מערכת Cerebrun, "המוח הגדול", מגינה על רשת אספקת החשמל

This post is also available in: English (אנגלית)

חברת Nation-E חשפה את מערכת ה-Cerebrum  ("מוח" בלטינית) שלה, המיועדת לספק הגנה על רשתות אספקת חשמל.

ה-Cerebrum מהווה פורטל כניסה חכם ביותר למגוון המלא של מקורות אנרגיה, המאפשר ניהול בזמן אמיתי של אנרגיה ומרכזי נתונים עבור תפעול "ענני" מידע, עיבוד ממוכן ובקרה מרחוק. Cerebrum™ היא הפלטפורמה הראשונה היכולה לנהל ולקיים תקשורת עם כל סוג של משאב יצירת אנרגיה, תוך שילוב מאגרי אחסון אנרגיה ברשתות אספקה. Cerebrum™ פועלת באופן ייחודי על בסיס תשתיות קיימות, ועל ידי כך משפרת את רווחיותן ואת אבטחתן.

Daniel Jammer, מייסד Nation-E , אומר כי לפני שש שנים הרעיון שאנרגיה תהפוך לחלק ממערכת תקשורת היה בבחינת "בל יישמע". "כעת, כוח התקשורת הפך למציאות ואנו רואים כי אפילו מערכות low-tech כמו אנרגיה הופכות ל- hi-tech. עם התמרה זו מופיעים אתגרים חדשים – כגון טיפול בהפסדי מעבר וביטחון הסייבר. כיום אנרגיה המבוססת על ביטחון – כולל בטחון הסייבר – היא נושא גדול. שני האתגרים היו המניע למאמצי המו"פ שלנו במשך שש שנים לייצר את Cerebrum – פורטל אנרגיה המתקשר עם כל סוג של משאב יצירת אנרגיה ומתמודד עם אתגרי ביטחן הסייבר. בנוסף, Cerebrum כבר מתוכנן כך שהוא לוקח בחשבון את השילוב העתידי של מערכות אחסון מידע בשוק האנרגיה. בהתחלה – כמו עם כל טכנולוגיה חדשה – המערכות שלנו מבוקשות על ידי שוק ביטחון המולדת ושירותי החירום. אנו מאמינים שבעתיד הקרוב הטכנולוגיה שלנו תתפשט ותהפוך לשירות סטנדרטי ברמת בית אב."

בעודה נערכת לקראת אתגר ניהול הסיכונים של אספקת האנרגיה, חברת Nation-E   יוצרת שילוב של ידע בתחומי מידע ותקשורת (ICT) ברמה הגבוהה ביותר, כולל גישה לתחומי מחקר ופיתוח בתחום האנרגיה בעולם, קשרים חזקים עם ארגונים מובילים ומנהלים בכירים של שוק האנרגיה, כמו גם יכולת לממש ייצור והקמה של מערכותיה במיזמים משותפים עם חברות בינלאומיות מובילות.

החברה מייצרת ומפתחת מערכות ICT המאפשרות אספקת אנרגיה רצופה, בטוחה ואמינה וניהול יעיל של אנרגיה, בכל עת ובכל מקום. "פלטפורמת ICT שלנו מוגנת ברמת הביטחון הגבוהה ביותר המציעה פתרונות מתקדמים לאספקה רצופה של חשמל ושירותי Demand Response הכלולים בפורטל האנרגיה הראשון מסוגו – Cerebrum.“ – אומר עידן אודי אדרי, ה-CIO של החברה.

אספקת אנרגיה עוברת טרנספורמציה מהרשת המסורתית לרשת מבוזרת של מיקרו רשתות (Microgrids). הקונספט של ביזור ל-Microgrids מטרתו להפחית את הלחץ על רשתות התשתית הלאומיות  והבטחת אספקת הכוח למתקנים קריטיים וגופים אזרחיים חיוניים.

