Start-upy, które pojawiają się w obszarach związanych z energią i które wspieramy w InnoEnergy, to świeże pomysły, innowacyjne rozwiązania oraz nieskończone pokłady kreatywności młodych inżynierów. Nie można bagatelizować tak wielkiego potencjału, który drzemie w twórcach nowych technologii, i urządzeń, które sprawią, że zarządzanie energią będzie coraz łatwiejsze oraz dopasowane do różnych odbiorców – zarówno tych indywidualnych, jak i korporacyjnych – mówi Jakub Miler z firmy InnoEnergy.

Industry 4.0 a czwarta rewolucja przemysłowa
Niektórzy identyfikują Industry 4.0 z tzw. czwartą rewolucją przemysłową, co w zasadzie nie jest mylne, aczkolwiek rewolucja – szczególnie ta najnowsza – to zjawisko związane nie tylko z przemysłem per se, ale z całą ludzką społecznością. Jej czwarta odsłona, zwana cyberfizyczną czy też wiekiem zanikania bariery człowiek-maszyna, jest naturalnym krokiem rozwoju po swojej poprzedniczce: rewolucji cyfrowej z ostatnich 20 lat XX w. Rozwój technologii komputerowej doprowadził do rozwoju automatyki, systemów sztucznej inteligencji, uczenia maszynowego, systemów Internetu rzeczy. Technologie te odnalazły szybko swoje zastosowanie w przemyśle.

Pierwsze pojawiły się systemy automatyki przemysłowej, co doprowadziło do powstania naszpikowanych sensorami i przeprogramowanymi sterownikami przemysłowymi fabryk, jakie znamy dzisiaj. Jednakże na tym nie koniec – w poszukiwaniu dalszych metod optymalizacji procesów produkcji, logistyki itd. oczy największych firm zwróciły się w kierunku Internetu rzeczy i systemów uczenia maszynowego. Doprowadziło to do kolejnej, czwartej rewolucji w przemyśle i uformowania się idei Industry 4.0, mocno bazującej na inteligentnych systemach komputerowych, przetwarzaniu w chmurze.

Industry 4.0 – co to jest?
Czym właściwie jest Industry 4.0? Co odróżnia te nowoczesne systemy od klasycznej automatyki przemysłowej? Chodzi głównie o tzw. systemy inteligentne. Na czym polega ich inteligencja? Na możliwości komunikacji: ze sobą nawzajem, z innymi fabrykami na świecie, z dostawcami, menedżerami – wszystkimi mającymi dostęp do Internetu.

Założeniem nowej generacji systemów przemysłowych jest przeniesienie większości procesów sterowania, analityki i kontroli na platformy w Internecie. Aby zrozumieć, jak to działa, potrzebne jest zrozumienie dwóch zasadniczych koncepcji, na jakich bazuje nowy model przemysłu: Internetu rzeczy oraz przetwarzania w chmurze.

Przetwarzanie w chmurze to wykorzystywanie aplikacji, usług i systemów przechowywania danych znajdujących się w Internecie. Nie interesuje nas, gdzie fizycznie znajdują się serwery – mamy do nich dostęp w każdej chwili, z każdego miejsca na świecie. Pozwala to bezproblemowo integrować systemy informatyczne np. fabryk i magazynów oddalonych od siebie o tysiące kilometrów bez żadnych dodatkowych inwestycji.

Z koncepcją chmury mocno związana jest idea Internetu rzeczy. Tak jak chmurę wyobrazić możemy sobie jako rozproszony, zdelokalizowany (czy wręcz niemający własnej fizycznej postaci) serwer aplikacji i usług, tak rzeczy – zwane systemami cyberfizycznymi (CPS) – są klientami tego serwera, które odmiennie niż w klasycznych systemach klient-serwer istnieją fizycznie – mają swoją konkretną, przypisaną im fizyczną formę. Co może być taką rzeczą? Wszystko: samochód, smartwatch, żarówka, żaluzje, ale też elementy systemu wentylacyjnego, termometry czy całe moduły linii produkcyjnej, obrabiarki numeryczne itd. Wszystkie te przedmioty, mając dostęp do Internetu, mają też dostęp do chmury i dedykowanych im usług. Co to zmienia w kontrolowaniu tych urządzeń? Eliminuje konieczność zarządzania przez człowieka, szczególnie lokalnie. Wszystkie systemy nadzorowane mogą być nadzorowane przez sieć lub też nadzorować się same – dzięki implementacji skomplikowanych algorytmów analitycznych jako usługi w chmurze możliwa jest implementacja skomplikowanych systemów sterowania, które zarządzać będą np. całą fabryką lub siecią fabryk, magazynów itp.

