Tesla's virtuele energiecentrale:een nieuwe kijk op het elektriciteitsnet

Denk aan het elektriciteitsnet. Het bedekt het grootste deel van de wereld. Het bestaan ​​en de betrouwbaarheid ervan hebben de moderne wereld veel langer bepaald dan de meesten van ons hebben geleefd. We hebben de meeste, zo niet alle, van een eeuw aan nieuwe technologie te danken aan het elektriciteitsnet.

Het netwerk kan vandaag de dag alleen nog functioneren dankzij miljoenen geavanceerde, onderling verbonden apparaten die in complexe patronen samenwerken. Toch is het gebouwd voor gecentraliseerde opwekking met minimale controlepunten, en het vertrouwt op fossiele brandstoffen - concepten die allemaal geworteld zijn in de 20e eeuw .

Hoe zou het elektriciteitsnet eruitzien als het vandaag van de grond af opnieuw zou worden ontworpen? Dat is een vraag die Tesla-ingenieurs Colin Breck en Percy Link onlangs hebben aangepakt. Hun antwoord omvat het opbouwen van een enorme veerkracht door middel van open source-technologieën en digitale tweelingen. Ze deelden hun inzichten op een recente conferentie in het VK.

Naarmate er meer duurzame energie online komt in het bestaande net, worden de complexe berekeningen van vraag en aanbod moeilijker met de vereiste precisie te maken. Er gaat een zekere mate van controle verloren en generatie wordt moeilijker te voorspellen.

Op plaatsen waar wind- en zonne-energie al gebruikelijk is, hebben batterijen deze problemen helpen verminderen. Ze kunnen zeer snel reageren op onverwachte pieken en dalen in het gebruik en zo nodig opladen en ontladen.

"Deze snelle reactie is eigenlijk zelfs een innovatie, een kans om beter te zijn dan het oude netwerk", zegt Link. "Het is niet zomaar een compromis."

Batterijen zijn de sleutel tot het opnieuw bedenken van het elektriciteitsnet door deze ingenieurs. Naast het maken van gigantische batterijen ter grootte van bestaande kolen- of aardgascentrales, stelden ze ook voor de kracht van kleinere batterijen te benutten geïnstalleerd in huizen en bedrijven—batterijen die doorgaans worden gebruikt voor particuliere zonne-energieopwekking of back-upstroom.

"We kunnen huizen en bedrijven met deze kleinere batterijen en zonne-energie samenvoegen tot virtuele energiecentrales ', zegt Link.

De architectuur van virtuele energiecentrales (VPP) is gebaseerd op gedistribueerde energiebronnen - batterijen zijn daar een voorbeeld van, maar wind en zonne-energie worden ook vaak gebruikt. Een netwerk van deze bronnen bundelt elkaar om stroom te genereren met meer flexibiliteit en hogere beschikbaarheid.

In Tesla's virtuele energiecentrale vertegenwoordigen digitale tweelingmodellen verschillende Internet of Things (IoT)-middelen in het systeem, evenals hun huidige toestanden en relaties. De digital twin-modelleringssoftware is gebaseerd op twee belangrijke open source-projecten:Kubernetes en Akka.

"De combinatie van Akka en Kubernetes is echt fantastisch", zegt Breck. "Kubernetes kan grofkorrelige fouten en schaling aan, dus dat zijn zaken als het op- of neerschalen van pods, het uitvoeren van liveness-sondes of het opnieuw opstarten van een mislukte pod met een exponentiële terugtrekking. Vervolgens gebruiken we Akka voor het afhandelen van fijnmazige storingen zoals circuits het breken of opnieuw proberen van een individueel verzoek en het modelleren van de toestand van individuele entiteiten, zoals het feit dat een batterij wordt opgeladen of ontladen."

Bij het modelleren van een digitale tweeling in Akka wordt elke modelleringssite vertegenwoordigd door een acteur. Zoals TechRepublic uitlegt:"De programmeur maakt zich zorgen over het modelleren van een individuele site in een actor, en vervolgens zorgt de Akka-runtime ervoor dat dit wordt geschaald naar duizenden of miljoenen sites. Het is een zeer krachtige abstractie voor met name IoT, waardoor de zorgen over threads of vergrendelingen of gelijktijdigheidsbugs."

Via digitale tweelingmodellen kan een ingenieur communiceren met bijna realtime weergaven van uiterst complexe relaties en toestanden binnen systemen, zelfs wanneer het volledige beeld niet beschikbaar is.

"Onzekerheid is inherent aan gedistribueerde IoT-systemen , dus we moeten dit gewoon omarmen in het datamodel, in de bedrijfslogica en zelfs in de klantervaring, in plaats van te proberen eraan te ontsnappen", zegt Breck. "Het vertegenwoordigen van fysieke en virtuele relaties tussen IoT-apparaten, vooral als ze veranderen na verloop van tijd, is het grootste probleem in IoT, geloof me, maar essentieel voor het maken van een geweldig product."

Het gezamenlijk optimaliseren van lokale en mondiale doelstellingen was een andere uitdaging. Kleinere batterijen die eigendom zijn van individuen mogen niet leeg raken, voor het geval de eigenaar ze onverwachts moet gebruiken, maar er moet altijd worden voldaan aan de real-time balanceringsbehoeften van het net.

"Gedistribueerde optimalisatie is alleen mogelijk omdat Tesla zijn eigen hardware bouwt en volledige controle heeft over firmware en software ", zegt Link. "Dit maakt een snelle iteratie mogelijk tussen de lokale en centrale intelligentie en hoe ze zich tot elkaar verhouden, en deze samenwerking is meer teamoverschrijdend dan bedrijfsoverschrijdend." Verticale integratie van hardware, firmware en software vormde het kader voor een meer veerkrachtige oplossing met een gedistribueerd algoritme om apparaten te helpen redelijk te handelen tijdens onvermijdelijke communicatiestoringen.

De virtuele energiecentrale van Tesla is een uitstekend voorbeeld van convergentie van informatietechnologie/operationstechnologie (IT/OT), een van de meest urgente onderwerpen in de automatiseringsindustrie van vandaag. Distributed computing en het industriële internet der dingen (IIoT) heeft Tesla geholpen de veerkracht van het net te waarborgen en enkele van de technische problemen aan te pakken die zich voordoen bij de overgang naar hernieuwbare energie.

Om dieper in te gaan op de ontwikkeling van het Tesla-energieplatform, algoritmische deelname aan energiemarkten met behulp van de grootste batterij ter wereld, en de echte uitdagingen van het creëren van Tesla's eerste virtuele energiecentrale, kunt u het volledige transcript van de presentatie van Breck en Link lezen .