Dla prawidłowej pracy systemu niezbędne są odpowiednie urządzenia pomiarowe oraz system teleinformatyczny.
Jednym z założeń Smart Grid jest określenie, gdzie w danej chwili występuje największe zapotrzebowanie na energie, a w którym miejscu jest największa jej podaż. W efekcie nadwyżki energii są przekazywane tam, gdzie jest ona najbardziej potrzebna. Systemy Smart Grid integrują źródła energii odnawialnej. Chodzi tutaj o panele fotowoltaiczne, małe turbiny wiatrowe oraz niewielkie elektrownie wodne łączone z siecią elektroenergetyczna.
Smart Grid w skrócie
- Rozwiązania Smart Grid są integrowane z systemami automatyki budynkowej (BMS), co umożliwia sprawne zarządzanie wszystkimi procesami w budynku.
- Z a podstawę systemów Smart Grid należy uznać inteligentne liczniki energii elektrycznej.
Smart Grid: poziom konsumenta
Za podstawę systemów Smart Grid należy uznać inteligentne liczniki energii elektrycznej. W zależności od modelu wybrać można urządzenia przeznaczone do pracy w instalacjach jedno- i trójfazowych.
Przy odpowiedniej konfiguracji możliwe jest np. wysyłanie do dostawcy zaktualizowanego stanu zużycia energii elektrycznej wraz ze szczegółami dotyczącymi chociażby bieżącego kosztu energii, czy też mocy, napięcia i prądu w dowolnej porze. W efekcie zyskuje się szereg
możliwości w zakresie poprawy poboru energii elektrycznej. Administrator sieci jest natychmiast informowany o przerwie w dostawie energii elektrycznej. Zwraca się uwagę na dwukierunkowy przesył informacji, czyli od dostawcy do odbiorcy i od odbiorcy do dostawcy. W nowoczesnych licznikach oprogramowanie może być aktualizowane zdalnie.
W większości liczników energii elektrycznej uwzględnia się zegar czasu rzeczywistego, dzięki któremu jest możliwe rozliczanie w taryfach wielostrefowych.
Ważna cecha dostępnych na rynku liczników jest modułowa konstrukcja, dzięki czemu system jest dostosowany do indywidualnych wymagań użytkownika i instalacji. Zastosowanie znajduje również wyłącznik mocy. W elektronicznych licznikach energii elektrycznej elementy mechaniczne i indukcyjne zostały zastąpione mikroprocesorem i wyświetlaczami LCD, natomiast pomiar natężenia prądu bazuje na przekładnikach pomiarowych.
Typowy licznik energii przeprowadza pomiar i rejestracje energii elektrycznej w czterech strefach czasowych. Użytkownik za pomocą sygnalizacji jest informowany o zdarzeniach, takich jak otwarcie osłony skrzynki zaciskowej licznika czy zadziałanie polem magnetycznym.
Nowoczesne liczniki energii elektrycznej za pomocą wyświetlacza LCD informują o wynikach pomiarów oraz o realizowanych funkcjach. Istotna cecha urządzeń tego typu jest nie tylko wysoka precyzja pomiaru, ale również niezawodność i stabilność pracy. Nabyć można również liczniki przeznaczone do pracy z instalacjami fotowoltaicznymi.
Dostępne są także modele liczników 3-fazowych, pozwalające na wielostrefowe pomiary energii czynnej w układach bezpośrednich, półpośrednich i pośrednich w sieciach 3- lub 4-przewodowych.
Do zastosowań przemysłowych przeznaczone są z kolei liczniki z obudową do montażu na szynie DIN.
Smart Grid: poziom komunikacji
Typowy licznik jest wyposażony w kilka interfejsów komunikacyjnych. Złącze optyczne pozwala na parametryzowanie i konfiguracje licznika oraz na przesył danych do systemu odczytu danych pomiarowych na potrzeby rozliczeniowe i diagnostyczne. Oprócz tego zastosowanie znajduje interfejs optyczny, współpracujący z modułami komunikacyjnymi. Za pomocą standardu RS-485 lub pętli prądowej informacje mogą być przesyłane na odległość bezpośrednio z licznika.
W systemach odczytu i rozliczania energii zastosowanie także znajdują moduły, które są odpowiedzialne za zbieranie informacji z liczników energii elektrycznej. W następnej kolejności dane zapisują się w pamięci wewnętrznej.
Urządzeniem nadrzędnym w stosunku do modułów są sterowniki odbierające dane z modułów komunikacyjnych. Niejednokrotnie zdarza sie, że urządzenia nadzorujące są w stanie współpracować z systemami BMS i SCADA. Informacje mogą być również zapisywane na kartach pamięci, a następnie kopiowane do komputera.
