Połączenie fabryki i budynku: centralne zarządzanie energią tworzy zrównoważony efekt synergii System zarządzania budynkiem Emalytics Automation harmonizuje formaty danych i inteligentnie łączy sektory ze sobą.

Streszczenie

Poprzez połączenie sektorów automatyzacji produkcji i instalacji technicznych budynku możliwe jest osiągnięcie energooszczędnego wstępnego sterowania produkcją. Dane stanowią tu podstawę kompleksowej automatyzacji i tworzenia sieci. Cyfryzacja jest niezbędna, aby wszystkie sektory mówiły tym samym językiem. Interfejsy danych i zharmonizowane formaty danych umożliwiają znormalizowaną komunikację między tradycyjnymi instalacjami technicznymi budynku a maszynami produkcyjnymi. Jest to jedyny sposób na identyfikację wzajemnych oddziaływań w celu optymalizacji całego organizmu na dalszych etapach.

W Phoenix Contact rolę tę przejmuje Emalytics Automation. Rozwiązanie to, stworzone jako system zarządzania budynkiem, może być wykorzystywane do poprawy efektywności energetycznej całych zakładów produkcyjnych. Aby dane ze wszystkich instalacji były użyteczne dla Emalytics, system zarządzania przetwarza je na znormalizowany format i przechowuje w chmurze Phoenix Contact.

Optymalizacja energetyczna całych lokalizacji

Wytwarzanie, dystrybucja i konsumpcja energii: ta trójka połączonego kompleksowo systemu energetycznego dostarcza energię dokładnie tam, gdzie jest ona potrzebna i dokładnie wtedy, gdy jest potrzebna. Wymaga to inteligentnego łączenia sektorów w oparciu o energię elektryczną ze źródeł odnawialnych. Taka koncepcja stanowi podstawę wizji przyszłości All Electric Society. Kompleksowe podejście do elektryfikacji, sieci i automatyzacji sektorów energii, przemysłu, infrastruktury i mobilności sprawdza się nie tylko na dużą skalę, ale także w mniejszej skali fabryki. Dzięki komponentom i systemom dla elektrotechniki, elektroniki i automatyki, Phoenix Contact oferuje rozwiązania, które tworzą zrównoważony efekt synergii pomiędzy produkcją i automatyką budynkową. Ma ona potencjał, aby w przyszłości przejąć rolę centralnego menedżera energii. Dla zilustrowania: jeśli na przykład zaplanowane jest duże zamówienie, system zarządzania budynkiem ładuje wewnętrzny system magazynowania energii, aby później był w stanie skompensować obciążenia szczytowe spodziewane w produkcji. Do tego trzeba jednak wiedzieć, jakie jest zużycie energii na jednostkę produkcji.

Czasowe odsprzężenie podaży i popytu na energię poprzez jej magazynowanie

Jeśli dystrybucja i magazynowanie wytworzonej samodzielnie energii jest jedną z głównych idei łączenia sektorów energii, wczesne buforowanie energii wytwarzanej konwencjonalnie przez zakład energetyczny jest oczywistą strategią awaryjną. Zakup taniej energii elektrycznej, połączenie nieruchomości z zasobnikami energii i skuteczne zarządzanie obciążeniami szczytowymi (Peak Shaving) zapewniają wysoką dostępność przy akceptowalnych kosztach. W ten sposób duże zapotrzebowanie na energię, np. w czasie dużego nasilenia produkcji lub sezonowego zapotrzebowania na ogrzewanie lub chłodzenie, można zaspokoić przy niższych cenach kWh. Energia elektryczna powinna być zatem kupowana, gdy można się spodziewać, że produkowana samodzielnie będzie niewystarczająca, a energia konwencjonalna jest dostępna po korzystnych cenach. Jest to czasowe odsprzężenie popytu i podaży.

Takie czasowe odsprzężenie może być również zastosowane do generatorów odnawialnych, tzn. turbin wiatrowych i systemów fotowoltaicznych. Połączenie z zasobnikiem energii stwarza możliwość wykorzystania w nocy nadwyżki energii z dnia. Systemy wytwarzające energię ze źródeł odnawialnych (ustawa o odnawialnych źródłach energii) mogą również pozostać podłączone do sieci, jeśli wytwarzana przez nie energia nie jest potrzebna. Państwo z kolei oszczędza na kosztach rekompensat. W 2022 roku rząd niemiecki wypłacił około 800 mln euro rekompensat dla użytkowników systemów produkcji energii ze źródeł odnawialnych (ustawa o odnawialnych źródłach energii), które musiały zostać odłączone od sieci z powodu przeciążenia sieci lub braku zużycia energii. Taka sytuacja może mieć miejsce w wietrzne i słoneczne dni, gdy zapotrzebowanie na ogrzewanie lub chłodzenie jest niewielkie. W rzeczywistej realizacji połączenie farmy fotowoltaicznej/wiatrowej i systemu magazynowania energii odbywa się w najlepszym przypadku we wspólnym punkcie przyłączenia do sieci. Tworzy to jednostkę rezerwową, która dzięki zasobnikowi energii może zapewnić energię pierwotną. Oznacza to, że również starsze farmy wiatrowe również uczestniczyć w rynku energii pierwotnej.

Inteligentna cyfryzacja stacji transformatorowych

Jeśli wzajemne oddziaływania energetyczne w autonomicznej fabryce działają, staje się jasne, że mikrokosmosu nie można oddzielić od nadrzędnego makrokosmosu. Wynika to z faktu, że małe i duże sektory są ze sobą ściśle powiązane. Aby zapewnić bezpieczeństwo zasilania firmy produkcyjnej, należy również wziąć pod uwagę wymagania wielu rozproszonych uczestników sieci. Rozwój odnawialnych źródeł energii stawia coraz większe wyzwania przed sieciami energetycznymi, a w szczególności przed lokalnymi stacjami elektroenergetycznymi. Jak już wspomniano, rozproszone elektrownie, takie jak turbiny wiatrowe lub farmy fotowoltaiczne, działają nieregularnie, a tym samym obciążają sieci wysokiego i średniego napięcia zmiennymi obciążeniami. Sieć musi zatem stać się inteligentniejsza i już na wczesnym etapie rozpoznawać krytyczne punkty sieci.

Phoenix Contact oferuje rozwiązania również w tym zakresie, aby inteligentnie digitalizować lokalne stacje elektroenergetyczne, a tym samym zapewnić przejrzystość i zdalny dostęp do wszystkich stacji. Zarejestrowane wartości pomiarowe są wykorzystywane do automatycznego dostosowywania poziomów napięcia w celu wyeliminowania wahań napięcia w sieci i szybszego usuwania awarii. Automatyczne wyrównywanie wahań napięcia zapewnia niezawodne zasilanie zarówno dla przemysłu wytwórczego, jak i ludności.

Te kilka przykładów pokazuje potencjał łączenia sektorów energii na drodze do All Electric Society. Oczywiste jest również, że złożone wzajemne powiązania można rozwiązać jedynie poprzez dalszą cyfryzację i ukierunkowane wykorzystanie czujników do rejestrowania danych pomiarowych. W ramach produkcji konieczne jest zintegrowanie zdarzeń zewnętrznych z automatyzacją. Obejmuje to na przykład informacje z kontroli produkcji, dane ekonomiczne z rynku energii czy przewidywane wykorzystanie budynków i maszyn. Dane te sa dostarczane bezpośrednio z systemu zarządzania budynkiem Emalytics. Sercem całego rozwiązania jest framework IIoT. Po normalizacji zarejestrowane punkty informacyjne są dostępne dla całej sieci jako serwerowa baza danych – niezależnie od tego, kto ma dostęp do sieci lub jest z nią połączony. Może to być więc zarówno maszyna, jak i system fotowoltaiczny, pompa czy system wentylacyjny. Emalytics przyczynia się w ten sposób do długoterminowej optymalizacji sieci.

Podsumowanie

Klasyczne instalacje techniczne budynku z ostatnich dziesięcioleci potrafią dziś znacznie więcej, zwłaszcza jeśli chodzi o łączenie sektorów energii. Emalytics firmy Phoenix Contact to rozwiązanie, które umożliwia łączenie różnych zastosowań: stacji ładowania z systemem zarządzania energią, wentylacji i oświetlenia z systemem zarządzania budynkiem, czy zasobnika energii z produkcją. Zaletą tego połączenia jest to, że całe budynki, a nawet całe tereny mogą być zoptymalizowane pod względem efektywności energetycznej. Usprawnienia w tym zakresie obejmują zarówno autokonsumpcję energii słonecznej, jak i ogólne oszczędności energii, konserwację profilaktyczną i zarządzanie obciążeniami szczytowymi.