Systemy sieciowe - technologie energooszczędne i poszanowanie energii

Transkrypt

1 PROTECH - Wrocław, Systemy sieciowe - technologie energooszczędne i poszanowanie energii dr inż. Andrzej Ożadowicz Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych

2 PROTECH - Wrocław, ENERGIA w zakładach przemysłowych Monitoring, kontrola i poprawa jakości (energii elektrycznej) - zachowanie wysokiej jakości energii - parametry jakościowe - ograniczenie generowanych zaburzeń - kwestia mocy biernej itp. ENERGIA Oszczędność, optymalizacja zużycia, poszanowanie - sekwencje algorytmy załączania - optymalne sterowanie rozpływem i cyrkulacją ciepła i innych mediów - sterowanie zaworami mediów - dobór odpowiednich elementów wykonawczych - zarządzanie obsługą źródeł odnawialnych

3 PROTECH - Wrocław, Sieci automatyki przemysłowej System automatyki Sterowanie - proste załączanie i wyłączanie Zał/wył urządzeń - sekwencje algorytmy załączania - sterowanie rozpływem i cyrkulacją ciepła - sterowanie zaworami Otw/zamk mediów - kompleksowa obsługa np. pomp ciepła, agregatów klimatyzacyjnych itp. Kontrola - zużycie energii cieplnej i elektrycznej - kontrola zużycia mediów w obiektach - podstawowe parametry Monitoring zasilania - parametry jakości energii elektrycznej - analizy, prognozy, raporty Akwizycja - monitoring i rejestracja zdarzeń, alarmów, danych wyłączeń awaryjnych itp.

4 PROTECH - Wrocław, Systemy automatyki budynkowej Inteligentny budynek BACnet KNX (dawne EIB) LonWorks LCN CANOpen Modbus

5 PROTECH - Wrocław, BMS Building Managment System BAS Building Automation System SMS Security Management System EMS Energy Management System Oświetlenie Ogrzewanie Klimatyzacja Wentylacja Pożar Włamanie Kontrola dostępu CCTV kamery Oświetlenie ewakuacyjne Sterowanie drogami ewakuacji Oświetlenie Pewność zasilania Jakość energii elektr.

6 PROTECH - Wrocław, Idea wykorzystania systemów inteligentnego budynku w pomiarach zużycia i jakości energii elektrycznej Źródła obniżające poziom jakość energii elektrycznej w sieci zasilania Odbiorniki energii elektrycznej - przekształtniki, elementy nieliniowe, regulowane napędy elektryczne Zasilacze impulsowe i UPS y System elektroenergetyczny - niewłaściwy stan instalacji zasilającej i urządzeń załączonych do sieci, zły stan lub wykonanie instalacji uziemienia, wyładowania atmosferyczne, ładunki elektrostatyczne, załączanie, wyłączanie, komutacja

7 Niekorzystne zjawiska w sieci powodujące obniżenie jakości energii elektrycznej Amplituda Amplitude U N+10% U N UN-10% 10%U N Zmiana wartości napięcia w sieci (+/- 10%UN) Wahania napięcia Zapady napięcia i krótkie przerwy w zasilaniu Odkształcenia przebiegów czasowych prądu i napięcia (harmoniczne) Zapady Voltage dips Przepięcia High voltage - supertension Wahania i odchylenia napięcia Voltage fluctuation Krótkie przerwy Short supply interruptions Długie przerwy Long supply interruptions Przyczyny zmienność obciążenia sieci w czasie (załącz/wyłącz odbiorników) Skutki obniżenie wart. napięcia zwiększenie strat przesyłowych, TRAFO; zwiększenie wart. napięcia wzrost prądów magnesowania silników, skrócenie trwałości lub zniszczenie izolacji Przyczyny zwarcia w systemie elektroenerget., załączanie dużych odbiorników, rozruch silników, praca odbiorników o zmiennym obciążeniu Skutki Przyczyny samoczynne praca urzadzeń wyłącznie z rdzeniami się styczników, magnetycznymi przekaźników, (TRAFO), wyładowcze nieprawidłowa praca źródła regulowanych światła, urządzenia napędów elektroniczne i elektrycznych, energoelektroniczne, przerwy wystąpienie w transmisji danych, zapadów przypadkowy i przerw w zasilaniu reset urządzeń teleinformatycznych Skutki zwiększenie strat mocy w rdzeniach i uzwojeniach silników i trafo, drgania mechaniczne i akustyczne, skrócenie trwałości źródeł światła 10ms 1s 1min 1h Czas trwania zaburzenia Disturbance presence period PROTECH - Wrocław,

