System zarządzania energią

Zrównoważona produkcja energii oraz zwiększanie efektywności energetycznej w przedsiębiorstwach to główne trendy rozwoju rynku energetycznego w roku 2024.

Pierwszy aspekt jest podyktowany głównie wymogami Unii Europejskiej i jej dążeniem do zmniejszenia zależności od paliw kopalnych. Ważnym czynnikiem w tym kontekście jest odblokowanie środków finansowych z Krajowego Programu Odbudowy – ponad 46% łącznego budżetu KPO ma zostać przeznaczone na cele klimatyczne, czyli zieloną transformację naszej energetyki.

Zwiększenie efektywności energetycznej w przedsiębiorstwach jest natomiast procesem w dużej mierze napędzanym oddolnie. Nic dziwnego – duże wzrosty cen energii elektrycznej i gazu sprawiły, że optymalizacja zużycia tych mediów stała się priorytetem.

Jednym ze sposobów zwiększenia efektywności energetycznej jest rozbudowa zakładowej sieci energetycznej o instalacje OZE i systemy magazynowania energii. Dodatkowym elementem pojawiąjącym się w takich instalacjach są stacje ładowania samochodów elektrycznych. Dzięki temu przedsiębiorstwo dysponuje wieloma zasobami związanymi z energią elektryczną.

By jednak w pełni wykorzystać ich potencjał, konieczne jest sprawne zarządzanie

Idealnym rozwiązaniem jest zastosowanie systemu zarządzania energią, który będzie kontrolował współdziałanie wszystkich zasobów i dynamicznie reagował na aktualną sytuację lokalną (np. chwilowe zapotrzebowanie na energię, wykorzystanie produkcji OZE) oraz sytuację globalną (np. giełdowa cena energii). Takie możliwości posiada opracowany przez Phoenix Contact system zarządzania energią MINT.

System zarządzania energią MINT

Podstawową rolą systemu MINT jest realizowanie określonej przez użytkownika strategii zarządzania dostępnymi zasobami. Pierwszym krokiem wdrożenia systemu jest sklasyfikowanie posiadanych zasobów i przypisanie ich do konkretnych kategorii.

Kategoria zasobu	Interakcja z systemem MINT	Opis
Przyłącze główne	Pomiar parametrów elektrycznych	Punkt przyłączenia do sieci dystrybucyjnej
Konsument niesterowalny	Pomiar parametrów elektrycznych	Wewnętrzna sieć zakładowa, na którą nie możemy wpływać np.: Instalacje procesów technologicznychKluczowa infrastruktura budynku
Konsument sterowalny	Pomiar parametrów elektrycznychSterowanie poborem energii elektrycznej	Odbiorniki energii elektrycznej dla których można czasowo wprowadzić ograniczenie zużywanej energii elektrycznej, np.: Stacje ładowania samochodów elektrycznychNiekluczowe elementy infrastruktury budynku
Producent energii	Pomiar parametrów elektrycznych	Lokalne źródło energii elektrycznej, np. Instalacja PVTurbina wiatrowa
Magazyn energii	Pomiar parametrów elektrycznychSterowanie przepływem energii elektrycznej	System magazynowania energii. Z Punktu widzenia zarządzania może być zarówno konsumentem (podczas procesu ładowania) jak i źródłem energii (podczas rozładowywania)

Po skategoryzowaniu zasobów dostępnych w instalacji trzeba je sparametryzować, określając domyślną konfigurację naszego systemu, czyli między innymi maksymalny prąd ładowania dla poszczególnych stacji ładowania samochodów elektrycznych, minimalny i maksymalny prąd ładowania i rozładowywania magazynu energii, priorytety dla wszystkich zasobów itp. Następnie należy wybrać jedną z dostępnych (lub stworzyć własną) strategii zarządzania przepływami energii i uruchomić system MINT, aby rozpoczął pracę nadzorcy energii elektrycznej.

Podstawowe strategie zarządzania

System MINT posiada kilka zdefiniowanych strategii zarządzania przepływami energii. Najbardziej podstawowa to równomierna dystrybucja energii z uwzględnieniem priorytetów. Choć zasada działania jest dość prosta, to takie zarządzanie potrafi przynieść bardzo wyraźne efekty. W ramach tej strategii wszyscy sterowalni konsumenci otrzymują do dyspozycji taką ilość energii elektrycznej, żeby nie przekroczyć zdefiniowanego maksymalnego poboru w punkcie przyłączenia z uwzględnieniem priorytetów oraz poboru wymaganego przez konsumentów niesterowalnych.

Drugą istotną funkcją (która może działać równolegle) jest peak shaving, czyli wygładzanie profilu poboru energii elektrycznej w celu uniknięcia przekroczenia ustalonego limitu. Pobór energii elektrycznej z sieci dystrybucyjnej jest najczęściej rozliczany w 15-minutowych oknach czasowych. Umowa z dostawcą energii określa ile energii elektrycznej może zostać pobrane w ramach takiego okna. Sytuacja, w której odbiorca pobierze więcej energii niż jest to przewidziane, skutkuje naliczeniem kar umownych i rozliczaniem nadmiarowej energii na podstawie innej, wyższej taryfy.

