La indústria energètica és un recurs inevitable de la nostra societat. El consum d’energia primària mundial va créixer un 45% durant els darrers 20 anys i s’espera que creixi un 39% durant els propers 20 anys. Hi ha una forta correlació entre el consum d’energia i el benestar econòmic de l’economia mundial que es tradueix cap a perspectives empresarials significatives.
En una xarxa tradicional, per fer coincidir la demanda dinàmica elèctrica, es necessiten més xarxes elèctriques interconnectades al transport, subestacions, transformadors i tots els components més essencials. La xarxa elèctrica subministra electricitat dels productors als consumidors. Per fer que la xarxa tradicional heretada sigui intel·ligent, es necessita:
Comunicacions bidireccional: Per fer més ràpid el temps de reacció;
Sistemes equipats digitalment: Per fer el procés més eficient, cosa que fa que la xarxa sigui intel·ligent.
Els requisits previs de la comunicació bidireccional són l’amplada de banda de la transmissió de dades, la latència, la disponibilitat, la fiabilitat, la densitat o l’escalabilitat de la connexió, la cobertura. Aquestes entitats de comunicació són essencials per una moderna xarxa intel·ligent, on el flux i la generació d'energia provenen de diverses fonts, on els paràmetres operatius dels dispositius de camp es poden mesurar, controlar, determinar, ajustar i controlar automàticament i remotament. També, hi han nombrosos nodes dispersos presents a la xarxa intel·ligent on flueix una enorme quantitat de dades i informació. Per tant, per supervisar aquests actius, generalment s’utilitzen les xarxes per cable com és la comunicació de fibra òptica, PLC de banda ampla o tècniques de comunicació sense fils com són: 2G (GSM), 3G (WCDMA), 4G (LTE).
Què és el 5G:
El 5G, és una xarxa cel·lular de 5ª generació que permet a la societat, les empreses i les persones en la nova era de la connectivitat, nous casos d’ús per a qualsevol indústria. Si es mira enrere, la indústria de les comunicacions sense fils venen de diverses generacions sense fils: 1G per a trucades de veu i propòsits analògics, 2G per a trucades de veu i SMS per a mòbils, 3G per a navegació web per a mòbils, HSPA + (3.5G) per a una millor experiència , 4G Mobile per a experiència de vídeo i major rendiment de dades, LTE-A (4,5G) per a més capacitat. Com qualsevol xarxa de comunicacions, el 5G també es divideix en la part de ràdio, transport i xarxa principal. La xarxa d’accés a la ràdio 5G s’anomena NR (nova ràdio) on es connecta l’equip d’usuari, mentre que l’antena es pot instal·lar en una ubicació física factible per a la propagació d’ones de ràdio. El Core Network o NGCN (xarxa de nova generació), és la part central. La xarxa de transport connecta la xarxa d'accés radio i la xarxa Core. Diferents organitzacions d'estàndards com són: METIS, 3GPP, NGMN, IMT-2020 defineixen els valors obtims de rendiment del 5G en termes de latència (<1ms), trànsit de dades, velocitat de dades màxima (20 Gbps-DL, 10Gbps-UL), màxima eficiència espectral (30bps / HZ DL, 15bps / HZ UL), densitat de connexió (1 milió de connexions / km2) i mobilitat (500 kmph). El 5G té diversos avantatges respecte a altres tecnologies, que inclouen la velocitat, capacitat, nombre de dispositius, capacitat de processament per al edge computing, eficiència energètica i una millor virtualització mitjançant el tall de xarxa. Hi ha dues opcions per al desplegament de la xarxa 5G. El primer utilitza la actual xarxa 4G (LTE) per al funcionament del pla de control i la xarxa 5G per al pla d’usuari, que s’anomena 5G NSA (accés no independent), i l’altra opció és una xarxa 5G dedicada per al control i el pla d’usuari connectats a la nova generació 5G Core que és el 5G SA (autònom).
Rol bàsic de la comunicació 5G per les smart grids
La indústria energètica ja impulsa la innovació per a les xarxes intel·ligents, però el veritable repte és el desplegament d’una xarxa de comunicació, segura i flexible on el sistema de gestió de l’energia aprofiti els sensors, els nodes d’accés, els actuadors i els subsistemes. La xarxa de comunicació no només ajuda a controlar els actius de les smart grids (SG), sinó que també amplia la participació de nous serveis flexibles. Si es considera la gestió del cicle de vida de la xarxa elèctrica, aquest comprèn la generació, transport, transformació, distribució i el consum d’energia. El 5G millora la connectivitat amb els comptadors intel·ligents, el desplegament de la xarxa distribuïda gràcies al guany de cobertura de l’última milla a més, ofereix suport pels sistemes de self-healing per millora la qualitat de servei. L'automatització intel·ligent distribuïda, el control de càrrega, la protecció del sistema d'energia, la gestió de la informació per a la distribució de baixa tensió, els senyals de resposta a la demanda des dels centres dels DSO fins als comptadors intel·ligents són les aplicacions que requereixen un ample de banda diferent, una latència diferent i, una elevada densitat de connexió a la xarxa de comunicacions de les xarxes intel·ligents. El 5G, compleix aquests requisits per a diferents comunicacions en una sola xarxa física. El backhaul d'accés integrat al 5G, també pot ajudar a reduir els costos substituint la fibra òptica.
