Top aplicații IoT în sectorul energetic

Industria energetică se află la marginea unor schimbări majore. Potrivit analiștilor, până în 2027 numărul de dispozitive IoT conectate din sector va depăși 75 de milioane de unități. Companiile investesc miliarde în transformarea digitală, iar internetul lucrurilor în sectorul energetic a devenit nu doar un cuvânt la modă, ci și o necesitate pentru supraviețuirea pe o piață competitivă. Problema este că sistemele energetice construite în secolul trecut nu mai pot face față provocărilor moderne - de la integrarea surselor regenerabile până la gestionarea sarcinilor de vârf. IoT pentru energie oferă soluții pentru aceste sarcini prin monitorizare în timp real, analiză predictivă și automatizare a proceselor. În acest articol, ne vom uita la IoT specifice în aplicațiile energetice care deja schimbă industria și ne vom da seama de ce abordările tradiționale nu mai funcționează.

Contoare inteligente și managementul cererii

Contoarele inteligente au devenit primul val de masă al IoT în implementarea sectorului energetic. Aceste dispozitive transmit date despre consumul de energie electrică la fiecare 15-30 de minute, permițând atât furnizorilor, cât și consumatorilor să vadă imaginea reală a utilizării resurselor.

Compania italiană Enel a instalat peste 30 de milioane de contoare inteligente încă din anii 2000, devenind un pionier în acest domeniu. Astăzi, furnizorii de frunte folosesc soluții de tehnologie energetică de la parteneri tehnologici globali pentru a crea ecosisteme care combină contoare cu platforme analitice și sisteme de management al încărcăturii.

Principalele avantaje ale contorării inteligente:

• Facturare precisă, fără a fi nevoie de citirea fizică a contorului
• Detectarea pierderilor de energie electrică și a conexiunilor neautorizate în timp real
• Prețuri dinamice în funcție de ora din zi și de sarcina rețelei
• Capacitatea consumatorilor de a-și urmări propriul consum prin intermediul aplicațiilor mobile

În Marea Britanie, programul SMETS (Smart Metering Equipment Technical Specifications) intenționează să instaleze contoare inteligente în toate gospodăriile până în 2025. Conform calculelor autorității de reglementare Ofgem, acest lucru va economisi consumatorilor aproximativ 300 de milioane de lire sterline anual.

Dar valoarea reală a contoarelor inteligente se dezvăluie în managementul cererii. Atunci când mii de dispozitive transmit date de consum, furnizorii pot prognoza sarcinile de vârf și pot oferi stimulente pentru a schimba consumul la ore cu cerere mai mică.

Programe de răspuns la cerere

Pacific Gas and Electric din California a lansat programul SmartRate, care ajustează automat termostatele participanților în timpul sarcinii de vârf. În zilele toride de vară când rețeaua este supraîncărcată, sistemul crește simultan temperatura cu câteva grade în mii de case. Proprietarii beneficiază de reduceri la facturile lor, iar rețeaua evită întreruperile.

Monitorizarea și întreținerea infrastructurii energetice

Senzorii de energie IoT sunt instalați pe transformatoare, linii electrice, turbine eoliene și panouri solare pentru monitorizarea continuă a stării echipamentelor. Acest lucru schimbă abordarea întreținerii - de la reactiv la predictiv.

Schneider Electric a implementat sistemul EcoStruxure, care colectează date de la zeci de mii de senzori din instalațiile energetice. Algoritmii de învățare automată analizează vibrațiile, temperatura, semnalele acustice și parametrii electrici pentru a detecta semnele viitoarelor defecțiuni cu săptămâni sau luni înainte ca acestea să apară.

Monitorizarea stării transformatorului

Transformatoarele sunt printre cele mai scumpe componente ale rețelei electrice, înlocuirea lor costă sute de mii de dolari. În mod tradițional, acestea au fost deservite la program sau așteptate pentru defecțiune. Acum, senzorii IoT urmăresc:

• Temperatura uleiului și înfășurării
• Nivelul de umiditate
• Concentrația gazului dizolvat (DGA — Analiza gazelor dizolvate)
• Descărcări parțiale în izolație
• Încărcare în timp real

Când senzorii detectează anomalii, sistemul creează automat o solicitare de service. Duke Energy a raportat că implementarea monitorizării IoT a transformatoarelor a redus întreruperile neplanificate cu 35% și a prelungit durata de viață a echipamentului cu 15-20%.

Inspecție cu drone

Companiile de utilități au început să folosească drone cu camere termice și camere video HD pentru inspecția liniilor electrice. O dronă cu un sistem IoT în energie poate zbura în mod autonom pe o linie de o sută de kilometri, poate face mii de fotografii și videoclipuri, poate transmite date către o platformă cloud unde AI va detecta izolația deteriorată, rugina pe stâlpi sau elementele de fixare slăbite.

American Electric Power folosește o flotă de drone pentru a inspecta 40 de mii de mile de linii electrice. Ceea ce înainte dura luni de muncă inspectorilor la sol și în elicoptere, acum se realizează în săptămâni cu o precizie și siguranță mai mare.

Integrarea energiei regenerabile

Centralele solare și eoliene sunt în mod inerent instabile prin natură - soarele apune, vântul se stinge. Acest lucru creează provocări pentru stabilitatea rețelei electrice. IoT pentru energie rezolvă această problemă printr-o rețea distribuită de senzori și sisteme de prognoză.

NextEra Energy, cel mai mare producător de energie regenerabilă din lume, utilizează o platformă IoT pentru a gestiona mii de turbine eoliene. Senzorii de pe fiecare turbină măsoară viteza vântului, direcția, temperatura, vibrația lagărului și zeci de alți parametri. Datele sunt transmise unui centru de control unde sistemul prognozează producția de energie pentru următoarele 72 de ore cu o precizie de 90%.

Centrale electrice virtuale

Conceptul Virtual Power Plant (VPP) reunește mii de surse de energie distribuite — panouri solare de acasă, baterii pentru vehicule electrice, generatoare industriale — într-o singură rețea controlată prin IoT în tehnologiile din sectorul energetic.

Compania germană Sonnen a creat o rețea de peste 70 de mii de sisteme de baterii de acasă. Când rețeaua are nevoie de energie suplimentară, VPP coordonează returnarea energiei de la mii de baterii simultan. Proprietarii de baterii primesc compensații, iar rețeaua rămâne stabilă fără a construi noi centrale electrice.

Tesla dezvoltă, de asemenea, direcția VPP cu bateriile sale Powerwall. În Australia de Sud, mii de proprietari de Tesla Powerwall s-au unit într-o centrală electrică virtuală cu o capacitate de peste 250 MW, echivalent cu o centrală medie pe gaz.

Rețele inteligente și managementul sarcinii

Smart Grid este sistemul nervos al energiei moderne. Internetul lucrurilor în sectorul energetic transformă fluxul unidirecțional de electricitate de la stație la consumator într-o comunicare bidirecțională în care fiecare componentă a rețelei „vorbește” cu ceilalți.

În Danemarca, care generează peste 50% din electricitate din vânt, o rețea inteligentă este extrem de importantă. Energinet, operatorul danez de rețea electrică, a implementat un sistem IoT care echilibrează rețeaua în timp real, integrând date de la parcuri eoliene, stații solare, consumatori industriali și conexiuni interstatale.

Recuperare automată întreruptă

În mod tradițional, atunci când o linie electrică era deteriorată, dispecerii comutau manual rețeaua pentru a restabili alimentarea cu energie. Acum, senzorii IoT detectează automat locația deteriorării, izolează secțiunea cu probleme și redirecționează electricitatea pe căi alternative - totul în câteva secunde.

ComEd din Chicago a raportat că, după implementarea unei rețele inteligente, timpul mediu de recuperare a unei întreruperi a scăzut de la 2 ore la 30 de minute. Sistemul determină automat câți consumatori au fost afectați, exact unde a apărut problema și care echipaj este cel mai aproape de reparat.

