Tehtaan ja rakennuksen yhdistäminen: keskitetty energianhallinta luo kestäviä synergiavaikutuksia Emalytics Automation -rakennustenhallintajärjestelmä yhdenmukaistaa tietomuodot ja verkottaa sektorit älykkäästi keskenään.

Tiivistelmä

Yhdistämällä tehdasautomaatio- ja talotekniikkasektorit on mahdollista toteuttaa energiaa koskeva tuotannon esiohjaus. Tiedot toimivat kattavan automaation ja verkotuksen perustana. Digitalisaatiota tarvitaan, jotta kaikki sektorit puhuisivat samaa kieltä. Dataliitännät ja yhdenmukaistetut tietomuodot mahdollistavat yhdenmukaistetun viestinnän perinteisen rakennustekniikan ja tuotantokoneiden välillä. Tämä on ainoa tapa tunnistaa yhteisvaikutukset, jotta kokonaisorganismia voidaan optimoida myöhemmissä vaiheissa.

Phoenix Contactin Emalytics Automation ottaa tämän roolin. Rakennustenhallintajärjestelmäksi kehitettyä ratkaisua voidaan käyttää kokonaisten tuotantolaitosten energiatehokkuuden parantamiseen. Hallintajärjestelmän tavoitteena on saada kaikkien toimialojen tiedot Emalyticsin käyttöön, joten se saattaa ne yhtenäiseen muotoon ja tallentaa ne Phoenix Contactin pilvipalveluun.

Kokonaisten toimipaikkojen energiaoptimointi

Energian tuottaminen, jakaminen ja kuluttaminen: tämä kokonaisvaltaisesti verkotetun energiajärjestelmän kolmijako tuottaa energiaa juuri sinne, missä sitä tarvitaan, oikeaan aikaan. Tämä edellyttää älykästä sektorikytkentää, joka perustuu uusiutuvalla energialla tuotettuun sähköenergiaan. Tällainen konsepti on All Electric Societyn tulevaisuudenkuvan perusta. Energia-, teollisuus-, infrastruktuuri- ja liikennesektoreiden sähköistyksen, verkottamisen ja automaation kokonaisvaltainen lähestymistapa ei toimi vain suuressa mittakaavassa vaan myös pienemmissä tehtaissa. Sähkötekniikan, elektroniikan ja automaation komponenttien ja järjestelmien avulla Phoenix Contact tarjoaa ratkaisuja, jotka luovat kestäviä synergiavaikutuksia tuotannon ja rakennusautomaation välille. Viimeksi mainitulla on tulevaisuudessa mahdollisuus ottaa energiahuollon keskushallinnan rooli. Havainnollistava esimerkki: jos esimerkiksi suuri tilaus on luovutusvaiheessa, rakennuksen hallintajärjestelmä lataa sisäisen akkuvaraston, jotta se pystyy myöhemmin tasoittamaan tuotannossa odotettavissa olevia huippukuormituksia. Tätä varten on tiedettävä, kuinka paljon energiaa käytetään valmistusyksikköä kohti.

Energian tarjonnan ja kysynnän ajallinen erottaminen toisistaan energiavaraston avulla

Jos itse tuotetun energian jakelu ja varastointi on yksi sektorikytkennän ydinajatuksista, energiayhtiöiden perinteisesti tuottaman energian varhainen puskurointi on varasuunnitelma. Halvan sähkön kohdennettu hankinta, kiinteistöjen yhdistäminen energiavarastoihin ja tehokas huippukuormien hallinta (huippukuorman yläraja) takaavat hyvän saatavuuden hyväksyttävin kustannuksin. Tällä tavoin suuret energiantarpeet – esimerkiksi tuotantokapasiteetin korkean käyttöasteen tai kausittaisten, merkittävien lämmitys- tai jäähdytystarpeiden yhteydessä – voidaan täyttää edulliseen kWh-hintaan. Sähköä olisi sen vuoksi ostettava silloin, kun on ennakoitavissa, että itse tuotettu energia ei riitä ja tavanomaista energiaa on saatavilla edulliseen hintaan. Kyseessä on kysynnän ja tarjonnan ajallinen erottaminen toisistaan.

Tällaista ajallista erottamista voidaan soveltaa myös uusiutuviin generaattoreihin eli tuulivoima- ja aurinkopaneelijärjestelmiin. Yhdistäminen energiavarastoon luo mahdollisuuden käyttää päivän ylijäämäenergiaa yöllä. Näin uusiutuvista energialajeista annettua lakia noudattavat laitokset voivat myös jäädä verkkoon, jos niiden tuottamaa energiaa ei tarvita. Valtio puolestaan säästää korvausten maksamisesta aiheutuvia kustannuksia. Vuonna 2022 liittovaltion hallitus maksoi noin 800 miljoonaa euroa korvauksia uusiutuvista energialajeista annettua lakia noudattavista laitoksista, jotka jouduttiin ottamaan pois verkosta verkon ylikuormituksen tai energiankulutuksen puutteen vuoksi. Näin voi olla tuulisina ja aurinkoisina päivinä, jolloin lämmityksen tai jäähdytyksen tarve on vähäinen. Todellisessa toteutuksessa tuuli-/ aurinkopuiston ja energiavaraston yhdistäminen tapahtuu parhaimmillaan yhteisessä verkkoliitäntäpisteessä. Näin syntyy reserviyksikkö, joka pystyy tarjoamaan käyttöön primäärisäätötehoa energiavarastonsa ansiosta. Tämä tarkoittaa, että myös vanhemmat tuulipuistot voivat osallistua primäärisäätösähkömarkkinoihin.

Älykäs jakelumuuntamoiden digitalisaatio

Jos energian vuorovaikutussuhteet suljetussa tehtaassa toimivat, on kuitenkin selvää, että mikrokosmosta ei voida erottaa ylemmän tason makrokosmoksesta. Tämä johtuu siitä, että pienet ja suuret sektorit liittyvät läheisesti toisiinsa. Jos teollisuusyrityksen energiansaanti halutaan varmistaa, on otettava huomioon myös monien hajautetun verkon osallistujien vaatimukset. Uusiutuvien energialähteiden yleistyminen asettaa yhä suurempia haasteita sähköverkoille ja erityisesti jakelumuuntamoille. Kuten jo mainittiin, hajautetut tuotantolaitokset – kuten tuulivoimalat tai aurinkopuistot – toimivat epäsäännöllisesti ja kuormittavat näin ollen suur- ja keskijänniteverkkoja vaihtelevilla tuottokuormilla. Verkon on siksi oltava älykkäämpi ja tunnistettava verkon kriittiset kohdat jo varhaisessa vaiheessa.

Phoenix Contact tarjoaa myös tällä alueella ratkaisuja, joiden avulla jakelumuuntamot voidaan digitalisoida älykkäästi ja varmistaa näin avoimuus ja yleiskuva kaikista muuntamoista etäkäyttönä. Tallennettuja mittausarvoja käytetään jännitetasojen automaattiseen säätämiseen, jotta verkon vaihtelut saadaan poistettua ja viat korjattua nopeammin. Jännitevaihteluiden automaattinen tasaaminen takaa luotettavan energiansaannin sekä teollisuudelle että väestölle.

Nämä muutamat esimerkit osoittavat sektorikytkennän mahdollisuudet matkalla kohti All Electric Society -maailmaa. On myös selvää, että monimutkaisia keskinäisiä suhteita voidaan käsitellä vain jatkamalla digitalisointia ja käyttämällä anturitekniikkaa kohdennetusti mittaustietojen tallentamiseen. Tuotannon sisällä ulkoiset tapahtumat on integroitava automaatioon. Näitä ovat esimerkiksi tuotannonohjauksesta saatavat tiedot, energiamarkkinoiden taloudelliset tiedot tai rakennusten ja koneiden odotettu käyttöaste. Nämä tiedot tulevat suoraan Emalytics-rakennustenhallintajärjestelmästä. IIoT-kehys toimii ratkaisun sydämenä. Normalisoinnin jälkeen tallennetut tietopisteet ovat koko verkon käytettävissä palvelinpohjaisena tietokantana – riippumatta siitä, kuka käyttää verkkoa tai on siihen yhteydessä. Se voi siis olla niin kone kuin aurinkopaneelijärjestelmä, pumppu tai ilmanvaihtolaitteisto. Emalytics edistää siten verkon optimointia pitkällä aikavälillä.

Yhteenveto

Viime vuosikymmenten klassinen rakennustekniikka pystyy nykyään paljon parempaan, erityisesti sektorikytkennän osalta. Phoenix Contactin Emalytics on ratkaisu, jonka avulla eri sovellusalueet voidaan yhdistää toisiinsa – latausasemat ja energianhallinta, ilmanvaihto ja valaistus ja kiinteistönhallinta tai energiavarastot ja tuotanto. Tämän kytkennän etuna on, että kokonaisia rakennuksia ja jopa kokonaisia alueita voidaan optimoida kokonaisvaltaisesti energian suhteen. Parannukset vaihtelevat aurinkoenergian omasta käytöstä yleisiin energiansäästöihin, ennakoivaan kunnossapitoon ja huippukuormien hallintaan.