Виртуальная электростанция Tesla: трансформация глобальной энергетической сети

Рассмотрите электрическую сеть. Она покрывает большую часть мира. Ее существование и надежность определили современный мир на протяжении времени, гораздо большего, чем большинство из нас живы. Мы должны большинство, если не все, столетия новой технологии сети.

Сеть может работать сегодня только благодаря миллионам изощренных, взаимосвязанных устройств, работающим вместе в сложных паттернах. Однако она построена для централизованной генерации с минимальными точками управления и полагается на ископаемое топливо — концепции, которые все укоренены в 20 веке.

Как бы выглядела электрическая сеть, если бы она была перепроектирована сегодня с нуля? Это вопрос, с которым недавно столкнулись инженеры Tesla Колин Брек и Перси Линк. Их ответ включает строительство огромной устойчивости через открытые исходные технологии и цифровые двойники. Они делились своими инсайтами на недавней конференции в Великобритании.

По мере того как больше возобновляемой энергии выходит в существующую сеть, сложные расчеты спроса и предложения становятся более трудными для выполнения с требуемой точностью. Степень контроля теряется, и генерация становится более трудной для прогнозирования.

В местах, где ветровая и солнечная энергия уже распространены, батареи помогли смягчить эти проблемы. Они могут очень быстро реагировать на неожиданные пики и впады использования, заряжаясь и разряжаясь по необходимости.

«Это быстрое реагирование на самом деле даже инновация, возможность быть лучше старой сети», говорит Линк. «Это не просто компромисс.»

Батареи — ключ к переосмыслению сети этими инженерами. Помимо создания гигантских батарей размером с существующие угольные или газовые электростанции, они также предложили использовать силу меньших батарей, установленных в домах и бизнесах — батарей, более типично используемых для частной солнечной генерации или резервного питания.

«Мы можем агрегировать дома и бизнесы с этими меньшими батареями и солнечными в виртуальные электростанции», говорит Линк.

Архитектура виртуальной электростанции (VPP) опирается на распределенные энергетические ресурсы — батареи были бы одним примером, но ветер и солнце также часто используются. Сеть этих ресурсов объединяется для генерации энергии с повышенной гибкостью и более высокой доступностью.

В виртуальной электростанции Tesla, модели цифровых двойников представляют различные активы Интернета вещей (IoT) в системе, а также их текущие состояния и отношения. Программное обеспечение моделирования цифровых двойников опирается на два ключевых открытых проекта: Kubernetes и Akka.

«Сочетание Akka и Kubernetes действительно фантастично», говорит Брек. «Kubernetes может обрабатывать грубые неудачи и масштабирование, так что это были бы вещи вроде масштабирования подов вверх или вниз, запуск проб живучести или перезапуск неудачного пода с экспоненциальным отступом. Затем мы используем Akka для обработки мелкозернистых неудач, вроде разрыва цепи или повторной попытки индивидуального запроса и моделирования состояния индивидуальных сущностей, вроде факта, что батарея заряжается или разряжается».

При моделировании цифрового двойника в Akka, каждый сайт моделирования представлен актером. Как объясняет TechRepublic, «Программист беспокоится о моделировании индивидуального сайта в актере, а затем Akka runtime обрабатывает масштабирование этого до тысяч или миллионов сайтов. Это очень мощная абстракция для IoT в частности, по сути убирающая беспокойство о потоках, или блокировках, или багах конкурентности».

Через модели цифровых двойников инженер может взаимодействовать с почти реального времени представлениями экстремально сложных отношений и состояний внутри систем, даже когда полная картина недоступна.

«Неопределенность присуща распределенным IoT системам, поэтому нам нужно просто принять это в модели данных, в бизнес-логике и даже в клиентском опыте, а не пытаться сбежать от этого», говорит Брек. «Представление физических и виртуальных отношений среди IoT устройств, особенно по мере их изменения со временем, — самая сложная проблема в IoT, поверьте мне, но необходимая для создания отличного продукта».

Кооптимизация локальных и глобальных целей была еще одним вызовом. Меньшие батареи, принадлежащие отдельным лицам, не должны истощать себя, на случай, если владельцу придется неожиданно их использовать, но потребности реального времени балансировки сети должны всегда выполняться.

«Распределенная оптимизация возможна только потому, что Tesla строит свое собственное железо и имеет полный контроль над прошивкой и ПО», говорит Линк. «Это позволяет быструю итерацию через локальный и центральный интеллект и то, как они относятся друг к другу, и это сотрудничество межкомандное, а не межкомпаний». Вертикальная интеграция железа, прошивки и ПО заложила основу для более устойчивого решения с распределенным алгоритмом, помогающим устройствам действовать разумно во время неизбежных сбоев связи.

Виртуальная электростанция Tesla — яркий пример конвергенции информационных технологий/операционных технологий (IT/OT), одной из самых насущных тем в индустрии автоматизации сегодня. Распределенные вычисления и Промышленный интернет вещей (IIoT) помогли Tesla обеспечить устойчивость сети и адресовать некоторые инженерные проблемы, встреченные в переходе к возобновляемой энергии.

Чтобы копать глубже в разработку платформы Tesla Energy, алгоритмическое участие в энергетических рынках с использованием самой большой батареи в мире и реальные вызовы создания первой виртуальной электростанции Tesla, вы можете прочитать полный транскрипт презентации Брека и Линка.