Koncepcja organizacji systemów zarządzania energią w sieciach automatyki budynkowej

Tradycyjna koncepcja systemów elektroenergetycznych bazuje zasadniczo na jednokierunkowym, przepływie mocy – od wytwórców (elektrownie) do odbiorów końcowych – przemysłowych i indywidualnych. Model ten nadal funkcjonuje w większości krajów świata. Jednak w okresie ostatnich kilkunastu lat obserwowany jest znaczący wzrost udziału tzw. generacji rozproszonej, opartej o różnego typu źródła odnawialne: farmy wiatrowe, elektrownie słoneczne itp. W efekcie ich pracy, w systemach elektroenergetycznych naruszona zostaje równowaga bilansu mocy i pojawia się konieczność dynamicznego zarządzania jej przepływami. Bodźcem determinującym zamiany w zarządzaniu i organizacji dotychczas istniejących systemów elektroenergetycznych jest również polityka energetyczna Unii Europejskiej, ukierunkowana na ograniczenie zużycia energii oraz redukcję emisji szkodliwych substancji (w tym w szczególności CO2) do atmosfery o 20% i zwiększenie o 20% udziału w systemie energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych do poziomu 20% do roku 2020. Należy zauważyć, że w kolejnej perspektywie rozwojowej do roku 2030 wymogi w tym zakresie będą jeszcze bardziej restrykcyjne.

W celu sprostania wspomnianym wymaganiom niezbędne jest wprowadzenie w systemach elektroenergetycznych różnych narzędzi wspierających monitoring zużycia energii, rozpływu mocy i dynamicznego zarządzania energią dostępną w systemie. Implementacja tych rozwiązań wymaga istotnych zmian nie tylko w obszarze samego systemu wytwarzania i dystrybucji energii, ale również jej konsumpcji. Szczególnym elementem tego systemu są zatem odbiorcy, w tym budynki: komercyjne, użyteczności publicznej, prywatne. W wielu tego typu obiektach istnieją już i z powodzeniem funkcjonują zaawansowane, sieciowe systemy monitoringu, sterowania i zarządzania (ang. Building Management Systems – BMS), obsługujące urządzenia i podsystemy infrastruktury budynkowej (np. oświetlenie, HVAC, kontrola dostępu i inne). W większości dotychczasowych zastosowań realizowane przez nie funkcjonalności ukierunkowane są na podniesienie komfortu użytkowania pomieszczeń w budynku, zapewnienie wyższego poziomu bezpieczeństwa osób i urządzeń oraz optymalnych warunków pracy i wypoczynku ludzi. W ostatnich kilku latach zrodziła się idea wykorzystania infrastruktury systemów BMS do integracji obsługi zdalnych systemów pomiarowych i monitoringu zużycia energii elektrycznej i innych mediów. Producenci urządzeń pomiarowych i automatyki budynkowej wprowadzili do swej oferty nowe moduły i urządzenia dla tego typu zastosowań. Ponadto zaczęto analizować możliwości wykorzystania funkcjonalności automatyki w budynkach w celu ograniczenia zużycia energii i mediów.

Wśród działań ukierunkowanych na zwiększenie efektywności energetycznej budynków podjęto prace w obszarach dotyczących opracowania nowych, energooszczędnych technologii dla urządzeń infrastruktury budynkowej oraz zdefiniowania wytycznych konstrukcji i integracji systemów zarządzania energią (Energy Management Systems – EMS), jej dystrybucji, monitoringu i sterowania urządzeniami w budynkach, zależnie od potrzeb użytkowników, środowiska, przy zachowaniu wymaganego poziomu komfortu i bezpieczeństwa. W budynkach wyposażonych w systemy automatyzacji i sterowania, funkcje EMS mogą być ściśle zintegrowane w ramach ich infrastruktury. Użytkownicy i zarządcy budynków zyskują w ten sposób nowe narzędzie monitoringu zużycia energii i mediów, bez konieczności instalowania dodatkowej, dedykowanej sieci, modułów systemowych itp. Liczniki i moduły monitorujące, z odpowiednimi interfejsami sieciowymi do standardowych sieci automatyki budynkowej poziomu obiektowego, są bezpośrednio przyłączane do sieciowych kanałów komunikacyjnych. Takie zintegrowane rozwiązanie umożliwia wykorzystanie danych generowanych przez liczniki i moduły monitorujące parametry zasilania lub też wyników ich przetwarzania w lokalnych serwerach czy w systemie nadrzędnym, bezpośrednio jako parametrów do zrealizowania funkcji sterowania, dostępnych na poziomie obiektowym. Umożliwia to również organizowanie zaawansowanych scenariuszy sterowania np. oświetleniem czy ogrzewaniem/wentylacją pomieszczeń zależnie od obecności osób lub innych parametrów zewnętrznych (temperatur, intensywność oświetlenia, stężenie CO2 itp. – sygnały z rozproszonych na obiekcie czujników), jednakże dodatkowo z uwzględnieniem sygnałów i danych dotyczących zużycia energii, poziomów obciążenia obwodów zasilających, okresów z różnymi taryfami cen energii itd. Taka funkcjonalność otwiera nowe obszary w zakresie poprawy efektywności energetycznej budynków, obniżenia ich kosztów eksploatacyjnych, poprawy funkcji użytkowych współczesnych budynków, zwłaszcza użyteczności publicznej, komercyjnych, biurowych oraz przemysłowych. Ponadto możliwe staje się zarządzanie popytem – Demand Response, a w perspektywie wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych do zasilania pojedynczych budynków lub całych kampusów czy osiedli, wsparcie użytkowania takich obiektów w trybie tzw. prosumenckim – okresowej konsumpcji i okresowej generacji energii na potrzeby budynków oraz jako produktu do systemu elektroenergetycznego.