W systemach przemysłowych mówimy często o przemysłowym Internecie rzeczy i związanych z nimi cyber-fizycznymi systemami produkcyjnymi (CPPS). Francisco Almada-Lobo z Critical Manufacturing definiuje w artykule na łamach „Journal of Innovation Management” CPPS jako „fizyczny obiekt z wbudowanym oprogramowaniem i możliwościami przetwarzania, który jest «inteligentnym zasobem»: zna swój stan, swoją historię, plan utrzymania, możliwości, zakres możliwych konfiguracji i ustawień” (F. Almado-Lobo, The Industry 4.0 revolution and the future of Manufacturing Execution Systems (MES), Journal of Innovation Management 3, 4 (2015)). Tak jak zwykłe rzeczy działają niezależnie i są w stanie się komunikować i przechowywać informacje, tak ich przemysłowi kuzyni są zaprojektowani, aby dodatkowo być w stanie diagnozować swój stan w czasie rzeczywistym i podejmować decyzje, bazując na bieżącej sytuacji.

Dlaczego start-upy?
Start-upy są relatywnie nową formą przedsiębiorstw. Ich główne zalety to niskie koszty rozpoczęcia działalności oraz – potencjalnie – wyższy zwrot zainwestowanych środków. Nie dlatego jednak są tak popularne w sektorze nowych technologii. To, co czyni je szczególnie wartościowymi dla tego sektora, to fakt, że bardzo często zakładane są na podstawie nowatorskiej wizji z zapleczem bardzo dobrych pomysłów, które są szybko przekształcane w gotowe produkty.

Tanya Prive wymienia na łamach „Forbesa” szereg cech, jakie sprawiają, że start-upy odnoszą sukcesy [T. Prive, Top 11 Reasons Startups Succeed, Forbes z 29.03.2013]. Oprócz wspominanej wyżej wizji, prędkości działania i elastyczności w zdobywaniu funduszy do cech tych należy doskonałe opanowanie mediów społecznościowych, dyscyplina i determinacja zespołu tworzącego start-up i umiejętność adaptacji do szybko zmieniających się warunków otoczenia. Dzięki temu firmy te są zdolne osiągać większe sukcesy niż działy badawczo-rozwojowe klasycznie działających przedsiębiorstw.

– Pomysł znaczy wiele, ale kluczowe jest wykonanie go w dobrym momencie – zaznacza Bill Gross zajmujący się zawodowo inwestowaniem m.in. w firmy start-upowe (zob. wystąpienie na konferencji TED: https://www.youtube.com/watch?v=bNpx7gpSqbY), który dla wielu odegrał rolę tzw. Anioła Biznesu.

Inwestycje takich Aniołów Biznesu lub inwestycje typu venture capital są podstawowymi mechanizmami finansowania start-upów. Istnieje szereg akceleratorów specjalizujących się w tego rodzaju inwestycjach. Przykładem może być InnoEnergy, zajmujący się nowoczesnymi technologiami z zakresu energetyki, głównie na terenie Europy. Akcelerator ten, oprócz finansowania, oferuje start-upom kompleksowe wsparcie w ich pracy. Jednakże nie samo zdobycie funduszy jest ważne: „Mogę podać wiele przykładów start-upów, które starając się o zbyt szybki wzrost, upadły. Problemem tutaj może być za duże tempo prac po otrzymaniu finansowania lub brak znajomości sektora przez inwestora, który uzyskuje dużą władzę nad kształtem rozwijającego się przedsiębiorstwa” – pisze na swoim blogu Łukasz Tarka, kierownik projektów informatycznych w firmie Tivix (Tivix.com). InnoEnergy jest akceleratorem dedykowanym sektorowi energetycznemu, dzięki czemu start-upy rozwijane pod jego skrzydłami osiągają sukces.