El manteniment predictiu dels diferents components de la xarxa elèctrica, com podrien ser els aïlladors elèctrics, les línies de transport al llarg de xarxes elèctriques, emmagatzematges de GNL/GAS o el restabliments de servei proactiu en les situacions d’emergència, i la videovigilància en temps real són una important aplicació del 5G a les operacions de les SG. A més, un dels majors avantatges que pot oferir el 5G, és la fiabilitat que està en el 99,9999%. Per a les comunicacions M2M, en concret per al desplegament de la telegestió, una sensata solució és el plug-play, que redueix el cost operatiu. La informàtica perifèrica i les funcions de xarxa virtual que fan servir el 5G fan que aquest sistema de comunicació sigui fàcilment escalable en termes d’autoconfiguració. Per a l’emmagatzematge distribuït d’energia i la gestió de recursos, es converteix en la solució ideal i el 5G ho fa realment fàcil.
Arquitectura de comunicació de xarxes intel·ligents:
Conceptualment, per a l’arquitectura de xarxes intel·ligents, hi ha tres blocs bàsics: a) Capa d’energia b) Capa de comunicació , i c) Capa de funció de xarxa virtual i capa d’aplicació . Aquestes capes es poden comunicar entre si mitjançant l'API oberta (interfície de programació d'aplicacions)
Distribució de xarxes 5G
Si un DSO utilitza la seva xarxa intel·ligent amb finalitats polivalents amb requisits diferents que permetin nous serveis pels clients mitjançant els seus comercialitzadors, pot esdevenir com una nova oportunitat comercial. Per exemple es podria llogar la xarxa a una altra organització energètica en funció de la zona geogràfica. Això serà factible gràcies a les funcions bàsiques del 5G, per tant, 5G Network Slicing. Network Slicing és un nou concepte que permet transformar un conjunt de xarxes lògiques a sobre d’una infraestructura física comuna compartida. Cada xarxa lògica pot complir diferents requisits de diferents casos d'ús tenint en compte tots els recursos de la xarxa. Es pot utilitzar per a la personalització de funcions de xarxa, la virtualització, la gestió independent, l'orquestració dinàmica. Per tant, permet als operadors energètics maximitzar el retorn de la inversió mitjançant una eficient utilització dels recursos de la xarxa. Dins del concepte de segmentació de xarxa, l’orquestració permet un subministrament de serveis ràpids amb diferents funcions de xarxa mitjançant la incorporació d’automatitzacions, que redefineix la personalització i la flexibilitat.
Per tant, la xarxa 5G s’adapta exactament als casos d’ús de les smart grids. En definitiva, és la forma més econòmica d’aconseguir l’escalabilitat del servei, que es pot resumir de la següent manera.
Distribució de xarxes = capa funcional dedicada + recursos físics compartits = benefici econòmic exponencial + retorn ràpid de la inversió (ROI) + escalabilitat del servei.
Xarxa 5G aplicat a les smart grids
Hi ha diversos casos d’ús ja provats i desplegats en col·laboració amb diferents organitzacions energètiques, proveïdors de serveis de comunicació i consorcis estandarditzats 5G a tot el món. Aquests són alguns exemples de casos d’ús:
Self-healing totalment descentralitzat basat en la comunicació de dispositiu a dispositiu. Desplegament de la gran quantitat de comptadors intel·ligents mitjançant el model Plug-n-play i els serveis energètics intel·ligents basats en la supervisió basada en VNF (Virtual Network Function).
5G Network Slicing és una solució sense fils econòmica i eficient en comparació amb un sistema de comunicació tradicional basat en fibra. Una solució integrada de backhaul és una solució eficient per a la millora d’OPEX.
5G Network Slicing podria tenir un paper important en la identificació de la ubicació d'avareis elèctriques i l’aïllament de la falla mitjançant l’automatització intel·ligent dels feeders distribuïts.
Adquisició d'informació del sistema de distribució de baixa tensió en temps real o quasi-real.
Els mètodes de videovigilància basats en drons ajuden al manteniment predictiu aeri de la infraestructura de serveis públics i la definició de serveis analítics al centre de control de serveis públics i a entitats de computació de vora mòbil (XMEC) esteses.
Precís control de càrrega a nivell de mil·lisegons, operació i manteniment automàtic a la xarxa elèctrica.
Gestió de l'eficiència energètica i l'estratègia de preus de l'energia basada en una oferta dinàmica de la demanda.
Les solucions AR (realitat augmentada) / VR (realitat virtual) / MR (realitat mixta) ajuden als treballadors de camp de la indústria de les xarxes elèctriques. Si qualsevol tècnic necessita ajuda per resoldre un problema tècnic sobre el terreny, es pot aprofitar el suport remot el qual, redueix el temps de la falla elèctrica.
La xarxa autònoma 5G per al desplegament de la xarxa, és l'opció òptima perquè proporciona una latència molt bona respecte a l'opció no autònoma del 5G. Aquest model ajuda a l'eficient comunicació bidireccional de les grans quantitats de dades que cal gestionar entre la interfície North Bound Power Grid i les xarxes dels consumidors o "Prosumers"
Reducció de la petjada de carboni
L’energia elèctrica necessària per alimentar les xarxes de comunicació heretades, mostren les despeses generals de l’emissió de carboni, però a causa del disseny de planificació del 5G, hi ha una reducció en consum d'energia per tant, permet reduir les emissions de carboni i així fer una societat sostenible.
Font: IEEE Smart Grids
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada