Smart Metering - în curs de consacrare

Energie

de Mircea Badut

Smart Metering - în curs de consacrare

Într-un articol din ,,Tehnică şi Tehnologie’’ nr. 3/2010 (,,Smart Metering – viitorul a cam început") spuneam despre iniţiativele demarate la nivel global în privinţa implementării tehnologiilor de contorizare inteligentă a consumului de energie electrică. Între timp paradigma circumscrisă, smart-grid, a cunoscut o definire tot mai clară şi a devenit parte a politicilor economice în mai toată lumea. Contorizarea inteligentă nu mai este o noutate, fostul subiect monden a devenit un imperativ strategic, şi în doi-trei ani va deveni un lucru comun. Pentru care totuşi mai avem de făcut ceva eforturi.

Considerente macro şi europene

Angajamentul Uniunii Europene de a înlocui până în 2020 măcar 80% din totalul contoarelor de energie electrică existente în țările membre, ca pas semnificativ înspre adopția smart-metering-ului, va determina eforturi substanțiale, mai ales acolo unde implementarea nu a început devreme. (În articolul din 2010 menționam ca fruntașe Italia și Marea Britanie, cu 33 de milioane și respectiv 27 de milioane de contoare instalate.) Unul dintre aspectele ce motivează campania constă în reducerea emisiilor nocive cu până la 9% (Directiva ,,Security of Electricity Supply’’ – 2005/89/EC). La prima vedere pare doar un limbaj politic, însă dacă detaliem un pic lucrurile din perspectivă tehnică vom înțelege implicațiile și mecanismele ce conlucrează la atingerea obiectivului. Da, smartmetering este și un progres tehnologic dar și o schimbare (o extindere) de paradigmă în privința monitorizării și facturării consumului de energie.

Contoarul inteligent

Noul aparat de măsurare a consumului de electricitate – pentru abonatul casnic, pentru firma mică, dar și pentru organizații/întreprinderi mari – aduce câteva funcțiuni cheie:

  • jurnalizarea orară și tarifarea diferențiată: separă consumul de energie din intervalul orar definit ca vârf de sarcină (seara și dimineața) de cel realizat în afara acestui interval, deschizând abonatului posibilitatea de a-șiplanifica mai avantajos consumul de electricitate;
  • comunicarea directă cu furnizorul de energie electrică – se preconizează ca abonatul să fie anunțat în timp real despre variațiile tarifului energiei electrice, astfel încât el să-și poată ajusta dinamic consumul (cu potențial de integrare, via IoT, a consumatorilor automatizați);
  • măsoară energiile (activă și reactivă) în ambele direcții: dacă abonatul deține instalații de producere a energiei electrice (panouri fotovoltaice, turbine eoliene sau alt sistem producător de energie regenerabilă), iar acestea generează mai mult decât consumă intern acel abonat, surplusul de energie poate fi injectat în rețeaua electrică (în sistemul energetic căruia îi este subscris).

Avem deci două componente care converg spre acel obiectiv al consumului responsabil: pe de o parte apar mecanismele de încurajare a reducerii consumului și a costurilor cu energia (abonatul devine conștient de costuri, își poate alege un profil mai avantajos de consum), pe de altă parte smart-metering-ul deschide calea pentru proliferarea sistemelor generatoare de energie ,,verde” (se stimulează rolul de producător local/punctual de electricitate). Și extrapolând la nivel mondial aceste efecte, vom accepta că paradigma ,,contoarului inteligent’’ poate duce la scăderea emisiilor de carbon și la reducerea dependențelor energetice.

  • FIGURA 1. Schema simbolica smart-grid & smart-meter

Dar există și reculuri în campania mondială. În ultimul timp au fost voci care au pus sub semnul îndoielii politica de impunere a smartmetrelor în cadrul UE (precum s-a întâmplat la Convenția asociației Eurelectric, ținută în vară la Vilnius). Dar acesta pare mai degrabă un exercițiu democratic decât o contra-ofensivă tehnologică. Argumentele tehnice ,,pro’’ sunt destul de convingătoare, și doar  rațiuni de costuri strategice sau de implicații practice/ locale se pot interpune în mersul lucrurilor. Da, planul de acoperire a 80% din contoare până în 2020 nu decurge grozav, fiind deocamdată sub cotele intermediare previzionate.

