Veliki učinki majhnega omrežja

Veliki učinki majhnega omrežja

Siemens je leta 2010 zaključil gradnjo novega sedeža družbe na Dunaju, s postavitvijo mikro omrežja na tej lokaciji pa je izvedel nov vzorčni projekt. Gre za celovit in inteligenten sistem za optimizacijo upravljanja oskrbe z električno in toplotno energijo.

Iz revije Hi!tech 1/20, maj 2020

Pogled nazaj v leto 2010: v enem od severnih dunajskih okrožij odprejo nov sedež podjetja, ki postavlja nova merila na področju energetske učinkovitosti in trajnosti. Za ogrevanje in hlajenje dodatno uporabljajo geotermično energijo, stavba sama pa razpolaga s toplotnimi in hladilnimi zbiralniki. Toplotni izmenjevalci v centralnem tehničnem prostoru stavbe omogočajo do 75-odstotno rekuperacijo toplote iz izpušnih plinov. Toda to je le nekaj vidikov nove stavbe. Naročnik Siemens Real Estate (SRE) si je prizadeval za čim bolj ekološko gradnjo in nepremičnina je zato prejela tudi certifikat EU za zeleno gradnjo ter zlati certifikat LEED. "Ne samo, da je kampus Siemens City v okrožju Florisdorf prva poslovna nepremičnina te vrste v Avstriji, ki je prejemnica tako visokih odlikovanj v smislu varovanja okolja, ampak je bil projekt gradnje v tistem času tudi največji nepremičninski projekt koncerna Siemens kot celote", poudari Franz Mundigler, vodja SRE za Srednjo in Vzhodno Evropo.

Devet let kasneje so na območju kampusa Siemens City zagnali nov edinstven in inovativen projekt, naročnik pa je ponovno SRE. "Če je nova glavna stavba na sedežu podjetja takrat predstavljala prihodnost na področju trajnosti in energetske učinkovitosti nestanovanjskih stavb, želimo z našim trenutnim projektom pokazati pot v prihodnost inteligentnih rešitev za upravljanje energije", razloži Mundigler.

Krmilnik mikro omrežja kot osrednja enota   

Gre za projekt Siemens Campus Microgrid, oziroma postavitve mikro omrežja na območju Siemensovega kampusa, ki se po predhodno uspešno izvedeni poslovni analizi trenutno izvaja na lokaciji družbe Siemens Avstrija na Dunaju. Tam že od jeseni 2019 poteka montaža prvih komponent, ki naj bi od poletja 2020 tvorile inteligentni sistem za optimizacijo upravljanja oskrbe z električno in toplotno energijo na območju sedeža družbe. "Sestavne dele mikro omrežja nadzira inteligentni krmilnik mikro omrežja, ki tako prevzema centralno krmiljenje povezanih naprav in optimira oskrbo z električno energijo glede na konično porabo oziroma izkoriščenost omrežja ter druge parametre v odvisnosti od proizvedene energije", razlaga Werner Brandauer iz oddelka Digital Grid področja Siemens Smart Infrastructure, ki je mikro omrežja raziskoval v ZDA in imel pomembno vlogo pri načrtovanju projekta. V mikro omrežje je priključen tudi Siemensov sistem za upravljanje stavb Desigo,  da se na primer v konicah porabe lahko prilagodi poraba toplote v glavni stavbi in tako optimira celotno delovanje objekta.

Pridobljeni podatki se zbirajo v Siemensovi IoT platformi in tvorijo dragocen bazen informacij za optimizacijo upravljanja porabe s pomočjo rešitev za analizo podatkov. S svojo edinstveno infrastrukturo delujočega industrijskega obrata, sestavljenega iz fotovoltaičnih celic, baterijskih zalogovnikov, krmilnika mikro omrežja, krmiljenja bremen in optimiranih rešitev za polnjenje električnih vozil, projekt ponuja številne možnosti za inovativne raziskave. "S projektom želimo sodelovati pri mednarodnih raziskavah ter pri tem dodatno razvijati specifična področja", poudarja Andreas Lugmaier, vodja raziskovalnega področja Smart Embedded Systems pri Siemens Corporate Technology Avstrija.  

