Technologie

Transformacja Energetyczna w Praktyce

Zarządzanie energią – wiele wymiarów

W obliczu rosnących cen energii, wymogów środowiskowych oraz odbywającej się na naszych oczach transformacji energetycznej, kwestia zarządzania energią wkroczyła na zupełnie inny poziom. Dlatego firmy dostrzegające dynamiczne zmiany na rynkach energii oraz chcące zapanować nad kosztami w tym obszarze, powinny podjeść do tematu kompleksowo, analizując to zagadnienie wielowymiarowo.

Rys.1. WAGO Energy Data Management

Wymiar pierwszy, podstawowy – trzeba wiedzieć

Firmy, które chcą świadomie zarządzać energią i efektywnie ją wykorzystywać muszą po prostu wiedzieć, ile i gdzie oraz jak ją zużywają. Z pozoru wygląda to na proste zadanie, ale tak nie jest. Jeśli weźmiemy pod uwagę liczbę punktów poboru energii w przeciętnym zakładzie przemysłowym, dodamy do tego fakt, że energia to nie tylko energia elektryczna, ale również gaz, ciepło, para wodna i inne media, zadanie staje się trudniejsze. Do tego dochodzą kwestie cen energii w szczycie i poza nim. W efekcie liczba danych, którymi dysponujemy rośnie w błyskawicznym tempie. Już logiczne ich uprządkowanie może sprawiać problemy, a co dopiero podejmowanie decyzji na ich podstawie.

Wymiar drugi – skąd ta energia?

Dotychczas proces pozyskiwania energii skupiał się praktycznie na jej zakupie, w takiej czy innej postaci, oraz przetworzeniu do własnych potrzeb. Jednak od kilku lat pojawia się kolejny element, czyli możliwość zainwestowania we własne źródła energii, zaczynając od instalacji fotowoltaicznych aż po miniźródła kogeneracyjne. Włączenie własnych źródeł w proces zarządzania energią implikuje sporo wyzwań. Trzeba sobie odpowiedzieć na pytania: kiedy opłaca się korzystać z własnego źródła, kiedy kupować energię z zewnątrz, kiedy ją magazynować, a kiedy wysłać do sieci. Jeśli moc należącego do firmy źródła energii elektrycznej przekracza poziom 200 kW, dochodzi kwestia regulacji mocy i spełnienia określonych wymogów operatora sieci elektroenergetycznej.

Rys. 2. Regulator mocy farmy fotowoltaicznej WAGO

Wymiar trzeci – liczy się już nie tylko zużycie

W standardowej analizie bierzemy pod uwagę jej zużycie, ewentualnie własną produkcję. Jednak to nie wszystko. Obecnie na rynku energii elektrycznej można też zarabiać, a przez to optymalizować koszty, ograniczając zużycie za odpowiednim wynagrodzeniem. To tzw. usługa DSR (demand site respons), w ramach której odbiorca może uznać, że z ekonomicznego punktu widzenia rozsądniej jest ograniczyć zużycie energii zatrzymując produkcję.

I jeszcze okiem dostawcy (operatora sieci)

Analizując kwestię zużycia energii w firmie musimy brać pod uwagę również fakt, że nasze zachowania mają wpływ na sieć elektroenergetyczną i implikują określone działania po stronie OSD i OSP. Z jednej strony operatorzy odpowiadają za to, aby energia była dostępna w trybie ciągłym, a z drugiej – muszą zbilansować zużycie i produkcję, co wobec zmian zachodzących w energetyce, stanowi coraz większe wyzwanie. Wiemy już, że rosnąca liczba źródeł OZE w sieci oznacza, iż w najbliższych latach jednostki wytwórcze o wysokim współczynniku dyspozycyjności będą zastępowane jednostkami, które ten współczynnik mają na zdecydowanie niższym poziomie.

Rys. 3. Szafa telemechaniki WAGO

Jak widać, w obliczy towarzyszącej nam transformacji energetycznej, kwestie zarządzania energia w przedsiębiorstwie nie sprowadzają się dziś tylko do jej efektywnego wykorzystania, a raczej do efektywnego zarządzania nią w wielu wymiarach. W dalszej części artykułu postaramy się przyjrzeć się tym wymiarom bliżej.

Jak pozyskać wiedzę?

Analizując pierwszy wymiar zarządzania energią w firmie podkreślamy, że tylko kompleksowe wykorzystanie pojedynczych pomiarów pozwoli uzyskać optymalny efekt. Oczywiście najłatwiej jest to osiągnąć, jeżeli od samego początku dążymy do wdrożenia kompletnego systemu zarządzania energią, np. zgodnego z DIN 50001.

Najczęściej jednak zaczynamy od opomiarowania pojedynczego urządzenia, linii technologicznej, oddziału, nie patrząc na całość z szerszej perspektywy. A to błąd! Niewłaściwe dobrana technologia może zamknąć drogę do łatwej modyfikacji i rozszerzenia inwestycji.

Jeżeli chcemy czegoś więcej niż tylko monitorowania energii, np. wyliczenia efektywności energetycznej, potrzebne będą dane o zużyciu energii elektrycznej, gazu, ciepła, sprężonego powietrza, wentylacji i klimatyzacji, wody itd. oraz dane z różnych podsystemów, takich jak OEE, Predictive Maintenance czy też HACCP.

Poza tym niezwykle istotne jest dokonywanie pomiarów w sposób ciągły. Dzięki temu możemy zauważyć różne zjawiska, których nie dostrzegamy w przypadku analizy pojedynczych danych lub zebranych w krótkich odstępach czasu, np. ile potrafi zużyć energii oświetlenie parkingu w godzinach nocnych, albo jak dużo kosztuje utrzymywanie w pełnej gotowości ruchowej całego parku maszynowego w czasie przerw produkcyjnych, czy też szczytowy poziom poboru energii w momencie rozpoczęcia pracy załogi na pierwszej zmianie.

Warto również podkreślić, że system zarządzania energią musimy dobrze osadzić w działalności firmy, abyśmy mogli dane o zużyciu energii analizować w kontekście funkcjonowania przedsiębiorstwa. W tym aspekcie często wyzwaniem jest pozyskanie danych związanych z procesami produkcyjnymi, co umożliwia analizowanie wpływu tych procesów na zużycie energii.

Kompleksowe monitorowanie oraz zbieranie i analizowanie danych jest możliwe dzięki zastosowaniu modularnych systemów. Pozwalają one na budowanie kompletnej aplikacji stopniowo rozbudowując pierwotny układy pomiarowe. Nie ma konieczności wdrożenia wszystkiego od razu. Jest to ważne szczególnie w kontekście ekonomii całej inwestycji – nie wymaga angażowania dużych nakładów od początku realizacji projektu.

Sama modularność nie zapewni nam jednak swobodnego łączenia poszczególnych elementów w jeden rozbudowany system. Taką funkcjonalność umożliwi dopiero swoboda w doborze sposobów i rodzajów komunikacji.
Sprzęt, na którym oparty będzie system zarządzania energią musi mieć różne możliwości funkcjonalne, zarówno na poziomie mediów, jak i protokołów (sygnały dwustanowe i analogowe, Modbus via RS i Ethernet, Mbus, EnOcean, telemetria, FTP i inne) OPC, CLOUD.

W tym obszarze WAGO może zaoferować kompleksowe rozwiązanie, które obejmuje elementy systemu zapewniające pomiar, odczyt, przetwarzanie, udostępnianie i archiwizację danych oraz analizę i wizualizację dla użytkownika końcowego. Całość bazuje na modularnym systemie WAGO I/O System, który oferuje szeroką gamę standardowych i specjalistycznych modułów I/O do różnorodnych zastosowań i jednocześnie rozbudowane możliwości komunikacyjne. System ten zapewnia zarówno swobodne łączenie różnych urządzeń i podsystemów na poziomie przedsiębiorstwa, jak i komunikację z zewnętrznymi operatorami energii.

Jak zarządzać własnym źródłem energii?

Tak już wspomnieliśmy, coraz więcej firm decyduje się na inwestycje w własne źródła energii, których optymalne wykorzystanie wymaga włączenia w proces zarządzania energią. Z jednej strony trzeba mieć możliwość dopasowania produkcji i zużycia energii. Jeśli już mamy wdrożony system zarządzania energią, to jesteśmy w stanie pozyskiwać wiedzę o jej zużyciu. Ale drugiej strony też zarządzać jej produkcją, a w przypadku źródeł o mocy od 200 kW, przyłączonych do sieci elektroenergetycznej dochodzi kwestia wymagań operatorów sieci i spełnienia kodeksów NC RfG. Tutaj z pomocą może przyjść inne rozwiązanie WAGO – regulator mocy dla farm PV kategorii B. Rozwiązanie zbudowaliśmy na bazie naszego sterownika PLC – PFC200 oraz biblioteki WAGO Power Plant Control. Umożliwia ono regulację mocy czynnej i/lub biernej wytwarzanej przez źródło OZE i spełnia wymogi kodeksów sieciowych NC RfG.  
Regulacja mocy odbywa się zgodnie z możliwościami technicznymi źródła energii i listą sygnałów oraz ustaleniami z lokalnym OSD wynikającymi z warunków przyłączenia. Regulator WAGO porównuje wartości zadane z wartościami rzeczywistymi, zmierzonymi przez analizator klasy A w punkcie przyłączenia do sieci i dostarcza obliczone parametry dla farmy PV. Pozyskiwanie danych pomiarowych w punkcie przyłączenia do sieci energetycznej SN pozwala efektywnie realizować regulację mocy czynnej i biernej, zapewniając stabilność napięcia i pracy systemu energetycznego. Z drugiej strony dysponują rozwiązaniem do regulacji mocy właściciel źródła ma możliwość optymalizacji jego wykorzystania.

Kiedy opłaca się ograniczyć pobór energii?

Biorąc pod uwagę dane o zużyciu energii, prognozy wewnętrznego zapotrzebowania oraz produkcji z własnego źródeł, firma może również zaoferować swoje usługi na rynku DSR samodzielnie lub przez tzw. agregatora DSR. Posiadanie kompleksowych danych o produkcji, zużyciu wraz z prognozami jest podstawą do podejmowania świadomych decyzji, z którym wiąże się realny wymiar finansowy.

Wielu z nas pamięta lato 2015, kiedy to w związku z upałami i ograniczonymi możliwościami produkcji energii elektrycznej wprowadzono tzw. stopnie zasilania. Skutkowało to tym, że cześć tzw. dużych obiorców energii elektrycznej zmuszona została do zmniejszenia zużycia, a tym samym ograniczenia swojej działalności. Zignorowanie tego polecenia wiązało się z karami finansowymi. Wówczas usługa DSR jeszcze u nas raczkowała, ale przez ostatnich kilka lat mocno się rozwinęła i zwłaszcza firmy o dużym zużyciu energii mają tu pole do popisu. Dziś, w razie podobnych problemów jak w 2015, nasz Operator Sieci Przesyłowej, czyli PSE może skorzystać z oferty tych firm, które dobrowolnie ograniczą zużycie energii, za co otrzymają wynagrodzenie. Aby jednak świadomie podjąć decyzje o zmniejszeniu zużycia energii, firma musi dysponować pełnym zestawem danych i po prostu mieć możliwość wyliczenia, czy opłaca jej się zatrzymać procesy produkcyjne. W tej sytuacji nieodzowny staje system zarządzania energią.

Narzędzia wspierające zarządzania siecią

Tak jak wcześniej wspomnieliśmy, na kwestię zarządzania energią w przedsiębiorstwie warto także spojrzeć z punktu widzenia operatorów sieci elektroenergetycznej. Wobec zachodzącej na naszych oczach transformacji energetycznej, komunikacja pomiędzy wytwórcami, operatorami sieci oraz odbiorcami musi działać bardzo sprawnie i bez zakłóceń. To z kolei implikuje konieczność wysyłania i odbierania danych o produkcji energii oraz o aktualnym zapotrzebowaniu na energię przez wszystkich uczestników rynku. Wymaga to szerszej świadomości tego, co dzieje się lokalnie po stronie odbiorców, jak i producentów, ale również szerszego niż dotąd opomiarowania i gotowości zarządzania podażą i popytem na energię. Jednocześnie operatorzy sieci dystrybucyjnych prowadzą swoje standardowe działania, których celem jest utrzymanie ciągłości dostaw energii elektrycznej ograniczanie obszarów, skutków oraz czasu trwania przerw w pracy sieci elektroenergetycznej.

Jedną z odpowiedzi WAGO na te potrzeby jest oferta szaf telemechaniki oraz wskaźników zwarć. Szafy telemechaniki przeznaczone są do sterowania złączem lub stacją elektroenergetyczną SN/nN, zapewniają też monitoring stanu łączników oraz pozostałych urządzeń.

Nasze szafy telemechaniki budujemy w oparciu sterowniki programowalne PFC200 z odpowiednią liczbą wejść i wyjść. Wyposażone są również w układy zasilania gwarantowanego wraz z baterią akumulatorów, modemy komunikacyjne oraz listwy przyłączeniowe z przekaźnikami. Całość zamontowana jest w obudowach zgodnych ze standardami operatorów sieci dystrybucyjnych. Funkcjonalność szaf może zostać rozszerzona poprzez zainstalowanie wskaźników zwarć umożliwiających detekcję zakłóceń w sieci.

Wraz urządzeniami dostarczamy oprogramowanie i listę sygnałów zgodne ze standardami OSD oraz dokumentację techniczną. Zapewniamy też wsparcie w zakresie wykonania projektu uruchomienia, a także szkolenia dla wykonawców. automatyzacja stacji SN/nN, złącz kablowych SN oraz punktów rozłącznikowych.

Nasze rozwiązania realizują między innymi funkcję zdalnej detekcja i lokalizacja zwarć w sieciach SN wraz z rejestracją zdarzeń oraz zakłóceń. Umożliwiają też zdalną rekonfigurację sieci oraz pozwalają na monitorowanie stanu bezpieczników, co w konsekwencji redukuje czasu trwania przerw pracy sieci nN. Dzięki naszym szafom telemechaniki można również zarządzać przepływem energii poprzez monitorowanie i pomiary na odpływach nN. Wspierają one też integrację odnawialnych źródeł energii z siecią elektroenergetyczną oraz zapewniają bezpieczną komunikację z systemami informatycznymi: SCADA, GIS, AMI itp.

Jak staraliśmy się wykazać w tym artykule, transformacja energetyczna i wynikające z niej uwarunkowania ekonomiczne oraz techniczne stawiają wiele wyzwań przed firmami, które chcą profesjonalnie zarządzać energią. Dlatego dajemy wskazówki, przedstawiliśmy rozwiązania, które możemy wdrożyć i które mogą pomóc tym, którzy zdecydują się podjąć wyzwanie.

Wago

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top