Echilibrarea sarcinii

Platformele IoT analizează consumul în timp real și prognozează încărcarea cu o oră, o zi sau o săptămână înainte. Acest lucru permite operatorilor să:

• Porniți generatoare suplimentare numai atunci când este cu adevărat necesar
• Cumpărați energie electrică de pe piață în momentele cu prețuri mici
• Preveniți supraîncărcarea secțiunilor individuale ale rețelei
• Coordonează funcționarea diferitelor tipuri de centrale electrice

Con Edison din New York folosește un sistem IoT pentru a gestiona cea mai mare rețea urbană din SUA. Milioane de senzori urmăresc fluxul de energie prin 130 de mii de transformatoare și 95 de mii de mile de cabluri. În timpul valurilor de căldură de vară, când funcționează milioane de aparate de aer condiționat, sistemul echilibrează automat sarcina pentru a evita întreruperile.

Monitorizarea instalațiilor de petrol și gaze

În industria petrolului și gazelor, soluțiile energetice IoT sunt aplicate pentru monitorizarea puțurilor, conductelor, stațiilor de compresoare și rafinăriilor. Aceste facilități sunt adesea situate în locuri îndepărtate, unde monitorizarea tradițională este dificilă și costisitoare.

BP a instalat mii de senzori IoT pe sondele din Marea Nordului. Senzorii urmăresc presiunea, temperatura, vibrația echipamentului, nivelul de coroziune și viteza de extracție. Datele sunt transmise prin comunicație prin satelit către un centru de analiză unde inginerii pot controla zeci de puțuri simultan fără a le vizita fizic.

Detectarea scurgerilor

Scurgerile din conducte reprezintă o problemă serioasă de mediu și economică. Senzorii de presiune IoT instalați de-a lungul unei conducte pot detecta chiar și scurgeri mici de la schimbările de presiune. Senzorii acustici „aud” sunetul scăpării de gaz sau ulei.

Enbridge, operatorul celui mai lung sistem de conducte din America de Nord, folosește un sistem IoT de detectare timpurie a scurgerilor. Când senzorii înregistrează o anomalie, supapele închid automat secțiunea deteriorată, reducând la minimum volumul scurgerii. Sistemul detectează scurgerile de 10 ori mai rapid decât metodele tradiționale.

Optimizarea extracției

Senzorii IoT din puțuri colectează date despre caracteristicile rezervorului, productivitatea și starea echipamentului. Algoritmii analizează aceste date pentru a optimiza modurile de extracție - când să crească sau să scadă intensitatea, când este necesară întreținerea.

Shell folosește gemeni digitale de puțuri – modele virtuale care primesc date de la senzori reali IoT. Inginerii pot testa diferite scenarii într-un mediu digital înainte de a le aplica în practică. Potrivit companiei, aceasta a crescut extracția cu 5-10%, reducând în același timp costurile.

Managementul Energiei Clădirilor

Clădirile comerciale și industriale consumă aproximativ 40% din electricitatea globală. Sistemele de management al clădirilor IoT optimizează consumul prin integrarea de iluminat, încălzire, ventilație, aer condiționat și alte echipamente.

Honeywell a dezvoltat platforma Forge pentru managementul energiei clădirilor. Sistemul colectează date de la senzorii de lumină, prezența umană, temperatura, calitatea aerului și le integrează cu prognozele meteo, programele de lucru și tarifele de energie electrică.

Iată cum funcționează în practică:

• Senzorii de prezență sting luminile și reglează temperatura în încăperile goale
• Sistemul analizează când tarifele la energie electrică sunt cele mai mici și execută procese consumatoare de energie exact atunci
• Algoritmii prezic nevoile de încălzire/răcire pe baza prognozei meteo și ajustează setările în avans
• Integrarea cu calendare arată când sunt așteptați mai mulți vizitatori și pregătește sistemele în consecință

The Edge din Amsterdam, numită cea mai inteligentă clădire din lume, folosește 28 de mii de senzori IoT pentru a gestiona fiecare aspect al clădirii. Consumul de energie este cu 70% mai mic decât clădirile de birouri standard, iar panourile solare de acoperiș generează mai multă energie decât consumă clădirea.

Blockchain și P2P Energy Trading

Combinarea IoT pentru energie cu blockchain creează noi oportunități pentru tranzacționarea descentralizată a energiei electrice. Proprietarii de panouri solare pot vinde automat surplusul de energie vecinilor prin contracte inteligente.

