Oszczędzanie energii a „kosmiczne” technologie

Człowiek musi wznieść się ponad Ziemię – na szczyt atmosfery i poza nią – bo tylko w ten sposób w pełni zrozumie świat, w którym żyje. 

- Sokrates, ok. 500 rok p. n. e.1  

Wzrastające zapotrzebowanie na energię elektryczną, przy jednoczesnym społecznym nacisku na ochronę środowiska naturalnego, wymusza na sektorze elektroenergetycznym zmianę podejścia do prowadzenia działalności. W praktyce oznacza to coraz bardziej skrupulatne rozliczanie z norm emisji CO2 oraz wzrost kosztów energii pochodzącej ze źródeł kopalnych. Wniosek jest prosty: Energię musimy oszczędzać.

Aby sprostać wymaganiom rynku, m.in. OSD (operatorzy systemów dystrybucyjnych - red.) przebudowują tradycyjną infrastrukturę energetyczną w kierunku sieci inteligentnej (ang. Smart Grid), wytwórcy energii przechodzą na odnawialne źródła energii (OZE), a konsumenci starają się sprostać nałożonym wymaganiom dotyczącym efektywności energetycznej urządzeń, budynków i całych organizacji.

Transformacja energetyki na taką skalę nie odbędzie się bez wsparcia technologii ICT (Information and Communication Technologies). Strategie koncernów energetycznych wskazują na ogromną zmianę nie tylko w obszarze miksu energetycznego, lecz także na nowe podejście do usług energetycznych. W związku z tym naturalną drogą do budowania wartości biznesowej jest możliwość rozpoznawania i testowanie wielu technologii i rozwiązań ICT.

Jedną z nich jest Internet Rzeczy (ang. IoT - Internet of Things). Jest to koncepcja, wedle której przedmioty mogą pośrednio albo bezpośrednio gromadzić, przetwarzać lub wymieniać dane za pośrednictwem inteligentnej instalacji elektrycznej KNX lub sieci komputerowej.Kody QR, NFC (near field communication), wearable devices czy Beacony – to niektóre z funkcjonujących już przejawów IoT, które przyczyniają się do poprawy efektywności energetycznej.

Chcąc oszczędzać nie tylko energię, ale też i finanse, warto znaleźć rozwiązanie, którego wdrożenie nie wymaga nakładów inwestycyjnych i co bardzo istotne prowadzone jest przez ekspertów znających się zarówno na zagadnieniach związanych z efektywnością energetyczną, jak i ICT. Technologia chmurowa pozwala na bardzo szybkie wdrażanie rozwiązań, dzięki umieszczeniu aplikacji w gotowym do działania środowisku IT. Jednocześnie możemy oferować przygotowane wcześniej rozwiązania w modelu SaaS (ang. Software as a Service)3 czyli usługowym.

 

Ograniczanie zużycia prądu poprzez efektywniejsze sterowanie jego poborem, czy możliwość precyzyjnego wyliczenia swojego śladu węglowego, to nie jedyne korzyści z zastosowania technologii ICT. Zapewnia ona odbiorcom energii elektrycznej korzystającym z przyłączy do sieci oraz prosumentom (dysponującym np. instalacjami OZE lub agregatami), możliwość aktywnego udziału w rynku mocy. Oddając energię do sieci lub wykazując się redukcją pobieranej mocy w godzinach szczytów energetycznych można zarabiać.

Czym dokładnie jest ICT?

Technologie informacyjno-komunikacyjne odgrywają znaczącą rolę w rozwiązywaniu problemów globalnych, tj. zmiany klimatyczne, głód czy ubóstwo. Skutecznie wspierają zarządzanie efektywnością energetyczną. Zarówno ONZ jak i UE kładą szczególny nacisk na rozwój zastosowań ICT, nabywanie kompetencji cyfrowych oraz walkę z wykluczeniem cyfrowym społeczeństw. Jak wskazuje raport UNEP, rozwiązania oferowane przez sektor ICT mogą w znacznym stopniu przyczynić się do łagodzenia niekorzystnych zmian klimatu.

Akronim ICT został rozpowszechniony w krajach unijnych poprzez dokumenty z OECD i KE. Potencjał branży teleinformatycznej kryje się między innymi w dynamicznym rozwoju systemów służących pozyskiwaniu, przetwarzaniu i zarządzaniu wielkimi zbiorami danych (ang. Big Data), oraz skutecznej komunikacji jaką umożliwia technologia IoT (ang. Internet of Things – Internet Rzeczy), opierająca się na przekonaniu, że sieć może komunikować nie tylko ludzi między sobą, ale także ludzi z przedmiotami i obiektami.