Aktywna funkcja peak shavingu ma za zadanie pilnować tego, ile energii zostało już pobrane w danym 15-minutowym okresie. W przypadku, gdy aktualny profil zużycia wykazuje, że dojdzie do przekroczenia, to w końcowych minutach okna czasowego konsumenci sterowalni dostają dodatkowe ograniczenie dostępnej dla siebie energii, tak aby całkowite zużycie zmieściło się poniżej zdefiniowanego limitu.

Zarządzanie energią w dynamicznym otoczeniu

Opisane sposoby zarządzania działają w całości lokalnie w oparciu o dane, jakich dostarcza kontrolowana instalacja. Jeszcze lepsze efekty można uzyskać uruchamiając dodatkową warstwę chmurową systemu MINT. Połączenie tym serwisem rozszerza możliwości, jakie oferuje MINT, między innymi o możliwość zdalnego dostępu i podglądu działania w czasie rzeczywistym. Natomiast z punktu widzenia zarządzania energią możliwe jest uruchomienie usługi EMS.Cloud.Optimizer.

Jej zadaniem jest optymalizowanie zużycia i wykorzystywania energii w instalacji, realizowane z wykorzystaniem algorytmów sztucznej inteligencji. Po aktywacji EMS.Cloud.Optimizer system MINT uczy się między innymi schematów profilu poboru mocy jaki generują poszczególne zasoby i dzięki temu w jeszcze lepszy sposób może zarządzać – na przykład ilością energii przechowywanej w magazynie energii.

Jeśli w naszym systemie są źródła OZE takie jak panele PV lub turbiny wiatrowe, to EMS.Cloud.Optimizer może śledzić aktualne prognozy pogody i na ich podstawie przewidywać spodziewaną ilość energii elektrycznej, jaką uda się wytworzyć w najbliższych godzinach i na podstawie tego decydować, czy w danej chwili lepiej jest zużywać produkowaną energię, czy może ją magazynować.

W przypadku korzystania z taryfy energetycznej z dynamicznymi cenami EMS.Cloud.Optimizer może mieć dostęp do publikowanych na giełdzie cen rynkowych energii i na ich podstawie decydować o przepływach energii pomiędzy zasobami tak, aby wygenerować jak najniższe koszty.

Architektura i działanie

Od strony technicznej system MINT jest aplikacją działającą na sterownikach PLCnext Technology. Składa się z dwóch współpracujących ze sobą elementów EMS.Core i EMS.Runtime.

EMS.Core jest częścią odpowiedzialną za realizację wybranej strategii zarządzania na podstawie zdefiniowanej i sparametryzowanej struktury zasobów w instalacji.

EMS.Runtime to biblioteka programistyczna, która jest interfejsem systemu MINT. Przy jej pomocy integrator uruchamiający system musi przygotować komunikację ze wszystkimi dostępnymi zasobami, tak aby MINT miał bieżące informacje o pomiarach produkcji/konsumpcji energii dla każdego z nich i mógł wysyłać wyliczone nastawy i ograniczenia do sterowalnych konsumentów.

Wsparcie programowe do komunikacji

Aby ułatwić przygotowanie komunikacji z poszczególnymi zasobami w ramach systemu MINT udostępniono interfejsy do najpopularniejszych urządzeń spotykanych w istniejących instalacjach.

AC charging Mode 3

Alfen
Mennekes
Pluon: https://pluon.eu/
E-RS: www.e-RS.be
Blitz Power: https://blitzpower.com/nl-be/
Veton: https://www.veton.be/products/one/
AK load: https://akload.be/
Alphatronics: https://en.alphatronics.be/contact/
OWA6: www.owa6.be
Powerdale (only new models dd Jan 2023)
Enovates (only new models from Jan 2023)
KEBA Energy Automation GmbH

DC charging Mode 4

ABB
Alpitronic
Efacec Electric Mobility
PLUON https://pluon.eu/

Wspierane mierniki energii

Phoenix Contact:
Janitza Electronics:
Siemens
Schneider Electric
Kries-Energietechnik GmbH & Co.
KG Camille Bauer AG

Wspierane inwertery PV

ABB	Growatt	Samil Power
AEG Power solutions	Huawei	Satcon
Danfoss	Kaco	Schneider Electric
Delta	Kostal	SMA
Emerson	KSTAR	SolarEdge
Fronius	OMRON	Solar Max
GoodWe	Power Electronics	Solutronic
GPTech	Power One	Sungrow

Dzięki temu, że MINT działa na otwartych sterownikach PLCnext, to jeśli dysponujemy zasobem spoza listy gotowych interfejsów można taką wymianę danych oprzeć na standardowych protokołach komunikacyjnych.

Podsumowanie

Realizacja celów zwiększenia efektywności energetycznej oraz redukcji produkcji CO2 jest praktycznie niemożliwa bez efektywnego zarządzania energią w ramach wewnętrznej instalacji. W obecnej sytuacji, gdy takie instalacje zawierają wiele różnych typów zasobów produkujących i zużywających energię elektryczną, ich dynamiczna współpraca jest kluczowa. MINT od Phoenix Contact to przykład skutecznego systemu zarządzania energią.

Więcej o systemie zarządzania energią MINT

energetyka, oze, plc next technology, sterownik plc, zarządzanie energią

Autor:

Konrad Sobczyk– Inżynier ds. sprzedaży produktów automatyki

Poland-Blog

System zarządzania energią – MINT