8 PROTECH - Wrocław, ibase Zintegrowany System Monitoringu Mediów na bazie technologii LonWorks Monitoring energii elektrycznej Licznik impulsów Moduły pomiarowe LON Router Licznik impulsów Konwerter RS-LON Licznik impulsów Ethernet/Internet Monitoring zużycia wody Monitoring energii cieplnej

9 PROTECH - Wrocław, Idea wykorzystania systemów inteligentnego budynku w pomiarach zużycia i jakości energii elektrycznej Schemat układu pomiarowego Zrealizowanego w budynku B-1 AGH Kraków L1 L2 L3 N Licznik energii DZ 4000 KE - EIB EIB Przekładniki 50/5A Analizator sieci zasilania A LON LON L1 L2 L3 N Zasilanie skrzydła budynku B-1 Interface EIB/RS 232 ilon 10 LON/TCP-IP

10 PROTECH - Wrocław, Pomiary analizatorem z interfejsem LonWorks Na potrzeby badań wybrano zmienne sieciowe: energia (Wh, VArh) SNVT_elec_whr_f moc (wszystkie rodzaje) SNVT_power_f napięcie SNVT_volt_f prąd SNVT_amp_f OKNO PAKIETU KONFIGURACYJNEGO LON MAKER z obiektami LNS Text Box

11 PROTECH - Wrocław, Pomiary analizatorem z interfejsem LonWorks Pomiary z narzędziem LNS DDE Server Współpraca z pakietem Excel Odpowiednie makro do zbierania danych

12 PROTECH - Wrocław, Pomiary licznikiem z interfejsem KNX Okno aplikacji Group Monitor z oknem szczegółowym wybranego telegramu

13 PROTECH - Wrocław, Pomiary licznikiem z interfejsem KNX Zapis informacji o telegramach z pakietu Group Momitor w postaci plików z danymi Obróbka w pakiecie Excel

14 PROTECH - Wrocław, A2000 (LON) - napiecie_fazowe - wtorek,sroda - sierpien Wyniki pomiarów NAPIECIE [V] L1 L2 L3 222 Komentarz: - Możliwość obserwacji bieżących zmian wartości skutecznej napięcia Dla analizatora A200 Dla licznika ABB: - Licznik nie ma możliwości wysłania tego typu telegramów NAPIECIE [V] DATA DATA : : : : : : : : : : : : : : : : :30 A2000 (LON) - napiecie_fazowe - wtorek,sroda - pazdziernik DATA/CZAS : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :30 L1 L2 L3 DATA/CZAS

15 PROTECH - Wrocław, A2000 (LON) - moce_chwilowe - wtorek,sroda - sierpien Wyniki pomiarów Komentarz: -Możliwość obserwacji bieżących zmian uśrednionej mocy czynnej, biernej, pozornej - Swoboda w operowaniu danymi zapisanymi w formacie arkusza Excel Dla EIB/KNX: -Licznik nie ma możliwości wysłania tego typu telegramów (posiada: Zużycie energii elektr. Aktualny poziom poboru mocy po przekroczeniu progu) MOCE [W,Var,VA] MOCE [W,Var,VA] DATA DATA : : : : : : : : : : : : : : : :30 A2000 (LON) - moce_chwilowe - wtorek,sroda - pazdziernik :00 DATA/CZAS : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00 DATA/CZAS : : : :00 czynna bierna pozorna czynna bierna pozorna

16 PROTECH - Wrocław, Energooszczędne sterowanie oświetleniem ulicznym - instalacja pilotażowa AGH PODSTAWOWE CELE I ZAŁOŻENIA: 10 punktów świetlnych (każdy o mocy 70W), 2 x 5 lamp Sterowanie wszystkich lamp w systemie rozproszonym; standard LonWorks; medium transmisji - sieć energetyczna zasilająca punkty świetlne Każda lampa --- niezależny węzeł sieci LonWorks Dwa moduły serwerów i.lon 100 e3, wraz z modemami GSM, dla poszczególnych zespołów lamp, umożliwiające m.in. ich zdalne, bezprzewodowe sterowanie i monitoring parametrów PROPONOWANE FUNKCJONALNOŚCI: Indywidualne sterowanie zał/wył każdej lampy Regulacja natężenia oświetlenia każdego punktu świetlnego Monitoring on-line stanu technicznego każdej oprawy (w tym: źródła światła, statecznika elektronicznego, przepalenia wkładki bezpiecznikowej, uszkodzenia dławika, rozpoznawanie stanów przedawaryjnych) Pomiar i rejestracja zużycia energii elektrycznej każdej oprawy Pomiar i rejestracja zużycia energii elektrycznej grup opraw związanych z określonymi ciągami komunikacyjnymi

17 Energooszczędne sterowanie oświetleniem ulicznym - instalacja pilotażowa AGH Próbna instalacja GSM Szafka łączeniowa 1 GSM Szafka łączeniowa 2 i.lon 100 e3 i.lon 100 e3 L N PE L N PE Lampy z węzłami LON GSM Komputer PC Lampy z węzłami LON PROTECH - Wrocław,

18 PROTECH - Wrocław, Energooszczędne sterowanie oświetleniem ulicznym - instalacja pilotażowa AGH Elementy w węźle sieci lampie ulicznej Do sieci zasilającej Zasilanie SELC 2000 zasilanie Candelon 100 zasilanie L PE N L PE N L PE N SELC 2000 dane Candelon 100 dane Biały Czerwony SELC 2000 balast CANDELON 100 węzeł LON

19 PROTECH - Wrocław, Energooszczędne sterowanie oświetleniem ulicznym - instalacja pilotażowa AGH Widok szafek montażowych sterowniczych

20 PROTECH - Wrocław, Energooszczędne sterowanie oświetleniem ulicznym - instalacja pilotażowa AGH

21 PROTECH - Wrocław, Podstawowy blok funkcjonalny węzła lampy Energooszczędne sterowanie oświetleniem ulicznym - instalacja pilotażowa AGH Wszystkie dostępne bloki funkcjonalne pojedynczego węzła lampy

22 PROTECH - Wrocław, Energooszczędne sterowanie oświetleniem ulicznym - instalacja pilotażowa AGH Zadawanie poziomu Intensywności świecenia Kontrola napięcia na stykach lampy

23 PROTECH - Wrocław, Węzeł cieplny instalacja AGH wykorzystanie standardu LonWorks i CAN

24 PROTECH - Wrocław, Węzeł cieplny instalacja AGH STRONA WWW:

25 PROTECH - Wrocław, Węzeł cieplny instalacja AGH STRONA WWW:

26 PROTECH - Wrocław, Węzeł cieplny instalacja AGH

27 PROTECH - Wrocław, Budynki energooszczędne i pasywne Co to jest budynek energooszczędny lub pasywny??? wskaźnik sezonowego zapotrzebowania na ciepło przeliczony na 1 m2 powierzchni domu przy założeniu, że wysokość pomieszczeń nie przekracza 2,9 m. Wtedy domy, w których: E 140 kwh/m2rok, można uznać za nie energooszczędne; E 110 kwh/m2rok, to domy standardowe; E 70 kwh/m2rok, to domy energooszczędne (zgodnie z przepisami obowiązującymi w Niemczech); E 15 kwh/m2rok, to tzw. domy pasywne, które mogą funkcjonować w sposób bierny, czyli bez aktywnych systemów ogrzewania i wentylowania powietrza. W przypadku budynków pasywnych w strefie klimatu umiarkowanego, wstępnym warunkiem uzyskania takiego stanu jest to, by roczne zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania wynoszące mniej niż 15 kwh/(m2), nie było osiągnięte kosztem wzrostu zużycia energii dla innych celów (np. elektryczności). Poza tym, w przypadku europejskiego domu pasywnego, wskaźnik zapotrzebowania energii pierwotnej dla sumy wszystkich celów bytowych (ogrzewanie, energia elektryczna w gospodarstwie domowym) nie może przekraczać 120 kwh/(m2).

28 PROTECH - Wrocław, Budynki energooszczędne i pasywne Budynek energooszczędny STRONA WWW: BUD. ENERGOOSZCZĘDNY -1/3 energii klasycznego budynku - koszt m2 porównywalny z metodami klasycznymi ok PLN/m2

29 PROTECH - Wrocław, Budynki energooszczędne i pasywne Budynek energooszczędny STRONA WWW:

30 PROTECH - Wrocław, Budynek pasywny STRONA WWW: Budynki energooszczędne i pasywne 1 technologie energooszczędne 2 odnawialne źródła energii Pompy ciepła Fotoogniwa Kolektory słoneczne 3 zużycie energii ceplnej na poziomie: 15 kwh/m2 rocznie W budynku znajdować się będą specjalistyczne laboratoria do badania i rozwoju technologii energooszczędnych oraz siedziby firm technologicznych z tego obszaru. Planowane rozpoczęcie budowy: styczeń 2010

31 PROTECH - Wrocław, Projekty badawcze AGH Ogólnopolskie Konsorcjum Naukowo-Przemysłowe Energooszczędnych Technologii Budynkowych Instalacji Elektrycznych (NPETBIE) --- październik 2007 Kraków Akademia Górniczo-Hutnicza Poznań Politechnika Poznańska Gdańsk Politechnika Gdańska Warszawa MERTEN Polska (Gr Schneider Electric) Kraków ZDANIA Sp. z o.o. Cel nadrzędny: upowszechnianie i wdrażanie energooszczędnych technologii budynkowych instalacji elektrycznych - Prace badawczo-rozwojowe i wdrożeniowe - Transfer technologii do aplikacji praktycznych - Działalność edukacyjna, szkoleniowa, ekspercka - Doradztwo techniczne, weryfikacja standardów

32 PROTECH - Wrocław, Standaryzacja i badania 2 Sieć certyfikowanych laboratoriów oceny efektywności energetycznej i automatyki budynków POIG 2.2 AGH LonWorks KNX, LON, BACnet Pol. Poznań KNX Pol. Gdańsk KNX, LonWorks, BACnet KNX LON

33 PROTECH - Wrocław, Projekty badawcze AGH Centrum technologii energooszczędnych i poszanowania energii w budownictwie --- POIG 2.1 AGH Kraków lokalne i zdalne centrum zarządzania budynkiem energooszczędnym zarządzanie siecią automatyki i monitoringu dla Parku Jakości i Efektywnego Zarządzania Energią Elektryczną --- akwizycja i analizy danych jakości energii zasilania budynków Monitoring i archiwizacja wszystkich danych pochodzących z systemu sterowania budynku Politechnika Śląska pomiar, symulacje i wizualizacje strumieni energii i masy zmniejszyć energochłonność budynku badania modelowe i eksperymentalne wpływu klimatu na efektywność technologii energooszczędnych wykorzystujących odnawialne źródła energii Uniwersytet Śląski ocena warunków klimatycznych wewnątrz i na zewnątrz budynku energooszczędnego badanie jakości i trwałości nowoczesnych materiałów budowlanych monitoring obiegu i strat ciepła w budynku Politechnika Warszawska monitorowaniu i testowaniu modułów i systemów fotowoltaicznych w rzeczywistych warunkach pracy wydajność, stabilność długookresowa, awaryjność centrum fotowoltaiki kompleksowe badanie modułów fotowoltaicznych zgodnie z normą IEC Wyższa Szkoła Technologii Informatycznych obsługa sieciowa projektu, akwizycja i przetwarzanie danych z punktów pomiarowych systemy uczące się w sterowaniu źródłami energii, układami dystrybucji mediów

34 PROTECH - Wrocław, Projekty badawcze AGH NCBiR - Zadanie nr 5: Zoptymalizowanie zużycia energii elektrycznej w budynkach z projektu strategicznego: Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków AGH Kraków szczegółowa analiza kwestii związanych ze zużyciem energii w budynkach analiza możliwości minimalizacji zużycia nowe technologie w odbiornikach; rozproszone systemy sterowania i monitoringu opracowanie wskaźnika maksymalnego jednostkowego zużycia energii opracowanie wytycznych dotyczących projektowania instalacji technicznych budynków pod kątem minimalizacji zużycia energii elektrycznej Politechnika Śląska szczegółowa analiza kwestii związanych ze energochłonnością cieplną budynków analiza wariantowa rozwiązań systemów ogrzewania minimalizacja zużycia energii cieplnej opracowanie, badania i optymalizacja układu hybrydowego przetwarzania energii słonecznej w ciepło i chłód w celu zmniejszenia zużycia energii Euro-Centrum realizacja instalacji elektrycznych i cieplnych w konkretnych obiektach partnerzy Euro-Centrum wykonanie modelu instalacji wg wytycznych opracowanych w czasie badań działania promocyjne i marketingowe

35 PROTECH - Wrocław, Zakończenie ozadow@agh.edu.pl