מחלקת ההגנה בארה"ב רואה ב-Microgrids שדרוג מאספקת אנרגיה סטנדרטית לרשת רבגונית של משאבי יצירת אנרגיה ו"איי אנרגיה". חיבור רשתות Microgrids מסוג Front Operational Base (FOB) ו- Mobile Tactical (MT) לתשתית המקומית אינה תמיד אפשרית או בעלת עדיפות, ועם זאת מערכות אלו המופעלות מרחוק חייבות לתפקד ללא תקלות בעוד שניתן לראות את הרשת המקומית כמשאב יצירת אנרגיה או גיבוי למקרה שמקור ה-Microgrid   של יצירת אנרגיה סובל מתקלה טכנית, או – מה שיותר שכיח – במקרה של חבלה פיזית או חבלת סייבר.

מחלקת ההגנה האמריקאית (ה- DoD) מחויבת כיום לצריכת 25% אנרגיה ממקורות מתחדשים בשנת 2025. ב-2010, מעל 68% של יוזמות האנרגיה המתחדשת של משרד ההגנה האמריקאי היו תאי שמש פוטו-וולטאיים (PV ) או תאי שמש תרמיים. מחקרים שנערכו על ידי מחלקת ההגנה קובעים שמודולאריות של טכנולוגיית ה-PV הופך אותה למקור אידיאלי ל-Microgrids, כולל FOB-ים ו-MT-ים. עם זאת, ללא יכולת אופטימיזציה של העברת עומסים ואיזון ההיצע והביקוש באופן רציף, טכנולוגיית  PV עלולה להיות יותר בבחינת אתגר עבור Macrogrids ו- Microgrids, מאשר יתרון.

אדרי אומר שעם ניהול מתאים ורמות אבטחה מתאימות, התקנות PV יכולות לספק אנרגיה עבור אי של  Microgrid, תוך מכירת אנרגיה עודפת, קיבולת ושירותים משלימים לחברת האספקה המקומית. היתרון העיקרי של התקנות PV  במשולב עם Microgrids המנוהלים ביעילות היא היכולת לפעול כמשאב Demand Response. פרוטוקולי רשת (grid) מכתיבים כיום שכל הייצור המבוזר (ללא תלות במקור האנרגיה) צריכת לבצע כיבוי בזמן הפסקת חשמל ולא להזין אנרגיה חזרה למערכת אספקת החשמל (utility). כך משאב ייצור מייצר אנרגיה המתבזבזת בדיוק כאשר היא דרושה ישירות. אירופה הצליחה להתחמק מהפרוטוקול האמור, בתמורה להתקנת מקורות חכמים של אנרגיות מתחדשות המספקות פתרונות לאתגרי תדר, מתח והספק ריאקטיבי בעזרת יישום בקרות, אינוונטרים ומכשור רשת חכם נוסף הנמצאים בחזית הטכנולוגיה.

התפתחויות שנעשו לאחרונה בטכנולוגיית האינוורטורים מאפשרות Islanding ואספקת רשת דו-כיוונית, לרשת החשמל וממנה. פרוטוקולי תקשורת עם רשת אספקת החשמל וקיבולת לשירותים משלימים מסייעים בייצוב והגברת אמינות הרשת. תכונה נוספת היא היכולת לבצע ניטור ולספק התרעות על בעיות ברשת החשמל, במערכת המתקן או אצל מפעיל ה-Microgrid .

Cerebrum  הוא פורטל אנרגיה בחזית הטכנולוגיה המתוכנן לאספקת אנרגיה אמינה, בטוחה ודו-כיוונית ל-Microgrids ומהם. Cerebrum היא בעלת רובד חומרה מתחת לרובדי תוכנה של קוד פתוח. ארכיטקטורת החומרה מאפשרת לה לתקשר עם כל מערכת אספקה ומשאב יצירת אנרגיה, לנהל ולאזן עומסים ואיי Microgrids. היכולת של Cerebrum לתקשר ישירות עם רשת החשמל מעצימה את הפורטל להזרמת אנרגיה ל-Microgrid ממקורות שונים, תוך ייצוב ה-Micro ו-Macrogrid.

