System zdalnego pomiaru, czyli dochodowa innowacja

Jednym z najbardziej palących problemów ostatnich lat jest zużycie energii elektrycznej przez media domowe. Rosnące kwoty na rachunkach oraz dbałość o środowisko naturalne przyczyniają się do zwiększenia świadomości efektywnego gospodarowania zasobami energetycznymi.

Nazwa ,,media domowe” może być myląca, gdyż energia elektryczna, woda i gaz wykorzystywane są przez wszystkich, zarówno przez osoby prywatne, jak i przedsiębiorców czy duże zakłady przemysłowe. Aby móc sterować procesami zużycia mediów, należy posiadać wiedzę na temat ich przebiegu oraz brać pod uwagę uwarunkowania środowiskowe, w jakich one zachodzą. Ważne jest również właściwe wykorzystanie posiadanej wiedzy. Pozwala to na wyciągnięcie odpowiednich wniosków – składowych tzw. informacji zarządczej. Warto zauważyć, że w przypadku wspominanych procesów niezbędna jest znajomość podstawowych parametrów, jakimi są wyniki pomiarów zużycia mediów w określonych okresach, i sytuacje, które mogą mieć wpływ na to zużycie. Żeby zarządzać, należy najpierw zmierzyć.

Energia elektryczna… i nie tylko

Dostawcy mediów dokonują swoich pomiarów zużycia energii. Klient otrzymuje zazwyczaj zestawienie w postaci zbiorczej, które w przypadkach poboru zmiennego w czasie nie pozwala na wyciągnięcie odpowiednich wniosków. Aby osiągnąć pożądany poziom wiedzy, odbiorcy sięgają po rozwiązania pozwalające na uzyskiwanie informacji o zużyciu w dużo większej rozdzielczości, często w postaci danych otrzymywanych w czasie rzeczywistym lub pseudorzeczywistym z klasy rozwiązań zwanych ,,zdalnym pomiarem”. Jest to metoda coraz popularniejsza ze względu na wzrost dostępności odpowiednich narzędzi opartych na Internecie rzeczy (IoT) oraz spadek ich cen. Duże znaczenie mają tu również liczne systemy informatyczne przeznaczone do analizy i przetwarzania danych oraz automatycznego raportowania.

Odpowiednie gromadzenie oraz analiza danych zużycia energii elektrycznej to jedyny kierunek rozwoju systemów zdalnego pomiaru. Jest to zagadnienie kompleksowe w kontekście mediów domowych. Jeżeli nie tylko energia elektryczna, ale również gaz, ciepło i woda zostaną zmierzone przy wykorzystaniu nowoczesnej metody pomiarowej, wówczas zarówno klient indywidualny, jak i właściciel firmy otrzyma rzetelne informacje, które pomogą zarządzać mu zużyciem energii i pozostałych mediów.

Układ pomiarowy Enspirion
System Agregacji Mocy Enspirion

Skąd te dane?

Narzędzia do pozyskiwania danych zużycia energii elektrycznej można podzielić na dwie grupy: układy sprzętowe oparte na odczycie danych z licznika operatora systemu dystrybucyjnego oraz układy dokonujące pomiaru bezpośredniego, niezależnego od wykonywanego przez OSD.

Do pierwszej grupy należą rozwiązania odczytu danych pomiarowych zliczające impulsy z diody kalibracyjnej i/lub wyjścia impulsowego S0, pobierające informacje z łącza optycznego lub bezpośrednio komunikujące się z licznikiem (zazwyczaj poprzez dostępne porty szeregowe RS-485). Układy te cechują się dużą zbieżnością (niekiedy identycznością) dokonywanych odczytów z tymi, którymi dysponuje dostawca i sprzedawca energii elektrycznej.

Raport zużycia Energa Living Lab

Z punktu widzenia klienta ważne jest to, że dla celów instalacji systemu zdalnego pomiaru ciągłość dostawy energii nie zostaje przerwana. W większości są to rozwiązania nieinwazyjne w stosunku do struktury torów prądowych zasilających obiekt. Niestety, nie wszystkie opisane tu techniki są akceptowane przez OSD, co za każdym razem może rodzić wątpliwości wobec legalności ich zastosowania.

Kolejnym problemem jest ulokowanie liczników OSD w infrastrukturze klienta. Liczniki instalowane w skrzynkach pomiarowych zazwyczaj są poza zasięgiem Internetu (wi-fi lub lan), a zasięg sieci komórkowej może być ograniczony. Dodatkowo w przypadku gospodarstw domowych, zwłaszcza tych w blokach mieszkalnych, występuje trudność w zasilaniu układu odczytu danych.

