Automatyzacja i cyfryzacja w energetyce – wyzwania i możliwości dla inżynierów

Zwiększający się popyt na energię, coraz większe możliwości AI i cyfryzacja oznaczają, że energetykę czekają zmiany. Branża ta już zaczęła przechodzić rewolucję, a inżynierzy stoją przed wyzwaniami dotyczącymi nowoczesnych metod dotyczących zapewnienia cyberbezpieczeństwa sieci energetycznych i zarządzania energią. Oto zmiany, których można spodziewać się w energetyce, oraz technologie pomagające je wdrożyć.
 

Jakie wyzwania stoją przed branżą energetyczną?

Zmiany w branży energetycznej zależą od konsumentów, źródeł pozyskiwania energii i rozwiązań oczekiwanych przez prężnie rozwijający się przemysł. Dlatego wyzwaniem dla inżynierów jest wdrażanie:

• systemów automatyzacji sieci energetycznych,
• nowych technologii pomiarowych,
• przemysłowych systemów kontroli procesów,
• rozwiązań wspierających elektromobilność,
• wydajnych systemów zarządzania energią,
• nowych rozwiązań zintegrowanych z istniejącą infrastrukturą.

Wyzwaniem – nie tyle technologicznym, ile logistycznym – jest szeroko pojęty proces cyfryzacji. Inteligentne sieci energetyczne (ang. Smart Grids), za pomocą których można wydajnie zarządzać dystrybucją energii, potrzebują coraz skuteczniejszej ochrony przed cyberatakami. Sektor energetyczny musi umiejętnie czerpać z potencjału m.in. sztucznej inteligencji, wykorzystując zaawansowane algorytmy.
 

SCADA w energetyce – jak można ją wykorzystać w tym sektorze?

SCADA (ang. Supervisory Control and Data Acquisition) jest systemem nadzorujący przebieg procesu technologicznego lub produkcyjnego. Wykorzystuje się go w połączeniu z odpowiednim oprogramowaniem oraz elementami sprzętowymi. Celem używania tego systemu są:

• lokalne i zdalne kontrolowanie procesów,
• współpraca z urządzeniami należącymi do zarządzanej infrastruktury,
• wizualizacja stanu procesu technicznego,
• zbieranie, gromadzenie i przetwarzanie danych pochodzących z procesu produkcyjnego,
• rejestracja zdarzeń i alarmowanie w przypadku wystąpienia niepożądanych zjawisk,
• archiwizacja danych,
• raportowanie w wybranej formie i interwałach czasowych,
• udostępnianie informacji o procesie w sieciach komputerowych,
• nadawanie uprawnień określających zabezpieczenie dostępu

SCADA w energetyce jest dziś stosowana również w związku z rozwojem instalacji wykorzystujących odnawialne źródła energii. System ten “opiekuje” się np. farmami wiatrowymi i procesem generacji energii elektrycznej wykorzystującym instalację fotowoltaiczną. 

SCADA dostarcza wielu informacji o działaniu instalacji. Za pomocą zaawansowanych  narzędzi możliwa jest diagnoza usterek związanych ze zużyciem poszczególnych elementów, wykonywanie harmonogramu konserwacji oraz ocena stopnia zanieczyszczenia turbiny czy paneli fotowoltaicznych przez osiadający śnieg.  Efektami wykorzystania tego systemu są:

• redukcja kosztów operacyjnych, 
• poprawa sprawności systemu,
• łatwiejsze zarządzanie obiektem i siecią dzięki automatycznie generowanym raportom.

Cyberbezpieczeństwo w infrastrukturze energetycznej

Cyberataki w energetyce będą coraz lepiej przemyślane, co stanowi ogromne wyzwanie dla inżynierów. Na ataki ze strony cyberprzestępców są narażone przede wszystkim sieci zarządzane przez SCADA. Wynika to z faktu, że system ten powstał, zanim cyberataki były tak poważnym problemem jak dziś. Dlatego zaleca się, aby systemy energetyczne były zabezpieczane wielowarstwowo i wielorako – musi to dotyczyć ich infrastruktury fizycznej, systemów krytycznych i  software’owych. Zwraca się również uwagę na to, aby zarządy elektrowni miały pewność, że ich oprogramowanie jest:

• w pełni uaktualnione,
• kompatybilne ze znanymi wrażliwościami,
• zgodne ze standardami międzynarodowymi (np. z certyfikatem SDLA). 

Wprowadzenie nowoczesnych technologii pomiarowych do procesu zarządzania energią pozwala firmom na dokładniejsze monitorowanie zużycia energii i wdrażanie skutecznych strategii jej oszczędzania.

Technologie pomiarowe w energetyce – dlaczego są tak ważne?

