykuł, to z pewnością chętnie zobaczysz i przeczytasz także:

 

 

Otrzymuj najnowsze bezpłatne analizy o przyszłości energetyki w Polsce!

Zapisując się do naszego Newslettera jednocześnie wyrażasz zgodę na przetwarzanie podanych przez Ciebie danych w tym celu. Administratorem Pani/Pana danych osobowych jest Veolia Energia Polska SA, z siedzibą przy ul. Puławskiej 2, 02-566 Warszawa.

Przetwarzamy Pani/Pana dane wyłącznie w celu wysyłania informacji dotyczących portalu Transformacja 2050 drogą e-mailową. Pani/Pana dane będą przetwarzane do czasu odwołania zgody – odpowiedni link będzie zawarty w każdym wysłanym przez nas Newsletterze. Wycofanie zgody nie ma wpływu na zgodność z prawem przetwarzania, którego dokonano na podstawie zgody przed jej wycofaniem. Podanie przez Panią/Pana danych jest dobrowolne, ale konieczne do przesyłania informacji dotyczących portalu Transformacja 2050. Przekazane przez Panią/Pana dane osobowe możemy przekazywać naszym dostawcom, którym zlecimy usługi związane z przetwarzaniem danych osobowych, np. dostawcom usług IT. Takie podmioty przetwarzają dane na podstawie umowy z nami i tylko zgodnie z naszymi poleceniami. Ma Pani/Pan prawo do żądania dostępu do swoich danych osobowych, ich sprostowania, usunięcia lub ograniczenia przetwarzania, a także prawo wniesienia skargi do organu nadzorczego. Więcej informacji o przysługujących Ci prawach oraz o przetwarzaniu Twoich danych osobowych znajdziesz w polityce prywatności.

Czytelnicy portalu Transformacja 2050 mogą korzystać z bezpłatnej usługi newslettera, zawierającego informacje o najnowszych analizach i wypowiedziach eksperckich, które publikujemy. Zachęcamy do zapisania się do newslettera: dzięki temu nie przegapisz nowej analizy rozwiązań przyszłości i zapowiedzi wydarzeń związanych transformacją energetyczną w Polsce.