Innym sposobem jest samodzielne, niezależne od OSD wykonywanie pomiaru i transfer danych do systemów wizualizujących i analitycznych. W tym przypadku system w żaden sposób nie ingeruje w zaplombowane liczydło, jednak jego instalacja może powodować przestoje w pracy. Jakość wykonywanego w ten sposób pomiaru zależy od jakości wykorzystanego układu pomiarowego, zaś wyniki mogą być rozbieżne od tych, które wskazywane będą przez dostawcę i sprzedawcę energii elektrycznej.

Przedstawione metody pozyskiwania danych odnoszą się do sytuacji, w której następuje instalacja systemu pomiaru na wejściu do obiektu lub gospodarstwa domowego. Pomiar jest na tyle dokładny, że daje klientowi wiedzę o faktycznym zużyciu energii, które można porównać z umową zawartą z dostawcą energii. Istnieje również możliwość oszacowania energochłonności każdego urządzenia. Niezbędne jest tu zastosowanie dodatkowych układów pomiarowych.

Dla takich korzyści warto zainwestować

System zdalnego pomiaru daje możliwość wizualizacji pomiarów w czasie rzeczywistym lub pseudorzeczywistym. Ponadto użytkownik ma dostęp do danych historycznych, a także może porównywać dane zużycia różnych urządzeń lub ich grup. Dotyczy to również obiektów należących do tego samego właściciela, ale rozproszonych (np. sieci handlowe, zakłady produkcyjne).

Analiza zużycia zestawiona z aktualnym planem taryfowym dostawy i zakupu energii elektrycznej pozwala przejść z warstwy technicznej do finansowej. Użytkownik systemu zdalnego pomiaru nie tylko zaczyna kontrolować zużycie, ale również jego koszty. Otwiera to pole do negocjacji ze sprzedawcą energii elektrycznej, co może przyczynić się do wyboru najkorzystniejszej oferty. Natomiast analiza szczytów poboru energii elektrycznej pozwala na optymalny dobór poziomu mocy umownej.

Oszczędzanie przez zabawę

W 2012 roku zainaugurowano program Energa Living Lab, realizowany przez firmę Enspirion, spółkę zależną Energi z Grupy Orlen. Jego głównym celem była trwała optymalizacja zarządzania energią elektryczną w gospodarstwach domowych, a w rezultacie – redukcja zużycia energii (wpisana w jeden z głównych celów polityki energetycznej Unii Europejskiej, czyli wzrost efektywności energetycznej). Projekt oparto na metodyce living lab, która pozwala na testowanie i udoskonalanie różnego rodzaju innowacji w warunkach rzeczywistych, a nie – jak w tradycyjnym podejściu – w laboratoriach.

Pierwsza faza programu polegała na instalacji Inteligentnej Sieci Domowej (ISD) w części gospodarstw domowych. Typowy zestaw składał się z jednostki centralnej, urządzeń peryferyjnych (Wall Plugi, czujniki obecności, otwarcia okien, wyłączniki oświetlenia) oraz tabletu, który ułatwiał sterowanie systemem. Dzięki temu użytkownicy mogli efektywnie zarządzać podłączonymi urządzeniami oraz otrzymywać informacje o zużyciu energii.

Początkowo system ISD pozwalał użytkownikom zorientować się, ile energii zużywają poszczególne sprzęty domowe podczas pracy i w stanie uśpienia oraz na ile dane te są zgodne z deklaracjami producentów. Opierając się na pozyskanych informacjach analizowali, jak uzyskać oszczędności w zużyciu energii. Następnie realizowali wnioski – co ważne – samodzielnie, z własnej inicjatywy, w pełni świadomi celu i rezultatów tych działań.

W 30 gospodarstwach panelowych zainstalowano przydomowe odnawialne źródła energii: 22 zestawy paneli fotowoltaicznych i osiem minielektrowni wiatrowych. Zainstalowane w ramach programu urządzenia wyprodukowały 35 MWh zielonej energii. Jedną trzecią wykorzystano w gospodarstwach, pozostałą część przekazano do sieci elektroenergetycznej.

Aplikacja Living Lab
Aplikacja na tablet Energa Living Lab

Panele fotowoltaiczne większość energii produkowały w godzinach porannych
i południowych, czyli w porach, gdy wykorzystanie energii elektrycznej w gospodarstwach domowych było umiarkowane. W rezultacie większa część produkcji odnawialnych źródeł energii nie była wykorzystywana w danym gospodarstwie domowym, ale zasilała sieć elektroenergetyczną, a za jej pośrednictwem instalacje innych odbiorców. Zimą na każde 100 kWh zużytej energii 99 kWh pochodziło z sieci, a 1 kWh z paneli fotowoltaicznych. Jednocześnie kolejne 2 kWh wyprodukowane przez panele były oddawane do sieci (około 66 proc. całkowitej produkcji). W maju i czerwcu na każde 100 kWh zużytej energii przypadało 87 kWh pobranych z sieci oraz 13 kWh wyprodukowanych przez panele. Natomiast kolejne 31 kWh wytworzone przez panele było przekazywane do sieci (około 70 proc. całkowitej produkcji).

Uczestnicy otrzymywali co miesiąc raporty o zużyciu energii elektrycznej i poniesionych z tego tytułu kosztach według taryfy G11. Pozyskiwali również informacje o testowanym programie cenowym, strukturach zużycia w poszczególnych strefach cenowych ogółem oraz w kolejnych dniach miesiąca. Gospodarstwa wyposażone w ISD otrzymywały dodatkowo dane o zużyciu energii przez poszczególne urządzenia podłączone do instalacji elektrycznej. Uczestnicy testujący odnawialne źródła energii byli informowani o tym, ile energii wyprodukowano i jaką jej część wykorzystano na potrzeby gospodarstwa domowego.

W drugiej fazie wykorzystano mechanizm grywalizacji (nadawanie czemuś cech gry – przyp. red.). Okres testów podzielono na dziewięć rund. Pierwsza trwała tydzień i miała charakter treningowy, kolejne były dwutygodniowe. Przed rozpoczęciem każdej z nich uczestnicy panelu wybierali, o ile ograniczą zużycie energii: o 4, 8 lub 15 proc. w stosunku do zużycia swojego gospodarstwa domowego w takim samym okresie przed rozpoczęciem programu. Osiągnięty cel wiązał się z przyznaniem punktów zamienianych później na nagrody. Jeśli go nie zrealizowano, nie przyznawano punktów. Mechanizm taki motywował uczestników do analizowania swoich zachowań związanych z poborem energii oraz planowania przyszłych oszczędności.

Układ zdalnego pomiaru i aplikacja Living Lab

Na układ zdalnego pomiaru energii elektrycznej dla gospodarstwa domowego składały się:

  • urządzenie pomiarowe umieszczane w skrzynce rozdzielczej,
  • fototranzystor (na urządzeniu pomiarowym, który odczytywał informacje o wielkości zużycia i wysyłał je do modułu UZP),
  • moduł UZP, który udostępniał informacje o zużyciu aplikacji na tablecie,
  • tablet wyposażony w aplikację napisaną na potrzeby projektu.

Aplikacja Living Lab, poza udostępnianiem na bieżąco informacji o chwilowym zużyciu energii, podtrzymywała zaangażowanie uczestników w redukcję zużycia energii, wykorzystując mechanizmy grywalizacji. Jej podstawowe funkcje to:

  • podgląd zużycia energii (aktualny oraz w ujęciu dziennym, tygodniowym oraz miesięcznym),ƒ
  • możliwość wyboru celu oszczędnościowego,
  • podgląd tabeli z aktualnymi wynikami drużyn i poszczególnych uczestników,
  • informacje o zdobytych i możliwych do zdobycia punktach i nagrodach,
  • zestaw porad energetycznych ułatwiających oszczędzanie.
  • Rezultaty energetyczne programu:
  • 104 MWh energii elektrycznej zaoszczędzili uczestnicy w trakcie testów,ƒ
  • 35 MWh zielonej energii wyprodukowały OZE zainstalowane w ramach programu,
  • emisja CO2 zmniejszyła się o 124 tony, 22 proc. uczestników zakupiło nowe energooszczędne sprzęty domowe, 13 proc. wymieniło urządzenia na energooszczędne,
  • 85 proc. uczestników wyłączało urządzenia, które w danej chwili były nieużywane.

Każdemu to się opłaca!

Program Energa Living Lab udowodnił, że systemy zdalnego pomiaru doskonale sprawdzają się w gospodarstwach domowych. Oznacza to, że już nie tylko wielkie zakłady produkcyjne oraz właściciele średnich i małych przedsiębiorstw mogą korzystać z tej innowacyjnej technologii. Jest ona dostępna również dla klientów indywidualnych, a praktyka pokazała, że wdrożenie tego systemu w gospodarstwach domowych jest wręcz pożądane.

Systemy zdalnego pomiaru przynoszą wymierne korzyści każdemu użytkownikowi. Dotyczy to nie tylko optymalizacji kosztów zużycia energii elektrycznej, ale również precyzyjnej oceny ich wpływu na proces produkcyjny, oferowane produkty lub usługi.

AGATA SAJKO, JAKUB SZYMANOWSKI
Enspirion Sp. z o.o.

Czytaj dalej