Industry 4.0 w energetyce
Sektor elektroenergetyczny nie jest w zakresie zastosowania nowoczesnych rozwiązań technologicznych inny niż pozostałe działy przemysłu. Szczególnie teraz, w dobie zmian infrastruktury sieci przesyłowej i dużego udziału odnawialnych, rozproszonych źródeł energii w generacji prądu, potrzebne są rozwiązania Industry 4.0.

Dwoma głównymi polami aplikacji systemów informatycznych w energetyce są inteligentne sieci przesyłowe – smart grid – oraz elektrownie, zwłaszcza zaś rozproszone systemy wykorzystujące źródła odnawialne, takie jak słońce czy wiatr, do generacji prądu elektrycznego.

Dominującym źródłem energii w naszym kraju wciąż jest spalanie węgla kamiennego. Nie dziwi w związku z tym duża liczba start-upów zajmujących się doskonaleniem tej technologii. Dzięki zastosowaniu systemów kontroli opracowywanych np. przez BonEffice możliwe jest nie tylko stabilizowanie i zwiększanie wydajności elektrowni węglowych, ale także zmniejszenie poziomu produkcji dwutlenku węgla. Dodatkowo, wykorzystując systemy monitorowania temperatury i ciśnienia, jakie opracował polski start-up InTherSoft, możliwe jest znaczne wydłużenie czasu życia instalacji w tego rodzaju elektrowni. Wszystko to przekłada się na czystszy i tańszy w produkcji prąd elektryczny uzyskiwany przy niedużych inwestycjach w nowoczesne systemy Industry 4.0.

Także w przypadku elektrowni korzystających ze źródeł odnawialnych systemy przemysłowego Internetu rzeczy mają ogromne zastosowanie w optymalizacji produkcji, pozwalając na stabilizację produkcji energii. Przykładem tego rodzaju systemu może być eWind opracowany przez firmę VIS Energia. To innowacyjny, modułowy system komputerowy przezaczony do monitorowania elektrowni wiatrowych – zarówno pojedynczej turbiny, jak i całej farmy. Dzięki daleko idącej integracji systemu niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z jedną turbiną, czy całą farmą, interfejs od strony operatora wygląda tak samo. System ten pozwala na monitorowanie stanu turbin i poziomu produkcji, a także przewidywanie przyszłej produkcji na podstawie prognoz wietrzności oraz stanu technicznego instalacji. Dzięki zebraniu tych wszystkich danych w jednym miejscu możliwe jest np. planowanie prac konserwacyjnych instalacji tak, aby miały one minimalny wpływ na produkcję prądu.

Jednakże inteligentne systemy w energetyce służą nie tylko zwiększaniu produkcji energii elektrycznej. Platforma ogarniamprad.pl to system służący do elastycznych zakupów energii elektrycznej przez odbiorców komercyjnych. Nie dość że daje odbiorcom dostęp do konkurencyjnych ofert niemalże 200 dostawców prądu i gazu, to jeszcze – dzięki analizie charakteru odbioru energii: przyzwyczajeń, ilości kupowanej energii i głównych godzin, kiedy jest ona pobierana – dobiera odpowiednią, najtańszą ofertę spośród wszystkich dostępnych. Pozwala to na elastyczne, całodobowe zmienianie dostawców prądu i gazu, co przekłada się na minimalizację kosztów. Także dla operatorów sieci przesyłowej i producentów energii takie rozwiązanie jest tańsze, bo nie wymaga m.in. utrzymywania własnej infrastruktury informatycznej, koniecznej do kontaktu z finalnym odbiorcą energii.

Dzięki wykorzystaniu nowoczesnych systemów informatycznych, zdolnych do całościowej analizy systemów przemysłowych, wprowadzenie Industry 4.0 do energetyki przekłada się na zyski dla wszystkich: producentów energii, jej odbiorców i środowiska naturalnego.

Rozwijane i najlepiej rokujące technologie w energetyce
Pierwsza sieć przesyłowa zbudowana została na Światową Wystawę Elektrotechniczną we Frankfurcie nad Menem w roku 1891 przez niemiecki koncern AEG i szwajcarską firmę Oerlikon. Od tego czasu wiele zmieniłow się w elektryce, energetyce, jak i w samych sieciach przesyłowych.

