QR-kód firmy
Odborné články a príspevky
18. ročník konferencie s medzinárodnou účasťou, 8. a 9. november 2018, Senec
Merače tepla sú základným zdrojom informácií v systémoch centrálneho zásobovania teplom (CZT). Poskytujú údaje pre fakturáciu aj optimalizáciu systému. Preto je veľmi dôležité, aby merače tepla boli a zostali dlhodobo presné a spoľahlivé. Nemenej dôležité je aj presné čítanie údajov.
Vizuálne odčítavanie meračov je už prakticky minulosťou. Bolo vo väčšine prípadov nahradené pochôdzkovým spôsobom (walk-by) alebo s využitím vozidla (drive-by). Tieto spôsoby sú vhodné na účely fakturácie, prípadne kontrolné odčítavanie, nie však na analytické účely.
2.
Automatické čítanie údajov z meračov tepla
Na automatické čítanie údajov z meračov spotreby sa v súčasnosti využíva viacero systémov založených na lokálnych či globálnych technológiách.
V oblasti globálneho trhu IoT (Internet of Things - Internet vecí) sa v blízkej budúcnosti očakáva prudký nárast záujmu dodávateľov energií.
Obr. 1 Očakávania globálneho IoT trhu
Najperspektívnejšími technológiami v tejto oblasti sa javia 3 nasledujúce:
Sigfox je prevažne určený pre vodomery, pretože môže prenášať obmedzený balík dát. Je to systém využívaný národnými sieťovými operátormi a vyžaduje registráciu. Spotreba energie batérie je pomerne vysoká, ale má dobrý dosah. Využíva bezlicenčné frekvenčné pásmo 868-870 MHz.
Využitie LoRaWAN sa predpokladá najmä pre merače tepla/chladu a vodomery. Môže využívať verejné alebo privátne siete a nevyžaduje registráciu. V prípade privátnej siete je treba uvažovať s investíciou do hardvéru. Spotreba energie batérie je vysoká, ale má dobrý dosah. Využíva bezlicenčné frekvenčné pásmo 868-870 MHz.
NB-IoT má predpoklady využitia pre merače tepla/chladu, vodomery a elektromery. Je to kompletný eco systém riadený komunitou mobilných sietí (3GPP). Využíva licenčné pásmo a vyžaduje registráciu (SIM). Je určený najmä pre sieťovo napájané merače. Komunikácia je obojsmerná..
Obr. 2 Prehľad technológií AMR
Jedno univerzálne riešenie pre všetky požiadavky trhu neexistuje. V niektorých prípadoch je výhodné použiť kombináciu viacerých technológií, napr. wM-Bus v mestskej oblasti a LoRaWAN na vidieku.
Ďalším zaujímavým príkladom môže byť využitie kombinácie wM-bus s klasickým drôtovým M-Busom a Eternetového pripojenia. Toto riešenie je vhodné najmä pre systémy s kombináciou domových odovzdávacích staníc využívajúcich M-Bus zbernicu s pripojením na internet cez pevnú IP adresu a individuálnych odberných miest odčítateľných len prostredníctvom rádia (wM-Bus).
Toto riešenie je ekonomicky veľmi výhodné, robustné s minimálnymi nárokmi na napájanie merača a bez obmedzenia frekvencie odčítavania. Finálne spracovanie nameraných údajov sa uskutočňuje v príslušnom programe, ktorý umožňuje prezentovať a pripravovať dáta na ďalšie spracovanie v nadriadených systémoch.
Faktom je, že technológie prichádzajú na základe požiadaviek praxe a nie naopak. Systém by mal byť „ušitý na mieru“ reálnej požiadavky.
Obr. 3 Kombinácia wireless M-Bus, drôtový M-Bus a Eternet
3. Analytické spracovanie dát
Prvoradým cieľom dodávateľa tepla v systémoch CZT je dodať teplo požadované odberateľom a prostredníctvom údajov z meračov tepla zabezpečiť správnu fakturáciu. Inteligentné merače však dokážu poskytnúť oveľa viac.
Tieto meracie prístroje rozmiestnené vo všetkých vetvách rozsiahlej siete systému CZT môžu poskytnúť presné informácie o teplote v prívodnom a vratnom potrubí, okamžitom prietoku, prípadne aj tlaku v potrubí. Ak sa tieto dáta prenášajú v reálnom čase do programu na spracovanie a analýzu dát, ako je napríklad Kamstrup Heat Intelligence, môžu prispieť k vytvoreniu transparentného obrazu o aktuálnej situácii v distribučnej sieti.
Nie je tak potrebné inštalovať drahé meracie prístroje v kritických miestach systému a spoliehať sa na teoretické modely, ktoré sa môžu výrazne odlišovať od skutočnosti.
Heat Intelligence umožňuje:
- identifikovať tepelné stratykombinácia súčasne až troch komunikačných rozhraní
-
dokumentovať kvalitu dodávky
- uskutočniť optimalizáciu teploty na základe aktuálnych podmienok
- monitorovať zaťaženie a kapacitu siete
- overiť správnosť dimenzovania siete
Tepelné straty sú jedným z najväčších výdavkov dodávateľov tepla. Kombináciou okamžitých údajov z merača tepla u odberateľa a informácií zo strategických miest v distribučnej sieti môže dodávateľ tepla identifikovať rozdiel medzi energiou dodanou do jednotlivých zón siete a teplom skutočne spotrebovaným v budovách.
Úniky upravenej vody. Niektoré merače dokážu merať prietok v prívodnom aj vo vratnom potrubí. To umožňuje dodávateľom tepla identifikovať budovy, v ktorých sa upravená a zohriata voda zo systému stráca. Monitorovaním a minimalizovaním únikov sa šetria náklady na dopĺňanie a ohrievanie novej upravenej vody.
Monitorovanie teploty v distribučnej sieti. Aby sa zvýšila energetická účinnosť distribučnej siete, je potrebné, aby sa teplota znížila na maximálne akceptovateľnú mieru zabezpečujúcu odberateľom požadovanú hodnotu. Je to dôležité najmä v nízkoteplotných systémoch diaľkového vykurovania, kde je sezónne nastavenie teplôt otázkou len niekoľkých stupňov. Navyše je dodávateľ schopný rýchlo identifikovať a usmerniť odberateľa, ktorý spôsobuje príliš vysokú teplotu vo vratnom potrubí.
Ak je napríklad teplota vody v prívodnom potrubí nameraná meračom tepla výrazne nižšia ako je očakávaná hodnota, príčinou môže byť neobvyklý únik tepla, zlá izolácia resp. poškodenie potrubia alebo nesprávna inštalácia merača.
Naopak, ak je teplota v prívodnom potrubí vyššia, môže to byť spôsobené únikom, neznámym alebo nesprávne nastaveným by-passom. Môže to byť spôsobené aj cirkuláciou, ktorá udržuje vyššiu teplotu v sieti.
Obnoviteľné zdroje energie. V situácii, keď sa do systémov CZT integrujú obnoviteľné zdroje energie, je potrebné prijímať správne rozhodnutia na základe reálnych dát. V našich podmienkach je veľmi rozšírená kombinácia výroby tepla zo zemného plynu a z biomasy.
Aby kotly na biomasu dosahovali maximálnu možnú účinnosť, musia pracovať v ustálenom režime bez prudkých zmien. Pretože majú výrazne dlhší reakčný čas na požiadavky systému ako kotly na zemný plyn, je potrebné, aby ich riadiaci systém dostával informácie o relevantných zmenách v distribučnej sieti ešte pred tým, ako sa udejú. Toto je možné zabezpečiť využitím údajov o aktuálnej vonkajšej teplote, predpovedanej teplote, ale aj okamžitých údajov z meračov tepla.
Analytický program dokáže tieto údaje kombinovať s historickým správaním sa odberateľa v podobných situáciách (dokáže sa učiť) a namodelovať požiadavku na množstvo tepla. Integrovaním požiadaviek zo všetkých relevantných odberných miest sa zabráni šokovým situáciám a kotol začne v predstihu zvyšovať alebo znižovať výkon pri zachovaní vysokej účinnosti. Plynový kotol sa zapne len vtedy, ak už požadovaný výkon nie je možné zabezpečiť len pomocou kotla na biomasu, alebo ak je požadovaný výkon taký nízky, že činnosť kotla na biomasu by bola neefektívna.
Obr. 4 Využitie okamžitých údajov z meračov tepla na optimalizáciu systému
Nasledujúci príklad ilustruje možnosti optimalizácie využitia rôznych zdrojov tepla v jednom zo systémov CZT - v najsevernejšom meste Dánska Skagen.
Obr. 5 Príklad optimalizácie využitia zdrojov tepla v systéme CZT Skagen (DK)
V tomto konkrétnom systéme sa nachádzajú tri kogeneračné jednotky, jeden plynový kotol, jeden elektrický kotol, spaľovňa odpadu, podnik na spracovanie rýb FF Skagen a veľkokapacitný zásobník tepla. V závislosti od požiadaviek systému, technologických cyklov spaľovne a podniku na spracovanie rýb, ale najmä v závislosti od možností a podmienok elektrickej distribučnej siete pripája riadiaci systém niektorý z uvedených zdrojov. Prebytočné teplo sa uskladňuje v zásobníku tepla, ktorý môže eliminovať nečakané skokové požiadavky na dodávku tepla. Celý systém je v reálnom čase zobrazený na internetovej stránke dodávateľa tepla.
Na uvedenom obrázku je fotografia obrazovky, na ktorej vidno aktuálny stav o 13:16 v piatok 26.10.2018. V tomto čase pracovali kogeneračné jednotky CHP1 a CHP2 na 85% výkonu. Do distribučnej siete dodávali 7.953 kW elektrickej energie a do systému CZT dodávali cca 13.000 kW tepelnej energie. Elektrický kotol dodával do systému cca 10.000 kW tepelnej energie.
Keďže odberatelia tepla aktuálne odoberali 9.560 kW, prebytočné teplo 13.161 kW sa uskladňovalo v zásobníku tepla.
4. ZáverCieľom tohto príspevku bolo poskytnúť stručný prehľad o najnovších trendoch v oblasti automatického zberu dát z meračov tepla a možnostiach ich maximálneho využitia. Nevyhnutným predpokladom cieľavedomého budovania efektívnych systémov diaľkového vykurovania je inštalácia inteligentných meračov a systémov na automatické čítanie a spracovanie nameraných dát.
Príklady uvedené v príspevku budú možno inšpirujúce pri úvahách o zmysluplných investíciách do systémov diaľkového vykurovania.
Použité zdroje:
[ 1 ] Internet
[ 2 ] Kamstrup distributor seminar 2018
