Inteligentne sieci elektroenergetyczne mają zasadnicze znaczenie dla zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania na energię i dekarbonizacji całego sektora elektroenergetycznego w kierunku zrównoważonego wykorzystania zasobów. Cyfryzacja sieci oraz wykorzystanie innowacyjnych technologii informatycznych stanowi główne narzędzie wsparcia transformacji energetycznej. Zapewniają one bezpieczeństwo, wydajność i elastyczność w obsłudze złożonych procesów oraz przyczyniają się do optymalizacji nakładów inwestycyjnych na elektroenergetyczną infrastrukturę przesyłową czy dystrybucyjną.
Inteligentne sieci elektroenergetyczne to istotny temat
Inteligentne sieci elektroenergetyczne oraz związane z nimi zagadanienia to temat obecny w branży elektroenergetycznej od dawna. Rozwój OZE, energetyki rozproszonej, bezpieczeństwo energetyczne, a także regulacje Unii Europejskiej [1] mają wpływ na coraz większe zapotrzebowanie na tę technologię oraz jej rozkwit. Systemy Smart Grids są uwzględniane m.in. w strategiach Ministerstwa Klimatu i Środowiska, Ministerstwa Rozwoju i Technologii, a także implementowane w różnym zakresie przez duże podmioty, jak np. Energa Operator, Enea Operator, Tauron Dystrybucja, Stoen Operator, czy PGE Dystrybucja [2].
W ostatnich latach rozwój rozproszonych źródeł energii (głównie prosumenckich) [3], a także zapewnienie bezpieczeństwa energetycznego czy działania w kierunku osiągnięcia neutralności klimatycznej stanowią istotne wyzwania dla operatorów sieci elektroenergetycznych. Wpływają one znacząco na metody wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej, wymagając od systemu elektroenergetycznego dużej elastyczności. Jednym z projektów strategicznych przyjętych w ramach „Polityki energetycznej Polski do 2040 r.” dla sektora paliwowo-energetycznego jest wdrożenie inteligentnych sieci elektroenergetycznych. Kluczowe elementy polityki energetycznej obejmują również m.in. wzrost udziału OZE we wszystkich sektorach i technologiach, istotny wzrost mocy zainstalowanych w fotowoltaice, dalszy rozwój OZE, aktywnych odbiorców oraz bilansowania lokalnego oraz rozwój transportu niskoemisyjnego poprzez dążenie do zeroemisyjnej komunikacji publicznej w miastach liczących powyżej 100 tys. mieszkańców [4].
Cyfryzacja sieci niskiego napięcia
Transformacja energetyczna ściśle wiąże się z zastosowaniem innowacyjnych technologii informatycznych oraz z procesami cyfryzacji. Są one wsparciem w integracji działań wytwórców, dystrybutorów i odbiorców energii elektrycznej [5]. Przykładem może być wdrożenie systemu sterowania urządzeniami odbiorczymi niskiego napięcia w niemieckim Nordestedt [6]. Dużym wyzwaniem dla operatorów sieci było tam zastosowanie bramek inteligentnych i związane z tym ilości danych, które muszą być pozyskiwane, przetwarzane i przechowywane w ciągu kilku sekund. Trudności rozwiązano m.in. poprzez wykorzystanie platformy PSIconnect, która obsługuje duże wolumeny danych, koordynując pracę wszystkich komponentów przy pomocy najnowszych technologii, takich jak Docker, Kafka i konwerter protokołów IoT (rys.1). Platforma pozwoliła skumulować dane dotyczące stanu sieci pochodzące z inteligentnych systemów pomiarowych, a także o stanie sieci uzyskane za pośrednictwem technologii IoT ze stacji transformatorowych i szaf rozdzielczych. Zebrane informacje były gromadzone i przetwarzane na platformie obsługującej zdalny odczyt liczników, a następnie przekazywane do systemu zarządzania niskim napięciem w celu uzyskania skonsolidowanych informacji o stanie sieci. Cały proces odbywał się w czasie rzeczywistym.

Platforma PSIconnect zapewnia dostęp do wszystkich komponentów niezbędnych do skutecznej cyfryzacji sieci elektroenergetycznych oraz wykazuje niezależność od istniejącej infrastruktury oraz systemów sterowania i kontroli SCADA (np. PSIcontrol). Do jej zalet należą bezpieczeństwo, wydajność i elastyczność w zarządzaniu złożonymi procesami. PSIconnect zapewnia również operatorom sieci architekturę do integracji różnych rozwiązań oraz zwiększa efektywność ich działań, a ponadto daje możliwość tworzenia cyfrowych bliźniaków i aktywnego zarządzania siecią [7].