Toda zakaj se je pravzaprav pojavila želja po optimizaciji delovanja lastnega omrežja ter kakšne prednosti to prinaša? "Naraščanje potreb po električni energiji, ki jih poganja sektorsko povezovanje - po eni strani na področju elektromobilnosti, po drugi strani pa na področju toplotne energije -, vedno večja decentralizacija proizvodnje električne energije ter od dobave odvisna fluktuacija ponudbe energije vodijo do vedno večjih izzivov na področju varnega in zanesljivega zagotavljanja električne energije", razloži Gerd Pollhammer, vodja področja Siemens Smart Infrastructure za Avstrijo ter Srednjo in Vzhodno Evropo. "Poleg tega je tu še vse bolj prisotna obveznost za podjetja, da optimirajo svoj ogljični odtis na področju gospodarjenja z energijo", še dodaja Pollhammer. Eden od odgovorov na te izzive so mikro omrežja, saj z lastno proizvodnjo energije (fotovoltaika) in optimizacijo porabe prispevajo k temu, da se izognemo težavam v oskrbi in za omrežje obremenilnim koničnim porabam. 

Z decentralizacijo energetskega sistema pa tudi sam elektroenergetski sistem postaja vedno bolj fleksibilen. Za industrijsko panogo pa tudi za kampuse in večje proizvodne obrate postaja vse bolj zanimiva možnost upravljanja in trženja te fleksibilnosti, ki jo lahko dosežemo z uvedbo inteligentnih rešitev za optimizacijo sistema. Še posebej zmanjšanje porabe v konici oziroma prilagoditev energetskih potreb stroškom na gotovinskem trgu ter zagotovitev fleksibilnosti na rednem trgu električne energije bosta temi, ki bosta v prihodnosti poganjali ta razvoj.   

Tudi Siemensov projekt postavitve mikro omrežja na lastnem kampusu na Dunaju ima možnost, da tako fleksibilnost ponudi trgu električne energije preko agregatorjev. Snovalci projekta so že v zgodnji fazi predvideli, da bi prikazali, kako se s shranjevanjem električne energije lahko zmanjša konično porabo električne energije iz distribucijskega omrežja - s pomočjo visoko natančnih rezultatov meritev. "S tem razbremenimo nadrejeno distribucijsko omrežje in hkrati zmanjšamo pavšalno tarifo, ki jo moramo obvezno plačati za uporabo elektroenergetskega omrežja. Poleg tega imamo tudi baterijsko shranjevalno enoto, ki je v tej obliki prvič v uporabi v evropskem merilu in za katero predvidevamo udeležbo na izravnalnem trgu elektrike, na katerem se trguje s storitvami izravnave", pojasni Robert Tesch, vodja Siemensove enote Digital Grid and Distribution Systems za Avstrijo in Srednjo in Vzhodno Evropo. 

Ta vzorčni projekt Siemensa Avstrija je tudi primer, kako lahko mikro omrežja prispevajo k integraciji elektromobilnosti v obstoječe lokalno distribucijsko omrežje, ne da bi pri tem morali dodatno razširiti omrežje. To je možno s pomočjo inteligentnih komponent za upravljanje bremen. "V nasprotnem primeru bi, na primer, dodatna namestitev električne polnilnice vodila neposredno v dvigovanje omrežnih tarif, ki pa se jim z inteligentnim izravnavanjem lahko izognemo", pojasnjuje Werner Brandauer. Tako se na večjem delu električnih polnilnic v kampusu izvajajo meritve, pridobljeni podatki pa se ovrednotijo glede načina polnjenja vozil ter tudi vedenja uporabnikov teh polnilnic.

~100 ton CO2 letno se prihrani s pomočjo fotovoltaičnih naprav, vključenih v mikro omrežje

Del 1600 m2 velike fotovoltaične instalacije z največjo močjo 312 kW.

