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La numérisation comme base du couplage sectoriel

Couplage sectoriel, numérisation et orientation client : tel est l’objet du prestataire de services énergétiques Avacon Natur. Il augmente l'efficacité des systèmes énergétiques et des réseaux de chauffage urbain et fournit des informations en fonction des besoins. Avant tout, le couplage sectoriel - le système de contrôle intégré pour la chaleur, l'électricité et l'électromobilité - nécessite l'acquisition de données numériques.

"La numérisation est le ciment qui maintient le couplage du secteur et permet en premier lieu des solutions efficaces pour les quartiers et les districts", déclare Andreas Klesse, directeur général d'Avacon Natur GmbH. L'entreprise est une filiale du fournisseur régional de services énergétiques Avacon AG, qui appartient à E.ON, et exploite des centrales de production combinée de chaleur et d'électricité, des réseaux et systèmes de chauffage et un vaste portefeuille de systèmes d'énergie renouvelable en Saxe-Anhalt, en Basse-Saxe. , Rhénanie du Nord-Westphalie et Hesse. Elle emploie actuellement 80 personnes et continue de croître.

Aperçu des produits

Contrôleurs PFC200; 2 x ETHERNET, RS-232/-485

Réf.: 750-8202

Contrôleurs PFC200 ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485

Contrôleurs PFC200; 2ème génération; 2 x ETHERNET, RS-232/-485

Réf.: 750-8212

Contrôleurs PFC200 ; 2ème génération ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485

Contrôleurs PFC200; 2ème génération; 2 x ETHERNET, RS-232/-485, CAN, CANopen, esclave PROFIBUS

Réf.: 750-8216

Contrôleurs PFC200 ; 2ème génération ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485, CAN, CANopen, ...

Contrôleurs PFC200; 2ème génération; 2 x ETHERNET, RS-232/-485, CAN, CANopen

Réf.: 750-8214

Contrôleurs PFC200 ; 2ème génération ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485, CAN, CANopen

Contrôleurs PFC200; 2ème génération; 2 x ETHERNET, RS-232/-485; Température étendue

Réf.: 750-8212/025-000

Contrôleurs PFC200 ; 2ème génération ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485 ; Température ...

Contrôleurs PFC200; 2ème génération; 2 x ETHERNET, RS-232/-485, CAN, CANopen, esclave PROFIBUS; Technologie de télécontrôle; Température étendue

Réf.: 750-8216/025-001

Contrôleurs PFC200 ; 2ème génération ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485, CAN, CANopen, ...

Contrôleurs PFC200; 2ème génération; 2 x ETHERNET, RS-232/-485, CAN, CANopen, esclave PROFIBUS; Température étendue

Réf.: 750-8216/025-000

Contrôleurs PFC200 ; 2ème génération ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485, CAN, CANopen, ...

Contrôleurs PFC200; 2ème génération; 2 x ETHERNET, CAN, CANopen

Réf.: 750-8213

Contrôleurs PFC200 ; 2ème génération ; 2 x ETHERNET, CAN, CANopen

Contrôleurs PFC200; 2ème génération; 2 x ETHERNET, RS-232/-485; Technologie de télécontrôle; Température étendue; ECO

Réf.: 750-8212/025-002

Contrôleurs PFC200 ; 2ème génération ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485 ; Technologie de ...

Contrôleurs PFC200; 2ème génération; 2 x ETHERNET, RS-232/-485; Technologie de télécontrôle; Température étendue

Réf.: 750-8212/025-001

Contrôleurs PFC200 ; 2ème génération ; 2 x ETHERNET, RS-232/-485 ; Technologie de ...

La transition énergétique est pilotée par le client

Après que la première phase de la transition énergétique s'est déroulée principalement dans le secteur de l'électricité et s'est concentrée sur l'expansion des énergies renouvelables, la deuxième phase est portée par le client - et ses besoins évoluent. Le client devient de plus en plus un prosommateur et joue un rôle actif dans le système énergétique. En conséquence, les tâches passent de l'approvisionnement en énergie pure à des solutions intégrées pour la chaleur, l'électricité et l'électromobilité.

Des solutions énergétiques innovantes peuvent être mises en œuvre de manière particulièrement efficace lors du développement de nouvelles zones résidentielles et commerciales. Parce qu'il permet une prise en compte intégrée des besoins énergétiques dès la phase de planification, ce qui conduit à un approvisionnement énergétique optimisé d'un quartier. Néanmoins, Avacon Natur met en œuvre ces solutions aussi bien dans les nouvelles constructions que dans les zones existantes.