Interoperacyjność systemów
Rosnąca liczba wniosków o przyłączenie do sieci oraz stopniowa integracja systemów fotowoltaicznych, stacji ładowania i pomp ciepła z siecią niskiego napięcia powodują nacisk na procesy planowania czy fizyczną infrastrukturę sieci. W systemie PSIconnect dane dotyczące stanu sieci są gromadzone i przetwarzane w sposób scentralizowany, co ułatwia integrację z narzędziami do zaawansowanych analiz, planowania, optymalizacji i symulacji sieci (PSIneplan) czy z systemami klasy FFM/WFM (ang. Field/WorkForce Management) do zarządzania brygadami w terenie (PSIcommand) (rys.2). Współpraca różnych systemów bazujących na tych samych danych sprzyja znalezieniu optymalnych rozwiązań w przypadku konieczności rozbudowy sieci.

Inteligentne sieci elektroenergetyczne a inteligentny operator sieci
Nowe struktury sieciowe wymagają skutecznej technologii wspomagającej zarządzanie. PSIngo (ang. Inteligent Grid Operator) jest rozwiązaniem przeznaczonym dla Smart Grids, które płynnie integruje się jako aktywny podsystem w operacyjnym zarządzaniu siecią, a jednocześnie odciąża centra dyspozytorskie operatorów na wszystkich poziomach napięcia sieci dystrybucyjnej. W praktyce pozwala to znacząco uprościć wykonywanie zadań związanych z monitorowaniem pracy sieci przy zachowaniu najwyższych standardów bezpieczeństwa pracy w środowisku połączonym z nadrzędnymi systemami sterowania i kontroli.
Wsparcie dla elektromobilności
PSIngo jest systemem modułowym, co umożliwia jego stopniową rozbudowę w kierunku pełnej cyfryzacji sieci. Platforma wspiera elastyczną integrację odnawialnych źródeł energii (OZE) z sieciami dystrybucyjnymi, a także połączenia sieciowe infrastruktury ładowania i magazynowania dla elektromobilności. Wspomaga inteligentne zarządzanie energią i ładowaniem pojazdów elektrycznych w zajezdniach. Zarządzanie ładowaniem pozwala zminimalizować niezbędne inwestycje i koszty bieżące w zajezdni, a także uniknąć kosztownych szczytowych obciążeń w sieci, dzięki optymalizacji procesu dostarczania energii.
Inteligentne zarządzanie w sieciach dystrybucyjnych
Proces cyfryzacji sieci pozwala wdrożyć algorytmy oparte na sztucznej inteligencji w celu prowadzenia wielokryterialnych analiz decyzyjnych. Początkowo system PSIngo w procesie uczenia się analizuje dostępne dane, takie jak obciążenie sieci, zużycie energii elektrycznej i jej wytwarzanie w połączeniu z informacjami zewnętrznymi, np. prognozy pogody. Dzięki zdobytym informacjom jest w stanie wspierać zarządzanie siecią – na czas identyfikuje krytyczne sytuacje w sieci, określa optymalne rozwiązania spośród dostępnych alternatyw oraz wyprowadza niezbędne polecenia sterujące.
Inteligentne sieci elektroenergetyczne w podsumowaniu
Inteligentne sieci elektroenergetyczne mają zasadnicze znaczenie dla zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania na energię i dekarbonizacji całego sektora elektroenergetycznego. Stanowią więc krok w kierunku zrównoważonego wykorzystania zasobów. Cyfryzacja sieci jest podstawowym procesem wspierającym transformację energetyczną. Do jej najważniejszych zalet należą m.in. bezpieczeństwo, wydajność i elastyczność w obsłudze złożonych procesów oraz optymalizacja nakładów inwestycyjnych na elektroenergetyczną infrastrukturę przesyłową czy dystrybucyjną.
Literatura
1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2019/944 z dnia 5 czerwca 2019 r. w sprawie wspólnych zasad rynku wewnętrznego energii elektrycznej oraz zmieniająca dyrektywę 2012/27/UE.
2. „Energetyka, dystrybucja i przesył”, Raport PTPiREE, 2018.
3. W. Szulc, „Rola i miejsce energetyki konwencjonalnej w procesie transformacji energetycznej”, Raport Otwarcia IV Kongres Elektryki Polskiej, Elektryków Polskich, 2024.
4. „Polityka Energetyczna Polski do 2040 r.”, Załącznik do uchwały nr 22/2021 Rady Ministrów z dnia 2 lutego 2021 r.
5. W. Kabatc, „Zapewnienie elastyczności sieci elektroenergetycznych z wykorzystaniem nowatorskich technologii informatycznych kluczem skutecznej transformacji energetycznej”, Raport Otwarcia IV Kongres Elektryki Polskiej, Stowarzyszenie Elektryków Polskich, 2024.
6. „Netzdienliches Steuern von Verbrauchseinrichtungen in der Niederspannung”.
7. W. Kabatc, „PSIngo System dla operatora inteligentnych sieci elektroenergetycznych Smart Grids”, IV Konferencja Naukowo-Techniczna „Energia Dziś i Jutro”, 2024.
Publikacja artykułu: styczeń 2025 r.