Napredno upravljanje polnjenja 

Z vse večjo prisotnostjo elektromobilnosti bodo za industrijska podjetja s parkirišči za zaposlene, parkirne hiše, parkirišča po sistemu 'parkiraj in se pelji' ter nakupovalne centre in velike stanovanjske soseske te teme v prihodnosti vse bolj zanimive. Uporaba e-hranilnika v kombinaciji s krmilnikom mikro omrežja z namenom upravljanja morebitnih konic porabe Siemensu omogoča razvoj naprednih rešitev za upravljanje parkirišč oziroma polnilnih mest za električna vozila z upoštevanjem vzorcev porabe. Del polnilne infrastrukture, ki jo sestavljajo Siemensovi produkti, je tudi sistem za inteligentno polnjenje vozil. Ta med samim polnjenjem omogoča prilaganje moči, potrebne za polnjenje vozil, ki pa se jo v kombinaciji s krmilnikom mikro omrežja lahko uporabi tudi za optimizacijo konične porabe v celotnem omrežju. Nadalje bo v okviru polnilne infrastrukture za električna vozila izveden tudi vzorčni prikaz modularne zbiralke za garaže. Polnilna infrastruktura za električna vozila tako lahko organsko raste skupaj z razvojem elektromobilnosti.

Z mikro omrežjem na kampusu, ki je rezultat dolgoletnih izkušenj in spoznanj področja Siemens Smart Infrastructure na področju upravljanja stavb ter elektrodistribucijskega omrežja, je Siemensu uspelo postaviti osupljiv primer, s katerim lahko svojim kupcem med drugim demonstrira delovanje in uporabnost rešitev za mikro omrežja in elektromobilnost. Vizualizacijski vmesnik prikazuje rezultate analize podatkov iz najpomembnejših komponent sistema. "Trenutno največja zmogljivost v projekt vključenih fotovoltaičnih naprav znaša 312 kWp. Z njimi prihranimo okoli 100 ton ogljikovega dioksida letno in tako občutno zmanjšamo lasten ogljični odtis", Gerd Pollhammer opozarja na ta pomemben trajnostni vidik projekta. 

Poleg že omenjenih posebnosti projekta je potrebno omeniti tudi načrtovane pilotne inštalacije za komunikacijo med napravami mikro omrežja. Komunikacija bo potekala preko Pre5G omrežja na kampusu, kar pomeni, da je za mikro omrežje že na voljo posebno frekvenčno območje, ki bo omogočilo hitrejšo izmenjavo informacij med krmilniki in merilnimi točkami oziroma polnilnimi postajami z zagotovljeno podatkovno hitrostjo in majhnimi pojemki. "V sodelovanju z našima partnerjema Nokia in A1 želimo prikazati, kako bomo v prihodnosti v mikro omrežjih lahko izkoristili prednosti tehnologije 5G oziroma jo realizirali z manj kablov in krajšimi časi prenosa", pravi Brandauer.  

Kot je razvidno iz primera na začetku tega prispevka, ima Siemens širši pogled na trajnost, saj je ta koncept upošteval v vseh fazah novogradnje - pri načrtovanju, gradnji in obratovanju. Tako tudi ne preseneča, da gre projekt mikro omrežja še en korak dlje: v obliki lastnega projekta krožnega gospodarstva, ki vključuje tudi Siemensove vajence. "V okviru projekta bi radi preverili možnosti ponovne uporabe akumulatorjev iz požarnih naprav, ki jih moramo zamenjati vsake dve leti, oziroma njihovo integracijo v avtonomno polnilnico za električna vozila z napajanjem iz fotovoltaične naprave. Na tej podlagi želimo oblikovati priporočila za možno drugo življenje akumulatorjev v obliki krožnega gospodarstva", pravi Markus Stelzhamer, vodja kakovosti pri Siemens Avstrija. Projekt krožnega gospodarstva poteka v sodelovanju z oddelkom Siemens Professional Education. Izkušnje iz tega projekta naj bi se uporabile v okviru izobraževanja strokovnih kadrov Siemensa ter tako obogatile prihodnje izobraževalne programe na področju trajnostnih energetskih rešitev.

Na večini polnilnih mest v mikro omrežju se izvaja merjenje in krmiljenje. Tako se med drugim pridobivajo podatki o načinu polnjenja vozil.

Sestavni deli mikro omrežja na Siemensovem kampusu

  • Fotovoltaične naprave, skupno 1.600 m² in 312 kWp
  • Baterijski akumulatorji podjetja Fluence (Siemens-Joint Venture), kapaciteta shranjevanja: 500 kWh, moč: 500 kW 
  • Siemensove polnilnice za električna vozila
  • Siemensov sistem za upravljanje stavb Desigo
  • Siemensovi krmilniki mikro omrežja 
  • Dodatno: Pre5G omrežje na kampusu in projekt krožnega gospodarstva