Енергетична трансформація на промисловому підприємстві – Мікромережа в WAGO ELWAG

Протягом багатьох років ми є свідками трансформації польського енергетичного сектору, який з вугільних джерел все більше покладається на «зелені» джерела енергії. Варто, однак, зазначити, що останнім часом все більше викристалізовується новий вимір енергетичного переходу, який відбувається з боку споживачів енергії. Протягом кількох років ми спостерігаємо стрімкий розвиток просьюмерських фотоелектричних установок на дахах житлових будинків. Зараз зростає інтерес до нового підходу до промислового енергоменеджменту. Прикладом цього є реалізація мікромережі в офісно-виробничому комплексі WAGO у Врубловіце поблизу Вроцлава.

“Ми вже маємо досвід інвестицій наших клієнтів, але ми також хотіли, щоб інсталяція у Врубловіце стала зразковим проектом, який не тільки відповідав би нашим екологічним та економічним цілям, але й слугував для набуття досвіду та переконання тих, хто ще не визначився з вибором.”

Яцек Вожняк

Директор з продажу WAGO

З моменту заснування WAGO турбота про навколишнє середовище, людей та їхній добробут у повсякденному житті записана в її ДНК. Водночас компанія постачає на ринок, серед іншого, рішення для регулювання, комунікації та управління енергетичними потоками. Тому, коли було прийнято рішення про розширення нашого виробничого центру та офісної будівлі у Врубловіцах, виникла ідея побудови мікромережі, що складається з власного джерела генерації, тобто фотоелектричної установки, сховища енергії та створення всієї інфраструктури для управління цими ресурсами.

На першому етапі інвестицій на ділянці площею 16 га було збудовано два сучасні виробничі цехи загальною площею 12 000 квадратних метрів та офісну будівлю. Коли розпочався другий етап, було збудовано цех площею майже 9 000 кв. м, присвячений переважно автоматизованому виробництву, та 4-поверхову офісну будівлю площею майже 5 000 кв. м.

З самого початку будівництва підприємство у Врубловіце було оснащено технічними рішеннями для поліпшення енергоменеджменту, включаючи облік комунальних послуг та сучасну систему BMS – WAGO VISU BUILDING. Енергоефективне світлодіодне освітлення на основі стандарту DALI було інтегровано в систему будівлі, керовану власною системою WAGO Lighting Management, яка полегшує організацію освітлення у виробничих цехах і знижує витрати, пов’язані з освітленням об’єктів. Такий підхід означав, що, розглядаючи інвестиції в будівництво мікромережі, компанія вже мала дані, які дозволяли провести надійну техніко-економічну оцінку запланованої інвестиції.

Рішення, яке було розроблено на заводі WAGO у Врубловіце, базується на розробленій компанією концепції мікромережі, яка включає в себе:

Власне джерело генерації – фотоелектрична електростанція потужністю 700 кВт
Накопичувач енергії потужністю 100 кВт та 138 кВт-год
Інфраструктуру для зарядки електромобілів з системою управління навантаженням на мережу
Система моніторингу та управління енергією
Система BMS/SCADA

Мікромережа на підприємстві WAGO

Під мікромережею ми розуміємо системне рішення для поєднання споживання енергії з її локальним виробництвом. Таким чином, мікромережа – це система електропостачання на промисловому підприємстві, інфраструктурному об’єкті або логістичному комплексі, яка, з одного боку, інтегрована в комунальну електромережу, а з іншого – складається з розподілених енергоресурсів, таких як фотоелектричні установки, вітрові турбіни, когенераційні системи або системи зберігання енергії. Окремі компоненти генерації та споживання системи інтегровані та контролюються на постійній основі за допомогою програмних засобів та комунікаційних технологій. Реалізуючи концепцію мікромережі, ми виділили кілька ключових функціональних напрямків:

Експлуатація точки підключення до електромережі
Управління та регулювання відновлюваного джерела енергії
Управління накопичувачами енергії
Моніторинг та управління енергією
Управління пунктами зарядки електромобілів
Інтеграція, управління та аналіз

Обслуговування пункту приєднання до мережі

Пункт приєднання до мережі є надзвичайно важливим місцем. Це точка контакту і водночас розмежування між електричною мережею та електроенергетичною системою компанії. Те, що відбувається в мережі, впливає на систему, а те, що відбувається в системі, впливає на мережу. Цей взаємозв’язок означає, що розширення системи підприємства власними генеруючими потужностями, накопичувачами енергії або іншими елементами створює виклики як для оператора системи розподілу (ОСР), так і для інвестора або власника локальної установки.

Як відомо, основним завданням ОСР є забезпечення стабільної роботи системи та гарантування параметрів якості електроенергії в точці приєднання до мережі споживача енергії. З точки зору інвестора, з іншого боку, основним завданням є виконання вимоги щодо роботи локальної генерації у спосіб, що не порушує стабільність системи – тобто відповідно до вимог мережевого кодексу NC RfG.

Іншим важливим аспектом є забезпечення безпеки експлуатації локальної генеруючої системи з урахуванням стандартів електроенергетичної автоматики релейного захисту (Electricity Assured Automation, EAZ). Важливою також є інтеграція локальної автоматики захисту з системою SCADA оператора системи розподілу таким чином, щоб забезпечити можливість телемоніторингу та телеконтролю.

Виконання вищезазначених завдань можливе за умови дотримання детальних технічних вимог, описаних оператором системи розподілу (ОСР) в умовах приєднання до мережі.

Для того, щоб відповідати цим умовам, WAGO розробила та погодила з ОСР проект, згідно з яким було модернізовано точку приєднання до мережі (модернізація секції розподільчого пристрою середнього струму, модернізація систем обліку). Ми також внесли необхідні зміни в енергосистему компанії від сторони низької напруги, щоб мати можливість інтегрувати фотоелектричну інсталяцію та накопичувачі енергії. Спосіб, у який ці установки інтегровані в нашу локальну мережу, з одного боку, відповідає вимогам ОСР, а з іншого боку, гарантує, що ми можемо оптимально розподіляти енергію з нашого власного модуля генерації в мережі компанії. Пріоритетним завданням є посилення власного споживання та, за необхідності, періодичне зниження попиту на електроенергію, а також можливість виводити енергію в мережу оператора розподільчих мереж через модернізоване з’єднання середнього струму.

Управління та контроль джерела відновлюваної енергії та сховища енергії

На даху одного з виробничих цехів площею майже 9 000 метрів було створено установку, що складається з понад 1 600 панелей, з’єднаних у 63 контури, з яких енергія постійного струму перетворюється в енергію змінного струму за допомогою 7 інверторів потужністю 100 кВт кожен. Для відбору енергії від інверторів та її подачі в енергосистему компанії було спроектовано окремий/новий низьковольтний розподільчий пристрій. На додаток до семи споживчих секцій, до яких підключаються інвертори фотоелектричної станції, вона також обладнана однією секцією для підключення накопичувача енергії. Таким чином, вона може живити накопичувач енергії, а також отримувати енергію зі сховища.

Порівняння прогнозованого виробництва енергії на власній фотоелектричній установці з потребами підприємства в енергії показало, що на підприємстві WAGO бувають періоди, коли ми можемо виробляти більше енергії, ніж нам потрібно в певний момент часу. Накопичення цих тимчасових надлишків і використання їх у моменти підвищеного попиту на енергію збільшує власне споживання і дозволяє нам краще використовувати дешевшу енергію з нашого власного джерела. Звідси й рішення придбати контейнерну систему зберігання енергії NRG потужністю 138 кВт-год/ 100 кВт.

Наша установка потужністю 802,52 кВт (702,52 кВт PV + 100 кВт накопичувач енергії) класифікується як модуль генерації типу B, і підключення її до мережі оператора розподільчих мереж вимагає інтеграції з системою SCADA оператора з дотриманням стандарту автоматизації аварійних відключень електроенергії та здійсненням регулювання відповідно до вимог кодексу NC RfG. Системою регулювання/телемеханіки, узгодженою з ОСР, є рішення Solar Park Management – сертифікований контролер джерела ВДЕ на базі PLC WAGO та програмної бібліотеки Power Plant Control. Варто зазначити, що це рішення вже використовується в сотнях фотоелектричних установок в комерційній енергетиці та промисловості.

Енергетичний моніторинг та управління

Облік енергії на виробничому підприємстві найчастіше асоціюється з аналізом та обліком витрат на виробництво. Однак рішення про створення мікромережі означає, що доступ до поточних та історичних даних про споживання та виробництво енергії, а також до даних про параметри мережі, безумовно, набуває все більшого значення.

На заводі WAGO у Врубловіце доступ до поточних та історичних даних споживання забезпечує система SCADA, яка показує використання та розподіл енергії. На локальному/об’єктовому рівні рішенням, що надає дані, є WAGO Energy Data Management (EDM), яке підключено до окремої секції технологічної установки або розподільчого щита. Для того, щоб мати можливість управляти енергією на основі реальних даних, у Врубловіце ми вирішили включити в моніторинг також блок генерації та зберігання енергії.

Центральний блок з додатком EDM (WAGO Edge Controller) виконує роль концентратора сигналів і сервера даних. Через послідовний порт RS485 він циклічно опитує двонаправлені лічильники енергії, надаючи інформацію про потоки енергії від інверторів фотоелектричної інсталяції та потоки енергії до і від накопичувачів енергії. WAGO Edge Controller має два вбудовані порти Ethernet. Один використовується безпосередньо для зв’язку з модулем I/O WAGO (мережевий інтерфейс Modbus TCP/IP 750-362 з картами цифрових входів). Модель дозволяє контролювати стан вимикачів розподільчого пристрою.

