Naukowcy z University of British Columbia opracowali przełomową metodę symulacji, która umożliwia testowanie nowoczesnych sieci energetycznych nawet 79 razy szybciej niż dotychczas. 

Nowa technika znacząco ogranicza błędy numeryczne i poprawia stabilność obliczeń, co pozwala na precyzyjne przewidywanie zachowania systemów w sytuacjach ekstremalnych.

Jak nowe symulacje przyspieszają modernizację sieci?

Pod koniec stycznia w czasopiśmie naukowym IEEE Open Access Journal of Power and Energy opublikowano artykuł „GPU Parallel-Rate Exponential Integrator Algorithm for Efficient Simulation of Power Electronic Systems” kanadyjskich naukowców z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej we współpracy z sektorem prywatnym. Artykuł opisuje badania nad nowymi metodami symulacji sieci elektroenergetycznych, które uwzględniają dynamiczny wzrost infrastruktury magazynowej, ładowarek aut elektrycznych oraz niesterownych odnawialnych źródeł energii. 

Badacze zdiagnozowali problem sektora energetycznego, jakim jest zbyt wolna analiza i testowanie złożonych systemów opartych na inwerterach połączonych z instalacjami solarnymi, wiatrowymi i magazynami energii. Ich rozwiązanie skraca czas obliczeń z wielu godzin, a czasem nawet dni, do zaledwie kilku minut, co oznacza przyspieszenie symulacji nawet 79 razy względem tradycyjnych metod. Wyniki te potwierdzono w modelach referencyjnych o wysokiej dokładności. W badaniu uwzględniono testowanie odporności sieci na:

• ekstremalne zjawiska pogodowe,
• nagłe skoki zapotrzebowania na energię,
• usterki w systemach energetycznych o wysokim udziale OZE.

Przełom polega na zastosowaniu przetwarzania równoległego na procesorach (GPU), czyli takich zaprojektowanych do błyskawicznego przetwarzania danych graficznych oraz jednostkach centralnych (CPU), które przetwarzają dane wykonując obliczenia logiczne, co pozwala na lepsze zarządzanie wszystkimi komponentami systemu. Pozwala to na jednoczesne obliczanie wielu kroków czasowych i analizowanie tysięcy urządzeń, a dzięki zwiększeniu szybkości symulacji możliwe jest identyfikowanie większej liczby przypadków granicznych i identyfikowanie ryzyka ich wystąpienia na wcześniejszym etapie. 

Unia Europejska przyspiesza transformację: cel 90% redukcji do 2040. Co to oznacza dla Polski?

Wpływ na szybkość modernizacji sieci

Badanie kanadyjskich naukowców może mieć pozytywny wpływ na szybkość modernizacji sieci energetycznych, przede wszystkim poprzez drastyczne skrócenie czasu potrzebnego na walidację projektów oraz testowanie ich odporności na ekstremalne zjawiska. Skrócenie czasu symulacji z wielu godzin do kilku minut dzięki zaawansowanym algorytmom pozwoli szybciej przechodzić od początkowej fazy projektowej do dysponowania pełną dokumentacją dotyczącą zachowania sieci elektroenergetycznej zbudowanej z tysięcy inwerterów. 

W skali całej sieci umożliwi to operatorom planowanie modernizacji z niespotykaną dotąd precyzją, a to zwiększa pewność, że nowobudowana infrastruktura będzie stabilna. Naukowcy spodziewają się, że ich badanie przyspieszy procesy decyzyjne w energetyce. 

Lepsze symulacje prowadzą do lepszych decyzji – twierdzą badacze. 

Jako zaletę stworzonego rozwiązania autorzy wskazują także możliwość zmniejszenia kosztów modernizacji w kolejnych dekadach. Zmniejszenie niepewności związanej z zachowaniem sieci elektroenergetycznej w miarę przyłączania kolejnych mocy OZE stanowi ważny element wspierający powstawanie projektów zeroemisyjnych. 

Obliczenia a sprawa Polska

Warto przypomnieć, że polski Senat wprowadził poprawki do przygotowanej przez Ministerstwo Energii (ME) nowelizacji prawa energetycznego UC84. Większość poprawek ma charakter redakcyjny, co oznacza, że opozycji ponownie nie udało się wprowadzić zmian forsowanych wcześniej w Sejmie. Do wartych odnotowania zmian należy złagodzenie wysokości koniecznych do zapłaty zabezpieczeń przez inwestorów, którzy podpisali umowy przed wejściem w życie ustawy. Z planowanej przez rząd opłaty 60 zł za każdy kilowat mocy, Senat uchwalił, że będzie ona wynosić 30 zł. Opóźniony zostanie także czas wejścia w życie ustawy.

Wywołujący kontrowersje projekt, zwany „ustawą sieciową”, ma na celu odblokować moce przyłączeniowe, które z powodu wydania warunków przyłączenia i braku kontynuowania inwestycji sprawia, że polski miks energetyczny nie może rozwijać się o nowe zeroemisyjne instalacje. Wykonawcy, którzy chcieliby sprawnie zrealizować inwestycje są blokowani przez spekulantów lub mniejsze firmy, które nie dysponują środkami na płynny rozwój projektów. 

Naszym celem jest energetyka, która nadąża za zmianami, nie hamuje rozwoju gospodarki, a zarazem pozostaje stabilna, odporna na współczesne zagrożenia i daje bezpieczeństwo odbiorcom – mówi Minister Energii Miłosz Motyka.

Z tego powodu kanadyjskie badania nad symulacją nowoczesnych sieci elektroenergetycznych mogą być niezwykle istotne dla Polski, która obecnie stoi przed wyzwaniem modernizacji sektora. Narzędzia pozwalające na szybką analizę będą szczególnie ważne po wejściu w życie ustawy UC84, kiedy wiele przyłączeń do sieci może zostać odblokowanych – możliwość szybszego symulowania wpływu nowych projektów może dodatkowo zintensyfikować transformację energetyczną w Polsce.  

Zobacz też: Koniec „projektów zombie” w OZE? Inwestorzy ostrzegają przed miliardowymi kosztami 

Źródła: Tech Xplore, IEEE Xplore, PAP, ME, sejm.gov.pl 

Fot. Canva (Unai Huizi) 

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.