Dodatkowe technologie, które znajdują zastosowanie w Big Data obejmują wielkoskalowe równoległe przetwarzanie baz danych, aplikacje oparte o eksplorację danych, rozproszone systemy plików, rozproszone bazy danych, infrastrukturę chmurową (aplikacje, zasoby przetwarzające, pamięć) oraz Internet. Rzeczywisty lub prawie rzeczywisty czas dostarczania informacji jest jedną z kluczowych charakterystyk analizy Big Data. 

 

 

Przykładami korzystnych systemów ICT do  zarządzania efektywnością energetyczną oraz zastosowań w obszarze ochrony środowiska są, m.in. systemy obserwacji Ziemi i technologie kosmiczne, systemy zarządzania efektywnością energetyczną budynków (ang. Idea Smart Buildings), czy systemy służące, chociażby, optymalizacji ruchu ulicznego w miastach (ang. Idea Smart Cities).

Lem już dawno to przewidział

Sejm RP ustanowił 2021 rokiem Stanisława Lema.4 Uhonorował tym samym jednego z najwybitniejszych polskich prozaików, najszerzej tłumaczonego autora gatunku hard science fiction, filozofa, futurologa oraz krytyka, który ponad pół wieku temu przewidział rozwój technologii ICT. W słynnych „Dialogach" z 1957 roku przedstawiał wykorzystanie nowoczesnych technologii, jako realny kierunek rozwoju technologicznego, pisząc, że "wskutek stopniowego zrastania się wszystkich informatycznych maszyn i banków pamięci powstaną kontynentalne, a potem nawet planetarne sieci komputerowe". Postęp technologiczny i rozwój Internetu stwarza nieograniczone możliwości. Dlatego w roku Stanisława Lema warto spojrzeć na nowoczesne technologie ICT oczami geniusza i korzyściami jakie płyną z ich zastosowań.

Efektywność energetyczna to synonim racjonalnego wykorzystania energii. Jej oszczędność może w znacznym stopniu zmniejszyć zużycie surowców kopalnych. Wpływa to zatem pośrednio na zmniejszenie zależności od importu oraz wzrost bezpieczeństwa energetycznego. Ponadto poprawia konkurencyjność gospodarki poprzez obniżenie kosztów energii w gospodarstwach domowych. Służy powstawaniu nowych miejsc pracy, zwłaszcza w sektorach, w których istnieje duży potencjał do poprawy efektywności energetycznej. Przyczynia się do redukcji emisji zanieczyszczeń powietrza poprzez stosowanie bardziej sprawnych i ekologicznych technologii w łańcuchu wytwarzania, przesyłania i końcowego wykorzystania energii. 

Efektywne wykorzystanie energii w gospodarce jest bardzo istotnym czynnikiem wpływającym na wysokość kosztów produkcji, zyski przedsiębiorstw i konkurencyjność wyrobów czy usług. Poprawę wydajności energetycznej można osiągnąć w sektorach zużywających najwięcej energii, tj. w przemyśle i budownictwie, w których to istnieje bardzo duży potencjał przedsięwzięć modernizacyjnych.

Polityka Unii Europejskiej jest zdecydowanie ukierunkowana na poprawę efektywności wykorzystania energii. Wprowadzenie bardziej zaawansowanych metod zarządzania energią wymaga oceny sposobu użytkowania paliw i energii u odbiorcy, połączonej z identyfikacją sposobów racjonalizacji jej zużycia, czyli audytu energetycznego. Uzyskane dane pozwolą przeanalizować rzeczywiste zapotrzebowanie, tak żeby wdrażać optymalne i skuteczne modele zarządzania procesami związanymi ze zużyciem energii. Sieci szerokopasmowe oraz zaawansowane usługi sieciowe są masowo wykorzystane w codziennym życiu. Ich funkcjonalność obejmuje racjonalne zarządzanie urządzeniami powszechnego użytku, inteligentne domy, miasta, telemetrię i nawigację. Interfejsy nowej generacji umożliwiają migrację otoczenia człowieka z pasywnych urządzeń na inteligentne aktywne środowisko usług, zapewniające ciągły dostęp do zasobów. Integracja olbrzymiej ilości danych z informacjami o sieci i kliencie stanowi ogromny potencjał do rozwoju systemów analitycznych w energetyce w tym systemów zarządzania incydentami. Konwergencja technologii informatycznych i operacyjnych oznacza integrację takich technologii jak np. zarządzanie dystrybucją energii czy zarządzanie w czasie rzeczywistym na poziomie sieci przesyłowej i podstacji z systemami ICT, wspierającymi działanie liczników, procesy biznesowe związane z obsługą klientów, analitykę oraz systemy bilingowe. Pozwala również na osiągnięcie celów związanych z opracowaniem spójnego, pojedynczego widoku systemów zarządzania informacją w organizacji, który dostarczy danych w odpowiednim formacie, do właściwych osób i we właściwym czasie, co znacząco usprawni podejmowanie decyzji.