Brooklyn Microgrid din New York este unul dintre primele proiecte de comercializare a energiei P2P. Locuitorii cartierului cu panouri solare vând energie electrică vecinilor printr-o platformă blockchain. Contoarele inteligente IoT înregistrează automat tranzacțiile, iar contractele inteligente execută plăți fără intermediari.

Power Ledger din Australia a scalat acest concept. Platforma permite tranzacționarea energiei nu numai între vecini, ci și între diferite microrețele. Senzorii IoT urmăresc generarea și consumul, blockchainul asigură transparența tranzacțiilor, iar algoritmii găsesc automat cele mai bune prețuri.

Sistemul IoT Securitate cibernetică în energie

Cu milioane de dispozitive conectate, riscurile de atac cibernetic cresc. Infrastructura energetică este o țintă prioritară pentru hackeri și actorii statali. Atacul din 2015 asupra unei rețele electrice a demonstrat vulnerabilitățile sistemului.

IoT modern în platformele sectorului energetic implementează protecție pe mai multe niveluri:

• Criptarea datelor pe dispozitiv, în timpul transmisiei și în stocare
• Autentificarea dispozitivului prin certificate criptografice
• Segmentarea rețelei — sisteme critice izolate de internet
• Monitorizarea constantă a comportamentului anormal al dispozitivului
• Actualizări automate de firmware cu corecții de vulnerabilitate

Siemens a dezvoltat conceptul de „securitate prin proiectare” pentru sistemele industriale IoT. Fiecare dispozitiv este supus unui audit de securitate în faza de proiectare, nu ca o completare după creare.

Analiza datelor și inteligența artificială

Senzorii IoT generează petaocteți de date zilnic. Valoarea reală se dezvăluie atunci când aceste date sunt analizate pentru luarea deciziilor. Platformele cloud cu inteligență artificială și învățare automată transformă datele brute în informații utile.

Microsoft Azure Energy și AWS Energy oferă servicii specializate companiilor energetice. Aceste platforme includ:

• Stocare pentru stocarea și procesarea unor volume uriașe de date IoT
• Algoritmi gata de învățare automată pentru prognoza cererii și detectarea anomaliilor
• Instrumente de vizualizare pentru crearea tablourilor de bord
• API-uri pentru integrarea cu sistemele existente

Exelon, unul dintre cei mai mari furnizori de energie electrică din SUA, folosește AI pentru a analiza datele de la 5 milioane de contoare inteligente. Algoritmii detectează modelele de consum, prognozează încărcarea rețelei și oferă consumatorilor recomandări personalizate de economisire a energiei.

Prognoza cererii

Prognoza exactă a cererii este extrem de importantă - electricitatea nu poate fi stocată în cantități mari, așa că generarea trebuie să corespundă exact consumului la fiecare milisecundă. Modelele AI analizează datele istorice de consum, prognozele meteo, calendarul (zile lucrătoare, sărbători), indicatorii economici și sute de alți factori.

National Grid din Marea Britanie folosește un sistem AI pentru prognoza cererii de energie electrică. Precizia prognozei a atins 98%, ceea ce a permis reducerea costurilor capacității de rezervă cu 10 milioane de lire sterline anual.

La ce au de fapt acces oamenii obișnuiți: aplicații energetice de consum pe care le puteți descărca astăzi

Toate chestiile de infrastructură despre care am vorbit – contoare inteligente, întreținere predictivă, centrale electrice virtuale – nimic nu contează dacă oamenii nu își pot înțelege propriile facturi la energie sau nu pot lua decizii de bază cu privire la consum. Realitatea frustrantă este că utilitățile din majoritatea țărilor au pus în cuie tehnologia backend. Ceea ce rămâne în urmă este partea orientată spre consumator.

Deci, ce poate descărca și folosi o persoană obișnuită chiar acum, fără să cumpere echipamente speciale sau să se înregistreze pentru sisteme proprietare? Se pare că există deja un ecosistem surprinzător de util și despre care merită să știți, deoarece este locul în care se produce schimbarea reală a comportamentului.

