Usina de energia virtual de Teslas:repensando a rede elétrica

Considere a rede elétrica. Ela cobre a maior parte do mundo. Sua existência e confiabilidade definiram o mundo moderno por muito mais tempo do que a maioria de nós está viva. Devemos a maior parte, se não tudo, de um século de novas tecnologias à rede.

A rede só pode operar hoje graças a milhões de dispositivos sofisticados e interconectados trabalhando juntos em padrões complexos. No entanto, ele foi desenvolvido para geração centralizada com pontos mínimos de controle e depende de combustíveis fósseis, conceitos todos enraizados no século 20 .

Como seria a rede elétrica se fosse redesenhada hoje do zero? Essa é uma questão que os engenheiros da Tesla, Colin Breck e Percy Link, abordaram recentemente. A resposta deles envolve a construção de imensa resiliência por meio de tecnologias de código aberto e gêmeos digitais. Eles compartilharam suas ideias em uma conferência recente no Reino Unido.

À medida que mais energia renovável entra em operação na rede existente, os cálculos complexos de oferta e demanda se tornam mais difíceis de serem feitos com a precisão necessária. Perde-se um grau de controle , e a geração torna-se mais difícil de prever.

Em lugares onde a energia eólica e solar já é comum, as baterias ajudaram a mitigar esses problemas. Eles podem responder muito rapidamente a picos e vales de uso inesperados, carregando e descarregando conforme necessário.

"Esta resposta rápida é, na verdade, até mesmo uma inovação, uma oportunidade de ser melhor do que a antiga rede", diz Link. "Não é apenas um compromisso."

As baterias são fundamentais para a reimaginação da rede por esses engenheiros. Além de criar baterias gigantes do tamanho de usinas de carvão ou gás natural existentes, eles também propuseram aproveitar a energia de baterias menores instaladas em residências e empresas - baterias mais usadas em serviços de geração solar privada ou energia de backup.

"Podemos agregar residências e empresas com essas baterias menores e energia solar em usinas de energia virtuais ", diz Link.

A arquitetura de usina de energia virtual (VPP) depende de recursos de energia distribuídos – baterias seriam um exemplo, mas a energia eólica e solar também são usadas com frequência. Uma rede desses recursos agrupa-se para gerar energia com maior flexibilidade e maior disponibilidade.

Na usina de energia virtual da Tesla, os modelos de gêmeos digitais representam vários ativos da Internet das Coisas (IoT) no sistema, bem como seus estados e relacionamentos atuais. O software de modelagem de gêmeos digitais conta com dois projetos chave de código aberto:Kubernetes e Akka.

"A combinação de Akka e Kubernetes é realmente fantástica", diz Breck. "O Kubernetes pode lidar com falhas e dimensionamento grosseiros, de modo que seriam coisas como dimensionar pods para cima ou para baixo, executar testes de atividade ou reiniciar um pod com falha com um recuo exponencial. quebrar ou tentar novamente uma solicitação individual e modelar o estado de entidades individuais, como o fato de uma bateria estar carregando ou descarregando."

Ao modelar um gêmeo digital no Akka, cada site de modelagem é representado por um ator. Como explica o TechRepublic, "O programador se preocupa em modelar um site individual em um ator e, em seguida, o runtime do Akka lida com o dimensionamento disso para milhares ou milhões de sites. É uma abstração muito poderosa para IoT em particular, essencialmente removendo a preocupação com threads ou bloqueios ou bugs de simultaneidade."

Por meio de modelos de gêmeos digitais, um engenheiro pode interagir com representações quase em tempo real de relacionamentos e estados extremamente complexos dentro de sistemas, mesmo quando a imagem completa não estiver disponível.

"A incerteza é inerente aos sistemas de IoT distribuídos , então precisamos apenas adotar isso no modelo de dados, na lógica de negócios e até na experiência do cliente, em vez de tentar escapar disso", diz Breck. "Representar relacionamentos físicos e virtuais entre dispositivos IoT, especialmente à medida que eles mudam ao longo do tempo, é o problema mais difícil em IoT, acredite, mas essencial para criar um ótimo produto."

A cootimização dos objetivos locais e globais foi outro desafio. Baterias menores de propriedade de particulares não devem se esgotar, caso o proprietário precise usá-las inesperadamente, mas as necessidades de balanceamento em tempo real da rede devem sempre ser atendidas.

"A otimização distribuída só é possível porque a Tesla constrói seu próprio hardware e tem controle total sobre firmware e software ", diz Link. "Isso permite uma iteração rápida em toda a inteligência local e central e como eles se relacionam, e essa colaboração é entre equipes e não entre empresas." A integração vertical de hardware, firmware e software estabeleceu a estrutura para uma solução mais resiliente com um algoritmo distribuído para ajudar os dispositivos a agir razoavelmente durante falhas de comunicação inevitáveis.

A usina de energia virtual da Tesla é um excelente exemplo de convergência de tecnologia da informação/tecnologia de operações (TI/OT), um dos tópicos mais urgentes no setor de automação atualmente. Computação distribuída e a Internet das Coisas Industrial (IIoT) ajudou a Tesla a garantir a resiliência da rede e a resolver alguns dos problemas de engenharia encontrados na transição para energia renovável.

Para aprofundar o desenvolvimento da plataforma de energia Tesla, a participação algorítmica nos mercados de energia usando a maior bateria do mundo e os desafios do mundo real de criar a primeira usina de energia virtual da Tesla, você pode ler a transcrição completa da apresentação de Breck e Link .