Specialiștii implicați analizează limitele actualelor tehnologii și uneori emit propuneri pentru definirea următoarei generații, Smart-metering 2.0. Sunt vizate aspecte precum cel al actualizării în timp-real a datelor despre consum în rețelele inteligente, sau cel referitor la integrarea soluțiilor tehnice de stocare a energiei (aspect critic în cazul energiei provenite din surse regenerabile discontinue).

Se estimează că rețelele energetice din generația ,,smart-grid’’, însumând și extrapolând flexibilitatea adusă la nivel individual de contoarele inteligente, vor fi mai versatile în a monitoriza fluxurile de energie și în a se adapta dinamic la consumul curent de energie electrică (ajutând la echilibrarea sarcinii). Devine posibilă o comunicare automata între dispecerele de electricitate și consumatori (de fapt, între automatele aflate la cei doi poli).

De asemenea, abilitatea crescătoare de a integra generatoare de energie ,,verde’’ în rețea va putea fi complementată inclusiv cu funcții de previziune meteorologică, iar estimările de variație a intensității energiei solare/eoliene/mareomotrice se vor putea corela, la nivelul dispecerelor, cu prognoza zilnică de consum/distribuție (corelându-se la mersul pieței prin indicatori gen PZU).

Obiectivul Uniunii Europene de a înlocui cel puțin 80% dintre contoarele de energie electrică până în 2020 presupune și costuri substanțiale. Un raport al Comisiei Europene din 2014 menționa faptul că instalarea celor aproximativ 200 de milioane de smartmetre, împreună cu alte 45 de milioane de contoare pentru gaz, necesită o investiție de 45 miliarde euro. (Pentru rețelele de gaze combustibile este prevăzută o adopție a smartmetrelor de 40% până în 2020.) Costul pentru instalarea unui contoar inteligent este de 200-250 €.

  • FIGURA 2. Situația europeana a adopției smart-metering-ului

Revenind la tehnică

Desigur că numai printr-o adoptare masivă a tehnologiilor de contorizare inteligentă se poate ajunge la acea stare a sistemului energetic (notăm, în paranteză, că sintagma SEN probabil se va mai dilua în timp, efect al cooperării lărgite) care să ne permită să avem beneficiile promise de paradigma smart-grid (reducerea gazelor cu efect de seră, creșterea aportului surselor regenerabile, diminuarea dependențelor strategice). Pe lângă starea europeană (din care am spicuit mai sus), se cuvine să amintim SUA cu peste 50 de milioane de smartmetre instalate, dar și situațiile bune din Asia ale unor țări precum China și Coreea de Sud.

Însă, cum tehnologia contoarelor inteligente încă nu s-a exprimat într-un model unic (și probabil n-o va face), este destul loc pentru căutări și inovații. Funcțiile lor trebuie să vizeze simultan cerințele mai multor actori – furnizorul/operatorul de energie; organizațiile de reglementare a pieței; consumatorul/ beneficiarul –, și se pot manifesta:

  • la nivelul tehnicilor de captare, procesare și comunicare;
  • la nivelul interfeței cu utilizatorul;
  • la nivelul aplicațiilor (al logicilor adiționale). Pe de altă parte, evoluția smartmetrelor trebuie să țină cont de câteva cerințe cheie în exploatare:
  • accesibilitate economică (cost redus/ponderat);
  • ușurință în instalare;
  • fiabilitate extrem de bună;
  • fără necesități de întreținere/mentenanță.