EnergySmart (dezvoltat de Ignitis, compania de utilități din Lituania) este probabil cel mai simplu exemplu. Descărcați-l, conectați-vă la contul de contor inteligent și, dintr-o dată, nu primiți doar o factură o dată pe lună. Îți vezi consumul în timp real, fluctuațiile de preț pe măsură ce se întâmplă, iar aplicația îți va spune de fapt cât a costat dușul fierbinte sau ce procent din factura ta a mers la încălzire. Se ocupă și de lucrurile obositoare - urmărește costurile de încărcare a vehiculelor electrice și recomandă cele mai ieftine ore pentru a conecta mașina. Cerința aici este ca furnizorul dvs. să folosească infrastructură compatibilă de contoare inteligente, dar dacă vă aflați în Europa de Nord sau din ce în ce mai mult pe piețele majore din UE, probabil că aveți deja una.

HomeWizard Energy adoptă o abordare diferită. În loc să se bazeze exclusiv pe infrastructura furnizorului, se conectează direct la prize inteligente și dispozitive de monitorizare a energiei de calitate pentru consumatori. Dacă aveți panouri solare pe acoperiș și doriți să vedeți cât de mult generați de fapt față de cât de mult trageți din rețea, această aplicație transformă aceste date în ceva ușor de înțeles - nu doar numere, ci grafice reale care arată modelele dvs. de consum. Funcționează și retroactiv. Oamenii îl folosesc pentru a realiza că frigiderul lor consumă electricitate în tăcere la 2 dimineața sau că sistemul lor de încălzire este extrem de ineficient în anumite ore.

Există, de asemenea, Älyenergia din Finlanda, populară în Scandinavia, care face aceeași treabă, dar cu o prognoză mai bună a prețurilor încorporată. Acesta prezice încotro se îndreaptă prețurile cu ridicata la electricitate și sugerează când să desfășoare sarcini mari consumatoare de energie. Nu chestii sofisticate de inteligență artificială - doar date practice de piață care îi ajută de fapt pe oameni să evite plata ratelor de vârf.

Hugo pentru iPhone funcționează cu contoare inteligente și acoperă atât electricitatea, cât și gazul. Nimic de lux, dar vă permite să setați bugete de cheltuieli și să vedeți defalcarea consumului pe perioade de timp, care este exact ceea ce își doresc oamenii de fapt, în loc de un tablou de bord complex cu funcții pe care nu le vor folosi niciodată.

Pentru persoanele care nu au deloc acces la contoare inteligente, Consumption Tracker funcționează cu citiri manuale bune de modă veche. Faceți o fotografie a contorului dvs., tehnologia OCR citește numerele, iar aplicația vă urmărește istoricul de-a lungul lunilor. Este de bază, dar de fapt util dacă încercați să înțelegeți dacă vârful de luna trecută a fost real sau doar o fluctuație a facturării.

Modelul de aici este grăitor. Infrastructura este sofisticată, algoritmii sunt puternici, dar ceea ce se instalează de fapt pe telefoanele oamenilor este de obicei cea mai simplă versiune posibilă de util. Aplicații care vă arată numere. Aplicații care vă permit să luați măsuri. Aplicații care nu necesită învățarea unei noi terminologii. Nimeni nu așteaptă ca o rețea neuronală să-și prezică costurile de încălzire. Vor doar să știe dacă plătesc prea mult și ce să facă în privința asta.

Concluzii

IoT transformă sectorul energetic de la management reactiv la predictiv. Contoarele inteligente, rețelele automate, centralele electrice virtuale și analiza AI nu mai sunt știință ficțiune, ci realitate care funcționează în zeci de țări.

Cel mai mare impact IoT va fi pe trei direcții: integrarea energiei regenerabile, creșterea fiabilității rețelei și implicarea consumatorilor în participarea activă la sistemul energetic. Proprietarii de panouri solare și vehicule electrice se transformă din consumatori pasivi în participanți activi pe piața energiei.

Companiile care investesc în tehnologii IoT astăzi vor câștiga un avantaj competitiv mâine. Cei care întârzie riscă să rămână în urmă într-o industrie care se schimbă mai repede decât oricând. Viitorul energetic va fi inteligent, conectat și bazat pe date - și este deja aici.