Rețelele inteligente

3.1 Introducere

În Orașul Viitorului, rețeaua inteligentă este o formă de tehnologie digitală care permite comunicarea bidirecțională între client și utilități prin intermediul liniilor de transport de energie²⁴. Similar modului în care funcționează Internetul, Rețeaua inteligentă – Smart Grid – este alcătuită din echipamente interconectate, tehnologii automatizate și computere care interacționează cu rețeaua electrică pentru a se adapta și a răspunde cerințelor în materie de energie²⁴.

Creșterea eficienței energetice și accelerarea producției de energie regenerabilă reprezintă  priorități de top pentru oamenii și organizațiile din întreaga lume^25–28. Pentru a atinge aceste obiective, implementarea sistemelor Smart Grid joacă un rol important, deoarece acestea nu implică neapărat înlocuirea rețelei existente, ci combină elemente hardware și software pentru a îmbunătăți semnificativ modul de funcționare a sistemului actual, oferind totodată  posibilitatea de modernizare ulterioară^29–32.

Rețelele inteligente pot furniza energie electrică folosind tehnologia digitală și pot integra, de asemenea, energie regenerabilă dând posibilitatea consumatorilor de a-și reduce consumul în orele de vârf prin adaptarea cantității preluate din rețea la nevoile personale^25,29. Prin urmare, tehnologia Smart Grid poate revoluționa industria prin reducerea consumului de energie cu până la 30%, ceea ce diminuează, de asemenea, necesitatea de a construi noi centrale electrice³³.

Deoarece combustibilii fosili sunt dăunători mediului prin poluarea nu numai a aerului, ci și a solului, a apei, a vegetației și a clădirilor, sursele de energie regenerabilă precum energia solară și eoliană sunt folosite din ce în ce mai mult în zilele noastre, pentru că sunt ecologice în comparație cu  sursele convenționale de energie³⁴. Deoarece sursele de energie regenerabilă sunt intermitente, rețelele inteligente sunt esențiale datorită flexibilității, compatibilității cu infrastructura existentă, precum și siguranței și eficienței ridicate³³.

În concluzie, implementarea sistemelor Smart Grid joacă un rol important deoarece acestea nu implică neapărat înlocuirea rețelei existente, ci combină elemente hardware și software pentru a îmbunătăți semnificativ modul în care funcționează sistemul actual, oferind și posibilitatea de modernizare ulterioară^29–32.

Sursa: https://blog.phoenixcontact.com/marketing-sea/2017/04/smart-grids-how-automation-empowers-the-future-of-electricity/

3.2 Internetul obiectelor

Internetul obiectelor (IoT), este o paradigmă recentă care se referă la miliardele de obiecte fizice conectate la Internet care colectează și fac schimb de date, în întreaga lume³⁵. Scopul IoT este ca aceste obiecte dotate cu microcontrolere și emitătoare să poată comunica între ele, dar și cu utilizatorii^36,37.

În Orașul Viitorului, Internetul obiectelor poate optimiza administrarea serviciilor publice convenționale, cum ar fi transportul și parcarea, întreținerea spațiilor publice, salubritatea și siguranța³⁷.  De asemenea, IoT poate fi folosit pentru a crea noi servicii, a îmbunătăți transparența guvernamentală și a crește gradul de conștientizare a cetățenilor cu privire la starea orașului lor³⁸.

Internetul obiectelor poate aduce beneficii în 3 domenii principale de impact³⁹:

• Transport,
• Cetățeni,
• Servicii.

La proiectarea arhitecturii IoT în Orașul viitorului, există două abordări principale ⁴⁰:

1. Abordarea evolutivă,
2. Abordarea de la zero.

Abordarea evolutivă se referă la efectuarea de modificări la rețeaua actuală și reutilizarea a cât mai multor elemente din sistemele existente. Abordarea de la zero presupune crearea și reconfigurarea totală a rețelei, fără a ține cont de structura existentă³⁹.

Sursa: http://comtech2.com/internet-of-things/

3.3 Tranziția la rețeaua inteligentă

Orașul Viitorului este bazat pe mai mulți piloni care au un rol crucial în tranziția către un stil de viață urban sustenabil, și anume guvernanță, transport, economie și energie⁴¹.

În Orașul inteligent al viitorului  Smart Grid are un rol deosebit de important,  infrastructura energetică fiind una dintre componentele care ajută un oraș să fie sustenabil și să creeze un mediu mai curat pentru locuitorii săi^41–43.

