Integracja odnawialnych źródeł energii z systemami elektroenergetycznymi nabiera tempa, co napędzają przełomy technologiczne i poszukiwanie zrównoważonej, opłacalnej energii. Wraz z pojawieniem się inteligentnych urządzeń elektronicznych (IED), takich jak mierniki mocy i przekaźniki ochronne, przedsiębiorstwa energetyczne wkraczają w nową erę rozproszonych zasobów energii (DER) i ulepszonej komunikacji sieciowej.
Ta zmiana – obok postępu Internetu rzeczy, sztucznej inteligencji, blockchain i big data – prowadzi do modernizacji sieci elektroenergetycznej i tworzenia inteligentnych miast. Chociaż początkowo blockchain w sektorze energetycznym skupiał się na handlu, pojawia się jego potencjał w zakresie zabezpieczania i usprawniania operacji sieciowych. Rozwój ten wskazuje na dynamiczny kamień milowy w zarządzaniu siecią, w którym integralność i poufność danych odgrywają kluczową rolę w ochronie przed zagrożeniami cybernetycznymi i zapewnieniu płynnej komunikacji. Co więcej, postęp ten otwiera drzwi do handlu energią typu peer-to-peer w czasie rzeczywistym, odmładzając rynek energii dzięki innowacyjnym rozwiązaniom blockchain.
Dr Emilio Piesciorovsky z Narodowego Laboratorium Oak Ridge (ORNL) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) utworzył ten zespół badawczy wraz z Garym Hahnem, Raymondem Borgesem Hinkiem i dr Aaronem Werthem z ORNL, a także Annabelle Lee z Nevermore Security. Rozpoczęli inicjatywę badawczą mającą na celu wykorzystanie technologii rozproszonej księgi rachunkowej (DLT), w szczególności blockchain, w celu zwiększenia odporności i wydajności operacyjnej sieci elektrycznych. Publikacja w prestiżowym czasopiśmie Raporty energetycznebadanie zespołu wprowadza technologię blockchain do precyzyjnego wykrywania usterek elektrycznych, kompleksowego monitorowania jakości energii i skutecznego zarządzania DER, w tym farmami turbin wiatrowych. Co więcej, ich podejście nie tylko zapewnia bezpieczną komunikację danych w sieci, ale także umożliwia bezproblemową integrację DER będących własnością klientów, co stanowi znaczący krok w kierunku ewolucji systemów elektroenergetycznych zgodnie z postępem w zakresie energii odnawialnej.
Dr Piesciorovsky i jego współpracownicy wykorzystali symulator czasu rzeczywistego do naśladowania sieci podstacji elektrycznej, wykorzystując DER i IED, aby przetestować skuteczność systemu Cyber Grid Guard (CGG) opartego na blockchainie. W testach, które mają na celu symulację szeregu scenariuszy, od wykrywania usterek elektrycznych po integrację z DER, wykorzystano symulowany i rzeczywisty sprzęt w celu sprawdzenia przydatności technologii blockchain w zastosowaniach praktycznych. Dr Piesciorovsky wyjaśnia: „Wielofunkcyjne stanowisko testowe sieci podstacji elektrycznych z technologią DLT odegrało kluczową rolę w wykrywaniu usterek elektrycznych, monitorowaniu jakości energii, przypadkach użycia DER i scenariuszach zdarzeń cybernetycznych w wyznaczonym obszarze testowym”.
Architektura systemu CGG, szczegółowo opisana poprzez diagramy zdarzeń i algorytmów, ilustruje zdolność systemu do skutecznego monitorowania i zarządzania awariami elektrycznymi oraz jakością energii. Dr Piesciorovsky zauważa: „Wdrożenie diagramu przepływu zdarzeń na stanowisku testowym i zdefiniowanie diagramów przepływu algorytmów dla każdej aplikacji systemu elektroenergetycznego pokazało solidność systemu CGG”. Technologia rozproszonej księgi głównej będąca sercem systemu gwarantuje dokładność i bezpieczeństwo danych poprzez dystrybucję księgi pomiędzy wieloma podłączonymi urządzeniami w sieci. Dr Piesciorovsky podkreśla krytyczny charakter tej technologii: “Integralność i poufność danych z IED, takich jak mierniki energii i przekaźniki ochronne, są niezbędne. Zwiększając bezpieczeństwo udostępniania danych, technologia blockchain może znacząco poprawić odporność mikrosieci. “
Wyniki tego badania podkreślają pomyślne zastosowanie technologii blockchain do kontroli zabezpieczeń i monitorowania w sieci elektrycznej, ustanawiając nowy punkt odniesienia dla integracji DLT w zarządzaniu siecią. Jeśli chodzi o potencjał blockchain w zakresie transformacyjnego zarządzania i bezpieczeństwa systemu elektroenergetycznego, dr Piesciorovsky zauważa: „Te wyniki potwierdzają zdolność systemu CGG do skutecznej oceny aplikacji do kontroli zabezpieczeń i monitorowania przy użyciu DLT”. To przełomowe badanie wytycza nowy kurs zastosowania technologii blockchain w zarządzaniu sieciami elektrycznymi, podkreślając jej zdolność do zwiększania bezpieczeństwa, efektywności operacyjnej i integracji odnawialnych źródeł energii. W miarę postępującej decentralizacji sieci taki postęp technologiczny staje się kluczowy dla zapewnienia niezawodności i zrównoważonego rozwoju przyszłej infrastruktury energetycznej.