Dzisiaj, w dobie Internetu rzeczy (IoT) czy wprowadzania w życie postulatów Industry 4.0, sektor energetyczny nie pozostaje bierny. Zmiany te nie są jednak wymuszane tylko przez pojawianie się nowych technologii.

Coraz większe zużycie energii elektrycznej w miastach, większe wymagania co do wydajności transportu energii w sieci przesyłowej czy też zmieniająca się struktura generacji energii elektrycznej ze scentralizowanej na rozproszoną – te między innymi czynniki sprawiają, że w energetyce pojawia się wiele innowacyjnych technologii – mówi Jakub Miler, dyrektor zarządzający w firmie InnoEnergy Poland Plus.

OZE = Zrównoważona energetycznie przyszłość?
Nowoczesne sieci przesyłowe wspierają zrównoważony rozwój sektora energetycznego i mocno skupiają się na rozproszonych, zielonych źródłach energii elektrycznej. Odnawialne źródła energii pozwalają na produkcję energii elektrycznej bez emisji dwutlenku węgla, jednak bardzo często systemy te charakteryzują się niską stabilnością i dużym rozproszeniem. Synchronizacja wielu źródeł energii w sieci wymaga zaawansowanych systemów technologicznych, podobnie jak stabilizacja sieci poprzez wykorzystanie systemów przechowywania energii elektrycznej, np. ogromnych stacji akumulatorowych.

Do implementacji tego rodzaju rozwiązań potrzebne są rozmaite technologie, zwłaszcza monitorowania sieci energetycznej. Wiele firm rozwija tego rodzaju systemy – także w Polsce. Nasz kraj nie jest wcale w ogonie, jeśli chodzi o implementację systemów smart grid, jak część osób mogłaby pomyśleć. Firma Energa (operator) na początku zeszłego roku rozpoczęła planowanie wdrożenia pilotażowej instalacji smart grid na Półwyspie Helskim. Inwestycja ta ma być „pierwszą w krajowej energetyce próbą praktycznego wdrożenia i weryfikacji nowych
technik z dziedziny sieci inteligentnych”, jak informuje operator.

W Polsce powstają nie tylko inteligentne sieci przesyłowe. Opracowuje się tutaj również wiele nowatorskich technologii do zastosowania w energetyce. Spółka Asseco pracuje nad rozwiązaniami informatycznymi dla operatorów energetycznych – w 2016 r. stworzony przez nich system billingowy wdrożony został w Grupie Tauron i w Grupie ENEA. To pierwsza taka scentralizowana baza w polskiej energetyce.

Polski wkład w zrównoważony zrównoważony rozwój
Także szereg mniejszych firm i start-upów zajmuje się opracowywaniem rozwiązań dla elektroenergetyki przyszłości. Szczególnie te drugie są w tym sektorze niezwykle istotne, bo nierzadko powstają na bazie doświadczeń sektora akademickiego i jednocześnie nie boją się opracowywać zupełnie nowatorskich rozwiązań, działając w bardzo ryzykownym modelu ekonomicznym. Często start-upy tego rodzaju rozwijane są w ramach akceleratora przedsiębiorczości lub innej firmy, która pozwala znaleźć odpowiednie finansowanie i zaplecze, aby możliwe było prowadzenie prac badawczo-rozwojowych. Przykładem takiej firmy może być InnoEnergy, które współpracuje z szeregiem uniwersytetów w całej Europie i pomaga startować m.in. akademickim spółkom typu spin-off skupionym wokół sektora energetycznego.

W naszym kraju powstaje szereg ciekawych start-upów oferujących niezwykle nowatorskie rozwiązania dla smart grid. Na szczególną uwagę zasługiwać mogą dwie firmy opracowujące technologie do przechowywania energii: Enetech i MarCelLi oraz firmy oferujące rozwiązania IT dla sektora energetycznego: np. Gradis, M-Tronics czy VIS-Energia.