Wykorzystanie danych satelitarnych i zastosowanie technologii kosmicznych

Aby lepiej zrozumieć korzyści płynące z zastosowania technologii ICT w zarządzaniu efektywnością energetyczną warto przeanalizować wykorzystanie danych satelitarnych i technologii kosmicznych. Dzięki zobrazowaniom satelitarnym monitorujemy ruch na ulicach, obserwujemy parkingi, czy lotniska. Z jednej strony analizujemy zobrazowania satelitarne pod kątem bezpieczeństwa zdrowotnego ludności czy stanu środowiska (np. jakość powietrza, prognozy pogody), a z drugiej strony badamy wpływ zachodzących zmian na gospodarkę. Teledetekcja satelitarna przyczynia się do podejmowania trafniejszych decyzji przez administrację publiczną, naukowcom pozwala na lepsze rozumienie zjawisk i procesów zachodzących na naszej planecie, a końcowym odbiorcom np. rolnikom na stosowanie specjalistycznych aplikacji w swoich gospodarstwach w celu optymalizacji plonów i prowadzenia precyzyjnego rolnictwa. Dzięki powszechnemu dostępowi do danych satelitarnych za pośrednictwem różnych serwisów, użytkownicy mogą wykorzystywać zobrazowania gromadzone w zasobach o wolumenie liczonym już w petabajtach.

Coraz częściej ich przetwarzanie odbywa się we wspomnianych chmurach obliczeniowych bez potrzeby bezpośredniego pobierania obrazów na dysk komputera, a wyniki przekazywane są do specjalnie stworzonych do tego celu aplikacji. Skutki zmian klimatu, wzrastające zanieczyszczenie środowiska, znaczny przyrost ludności w wielu rejonach świata oraz inne procesy prowadzące do pogorszenia jakości życia lub wzrostu zagrożenia egzystencji i zdrowia ludzi, często wynikające z  sytuacji kryzysowych lub jak ostatnio, powodowanych pandemią wirusa SARS-CoV-2, znacząco wpływają na przyspieszenie rozwoju technologii kosmicznych a także możliwości pozyskiwania danych o  środowisku Ziemi.

 

Techniki satelitarne, a także metody zaawansowanego przetwarzania oraz analityki dużej ilości różnorodnych zbiorów danych (w  tym obrazowych i  meteorologicznych), przyczyniają się do lepszego zrozumienia zachodzących zjawisk i  procesów oraz ich skutecznego monitorowania, rejestrowania jak również prognozowania. Dobrym przykładem polityki wychodzącej naprzeciw tym wyzwaniom jest program „Destination Earth” (DestinE).5 Jego celem jest opracowanie precyzyjnego cyfrowego modelu zjawisk zachodzących na Ziemi, by móc je jednocześnie monitorować oraz stymulować, jak i również czynniki antropogeniczne oraz przygotowanie i przetestowanie scenariuszy, umożliwiających zrównoważony rozwój ludzkości, przy zapewnieniu wsparcia europejskiej polityki środowiskowej.

W skali globalnej efektem programu będzie uwolnienie potencjału cyfrowego modelowania fizycznych zasobów Ziemi oraz powiązanych z nimi zjawisk, takich jak: zmiany klimatu, wodne/morskie środowisko, obszary polarne, kriosfera itp., co w konsekwencji ma przyspieszyć „zieloną transformację” i wesprzeć inicjatywy zapobiegania dalszej degradacji środowiska czy katastrof środowiskowych.