  • FIGURA 3. Blocurile funcționale ale smartmetrului

Considerente în succesiune inversă

Referitor la comunicația dintre dispozitivul de smart-metering și operatorul utilității (aspect care la noi încă nu este implementat, și de aceea citirea indexului de contoar electric încă se face cu ochiul uman), notăm două modalități: transmitere a datelor prin chiar linia de energie electrică (conexiunea PLC fiind populară în Europa), și respectiv comunicație prin unde radio (conexiunile wire-less fiind mai frecvente în SUA). Alegerea abordării este una practică: tehnologia PLC este ușor de implementat  acolo unde în linia electrică de la consumator la operatorul local nu se interpun (prea multe) transformatoare de putere.

Referitor la adaptarea semnalelor și la procesarea lor în vederea exploatării conforme smartgrid, putem referi lucrurile în mod generic: avem la dispoziție o serie de tehnologii electronice de conversie a semnalului analog (furnizat de senzorul de curent al contoarului de energie) în semnal digital, respectiv o multitudine de soluții de electronica digitală integrată, bazate pe micro-controlere subscrise familiei SoC (System on Chip).

Și, în final, ajungem la senzorul de curent, unde esențială este precizia cu care se „citește” intensitatea curentului electric de pe ramura (bara) de intrare în perimetrul consumatorului. Actualmente, acest traductor poate fi materializat prin: rezitor- șunt de precizie; bobină Rogowski; senzor Hall; transformator de curent. Și le luăm pe rând.

  • FIGURA 4. Schema electrica cu traductori

Traductorul de curent din smart-meter

Vom spicui dintre aspectele cheie ale senzorilor de curent folosiți în contoarele inteligente.

  •  Rezistența-șunt constituie o alegere predilectă datorită unor atuuri clare: cost foarte mic; montaj sumplu, liniaritate bună în domeniul de lucru. Piesa trebuie să aibă o rezistență electrică de valoare foarte mică (˜200 micro-ohmi; standardul IEC-62053 impune ca pierderea pentru măsurarea energiei să nu depășească 2W pe fază) și o precizie ridicată (clasă 0,1). Pentru contoarele destinate consumatorilor de putere mare sunt necesare circuite suplimentare de separare galvanică, din motive de securitate. (Apropo de circuite suplimentare, contoarele inteligente pot include și niscaiva măsuri anti-fraudă.) Neajunsurile rezistenței-șunt apar la puteri mari: încălzirea (pierderea de energie) și erorile senzorului la variații mari de temperatură.
  • Bobina Rogowski se montează în jurul conductorului/barei (ci nu în circuit electric cu acesta), deci aplicarea este relativ simplă și nici nu provoacă pierderi de putere electrică. Desigur, traductorul este ceva mai scump decât cel anterior, și – dat fiind principiul său electromagnetic – este vulnerabil la influențe externe (necesitând ecranare când lucrează la curenți mici).
  • Traductorul Hall este mai costisitor și mai sensibil la variațiile de temperatură. De asemenea, datorită deprecierii prin îmbătrânire, senzorul acesta necesită circuite de compensare, adică un cost suplimentar. În domeniul CC, traductorul Hall prezintă neliniaritate la valori mari ale curentului.

  • FIGURA 5. Transformator de curent de tip clema

 

  • Transformatorul de curent poate fi o alegere interesantă, el cumulând o serie de avantaje: cost redus; putere disipată foarte mică; ușurință de instalare; stabilitate mare la temperatură și la îmbătrânire; imunitate la interferențe electromagnetice (circuitul său magnetic fiind închis). Însă acest traductor este mai pretențios în privința alegerii, având un domeniu de liniaritate relative îngust. (Un exemplu tipic: un transformator de curent cu raportul de 1:3000 permite o măsurare precisă a curenților în gama 0,1A – 120A, cu o eroare de maxim ±1%)

Deși tehnicile actuale sunt potrivite să facă față evoluțiilor practice previzionate prin paradigma ,,smart-grid’’, este posibil ca în viitor să apară și alte soluții, atât pentru senzorul de curent cât și pentru celelalte componente ale smartmetrelor.


MIRCEA BĂDUŢ este inginer, consultant CAD/IT


 


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord