Energetyka to powszechnie stosowany termin, który teoretycznie zna każdy z nas, jednak gdybyśmy mieli wyjaśnić czym ona właściwie jest, to podanie spójnej definicji tak „na szybko” wielu osobom nastręczyłoby trudności. Teoretycznie, jest to „dział nauki i techniki zajmujący się badaniem, pozyskiwaniem, przetwarzaniem, gromadzeniem, przesyłaniem oraz użytkowaniem różnych form i nośników energii.”[1] W praktyce, określenie to obejmuje również jedną z gałęzi przemysłu, zajmującą się przetwarzaniem różnych form energii tak, aby mogły zostać one wykorzystane w celu zasilania urządzeń i procesów przemysłowych.[2] Tu właśnie dochodzimy do tego, co energetyka oferuje ludziom.
Prawda jest taka, że bez energii towarzyszącej nam w życiu codziennym i zasilającej różnego rodzaju procesy, równie dobrze moglibyśmy cofnąć się w czasie. Gdzie byłaby teraz ludzkość, gdyby nie maszyny, urządzenia i gadżety zasilane m.in. prądem? Bez internetu, telewizji, wszelkiej technologii i telekomunikacji? Nadal siedzielibyśmy w świetle świec i jeździlibyśmy zaprzęgami konnymi. Wystarczy w tej właśnie chwili unieść wzrok znad czytanego tekstu i rozejrzeć się dookoła. Nawet pomijając wszystkie rzeczy wymagające zasilania, co z tego co zobaczymy powstało ręcznie? Praktycznie wszystko co nas otacza, a nawet to co mamy teraz na sobie, zostało stworzone przy użyciu maszyn, więc bez energii, po prostu by nie powstało. To możliwość zasilania umożliwiła ludzkości postęp, nie oznacza to jednak, że sama branża energetyczna nie potrzebuje rozwoju.
Podobnie, jak w przypadku wielu dziedzin i kierunków, również rozwój energetyki uległ pewnemu zahamowaniu. Jedną z przyczyn tego stanu rzeczy są obecne ograniczenia technologiczne, związane z niewystarczającymi już parametrami obecnej sieci 4G. Na szczęście, stoimy właśnie u progu wkroczenia piątej generacji sieci, której implementacja zaowocuje rozkwitem praktycznie wszystkich technologii i nauk. Wiele z nich pomoże z kolei w udoskonaleniu energetyki, zarówno pod względem wdrożenia nowych, jak i poprawy już istniejących rozwiązań.
Kolaboracja 5G i branży energetycznej
Na początek warto zauważyć ciekawy fakt, a mianowicie, że wdrożenie piątej generacji sieci bezprzewodowej będzie finansowo opłacalne dla niektórych dostawców energii. Wynika to z tego, że teoretycznie bezprzewodowe 5G wymaga do funkcjonowania rozbudowanej sieci światłowodowej. Jak to bywa podczas inwestycji, koszty należy ograniczać. Tak więc, gdy jest to możliwe, operatorzy nawiązują współpracę z dystrybutorami energii, w celu wykorzystywania należącej do nich infrastruktury, np. przez podwieszanie światłowodów pod liniami niskiego i wysokiego napięcia lub współdzielenie światłowodów energetycznych. Oczywiste jest, że nie doszłoby do takiej współpracy, gdyby nie było z niej obopólnych korzyści.[3]
5G unowocześni energetykę za sprawą IoT
Ogromnym krokiem w rozwoju energetyki będzie m.in. realizacja koncepcji Internetu rzeczy (tzw. IoT). Polega ona na utworzeniu zintegrowanego systemu inteligentnych urządzeń, które będą gromadzić dane za pomocą różnego rodzaju czujników, a także przetwarzać je i przesyłać pomiędzy sobą.[4] Informacje te następnie będą gromadzone i analizowane w ogromnych bazach danych (tzw. Big data)[5], znajdujących się w chmurze. Choć powyższe rozwiązania już teraz są implementowane, to niestety obecna sieć nie oferuje dostatecznej przepustowości (czyli „maksymalnej ilości informacji, jaka może być przesyłana przez dany kanał komunikacyjny w jednostce czasu”[6]) oraz nie jest w stanie sprostać wystarczającej liczbie urządzeń, by mogły one być stosowane powszechnie. Piąta generacja sieci bezprzewodowej umożliwi natomiast m.in. obsługę nawet miliona urządzeń jednocześnie na jednym kilometrze kwadratowym[7]. Co więcej, zapewni ona coś, co jest absolutnie niezbędne do funkcjonowania IoT, a mianowicie sprawny, wydajny i skuteczny kanał przesyłu informacji pomiędzy inteligentnymi urządzeniami oraz docelowymi bazami danych.[8]
Doskonałym przykładem już funkcjonujących systemów, opartych na powyższej technologii, jest m.in. Inteligentna Sieć Ciepłownicza w Warszawie. Należy bowiem pamiętać, że rodzajów energii i możliwości jej uzyskiwania jest wiele. W tym wypadku mowa o termoenergetyce (tzw. energetyce cieplnej), której pośrednią lub końcową postacią jest ciepło.[9] Niektóre rozwiązania Inteligentnej Sieci Ciepłowniczej stosowane są także w innych miastach, jednak tylko w stolicy jest ona tak złożona i oparta na nowoczesnym systemie zarządzania. Warto też dodać, że jest to obecnie największa tego typu sieć w Unii Europejskiej. Na czym polega jej innowacyjność? Między innymi na tym, że część komór ciepłowniczych została wyposażona w systemy czujników, a zgromadzone przez nie wiadomości są analizowane w specjalnie utworzonej, ogromnej bazie danych – Centralnym Repozytorium Danych. Informacje te są następnie wykorzystywane m.in. przez System Wsparcia Decyzji, który na ich podstawie określa prognozowane zapotrzebowanie użytkowników sieci. Dzięki temu, dostawa ciepła jest dostosowana do potrzeb mieszkańców, ewentualne straty są ograniczone, a reakcja na sytuacje awaryjne jest znacznie szybsza. W konsekwencji, sieć jest również bardziej przyjazna środowisku, gdyż ogranicza emisje dwutlenku węgla o około 14,5 tysiąca ton rocznie. Sam pobór energii elektrycznej przez sieć ciepłowniczą również został zredukowany, m.in. dzięki zamontowanym na przepompowniach panelom fotowoltaicznym.[10]
Niestety, nie we wszystkich przypadkach energia może być magazynowana i często jest tak, że jeśli nie zostanie ona spożytkowana doraźnie, to po prostu się marnuje. Dlatego właśnie, jednym z obecnych trendów zarządzania energią jest opracowywanie różnorodnych sposobów jej przechowywania, np. za pomocą baterii litowo-jonowych (stosowanych m.in. w przenośnym sprzęcie elektronicznym i pojazdach elektrycznych[11]) czy technologiach power-to-gas [12] (produkcji paliwa gazowego za pomocą energii elektrycznej, które może być przechowywany w już istniejących rurociągach gazowych).[13]
Choć rozwój tych dziedzin technologii również zostanie przyspieszony za sprawą 5G, to już teraz rozwiązania te zaczynają pojawiać się w naszym otoczeniu. Przykładem może być choćby tzw. GridBooster, czyli stacja ładowania pojazdów elektrycznych, która do magazynowania energii wykorzystuje używane baterie litowo-jonowe. Głównym zadaniem urządzenia jest odciążenie sieci energetycznej w okresach zwiększonego zapotrzebowania, a energia w bateriach uzupełniana jest w ciągu nocy, gdy jej pobór jest mniejszy, a koszt niższy.[14]
Kolejnym elementem w procesie inteligentnego zarządzania energią jest świadomość użytkowników, połączona z asortymentem urządzeń funkcjonujących w obrębie IoT. Inteligentne sprzęty elektroniczne oraz gospodarstwa domowego mają wiele zastosowań. Za sprawą czujników monitorujących zużycie energii, są w stanie m.in. optymalizować pobór prądu i dostosowywać go do zapotrzebowania. Weźmy np. termostat regulujący ogrzewanie w mieszkaniu, który ustala odpowiednią temperaturę w zależności od tego, czy domownicy znajdują się w miejscu zamieszkania. Innym przykładem mogą być sprzęty wymagające ładowania, które automatycznie rozpoczynają ten proces podczas obowiązywania najkorzystniejszej taryfy. Tego typu rozwiązania pozwalają na dostosowanie zużycia prądu do indywidualnych potrzeb konsumenta, a co za tym idzie, na obniżenie rachunków.[15]
Jak więc widać, uruchomienie sieci 5G, a w jej konsekwencji również popularyzacja Internetu rzeczy będą miały niebagatelny wpływ na branżę energetyczną. Zarówno poprzez monitoring procesów energetycznych, magazynowanie energii, inteligentne urządzenia domowe, jak i usprawnienie procesów dystrybucji. Zastosowanie tych rozwiązań na szeroką skalę umożliwi również m.in. zarządzanie infrastrukturą w skali całych miast, np. dostosowując oświetlenie miejskie do pory dnia i warunków pogodowych. Oznacza to nie tylko niższe rachunki, ale także zmniejszenie poboru energii oraz redukcję emisji szkodliwych gazów.[16]
Alternatywne źródła energii
Degradacja środowiska naturalnego nie jest jedynie chwytliwym sloganem z banerów organizacji proekologicznych, a jej konsekwencje dotykają wszystkich ludzi. Aby uzmysłowić społeczeństwu powagę sytuacji, powstają liczne materiały i publikacje na ten temat. Wartym polecenia przykładem jest m.in. „Punkt Krytyczny. Energia odNowa”. Jest to film dokumentalny ze znakomitą narracją w wykonaniu Marcina Dorocińskiego, mający na celu uzmysłowienie ludziom m.in. tego, jak istotny i konieczny jest zrównoważony rozwój energetyczny. [17] Dlaczego właśnie energetyka odgrywa w tym kontekście tak ważną rolę? Ponieważ to produkcja i zużycie energii są jednymi z głównych przyczyn zanieczyszczenia powietrza, które nie tylko ma wpływ na zmiany klimatyczne, ale i na nasze zdrowie. „Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO), liczba przedwczesnych zgonów spowodowanych szkodliwym oddziaływaniem zanieczyszczenia powietrza jest większa niż w przypadku takich chorób jak HIV/AIDS, gruźlicy czy wypadków drogowych”.[18] Jak więc widać, skala problemu jest ogromna.
Dlatego właśnie, coraz więcej państw na świecie odchodzi od energetyki opartej na węglu i spogląda w stronę alternatywnych, ekologicznych sposobów pozyskiwania prądu. Metody te są nie tylko korzystne dla zdrowia i środowiska, ale są również opłacalne[19], gdyż m.in. pozwalają na obniżenie kosztów pozyskiwania energii oraz wiążą się z możliwościami jej magazynowania. Nowa sieć bezprzewodowa jest z kolei istotnym czynnikiem w popularyzacji tego typu rozwiązań. Zarówno dzięki temu, że przyczyni się do rozwoju technologicznego oraz opracowywania nowych, wydajniejszych metod, jak i dlatego, iż za sprawą Internetu rzeczy wspomoże ich działanie.
Dzięki opracowaniu odpowiednich technologii, możliwe jest pozyskiwanie energii z naturalnych źródeł. Do tych metod należą m.in. energetyka wiatrowa (aeroenergetyka), wodna (hydroenergetyka) i geotermiczna (bazująca na procesach zachodzących w skorupie ziemskiej i jądrze ziemi).[20] Procesy pozyskiwania energii z tych źródeł są jednak dość skomplikowane, a niezbędna do tego celu infrastruktura bardzo kosztowna. Z tego właśnie powodu, są one wykorzystywane przeważnie przez większe organizacje i firmy.[21] Nie mniej, w związku z tym, że są one wyjątkowo przyjazne środowisku, z każdym rokiem zyskują na popularności. Szczególnie elektrownie wodne, które są najintensywniej wykorzystywanym źródłem odnawialnej energii, mają duży udział w światowej gospodarce energetycznej. Ich głównymi zaletami jest to, że są wyjątkowo wydajne i stosunkowo tanie, a do tego można szybko zmieniać generowaną przez nie moc w zależności od aktualnego zapotrzebowania.[22]
Zarówno w Polsce, jak i na całym świecie popularność zyskuje fotowoltaika, która umożliwia pozyskiwanie oraz wykorzystywanie energii pochodzącej z promieni słonecznych (tzw. helioenergetyka). Rozwiązanie to jest korzystne zarówno dla firm oraz samorządów, jak również dla osób indywidualnych. Jest to oczywiście przyjazna środowisku alternatywa dla klasycznych źródeł energii, ale także opcja opłacalna pod względem finansowym. Choć same panele fotowoltaiczne i ich montaż nie należą do najtańszych, to już po stosunkowo niedługim użytkowaniu zwracają się jako inwestycja. Dodatkowo, można ubiegać się także o rządowe dotacje na ich instalację. Co jest największą zaletą tego rozwiązania? To, że energia słoneczna jest całkowicie bezpłatna (wszak Słońce nie jest niczyją własnością). Jeśli nie wystarczy uzyskanego w ten sposób prądu do zasilenia całego gospodarstwa domowego, to dodatkowy zostanie pobrany od dystrybutora dopiero po wykorzystaniu naszego – darmowego,[23] więc rachunki i tak zostaną obniżone. Co więcej, w przypadku nadwyżki energii nie marnuje się ona, ponieważ istnieje możliwość jej magazynowania, a nawet odsprzedaży do sieci energetycznej.[24] W tym kontekście 5G również odegra ważną rolę. „System zarządzania siecią energetyczną będzie w czasie rzeczywistym dostawał dane o tym, ile energii produkują takie urządzenia i na tej podstawie będzie regulował pracę konwencjonalnych elektrowni, ograniczając ich moc (a co za tym idzie – szkodliwe emisje) wtedy, kiedy źródła odnawialne dostarczą do sieci energetycznej więcej prądu.”[25]
Węgiel i oszczędności
Polska jest nieco zacofana pod względem wykorzystania alternatywnych źródeł zasilania, a nasza branża energetyczna nadal w aż osiemdziesięciu procentach oparta jest na gospodarce węglowej.[26] Na szczęście, dzięki nowoczesnym rozwiązaniom, istnieją również metody na wykorzystanie konwencjonalnych źródeł energii, m.in. dzięki tzw. Czystym Technologiom Węglowym. W ich ramach stosowane i opracowywane są tzw. technologie HELE (High Effieciency Low Emission), do których należą m.in. „zgazowanie” (czyli zmiana węgla kamiennego na gaz), upłynnianie, selektywne wybieranie węgli, odsiarczanie, odpylanie oraz specjalne metody ekologicznego spalania węgla.[27] Biorąc pod uwagę to, w jak dużej mierze kraje takie jak Polska są niemal uzależnione od węgla, jest to idealna i kompromisowa alternatywa.
Metodą na walkę z emisją szkodliwych gazów oraz obniżenie kosztów energii może być również zwyczajne ograniczenie jej poboru. W tym wypadku nie tylko Internet rzeczy jest pomocny (za sprawą optymalizacji procesów energetycznych). Większość naszego czasu spędzamy w budynkach, w związku z czym, nieustannie wykorzystują one duże ilości energii. Co istotne, znaczna jej część jest wykorzystywana na ogrzewanie. Według raportu opublikowanego przez firmę Ecofys, zajmującą się doradztwem energetycznym, dzięki nowoczesnemu ociepleniu budynków oraz modernizacji ich instalacji m.in. grzewczych, wentylacyjnych, świetlnych i ciepłej wody, możliwe jest zredukowanie zużycia energii aż o trzydzieści procent. Zastosowanie tych rozwiązań w budynkach na terenie Unii Europejskiej, da jej mieszkańcom około 67 mld euro rocznych oszczędności na rachunkach za energię oraz pozwoli na zmniejszenie emisji CO2 o 156 milionów ton.[28]
Jedna sieć – mnogość zastosowań
Internet rzeczy, ogromne bazy danych Big data, nowe metody magazynowania i pozyskiwania energii z alternatywnych źródeł, a także innowacyjne sposoby ekologicznego wykorzystywania źródeł konwencjonalnych. Stworzenie, popularyzacja i rozwój wszystkich tych koncepcji będą następstwami wprowadzenia nowej generacji sieci bezprzewodowej. Jednocześnie, są one niezbędne do tego, aby rewolucję mogła przejść również branża energetyczna. Co to będzie z kolei oznaczać dla ogółu ludzi? Cóż, m.in. niższe opłaty, szerszy wybór źródeł, większą wydajność energetyczną zakładów i stabilność dostaw energii, a to wszystko przy mniejszej szkodliwości dla zdrowia i przyrody. Jak więc widać, postęp napędza postęp, a ostatecznie najbardziej korzystamy na tym my, ludzie, więc chyba warto temu dopingować.
Źródła:
[1]https://encyklopedia.pwn.pl/haslo/energetyka;3897965.html
[2]https://pl.wikipedia.org/wiki/Energetyka
[3]https://www.wnp.pl/energetyka/5g-z-pradem-to-moze-odmienic-polska-telekomunikacje,353928.html
[4]https://pl.wikipedia.org/wiki/Internet_rzeczy
[5]https://pl.wikipedia.org/wiki/Big_data
[6]https://pl.wikipedia.org/wiki/Przepustowo%C5%9B%C4%87
[7]https://www.gov.pl/web/5g/przewodnik-po-5g
[8]https://www.cire.pl/item,187597,2,0,0,0,0,0,sieci-5g-a-energetyka.html
[9]https://encyklopedia.pwn.pl/haslo/energetyka;3897965.html
[10]https://smartcityblog.pl/inteligentna-siec-cieplownicza-w-warszawie-ukonczona/
[11]https://pl.wikipedia.org/wiki/Akumulator_litowo-jonowy
[12]https://smartcityblog.pl/energetyka-w-polsce-zmierza-w-inna-strone-niz-w-europie/
[13]https://biznesalert.pl/magazyny-energii-power-to-gas/
[14]https://smartcityblog.pl/magazyn-energii-elektrycznej-zintegrowany-ze-stacja-ladowania-pojazdow-elektrycznych/
[15]https://smartcityblog.pl/energa-living-lab-optymalizuje-zuzycie-pradu-i-obniza-rachunki/
[16]https://www.cire.pl/item,187597,2,0,0,0,0,0,sieci-5g-a-energetyka.html
[17]https://energiaodnowa.wwf.pl/pl/
[18]http://healpolska.pl/aktualnosci/energia-a-zanieczyszczenie-powietrza-raport-miedzynarodowej-agencji-energii/
[19]https://smartcityblog.pl/energetyka-w-polsce-zmierza-w-inna-strone-niz-w-europie/
[20]https://encyklopedia.pwn.pl/haslo/energetyka;3897965.html
[21]https://encyklopedia.pwn.pl/haslo/energetyka;3897965.html
[22]https://pl.wikipedia.org/wiki/Elektrownia_wodna
[23]https://kb.pl/porady/zasil-swoje-gospodarstwo-domowe-darmowa-energia-sloneczna-fotowoltaika-energia-ze-slonca_wp_z/
[24]https://systemy-fotowoltaika.pl/fotowoltaika-co-zrobic-z-nadmiarem-energii/
[25]https://www.gov.pl/web/5g/inteligentne-systemy-energetyczne
[26]https://smartcityblog.pl/energetyka-w-polsce-zmierza-w-inna-strone-niz-w-europie/
[27]http://www.giph.com.pl/giph/attachments/article/443/5_J%C3%B3zef%20Dubi%C5%84ski.pdf
[28]https://smartcityblog.pl/europejskie-budynki-na-ratunek-oszczednosciom-energetycznym/