Transformator z PW zmieni oblicze energetyki

| Technologia
Krzysztof Lasoń, licencja GNU FDL

Inteligentny transformator, nad którym pracuje zespół pod kierunkiem dr. hab. inż. Mariusza Malinowskiego, prof. PW z Wydziału Elektrycznego Politechniki Warszawskiej, pomoże oszczędzać energię i rozwiąże problem z awariami sieci.

Do końca 2020 roku przybędzie wiele miliardów urządzeń elektronicznych, które trzeba będzie zasilać – opowiada naukowiec. Są dwie drogi: poszukiwanie nowych źródeł albo oszczędne i rozsądne użytkowanie energii, która jest dostępna.

Prof. Malinowski skupił się obecnie na drugiej możliwości i wykorzystał rosnącą popularność tzw. inteligentnych sieci (ang. smart grids). Rozwiązanie to zakłada, że różne urządzenia elektryczne się ze sobą komunikują w celu zwiększenia efektywności energetycznej. Można więc stworzyć taką sieć, która pozwoli na dynamiczne dopasowywanie ilości energii produkowanej i użytkowanej. Stosowane dzisiaj w energetyce rozwiązania pochodzą głównie z początków XX wieku. Mamy scentralizowane miejsca wytwarzające energię i przesyłające ją na dużą odległość do odbiorców sieci elektroenergetycznych, ale jest to rozwiązanie mało oszczędne.

W sieci inteligentnej rozproszonej będzie inaczej. Komunikacja między wszystkimi urządzeniami pozwoli w sposób dynamiczny regulować zużycie energii, bo np. te, które nie będą jej potrzebować do prawidłowego działania, będą się wyłączały. Jeśli sieć elektroenergetyczna będzie się rozwijała w takim kierunku, będzie przypominać sieć internetową, w której w sposób dynamiczny następuje wymiana informacji pomiędzy wszystkimi jej węzłami – wyjaśnia badacz z Politechniki Warszawskiej. To oznacza, że będziemy potrzebować urządzeń działających jak routery w sieci informatycznej. Tę funkcję będzie spełniał transformator, który chcemy zbudować.

Pomoże on zapewnić odpowiednią jakość energii dla odbiorcy końcowego, a oprócz tego będzie pozwalał na wymianę informacji między wszystkimi urządzeniami elektrycznymi w danej sieci.

Koniec z wielogodzinnym brakiem prądu

W odróżnieniu od klasycznego transformatora, nasz będzie zbudowany z elementów półprzewodnikowych sterowanych układem mikroprocesorowym z zaawansowanym algorytmem sterowania – dlatego mówimy o nim „inteligentny” – tłumaczy naukowiec z PW. Taka konstrukcja umożliwi odpowiednie reagowanie na zaburzenia w sieci elektroenergetycznej, jak np. wyłączenia linii bądź awarie. Ten układ będzie potrafił się tak automatycznie przekonfigurować, że odbiorca w ogóle nie zauważy problemu, np. związanego z zanikiem napięcia w sieci elektroenergetycznej.

Dzięki temu zapomnimy o historiach pokazujących, jak domy, dzielnice, miejscowości czy całe regiony przez wiele godzin są pozbawione prądu z powodu burz czy wichur.

To jednak nie wszystkie zalety urządzenia opracowywanego na Politechnice Warszawskiej. Transformator będzie mógł również integrować w łatwy sposób źródła i odbiorniki stało- i zmiennoprądowe oraz magazyny energii – mówi prof. Malinowski.

Naukowiec dodaje, że transformator będzie miał także wiele funkcji, do których współczesna energetyka nie jest jeszcze przystosowana.

Od pomysłu do podboju rynku

Projekt inteligentnego transformatora został wyróżniony w pierwszej edycji programu TEAM-TECH, realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej (FNP). Na realizację pomysłu przyznano 3,5 mln złotych. Kierownikiem projektu jest prof. Malinowski, jego zastępcą – dr inż. Sebastian Styński. Pozostali członkowie zespołu, zgodnie z zasadami programu, zostaną wyłonieni w drodze konkursu.

Budujemy demonstrator o mniejszej mocy niż standardowe transformatory, ale w pełni odpowiadający funkcjonalności w rzeczywistej sieci – wyjaśnia prof. Malinowski. Zbudujemy też mikrosieć, która będzie odpowiadała temu, co w normalnych warunkach dzieje się po stronie średniego i niskiego napięcia AC, magazynu energii oraz obwodu DC.

Potem pozostaje zainteresować projektem producenta, który będzie chciał stworzyć prototyp takiego transformatora, a następnie wprowadzić produkt na rynek.

Opracowana technologia inteligentnego transformatora zaoferuje także korzyści gospodarcze: większą niezawodność sieci elektroenergetycznej (dzięki większej integracji magazynów i odnawialnych źródeł energii, co zmniejsza liczbę awarii i przerw w dostawach energii), zmniejszenie zapotrzebowania szczytowego energii poprzez aktywne zarządzanie popytem konsumentów, zmniejszenie kosztów przeciążeń, przerw w dostawach prądu i zaburzeń jakości energii poprzez zwiększenie niezawodności i jakości dostaw dla konsumentów.

Na razie takie urządzenia nie są stosowane w przemyśle. Nad tego typu technologią pracują jednak wiodące ośrodki naukowe: w Zurychu i Kilonii.

Energetyczna przyszłość

Co z wizją automatycznie włączających/wyłączających się urządzeń elektrycznych (co nie tylko ułatwia nam życie, ale też pozwala zaoszczędzić energię)? – Zmierzamy do tego, że każde urządzenie będzie podłączone do Internetu i przy pomocy np. smartfona będzie można w sposób łatwy i elastyczny ustawić sobie profil użytkowania energii w domu, np. na oszczędny – mówi prof. Malinowski. – Daje to możliwość wprowadzenia dynamicznych taryf energetycznych, dających również możliwość kontrolowania niektórych urządzeń w naszych domach przez zakłady energetyczne, co umożliwia w łatwy sposób dopasowanie ilości produkowanej i użytkowanej energii elektrycznej.

Takie zabiegi mogą być świetnym rozwiązaniem dla tych, którzy zapominają o wyłączaniu sprzętów lub nie przywiązują wagi do tego, że każde podłączone do prądu urządzenie pobiera energię.

Wprawdzie w domach zakładane są inteligentne liczniki energii elektrycznej, ale to za mało – uważa prof. Malinowski. Trzeba iść o krok dalej. Wiek XXI będzie wiekiem energii a opracowywany na PW transformator to projekt na miarę takiego wyzwania.

Autor:

Źródło: Politechnika Warszawska

inteligentny transformator Politechnika Warszawska Mariusz Malinowski