SMART podružné meranie spotreby elektrickej energie
Je všeobecne známe, že spotreba elektrickej energie vo svete neustále stúpa. Napriek tomu, že väčšina výrobcov elektrických spotrebičov vyrába energeticky úsporné zariadenia, naše požiadavky na elektrickú energiu rastú. Rast spotreby energie je spôsobený aj rozvojom podnikov a celkovým hospodárskym rastom. Samozrejme, snahou každého je náročnosť na spotrebu elektrickej energie znižovať a tým si znižovať prevádzkové náklady. Nemenej dôležité je aj byť šetrný k životnému prostrediu, keďže časť elektrickej energie sa dnes stále vyrába z neobnoviteľných zdrojov.
Pokiaľ chceme znižovať naše nároky na elektrickú energiu, musíme ale poznať miesta, kde dochádza k najväčšej spotrebe. To sa inak ako bez detailného merania nedá. Aj pri manažmente spotreby energií sa dá totiž aplikovať pravidlo: „Ak to nemôžete merať, nemôžete to vylepšiť.“, (Peter Drucker, moderný biznis manažment).
Výrobná prevádzka, budova, domácnosť obvykle disponuje len jedným miestom merania spotreby elektrickej energie a tým je meracie miesto dodávateľa. Ten nám poskytuje len jeden sumárny účet za odobratú energiu, no na základe toho nevieme identifikovať jednotlivé oblasti, kde je spotreba vyššia. Bez detailných informácií nemusí byť možné jednoducho určiť, kde je potenciál zníženia našej spotreby.
Tu nám môže v riešení problému výrazne pomôcť takzvané podružné meranie. Umožní nám merať jednotlivé celky, časti a následne identifikovať miesta s vyššou spotrebou. Optimalizačné opatrenia potom môžeme aplikovať cielene tam, kde je to najviac potrebné.
Príklady niektorých oblastí, kde má zmysel SMART podružné meranie
Jedným z príkladov, kde podružné meranie umožní energetickým manažérom sledovať skutočnú energetickú náročnosť výroby sú priemyselné podniky. V rámci podniku tak umožňuje sledovanie spotrieb jednotlivých priemyselných areálov, prevádzok ale aj jednotlivých strojov v prevádzkach. V tejto oblasti je sledovanie veľmi dôležité, nakoľko spotreba energie sa môže odzrkadliť aj vo výslednej hodnote vyrábaných produktov.
Ďalším miestom, kde by prevádzka bez podružného merania bola veľmi zložitá a prípadne aj nákladná sú administratívne, komerčné budovy alebo nákupné centrá s viacerými nájomníkmi. Správa týchto budov navyše môže sledovať aj spotrebu spoločných technologických zariadení ako napríklad vykurovanie, vzduchotechnika, výťahy/eskalátory, osvetlenie a podobne. Podklady z merania slúžia správcom budov pre rozúčtovanie nákladov nájomníkom.
Budovy vo vlastníctve a správe miest, verejnej správy sú príkladom, kde podružné meranie umožňuje priebežne sledovať spotrebu a odhaliť tak napríklad neobvyklé zvýšené požiadavky a analyzovať ich príčinu skôr ako na konci fakturačného obdobia, prípadne niekoľkých takýchto období.
Súčasťou dopravnej infraštruktúry autobusovej a vlakovej dopravy sú aj príslušné obslužné budovy ako stanice, čakárne, nástupištia alebo odbavovacie terminály. Správa týchto budov predstavuje veľké množstvo objektov so spotrebou elektrickej energie. Priebežné sledovanie podružným meraním a analýza môže odhaliť napríklad výpadky napájania vo vzdialených lokalitách bez obslužného personálu. Tiež umožní sledovať náklady na jednotlivé objekty a vzhľadom na využitie cestujúcimi zhodnotiť ich efektivitu.
Technologické riešenie SMART podružného merania
Podružné meranie sa obvykle realizuje zaradením ďalšieho elektromeru pred časť elektrickej siete daného celku, za elektromer dodávateľa elektrickej energie. Tento elektromer môže byť certifikovaným (fakturačné účely) alebo necertifikovaným meradlom. Obvykle sa využívajú trojfázové elektromery, ale pre menšie časti sietí, alebo konkrétne spotrebiče sa môže jednať aj o jednofázové.
Ďalšou dôležitou časťou podružného merania je získavanie údajov z elektromerov. Klasický spôsob odpočtov vyžaduje náklady na ľudské zdroje ale potenciálne vnáša chyby spôsobené ľudským faktorom. Takto získané dáta sú získavané len raz za relatívne dlhšie časové obdobie. Jedným z hlavných prínosov SMART merania je okamžitý prehľad o spotrebe na meracích miestach. V SMART meraní je možné namerané dáta zbierať vo výrazne kratších časových intervaloch a zasielať ich automaticky do centralizovaného manažmentu - aplikácie. Navyše dokáže úplne eliminovať odpočty jednotlivých elektromerov obslužným personálom.
Možné spôsoby pripojenia elektromeru podružného merania k centrálnej aplikácii:
- Vzájomné káblové prepojenie elektromerov cez zbernicu, prepojenie zbernice s aplikáciou cez bránu/prevodník rozhraní
To je aplikované obvykle tam, kde sa s inštaláciou podružného merania počítalo už pri budovaní elektrickej inštalácie a technického zabezpečenia budov, prevádzky a pod.