Другий порт контролера підключений до свіча. Через нього здійснюється зв’язок додатка EDM Edge Controller:

з мережевим аналізатором вихідної потужності фотоелектричного розподільчого пристрою – загальна потужність/енергія, спожита/отримана генеруючою установкою,
з мережевими аналізаторами класу А з пунктом підключення до мережі (через мережу Ethernet станції)
з локальною панеллю оператора – синоптичні відображення, що надаються EDM у вигляді веб-сторінок (відображення режимів роботи та енергетичних потоків всередині енергоблоку, енергії, що відпускається в мережу або відбирається з мережі),
з системою SCADA/BMS – надання показань, необхідних для відображення енергетичної частини модуля генерації в існуючій системі SCADA/BMS.

Управління зарядними пунктами для електромобілів

Наразі на об’єкті WAGO у Врубловіце є два зарядні пристрої для зарядки електромобілів – загалом чотири зарядні пункти потужністю 22 кВт – і зарядний пристрій для електричних велосипедів. Одночасно ведеться підготовка технічної інфраструктури для встановлення наступних станцій, щоб мати можливість задовольнити попит на послуги зарядки в майбутньому, а також законодавчі вимоги.

Беручи до уваги розвиток зарядної установки та необхідність ефективного управління зарядною інфраструктурою та її вписування в енергетичний профіль компанії, ми вирішили запустити у Врубловіце динамічну систему управління потужністю зарядки електромобілів. Ми реалізували її на основі власного рішення WAGO Load Management, яке ми інтегрували з іншими елементами нашої енергетичної мікромережі (фотоелектрична електростанція, накопичувач енергії, система SCADA).

WAGO Load Management – це рішення, яке не потребує складної інтеграції. Воно складається з готового до використання контролера (PLC) WAGO та пов’язаного з ним готового до використання керуючого додатку, параметри якого налаштовуються через веб-браузер. Система інтегрована в мікромережу WAGO через лічильники енергії, встановлені в ключових точках системи для моніторингу потужності та енергетичного балансу.

Рішення безперервно розраховує енергетичний баланс на основі безперервних показань лічильників і на основі цих розрахунків, визначених сценаріїв використання зарядної інфраструктури та прав/пріоритетів окремого користувача, безперервно розподіляє зарядну потужність для кожної зарядної точки індивідуально. Це дозволяє оптимально використовувати зарядну інфраструктуру та потенціал електроенергетичної системи, не створюючи «піків» попиту на електроенергію. Ще однією корисною особливістю використовуваного рішення є адміністративна інформація. Доступний логгер надає історію зарядок, здійснених авторизованими користувачами.

Інтеграція, управління та аналіз

При будівництві мікромережі у Врубловіце ми мали на меті вивести модернізовану енергетичну інфраструктуру на новий, вищий технічний рівень, що не тільки надасть нам більшої автономії та гнучкості в управлінні енергією завдяки кращій відповідності вимогам енергетичного ринку, що динамічно змінюється, але й допоможе нам здійснювати більш стійке виробництво, засноване також на енергії з відновлюваних джерел.

При будівництві мікромережі ми отримали взаємну вигоду від синергетичної співпраці з нашими партнерами та клієнтами на ринку електроенергії – проектними бюро, компаніями, що виготовляють розподільчі пристрої, компанією, що спеціалізується на проектуванні та будівництві сонячних електростанцій або електричних підрядах. Ми також використали власну технічну компетенцію та досвід у виконанні подібних завдань для наших клієнтів.

Нам також допоміг потенціал наявних власних рішень, які підтримують ключові сфери енергосистеми/мікромереж з точки зору автоматизації, і які ми застосували на нашому об’єкті

в точці приєднання до мережі – концентратори телемеханіки – підключення до систем SCADA оператора системи розподілу,
в частині регулювання потужності генерації в точці приєднання до мережі – рішення Solar Park Management – регулювання відповідно до вимог мережевого кодексу NC RfG,
у частині моніторингу комунальних послуг – весь спектр рішень – від систем обліку на основі двонаправлених лічильників енергії або аналізаторів мережевих параметрів через систему концентратора даних лічильників і технологічних даних WAGO Energy Data Management до інструментів звітності, доступних в системі SCADA,
у частині E-mobility – рішення для динамічного балансування навантаження, що генерується інфраструктурою зарядки електромобілів – WAGO Load Management,
у частині зберігання – технології зв’язку та управління на основі контролеру (PLC) та відкрите середовище розробки, що дозволяє створювати ефективні системи управління енергією на рівні накопичувачів енергії (EMS).

Підсумок

Динамічні зміни, що відбуваються на енергетичному ринку протягом останніх кількох років, та технологічний розвиток, що їх супроводжує, створюють нові можливості для промислових компаній та інших енергоємних споживачів. Наш досвід показує, що скористатися цими можливостями, безумовно, непросто. Однак, і це слід підкреслити, це виклик, який згодом принесе великі вигоди.

Варто також зазначити, що рішення, які використовує WAGO, здатні працювати автономно. Це дозволяє впроваджувати їх поетапно. З іншого боку, слід додати, що інтеграція окремих рішень і координація їх роботи здатна принести додаткові матеріальні вигоди і споживчу вартість.

Оригінал статті: https://www.wago.com/pl/mikrosieci/mikrosiec-wroblowice