שתי תכונות מפתח של Cerebrum הן היכולת לספק אבטחת סייבר ל-Microgrids וניהול משאבי יצירת האנרגיה. במקרה של התקפה פיזית או התקפת סייבר על התשתית המקומית הסמוכה ל-FOB , Cerebrum יבצע פעולת Island ל- FOB Microgrid, יתניע גנראטורים ויכוון את מקורות האנרגיה המתחדשת המיוצרת להזנת ה-FOB  או ה-MT המבודד, ועל ידי כך תאפשר פעולה רצופה וייתכן כי אף הצלת חיים.  בתרחיש כזה, Microgrid בבסיס נייח המשולב עם Cerebrum יוכל להמשיך לפעול ולהציע Demand Response  ושירותים משלימים לרשת החשמל, מיידית לפי דרישה.

.

מחלקת ההגנה (ה- DoD) היא הצרכן היחיד הגדול ביותר בעולם של אנרגיה. אתגרים כמו ביטחון ואמינות אספקת האנרגיה הניעו את ה-DoD לחקור את הדרכים הנכונות ביותר לצריכת אנרגיה תוך הבטחת אמינות וביטחון אופטימאליים. 64% של אספקת האנרגיה ל- DoDהיא חשמל. עם זאת, 99% של החשמל שלה מסופקת לה על ידי חברות חשמל – דבר ההופך אותה לפגיעה במידה רבה ללוחמת סייבר מרחוק.

רשת החשמל המסורתית דורגה בשנת 2009 ברמה D+ (יורדת בהתמדה) על ידי המועצה האמריקאית של המהנדסים האזרחיים. סטטיסטיקה של Lawrence Berkeley National Laboratory מצביעה על כך ש-80-90% מתקלות החשמל מקורן ברשת ההפצה. קיימות הערכות שהתקלות ברשת אספקת החשמל האמריקאית עלו לצרכנים האמריקאיים 140 מיליארד דולר בשנת 2012 עקב הפסקות חשמל.

לאתגרים אלו ניתן מענה על ידי המושגים 'Microgrids' ו-'Islanding'. Microgrids, לפי ה-DoD הן: "קבוצת עומסים ומקורות אנרגיה מבוזרים מחוברים בעלי גבולות חשמליים מוגדרים היטב אשר פועלים כישות מבוקרת אחת ביחס לרשת החשמל. ה- Microgrid יכול להתחבר או להתנתק מהרשת ולתפקד במצב מחובר לרשת או מצב אי (island-mode). "

כחלק מלקחי העשור האחרון של לחימה, מחלקת ההגנה (DoD ) הגיעה למסקנה ש- Microgrids הם פתרון אופטימאלי להפחתת עלויות האנרגיה הגבוהות בזירת הקרב ובסיסי החזית הקדמיים (front operation bases).

ה- DoDאפיין שלושה סוגי Microgrids:

–         MT Microgrids   – מערכות מודולאריות קטנות, הניתנות לפריסה ופירוק תוך פחות משבוע.

–         Microgrids  FOB – מערכות מרוחקות על בסיס פצלי שמן המסוגלות להתחבר לתשתית פרימיטיבית.

–         Microgrids של בסיסים נייחים (SB).

הקיבולת וההכנסה הפוטנציאלית מ-SB Microgrids גבוהים בהרבה מה- FOB Microgrids או MT Microgrids. אחד הכלים המפותחים על ידי מעבדת האנרגיה המתחדשת הלאומית האמריקאית (NREL) להערכת הערך הכלכלי של Microgrids בפני איומי הביטחון על האנרגיה היא מטריקת ה-VEES ("Value of Electrical Energy Security"). VEES מבצעת חישוב הלוקח בחשבון את משימות הבסיס, את ביצועי רשת החשמל המספקת – System Average Duration Index (SAIDI) ו- System Average Interruption Frequency Index (SAIFI). ניתוח תקלות אספקת הכוח בשני בסיסי צבא ב-2011 הביא למסקנה ש-9.5 שעות מצטברות של הפסקות חשמל בסן דייגו עשויות לעלות כמעט 3 מיליון דולר לשנה, ובווירג'יניה – 25 שעות שנתיות של הפסקת חשמל עשויות לעלות מעל ל-7.5 מיליון דולר.

ברבעון הרביעי של 2012, 9% של הבסיסים הנייחים יישמו כבר סוג כלשהו של Microgrid, באוריינטציה של פצלי שמן, וארכיטקטורות מסוימות כוללות אפילו כלי רכב חשמליים (EV) כיחידות אחסון, בעוד גישות חדשות יותר כוללות Microgrids עם Renewable Distributed Energy Generation (RDEG), המציעות אבטחה ואמינות מוגברים.

השוק הצבאי פועל תחת פרדיגמות שונות מאלו של המגזר הפרטי. למרות זאת, הגורם הכלכלי עדיין משחק תפקיד בהחלטות כיצד ליישם טכנולוגיות חדשות. בהתחשב בעלויות הגדלות של דלק (אפילו אם מתעלמים מעלויות הלוגיסטיקה והאבטחה) בשילוב עם האתגרים המובנים של תחזוקת גנראטורי דיזל בעלי ביצועים ירודים, אין זה מפתיע שגישות מבוססות Microgrid עשויות להפחית אפקטיבית את עלויות האנרגיה. על ידי חיבור גנראטורים קיימים (כאשר העומסים משותפים) הביצועים הכוללים של הגנראטור משתפרים, ועל ידי כך מופחתת עלות הדלק. בנוסף, Microgrids יכולים לספק שירותי Damage Response מבחינה כלכלית ומבחינת ביטחון לחברות החשמל. מערכות Microgrid המשולבות עם מערכות ניהול אנרגיה, אמצעי תקשורת ואחסון יכולים להביא לאופטימיזציה של הערך הפוטנציאלי שלהם. למרות טענת ספקיות החשמל ש-Microgrids הם פוטנציאלית עומסים אבודים – Microgrid שעבר אופטימיזציה מהווה נכס לחברת אספקת החשמל. עבור יתרונות אופטימאליים, חברות החשמל צריכות לנהל את ה-MIcrogrid, ולאפשר לצרכן הקצה לשלוט על מדיניות ההתחברות וההתנתקות לרשת.

לבסיסים הקדמיים, הממוקמים במקרים רבים בסביבה עוינת, היתרונות של Microgrids הם ברורים. אספקת כוח אמינה היא עניין של חיים ומוות לכוחות בשטח או בבסיסים, גם אם נתעלם לרגע מההפחתה הניכרת בעלויות התפעול. באפגניסטן, 85% של דלק הדיזל מוסע למרחקים של 800-1500 מייל, תוך הפיכת השיירות ליעדים מועדפים של המורדים – כ-15% מהאבידות באפגניסטן קשורים לשרשרת אספקת הדלק. כשדלק הדיזל משונע באוויר, מחיר גלון דיזל עולה למחיר המדהים של 400 דולר לגלון. עם ההתפתחות הנמשכת של האנרגיות המתחדשות – במיוחד יישומי הפיכת אשפה לאנרגיה ותאים סולריים PV – המבנה של Microgrid ייהפך אפילו ליותר גמיש בשילוב המשאבים יוצרי האנרגיה.

"הטכנולוגיה שלנו תציל אנשים ותחסוך כסף. כיום גלון של דלק באפגניסטן עולה לצבא האמריקאי 400 דולר. ניתן לחסוך עלויות אלו באופן כמעט מלא, תוך הצלת חיי חיילים הנהרגים במשימות לוגיסטיות של הובלת דלק, ועלויות תשתית וביטוח יכולות להצטמצם משמעותית. תשתית חכמה, אינטליגנטית ובעיקר – תשתית ביטחון סייבר – מהווים כיום דרישה ממערכות אנרגיה, ו- Nation-Eיכול לספק אותה". מסכם מר Jammer.