- Bezdrôtové pripojenie (WiFi, LoRaWAN, 4G, NB-IoT, Sigfox) alebo pripojenie do IP siete cez prevodníky rozhraní
Tento spôsob je možné aplikovať v prípadoch doplnenia podružného merania do existujúcich rozvodov, alebo tam, kde by prípadná inštalácia vedenia zbernice bola neekonomická. S výhodou sa využíva v prípadoch, kde sa jedná o väčší počet jednotlivých miest v rôznych lokalitách.
Aké informácie vieme obvykle z „connected“ elektromeru získavať ?
- Spotreba ale aj dodávka energie
- Okamžitý odber činnej a jalovej energie
- Napätia a prúdy jednotlivých fáz – napr sledovanie rozloženia zaťaženia jednotlivých fáz
- Frekvencia
- Účinník
Centrálna aplikácia pre SMART podružné meranie
Úlohou centrálnej aplikácie je ukladať a vyhodnocovať namerané dáta. Príkladom môže byť výpočet nákladov pre konkrétne meracie miesto podľa taríf dodávateľa elektrickej energie. V prípade prekročenia obvyklého odberu energie môže byť zodpovedná osoba upozornená na neštandardnú situáciu. Aplikácia tiež môže prediktívne upozorniť na možné prekročenie bežnej mesačnej spotreby vzhľadom na doterajšiu aktuálnu spotrebu. Rovnako aj pri neočakávane zvýšenom odbere, ktorý môže znamenať neobvyklú situáciu – napr. zvýšený odber strojov výrobnej linky – spôsobené buď zvýšením ich záťaže, alebo poruchou. V odľahlých miestach merania môže napríklad upozorniť na neoprávnené odbery energie ale aj na nefukčnosť elektrických zariadení.
Samozrejmosťou je možnosť vygenerovať reporty spotreby za zvolené časové obdobie, ale aj sledovanie histórie ďalších parametrov siete (napätia, prúdy, účinník). Uložené dáta je možné exportovať pre ďalšie spracovanie v riadiacich alebo ekonomických systémoch zákazníka. Pre energetikov spoločností, správcov, nájomníkov, jednotlivé prevádzky alebo divízie je k dispozícii online prístup k aktuálnym a historickým dátam z počítača alebo mobilných zariadení.
Riešenie SMART podružného merania s Libelium Waspmote Plug & Sense!
V nasledujúcej časti si popíšeme príklad riešenia podružného merania s elektromerom s rozhraním RS485/Modbus RTU (Schrack, ABB alebo iný). Ako prevodník z tohoto rozhrania, vyčítanie požadovaných veličín a hodnôt a odoslanie dát cez sieť LoRaWAN je použitý Libelium Waspmote Plug & Sense! s týmito parametrami:
- Model s RS485/Modbus RTU rozhraním pre pripojenie jedného alebo viacerých elektromerov
- LoRaWAN modul
- Napájanie 230/5V s minimálnou spotrebou – dôležité je samotným meraním spotreby nezvyšovať samotnú spotrebu
- Stupeň krytia: IP65
- Odolnosť voči nárazu: IK08
- Izolačné napätie striedavé: 690 V
- Izolačné napätie jednosmerné: 1000 V
- Teplota okolia (min.): -30 °C*
- Teplota okolia (max.): 70 °C*
*Tieto teploty sú odporúčané len ako krátkodobé teploty. Pre bežné použitie sa odporúča rozsah teplôt: -20, +60 ºC.
Hlavnými oblasťami použitia tohoto modelu je ochrana perimetra objektov, detekcia prítomnosti vody, detekcia stavu dverí a okien. Integrované relé umožňuje ovládať externé elektrické zariadenia. Zoznam pripojiteľných senzorov k tomuto modelu:
- IR pohybový senzor
- Dverný a okenný kontakt (v tomto riešení podružného merania vhodné napr. na detekciu otvorenia elektrického rozvádzača)
- Prítomnosť vody
- Hladina vody/kvapalín
- Prietok kvapalín
- Teplota, relatívna vlhkosť, atmosférický tlak vzduchu
- Senzor osvetlenia (možnosť inteligentne ovládať osvetlenie)
- Ultrazvukový senzor (vzdialenosť predmetov, prekážok, atď.)
Hardvérová platforma Libelium Waspmote Plug & Sense! je vysoko modulárna, je ju možné na požiadanie osadiť aj inými komunikačnými modulmi (napr. 4G, NB-IoT, WiFi, Sigfox, XBee).
Programové vybavenie Libelium Waspmote Plug & Sense! vyvíjame vždy na mieru podľa konkrétných požiadaviek zákazníka a aplikácie. Touto fexibilitou získavate veľkú výhodu oproti konkurenčným zariadeniam, ktoré nemajú možnosť takýchto úprav firmvéru.
Dáta z Libelium Waspmote Plug & Sense! sú posielané cez LoRaWAN sieť poskytovateľa v 5 minútových intervaloch do aplikačného servera. Na aplikačnom serveri sú dáta v centrálnej aplikácii prepočítavané podľa aktuálnej tarify a vizualizované.
Pokiaľ Vás toto riešenie zaujalo, prípadne máte iné otázky k smart IoT riešeniam, neváhajte kontaktovať náš IoT team