Bardziej zaawansowane sterowniki są wyposażone w serwery FTP, dzięki czemu istnieje możliwość zdalnego pobierania pliku z wynikami pomiarów. Oprócz tego dane zawarte w pamięci sterownika mogą być automatycznie wysyłane za pomocą poczty elektronicznej. Dostęp może się odbywać także poprzez przeglądarkę internetowa z dowolnego komputera. Ważna cecha takich systemów to przede wszystkim skalowalność. Do jednego urządzenia podłączyć można nawet kilkadziesiąt modułów komunikacyjnych, a do nich z kolei po kilka liczników energii elektrycznej.
Smart Grid: poziom oprogramowania administrującego
System odczytu i rozliczania energii elektrycznej pozwala na bardzo szczegółowe analizy pomiarów, łącznie z rozliczaniem dziennym i godzinowym. Dane mogą być przeglądane w trybie online, dzięki czemu można szybko podejmować decyzje dotyczące optymalizacji
kosztów energii. Istotna cecha kompleksowych systemów rozliczeń energii elektrycznej jest ich elastyczność i otwartość. Tym sposobem zyskuje się możliwość włączania do systemu różnych liczników (np. wody, ciepła).
Na głębszą analizę i przetwarzanie danych pozwalają narzędzia informatyczne.
Dzięki nim zyskuje się możliwość tworzenia zarówno prostych, jak i szczegółowych zestawień. Interesującą funkcję w programach tego typu stanowi zdarzeniowe lub zgodne z harmonogramem dostarczanie raportów do określonej grupy odbiorców.
Dane dostępne są także dla najemców – zarówno za pomocą oprogramowania, jak i paneli operatorskich.
Zalet wynikających ze stosowania takiego rozwiązania jest wiele. Przede wszystkim zwraca się uwagę na dostęp do danych w trybie online oraz na wyeliminowanie błędów, które mogą powstać podczas tradycyjnego odczytywania zużycia energii elektrycznej. Podkreśla się także możliwość przesyłania danych na większe odległości do zdefiniowanego użytkownika. Koszty pracy obniża automatyczne raportowanie i wystawianie faktur.
Smart Grid: kompleksowo
Nowoczesne systemy rozliczania energii zmierzają do kompleksowego nadzoru zużycia wszystkich mediów. Np. odpowiednie technologie pozwalają na zdalny odczyt i ewidencjonowanie poboru wody z instalacji. Na rynku oferuje się dwie możliwości przesyłu informacji – radiową i i magistralową. Systemy przesyłu danych bazują na typowych standardach transmisyjnych, stąd też w razie potrzeby aplikacja może być rozbudowana o kolejne komponenty. Magistrala radiowa Wireless MBUS RADIO jest więc zgodna z normą PN-EN13757, a magistrala MBUS LINE spełnia wymagania norm: PN-EN13757 i PN-EN1434-3. Po stronie użytkownika na system zdalnego odczytu składa się wodomierz i nakładka radiowa lub MBUS. Dla inkasenta z kolei jest istotny moduł radiowy lub magistralowy oraz odbiornik z oprogramowaniem.
Inkasent za pomocą podręcznego komputera PC i odbiornika odczytuje dane z nakładek wodomierzy, zyskując informacje o użytkowniku o wskazaniach wodomierza użytkownika.
Smart Grid: podsumowanie
Mówiąc o zaletach wynikających z wdrożenia inteligentnych systemów pomiarowych, należy mieć na uwadze możliwość bieżącego analizowania zużycia energii i innych mediów z jednoczesnym dopasowaniem szeregu działań pozwalających na zmniejszenie kosztów. Szereg korzyści zyskuje również operator pomiarów. Jest bowiem możliwa automatyzacja procesu odczytów wskazań mierników, a co za tym idzie – niższe koszty wykonania odczytów. Oprócz tego tworzone są bardziej rozbudowane bazy danych.
Nowoczesne rozwiązania pomiarowe idą w kierunku automatycznego reagowania na zapotrzebowanie ze strony odbiorcy i odwrotnie. Istotna role odgrywa zatem dwukierunkowa wymiana informacji pomiędzy odbiorcą a dostawcą określonego medium.
Coraz większym uznaniem cieszą się przy tym systemy EMS (Energy Management System), wchodzące w skład systemów automatyki budynkowej. W efekcie jest możliwe samoczynne wprowadzanie ograniczeń w poborze mocy przez odbiorniki elektryczne, w zależności od informacji pochodzących z zewnątrz wraz z powiadomieniem operatorów systemu o wprowadzonych zmianach.
O autorze: Damian Żabicki – dziennikarz, redaktor, autor tekstów, specjalizujący się w tematyce technicznej i przemysłowej. Specjalista public relations firm z branży technicznej.