Le défi consiste à coordonner l'approvisionnement en électricité et en chaleur des centrales de cogénération, des systèmes photovoltaïques et autres générateurs de chaleur avec la demande des clients du quartier. Cela nécessite des données précises qui sont collectées et traitées numériquement. Les distributeurs de système de WAGO, qu'Avacon Natur utilise à cet effet, sont parfaits pour l'acquisition de données.

Des solutions énergétiques respectueuses du climat

L'entreprise teste déjà de telles solutions énergétiques de protection climatique dans la ville de Salzwedel. Là-bas, Avacon Natur exploite une structure complexe de production d'énergie avec des centrales de production combinée de chaleur et d'électricité (CHP), des systèmes photovoltaïques et des systèmes d'électricité en chaleur. Une combinaison de production de chaleur centralisée et décentralisée est mise en œuvre avec succès ici. Les résidents en profitent également : parce que les modèles d'électricité dits locataires leur permettent d'avoir une alimentation en électricité optimisée en termes de coûts. De plus, des unités de cogénération décentralisées plus petites sont connectées au réseau de chauffage urbain de Salzwedel qui, en combinaison avec un système photovoltaïque, fournit efficacement de l'électricité et de la chaleur. En cas de surplus, la chaleur générée est réinjectée dans le réseau de chauffage existant.

Numérisation du réseau de chauffage

La numérisation progresse également dans le bâtiment existant. L'objectif ici est d'augmenter l'efficacité des réseaux de chauffage urbain. Avacon Natur équipe actuellement environ 100 systèmes énergétiques avec des distributeurs de systèmes WAGO pour l'acquisition de données. L'un d'eux sur le site de Lüneburg-Bockelsberg alimente en chauffage l'université Leuphana et une zone résidentielle adjacente ainsi que l'auditorium principal de l'université en refroidissement des salles de serveurs et en climatisation des amphithéâtres. Le réseau de chauffage local d'Avacon sur le site se compose de trois sous-réseaux et mesure 3,3 kilomètres de long. Il contient 55 stations de transfert dans le quartier résidentiel et un point central de transfert de chaleur pour l'université. Le réseau en aval sur le campus universitaire est sous la responsabilité de l'Université Leuphana.

Les sous-réseaux sont exploités avec des températures de départ différentes. Les centrales de cogénération qui y sont installées constituent le cœur de la production de chaleur et sont alimentées en énergies renouvelables sous forme de biogaz naturel. Grâce à la numérisation du réseau de chaleur, ils devraient exploiter pleinement leur potentiel de cogénération avec un mode de fonctionnement encore plus intelligent. Le démarrage et l'arrêt fréquents des moteurs se font au détriment de la durée de vie et du rendement. La numérisation peut aussi le faire.

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Le centre de chauffage du réseau de chauffage urbain de Lüneburg-Bockelsberg est situé juste à côté du bâtiment Audimax de l'université Leuphana.

Valeur ajoutée via le cloud

"Si nous savons quelles températures sont réellement présentes dans le réseau, nous pouvons contrôler plus efficacement les centrales de cogénération", explique le directeur général Andreas Klesse. C'est pourquoi Avacon Natur relie les données de température du réseau aux courbes de charge prévisionnelles et aux données du système de chauffage central. C'est là que le distributeur de système WAGO collecte toutes les valeurs importantes telles que les quantités de chaleur, les débits, les températures de départ et de retour. De plus, il y a les données moteur des centrales de production combinée de chaleur et d'électricité.

Le composant central du distributeur de système WAGO spécifié est le contrôleur PFC200. Il contient un bloc d'alimentation, une protection de ligne, 16 entrées numériques, 4 entrées analogiques, un module maître M-Bus et le bornier de transfert pour les capteurs et les actionneurs. Il existe également un emplacement pour carte SD, qui peut être utilisé pour effectuer facilement une mise à jour logicielle, par exemple.

Cette configuration du distributeur de système garantit que toutes les exigences des différents systèmes d'énergie Avacon sont couvertes par un seul matériel. "Le distributeur de systèmes WAGO que nous avons spécifié, l'Avacon-Natur-Cloud-Box, nous offre une solution sur mesure qui peut encore être adaptée selon les besoins", déclare Lars Baumann, chef d'équipe pour la gestion des actifs chez Avacon Natur.