Sursa: https://en.wikipedia.org/wiki/Smart_grid

3.4 Micro-rețele

Micro-rețelele sunt o formă de sisteme energetice descentralizate și autonome, care susțin o zonă relativ mică, cum ar fi, de exemplu, cartiere, complexe spitalicești și campusuri^44,45. Micro-rețelele sunt alimentate cu unul sau mai multe tipuri de energie distribuită, cum ar fi generatoarele eoliene și solare în combinație cu instalațiile de stocare a energiei⁴⁵.

Rețelele tradiționale transportă electricitatea dintr-un punct central pe distanțe mari prin linii de transport și distribuție, ceea ce poate duce la o pierderei de energie între 8 și 15 %⁴⁵.  Micro-rețelele evită această risipă prin generarea de energie electrică aproape de consumatori. De asemenea, micro-rețelele se pot deconecta de la rețeaua principală și pot funcționa independent. Acest lucru le permite să continue să furnizeze energie electrică consumatorilor lor în cazul unei întreruperi a furnizării de energie cauzată de dezastre naturale⁴⁵. În plus, micro-rețelele au controlere de sistem avansate care supraveghează și gestionează toate părțile individuale, cum ar fi generatoarele și bateriile^45,46.

Una dintre cele mai importante caracteristici ale unei micro-rețele este flexibilitatea. Aceasta se referă la faptul că – prin controlerele de sistem avansate – se poate gestiona adăugarea de noi elemente precum consumatori suplimentari, unități de generare sau stocare, fără a pierde fiabilitatea sistemului^31,43,47.

Sursa: https://microgrid-symposiums.org/wp-content/uploads/2019/07/Americas1-X_Dobriansky_20190727.pdf

3.5 Optimizarea energetică

Optimizarea energetică se referă la modul în care este utilizată energia pentru a-i maximiza avantajele pentru oameni și mediu.

Când a fost construit sistemul electric, fiabilitatea a fost garantată de capacitatea excedentară a sistemului și de fluxul de energie într-o singură direcție, de la centrale la consumator⁴⁸. În prezent, mărirea cererii de energie datorată creșterii populației și dezvoltării economice a dus la un sistem instabil și ineficient⁴⁹.

Acesta este motivul pentru care, în Orașul Viitorului, este necesară administrarea și monitorizarea efectivă în timp real a rețelei. Acest lucru poate fi realizat prin următoarele mecanisme și tehnologii⁴⁸:

• Contorizare inteligentă
• Aparate inteligente
• Redistribuire a cererii
• Tarifare dinamică în timp real
• Managementul eficient al surselor de energie (convenționale și regenerabile)
• Gestionarea eficientă a surplusului de putere

Rețelele inteligente pot fi utilizate eficient prin coordonarea aparatelor utilizate de fiecare gospodărie, precum și prin gestionarea sarcinilor maxime⁵⁰. O modalitate de a face acest lucru este prin implementarea rețelelor de senzori capabile să comunice între ele în orice moment, împreună cu un algoritm TIC de gestionare a energiei, capabil să controleze și să monitorizeze multe tipuri de rețele energetice, cum ar fi rețeaua inteligentă bazată pe web (sau Smart Grid 2.0)⁵¹. Utilizarea rețelelor de senzori interconectate duce la conceptul de Internet al energiei în care rețeaua e considerată o rețea de comunicații de date formată din zone de locuit, zone de vecinătate și rețele de zone extinse⁵².

Sursa: https://www.kamstrup.com/en-en/electricity-solutions

3.6 Resurse energetice distribuite

Resursele energetice distribuite sunt direct legate de rețelele de producere a energiei de joasă și medie tensiune și conțin unități de generare a energiei, precum și tehnologii de stocare a energiei⁵³. Sunt o alternativă rentabilă la centralele mari și liniile de transport de înaltă tensiune, deoarece oferă independență energetică, eficiență energetică ridicată și fiabilitate crescută a sistemului⁵⁴.

Sistemele de energie distribuită oferă flexibilitate, proximitate și capacitate de conectare în rețea pentru a face față provocării dezvoltării sustenabile. Scalabilitatea și capacitatea de a utiliza diverse tehnologii de conversie a energiei și combustibili sunt, de asemenea, legate de flexibilitatea sistemelor de energie distribuită⁵⁵.

Cele patru avantaje principale ale resurselor energetice distribuite sunt următoarele⁵³:

• Eficiență energetică mai mare
• Reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră
• Minimizarea riscurilor pentru sănătate
• Conservarea resurselor

 

Sursa: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032109002561