ODNIESIENIE DO DZIENNIKA
Emilio C. Piesciorovsky, Gary Hahn, Raymond Borges Hink, Aaron Werth, Annabelle Lee, Stanowisko testowe sieci podstacji elektrycznych do zastosowań DLT w zakresie wykrywania usterek elektrycznych, monitorowania jakości energii, przypadków użycia DER i zdarzeń cybernetycznych, Energy Reports, 2023.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.07.055.
Autorem manuskryptu jest firma UT-Battelle, LLC na podstawie umowy DE-AC05-00OR22725 z Departamentem Energii Stanów Zjednoczonych (DOE). Rząd Stanów Zjednoczonych zachowuje, a wydawca, przyjmując artykuł do publikacji, potwierdza, że rząd Stanów Zjednoczonych zachowuje niewyłączną, opłaconą, nieodwołalną, ogólnoświatową licencję na publikowanie lub reprodukowanie opublikowanej formy tego rękopisu lub umożliwianie tego innym osobom dla celów rządu USA. DOE zapewni publiczny dostęp do wyników badań sponsorowanych przez władze federalne zgodnie z Planem Dostępu Publicznego DOE (https://energy.gov/downloads/doe-public-access-plan).
Uwaga autorów
O AUTORACH
Emilio C. Piesciorovsky ukończył studia licencjackie z elektrotechniki na Narodowym Uniwersytecie Technologicznym w Argentynie (1995). Uzyskał tytuł magistra marketingu międzynarodowego na Uniwersytecie Narodowym La Plata w Argentynie (2001). Pracował jako inżynier w firmach Pirelli Power Cables and Systems, SDMO Industries, ABB i Casco Systems. Ukończył studia magisterskie (2009) i doktorat (2015) w dziedzinie elektrotechniki na Uniwersytecie Stanowym w Kansas. Następnie odbył staż podoktorski na Uniwersytecie Technologicznym w Tennessee i Laboratorium Narodowym w Oak Ridge. Obecnie jest zawodowym pracownikiem technicznym i kierownikiem przestrzeni laboratoryjnej w obszarze ochrony systemów elektroenergetycznych w ORNL. Jest autorem/współautorem ponad 40 publikacji oraz starszym członkiem Instytutu Inżynierów Elektryków i Elektroników.
Raymond Borges Hink jest naukowcem zajmującym się badaniami nad cyberbezpieczeństwem w ORNL i pełni funkcję współgłównego badacza w kilku działaniach w obszarach cyberbezpieczeństwa systemów cyberfizycznych, opracowywania analiz dla systemów rozproszonych i algorytmów wykrywania anomalii w sieci elektroenergetycznej. Jako jeden z głównych badaczy opracował wnioski, które otrzymały dofinansowanie w wysokości ponad 6 milionów dolarów. Za pośrednictwem tych projektów Raymond współpracuje z naukowcami, inżynierami i technikami z Duke University; Zarząd elektrowni elektrycznych w Chattanooga w stanie Tennessee; Biuro ds. Energii Elektrycznej DOE; oraz Dyrekcja Nauki i Technologii Departamentu Bezpieczeństwa Wewnętrznego. Jest autorem kilku publikacji z tych dziedzin oraz posiada liczne certyfikaty IT i bezpieczeństwa wydane przez Microsoft i CompTIA.
Aaron W. jest pracownikiem naukowym w ORNL zajmującym się cyberbezpieczeństwem infrastruktury krytycznej, w tym sieci elektroenergetycznych. Uzyskał stopień doktora inżynierii komputerowej na Uniwersytecie Alabama w Huntsville, gdzie opracował stanowiska testowe obejmujące systemy kontroli nadzorczej i gromadzenia danych oraz eksperymentalne systemy zapobiegania włamaniom. Otrzymał stypendium CyberCorps Scholarship for Service oraz odbył staże w Tennessee Valley Authority i Sandia National Laboratories. Uzyskał tytuł magistra inżynierii elektrycznej ze specjalizacją w systemach cyberfizycznych na Uniwersytecie Vanderbilt oraz tytuł licencjata w dziedzinie inżynierii elektrycznej na Uniwersytecie Alabama w Huntsville.
Gary’ego Hahna jest inżynierem oprogramowania badawczego w Grid Communications and Security Group w ORNL. Jego doświadczenie i zainteresowania badawcze obejmują inżynierię danych, przemysłowy Internet rzeczy, kontrolę nadzorczą i pozyskiwanie danych oraz oprogramowanie wbudowane. Uzyskał tytuł licencjata z informatyki na Uniwersytecie Tennessee w Knoxville. Był częścią zespołu, który w 2019 roku zdobył nagrodę R&D 100 Award.
Annabelle Lee jest założycielem i głównym specjalistą ds. cyberbezpieczeństwa Nevermore Security. Doświadczenie techniczne Annabelle obejmuje ponad 40 lat projektowania i wdrażania systemów informatycznych oraz ponad 25 lat projektowania, opracowywania specyfikacji i testowania cyberbezpieczeństwa. Przez ostatnie 15 lat skupiała się na cyberbezpieczeństwie sektora energetycznego. W swojej karierze była autorką lub współautorką wielu dokumentów dotyczących cyberbezpieczeństwa, kryptografii i testowania. Rozpoczęła karierę w branży prywatnej, koncentrując się na specyfikacjach systemów informatycznych, testowaniu oprogramowania i zapewnianiu jakości.