Osiągniecie tak ambitnych celów jakie stawiają przed sobą rządy poszczególnych państw, operatorzy systemów satelitarnych i prywatni inwestorzy, staje się możliwe do zrealizowania jedynie dzięki szerokiej, międzynarodowej współpracy, zaangażowaniu naukowców, przedsiębiorców oraz zainteresowaniu obywateli. Świadomość wykorzystania ogromnego potencjału informacyjnego zgromadzonego w obrazach i danych satelitarnych zwiększy efektywność prac prowadzonych przez administrację publiczną na rzecz zrównoważonego zarządzania środowiskiem, przywracania lub podnoszenia komfortu życia oraz bezpieczeństwa obywateli.6 Potrafimy dokładnie zidentyfikować i zmierzyć obszary dotknięte suszą, pożarami, czy powodzią. Rolnicy optymalizują produkcję na podstawie zobrazowań satelitarnych, regulując nawodnienie i nawożenie z korzyścią dla środowiska. Jesteśmy w stanie prognozować oraz monitorować m.in. osiadanie gruntów, szczególnie istotne dla bezpieczeństwa mieszkańców na terenach górniczych i w dużych miastach.

Łatwość korzystania z danych satelitarnych i zmniejszenie bariery ich wykorzystania może pomóc w zaoferowaniu konkretnych, intuicyjnych rozwiązań/usług o przystępnym interfejsie. Wspólne ich wykorzystanie, analiza i interpretacja, a także włączenie do analizy danych o innym pochodzeniu (np. statystyczne, społeczne) daje szanse na pozyskanie unikalnej informacji o zjawiskach, procesach i obiektach oraz trendach przy analizach wieloczasowych. Zaawansowana analiza danych wiąże się z wykorzystaniem technik Big Data, Sztucznej Inteligencji (ang. AI - Artificial Intelligence) w tym uczenia maszynowego, IoT, nowoczesnych języków programowania, metod statystycznych itp.

Przykłady dobrych praktyk

  • Sat4Envi7 - portal mający na celu udostępnienie danych satelitarnych dla monitorowania środowiska naturalnego Polski. Platforma opiera się o wcześniej istniejące oraz już zmodernizowane zasoby Instytutu. Projekt realizowany jest przez IMGW-PIB we współpracy z Partnerami – Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk, Akademickim Centrum Komputerowe CYFRONET AGH oraz POLSA.
  • VEMS (ang. Virtual Energy Management System)8 - poprzez algorytm analizujący informacje z systemu biletowego, VEMS dostosowuje ogrzewanie, wentylację i klimatyzację do liczby osób na sali kinowej. Dzięki temu operatorzy kina oszczędzają od 15 proc. do 25 proc. zużycia energii, rekordziści nawet powyżej 50 proc.
  • Global Forest Watch9 - analiza pokrycia Ziemi lasami oraz śledzeniem wylesienia wykorzystywana przez np. Rainforest Foundation US, Global Wildlife Conservation, the World Bank, czy National Geographic. Dzięki niej wykryto m.in. nielegalną wycinkę drzew w Peru przez spółkę United Cacao czy nielegalną wycinkę w Ugandzie. 
  • Case study - Aplikacja Windy10 - prezentuje dane dotyczące jakości powietrza dostarczane w celu prognozowania zanieczyszczeń powietrza powierzchniowego, ozonu i oparów aerozolu.

Rekomendacja

W celu uzyskania pozytywnych i wymiernych efektów transformacji energetycznej należy szeroko promować rozwój rynku usług inteligentnych. Stosowanie wyników użycia metodyk oceny inwestycji infrastrukturalnych pod kątem efektywności energetycznej będzie procentowało obniżeniem kosztów oraz zmniejszeniem negatywnego wpływu na środowisko. Nie mniej ważny jest aspekt informacyjno-edukacyjny. 

Autorka: Anna Szóstakiewicz, Krajowy Ośrodek Zmian Klimatu IOŚ-PIB

1http://hamlet.edu.pl/sokrates
2https://www.onworld.com/
3https://poradnikprzedsiebiorcy.pl/-saas-oprogramowanie-jako-usluga
4https://roklema.pl/
5https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/destination-earth-destine
6https://polsa.gov.pl/dane-satelitarne/
7https://sat4envi.imgw.pl
8https://www.ushio.com/product/vems-virtual-energy-management-system/
9http://www.globalforestwatch.org/
10https://www.windy.com/pl