Systemy przechowywania energii pełnią kluczową fukcję stabilizatora sieci przesyłowej z dużym odsetkiem rozproszonych odnawialnych źródeł energii, generując znaczny procent mocy w sieci. Dodatkowo wykorzystanie systemów przechowywania energii pozwala na zmniejszenie dynamiki generacji mocy w elektrowniach, co przekłada się na mniejsze koszty ich użytkowania – jak podaje raport Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC).

Klasycznie używane obecnie systemy przechowywania energii opierają się na ładowaniu i rozładowywaniu akumulatorów. Mogą to być klasyczne ogniwa litowo-jonowe, ale wykorzystuje się też bardziej skomplikowane systemy z przepompowywaniem „naładowanego” elektrolitu do specjalnych rezerwuarów. Tego rodzaju systemy opracowuje właśnie firma MarCelLi. Ten polski start-up stworzył nowatorskie rozwiązania związane z procesem produkcji ogniw LiFePO4 z elektrodami węglowymi. Opracowana przez firmę technologia pozwala nie tylko produkować katody ogniw o bardzo dobrych parametrach elektrycznych, ale także robić to w sposób skalowalny i – co istotne, gdy myśli się o wykorzystaniu tych akumulatorów w systemach przechowywania energii z OZE – ekologiczny.

Alternatywne podejście oferuje firma Enetech. Systemy opracowywane przez nią skupiają się na przechowywaniu energii – głównie cieplnej – w postaci ciepła przemiany fazowej specjalnego materiału. Stosuje się je szczególnie w ciepłownictwie, ale także w innych obszarach, gdzie tego rodzaju systemy sprawdzają się w gromadzeniu energii cieplnej w innym wypadku traconej z uwagi na brak możliwości jej wykorzystania. Jak szacuje firma, jest to 60 TWh energii cieplnej tylko w naszym kraju.

Tego rodzaju firmy, skupiające się na pracach badawczo-rozwojowych, najmocniej rozpalają iskrę innowacyjności w sektorze elektroenergetycznym. Dzięki opracowywanym przez nie technologiom inteligentne sieci przesyłowe niedługo mogą dostarczać prąd także do naszych domów.

Smart grid – co to oznacza?
Terminem smart grid określa się inteligentne sieci elektroenergetyczne, czyli takie, w których istnieje dwustronna komunikacja pomiędzy wszystkimi elementami składowymi sieci, jej odbiorcami itp. Firma ABB identyfikuje cztery główne obszary napędzające transformację sieci przesyłowej w stronę smart grid: zwiększanie pojemności, poprawa niezawodności, polepszanie wydajności oraz zrównoważony rozwój z uwzględnieniem zielonych technologii (http://new.abb.com/smartgrids/ why-smart-grids).

Zwiększające się zapotrzebowanie na energię elektryczną wymusza zwiększenie możliwości przesyłowych sieci energetycznych. Jak szacują eksperci, przez najbliższe 20 lat zapotrzebowanie (a także produkcja) energii elektrycznej na świecie rosnąć będzie o 1 GW na tydzień. Aby podłączać te nowe moce do sieci w sposób możliwie przyjazny środowisku, potrzebne są odpowiednie technologie i ogromne inwestycje. Międzynarodowa Agencja Energii szacuje, że od dzisiaj do 2030 r. na rozwój sieci przesyłowej na świecie wydane zostanie 6 bln dolarów (International Energy Agency, Technology Roadmap: Smart Grid, OECD/IEA 2011).

Gdy uda nam się dostarczać coraz więcej energii elektrycznej, musimy jeszcze zadbać o dostarczanie jej w sposób stabilny i bezawaryjny. Setki tysięcy kilometrów sieci przesyłowej na świecie nie są systemem niezawodnym. Jak wyliczyli naukowcy z Berkeley Lab, straty ekonomiczne z uwagi na przerwy w dostępie do sieci w USA to ok. 80 mld dolarów rocznie. Straty w większości powodowane są chwilowymi lub krótkotrwałymi problemami z dostępem do prądu. Aby uniknąć tego rodzaju awarii lub zmniejszyć ich dotkliwość, w systemach przesyłowych implementuje się systemy nadzoru, kontroli i akwizycji danych (SCADA), które pozwalają szybko reagować na wszelkie nieprawidłowości w sieci. Tego rodzaju działania są podstawą konstruowania smart grid.

Źródło: InnoEnergy