En plus du matériel spécifié, une application CODESYS a été créée par WAGO sur la base des spécifications d'Avacon Natur. La connexion des compteurs M-Bus peut être configurée via l'interface Web du PFC200 et les entrées numériques peuvent être paramétrées comme entrées de compteur d'impulsions ou entrées de message de défaut. L'installation et la mise en service sont effectuées par l'équipe d'Avacon Natur pour la technologie de mesure et de contrôle. Jörn von Hörsten, membre de cette équipe, ajoute : « L'interface web est extrêmement pratique, notamment lors de la mise en service. Vous obtenez immédiatement un aperçu de la façon dont les données énergétiques sont envoyées à l'environnement cloud ».

Le système WAGO nous offre ainsi la possibilité de cartographier les fonctions de contrôle et de régulation en plus de collecter des données via des interfaces ouvertes.

Lars Baumann, responsable d'équipe Asset-Management chez Avacon Natur

Programmation gratuite, sécurité maximale

La norme industrielle, la prise en charge de protocoles ouverts, l'ouverture du bus de terrain et la flexibilité grâce à la programmation libre via CODESYS parlent également en faveur du système WAGO. "Le système WAGO nous offre ainsi la possibilité de cartographier les fonctions de contrôle et de régulation en plus de la collecte de données via des interfaces ouvertes", déclare Baumann. "Nous avons trouvé en WAGO un partenaire solide avec lequel nous pouvons continuer à développer nos projets et leur programmation optimale", souligne Klesse. Avacon Natur utilise le WAGO Cloud basé sur la plate-forme de cloud computing Microsoft Azure pour l'évaluation initiale des données de ses systèmes énergétiques et de ses réseaux de chauffage. De cette manière, non seulement les employés de la gestion des actifs au siège de l'entreprise, mais aussi les employés décentralisés de la région peuvent vérifier à tout moment les données de tous les systèmes énergétiques. Le Cloud WAGO stocke toutes les données de mesure et sert d'interface avec le système de gestion des données énergétiques existant d'Avacon Natur, qui est également exploité sur la plate-forme MS Azure. Ce système de gestion des données énergétiques effectue automatiquement des contrôles de plausibilité sur les relevés de compteurs, surveille l'efficacité des systèmes énergétiques et est utilisé pour les rapports. Outre les aspects fonctionnels, le thème de la sécurité a également été abordé. Grâce à un firmware renforcé et au cryptage de toutes les données, il est pratiquement impossible pour des tiers d'accéder aux données dans le cloud.

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Jörn von Hörsten surveille la technologie de mesure et de contrôle chez Avacon Natur.

En WAGO, nous avons trouvé un partenaire solide avec lequel nous pouvons continuer à développer nos projets et leur programmation optimale.

Andreas Klesse, directeur général d'Avacon Natur GmbH

Contrôle du réseau basé sur les prévisions

Dans un projet pilote à Bockelsberg, Avacon Natur teste également dans quelle mesure les prévisions météorologiques peuvent augmenter l'efficacité du réseau de chauffage. Sur la base des profils de charge historiques et de la situation météorologique, le profil de charge pour le jour à venir est prévu et la production de chaleur est ajustée en conséquence. En combinaison avec un accumulateur de chaleur, la gestion du stockage est optimisée afin de limiter les pointes de charge à court terme - toujours dans le but de maximiser le potentiel thermique et électrique combiné.

Avec la méthode basée sur les prévisions, Avacon pense encore plus loin dans l'avenir et inclura également les données du marché de l'électricité à des fins d'optimisation. Parce que de tels processus sont nécessaires si vous souhaitez intégrer des générateurs de chaleur décentralisés et fluctuants dans le temps, tels que des capteurs solaires et des systèmes d'alimentation en chaleur ou de la chaleur résiduelle industrielle dans un réseau de chauffage.

Outre le couplage sectoriel dans les nouveaux quartiers et l'augmentation de l'efficacité dans les bâtiments existants, le directeur général Andreas Klesse cite une autre raison de la numérisation des réseaux de chaleur : elle permet de mettre certaines données à la disposition des clients. Les sociétés de logement, par exemple, peuvent l'utiliser pour régler les factures de leurs locataires de manière rapide et fiable.

Texte : Lars Kühn | WAGO
Photo : Dirk Eisermann