Eksperci o Smart Grid
Jacek Parys, dyrektor Pionu Budynków w firmie Schneider Electric Polska: Obszar zastosowań Smart Grid coraz bardziej się powiększa
Rozwiązania Smart Grid znajdują coraz szersze zastosowanie, w szczególności w budynkach. Są integrowane z systemami automatyki budynkowej (BMS), dzięki czemu możliwe jest sprawne zarządzanie wszystkimi procesami w budynku. Analiza zebranych danych pozwala dokładnie monitorować zużycie mediów i dopasowywać je do aktualnych potrzeb. Z naszego doświadczenia wynika, że dzięki temu można zaoszczędzić nawet do 30%.
Jeszcze niedawno systemami automatyki budynkowej, gdzie rozwiązania Smart Grid są powszechnie stosowane, byli zainteresowani głównie najwięksi deweloperzy. Wynikało to przede wszystkim z ogromnych kosztów, jakie wiązały się z zastosowaniem takich systemów. Jednak z roku na rok systemy te tanieją, co sprawia, że stają się coraz bardziej popularne, również wśród właścicieli mniejszych nieruchomości. Niezbędne rozwiązania technologiczne są już dostępne na rynku, ale bez właściwej infrastruktury nie da się ich wykorzystać. Szczególnie ważna jest sieć przesyłowa. Dopiero po zbudowaniu odpowiedniej „twardej” infrastruktury możliwe jest wdrożenie systemów energetycznych i informatycznych, służących lepszemu zarządzaniu energią. Największe korzyści osiąga się bowiem wtedy, gdy energia może być przesyłana pomiędzy budynkami.
W niedalekiej przyszłości rozwiązania Smart Grid będą pomagać integrować pobór energii również ze źródeł odnawialnych. Wówczas analizowanie danych stanie się ważniejsze, gdyż konieczne będzie przełączanie źródła energii z tradycyjnego na te pochodzące np. z paneli słonecznych. Do tego dojdzie jeszcze zarządzanie energią znajdującą się w magazynach energii.
Zintegrowanie tych wszystkich źródeł, rozdysponowanie energii w zależności od aktualnych potrzeb budynku sprawi, że przed rozwiązaniami Smart Grid zostaną postawione jeszcze ambitniejsze zadania.
Smart Grid znajdą również swoje zastosowanie w energetyce odnawialnej, szczególnie wiatrowej, która ma największe szanse rozwoju w Polsce. Moc zainstalowanych elektrowni wiatrowych osiągnie 16,4 GW, moc elektrowni słonecznych wyniesie 5 GW, a wykorzystujących bioenergię – 5,2 GW. Aby zapewnić odpowiednią ciągłość dostaw, konieczne jest np. szczegółowe prognozowanie zużycia energii oraz warunków atmosferycznych, co pozwala odpowiednio zarządzać pracą farmy wiatrowej.
Michał Ajchel, wiceprezes Pionu Rynku Energetyki w firmie Schneider Electric Polska: Smart Grid a inteligentne sieci
Smart Grid jest niezbędnym elementem rozwoju tzw. inteligentnych sieci przesyłowych, których w Polsce wciąż brakuje. Te nowoczesne technologie energetyczne, wspierane informatyką i komunikacją, stanowią doskonałe rozszerzenie podejmowanych obecnie działań na rzecz zwiększenia efektywności energetycznej i dodatkowo podnoszą niezawodność sieci. Co więcej, przy dzisiejszej dynamice zmian zachodzących w energetyce narzędzia informatyczne stają się niezbędne.
Dodatkowo wdrażanie takich technologii, jak magazyny energii, samochody elektryczne, energetyka rozproszona czy niestabilne źródła energii odnawialnej powoduje, że nasze sieci energetyczne stają się coraz bardziej skomplikowane, a zarządzanie nimi wymaga stosowania nowych narzędzi. Podobnie jak kilka lat temu w telekomunikacji, dziś energetyka przeżywa podobną rewolucję technologiczną. Jestem przekonany, że będzie ona korzystna zarówno dla operatorów systemów, jak i odbiorców.
Rozwiązania Smart Grid automatyzują dziś procesy w sieciach przesyłowych. W zależności od zmian zachodzących w systemie kontrolują optymalne parametry i dokonują odpowiednich regulacji i przełączeń w sieci. Takie działania nazywamy wówczas „aktywnymi”.
Nieodłącznym elementem Smart Grid są systemy informatyczne, które pozwalają precyzyjnie monitorować sieci oraz zarządzać nimi w czasie rzeczywistym. Poza takimi funkcjami, jak monitoring i zdalne sterowanie, nowe Zaawansowane Systemy Zarządzania Dystrybucją – ADMS (Advanced Distribution Management System) cały czas czuwają nad optymalną pracą sieci dystrybucyjnej, w tym również nad jej efektywnością energetyczną.
Taki system pozwala monitorować, analizować i sugerować najlepsze rozwiązania.
Autor: Damian Żabicki