Nowoczesne technologie pomiarowe w energetyce to dokładniejsze monitorowanie, analiza i optymalizacja zużycia energii w czasie rzeczywistym. Dawniej, zgodnie z tradycyjnymi metodami, takie pomiary przeprowadzano jedynie okresowo, czyli zwykle sporadycznie. Natomiast wzrost cen energii, który dotknął sektor przemysłu, zmusza inżynierów do opracowywania coraz precyzyjniejszych technologii pomiarowych. Ich zastosowanie to sposób na:

• bycie na bieżąco z aktualnym zużyciem energii;
• szybkie wykrycie nieprawidłowości związanych z poborem energii przez działy zakładu produkcyjnego lub maszyny;

optymalizację procesów w celu oszczędzania energii – im mniej jej jest zużywanej w przedsiębiorstwie, tym produkcja w zakładzie jest rentowniejsza.

Przemysłowe sieci komunikacyjne a  technologie pomiarowe

Technologie pomiarowe wykorzystują przemysłowe sieci komunikacyjne. To część infrastruktury sieciowej zakładów produkcyjnych. Za ich pomocą przedsiębiorcy mają także zdalny dostęp do danych i informacji w czasie rzeczywistym. Dokładnie wiedzą, ile energii zużywają poszczególne urządzenia i mogą optymalizować ich działanie. Dlatego także przemysłowe sieci komunikacyjne – ich funkcjonalność – podwyższają standardy korzystania z technologii pomiarowych.
 

Zarządzanie energią w przemyśle 

Obecnie stawia się zarówno na modernizacje technologii pozyskiwania energii, jak i zarządzania nią. Projekty sporządzane przez inżynierów powinny być planami zakładającymi długofalową poprawę efektywności energetycznej. Kolejność i wybór wdrażanych zmian nie mogą być przypadkowe. 
 

Modernizacja zarządzania energią w przemyśle – od czego powinna się zacząć?

Od dokładnego audytu. Jego wykonanie dostarcza wiedzy o stanie i wydajności funkcjonującej w przedsiębiorstwie gospodarki energetycznej. Wyzwaniem dla inżynierów po jego wykonaniu będzie dobranie odpowiednich rozwiązań i zaproponowanie planu modernizacji. Dzięki jego wdrożeniu zużycie i wydatki na energię muszą zostać ograniczone. Wprowadzane zmiany mogą dotyczyć pojedynczej maszyny, linii produkcyjnej lub całej infrastruktury energetycznej funkcjonującej w przedsiębiorstwie.

W modernizacji zakładów produkcyjnych sprawdzają się przemysłowe systemy kontroli procesów (PCS). Wspomagają one optymalizację procesów produkcyjnych, a także zarządzanie energią. Odpowiednio dobrany system PCS pomaga rozsądniej i wydajniej zasilać taśmy produkcyjne i całe parki maszynowe. Efektem tego są mniejsze koszty produkcji. Jednak dobranie właściwego PCS nie jest łatwe i wymaga analizy wielu czynników. Właśnie dlatego wybranie takiego systemu, który sprawdzi się w infrastrukturze maszynowej przedsiębiorstwa, jest wyzwaniem na inżynierów.

Elektromobilność i energetyka – nowe wyzwania i nowe możliwości 

Samochody, które zamiast benzyny czy gazu zużywają energię elektryczną, to nie nowość. Mimo tego ciągle brakuje odpowiedniej infrastruktury, aby właściciele “elektryków” mogli swobodnie ładować swoje auta. Wyzwaniem dla inżynierów jest budowa ultraszybkich stacji ładowania przy autostradach i drogach ekspresowych. 

Przemysł energetyczny będzie musiał poradzić sobie także z wieczornymi szczytami zapotrzebowania na energię. Liczba samochodów elektrycznych rośnie – według danych z końca listopada 2023 r., w Polsce było zarejestrowanych łącznie 54 783 osobowych i użytkowych samochodów całkowicie elektrycznych (BEV). Ich właściciele zwykle ładują je właśnie wieczorami lub w nocy za pomocą wolniejszych ładowarek miejskich i domowych.

Wyzwania te to jednak ogromne możliwości dla inżynierów. Mogą stać się oni autorami innowacyjnej infrastruktury wspierającej elektromobilność – takiej, która odpowiada potrzebom właścicieli aut i która jednocześnie zapewnia przemyślaną dystrybucję energii.

Wraz ze zmieniającą się rzeczywistością zmian wymaga zarówno sam przemysł energetyczny, jak i infrastruktura zasilająca zakłady przemysłowe. Rozwój musi nastąpić również we wciąż raczkującej sferze elektromobilności. Takie wyzwania mogą być inspirujące i otwierają nowe możliwości przed inżynierami – mogą oni pracować nad efektywniejszy zarządzaniem energią i jej wykorzystaniem, zmieniając świat na lepsze.