Referencje

Transformacja energetyczna w zakładzie przemysłowym - mikrosieć w WAGO ELWAG

4/28/2025

Od wielu lat mamy do czynienia z transformacją polskiej energetyki, która z węglowej w coraz większym stopniu bazuje na zielonych źródłach energii. Warto jednak zauważyć, że w ostatnim czasie coraz mocniej krystalizuje się nowy wymiar transformacji energetycznej, zachodzący po stronie odbiorców energii. Przez kilka lat oberwaliśmy dynamiczny rozwój prosumenckich instalacji fotowoltaicznych na dach domów mieszkalnych. Teraz mamy do czynienia rosnącym zainteresowaniem nowym podejściem do kwestii gospodarki energetycznej w przemyśle. Przykładem takiego działania jest realizacja mikrosieci na terenie kompleksu biurowo-produkcyjnego firmy WAGO w podwrocławskich Wróblowicach.

Więcej o mikrosieci w WAGO dowiesz się z raportu.

Pobierz raport

Mamy doświadczenia z dotychczas realizowanych inwestycji u naszych klientów, jednak chcieliśmy również, aby instalacja we Wróblowicach była wzorcowym projektem, który nie tylko zrealizuje nasze założenia środowiskowe i ekonomiczne, ale również będzie służyć do zdobycia doświadczenia i przekonania niezdecydowanych.

Jacek Woźniak

Dyrektor sprzedaży w WAGO

WAGO od chwili powstania ma zapisane w swoim DNA dbałość o środowisko, człowieka i jego dobrostan w codziennym życiu. Jednocześnie firma dostarcza na rynek między innymi rozwiązania do regulacji, komunikacji i zarządzania przepływami energii. Dlatego też w chwili podjęcia decyzji o rozbudowie naszego centrum produkcyjnego i biurowca we Wróblowicach, pojawił się pomysł na budowę mikrosieci złożonej z własnego źródła wytwarzania, czyli farmy fotowoltaicznej, magazynu energii oraz stworzenie całej infrastruktury do zarządzania tymi zasobami.

W pierwszym etapie inwestycji, na 16-hektarowej działce powstały dwie nowoczesne hale produkcyjne o łącznej powierzchni 12 tys. m kw. oraz budynek biurowy. Kiedy ruszył drugi etap, powstała hala o powierzchni prawie 9 tys. m kw. przeznaczonej głównie pod produkcję automatyczną oraz 4-kondygnacyjny biurowiec o powierzchni blisko 5 tys. m kw.

Zakład we Wróblowicach już od pierwszego etapu budowy był wyposażony w rozwiązania techniczne usprawniające gospodarkę energetyczną, między innymi opomiarowanie mediów i nowoczesny system BMS – WAGO VISU BUILDING. Z systemem budynkowym zostało zintegrowane energooszczędne oświetlenie LED oparte o standard DALI, zarządzane przez autorski system WAGO Lighting Management, który ułatwia aranżację oświetlenia hal produkcyjnych i obniża koszty związane z oświetleniem obiektów kubaturowych. Takie podejście sprawiło, że rozważając inwestycje w budowę mikrosieci firma dysponowała już danymi, które pozwalały na wiarygodną ocenę techniczno-ekonomiczną planowanej inwestycji.

Rozwiązanie, które powstało zakładzie WAGO we Wróblowicach bazuje na wpracowanej przez firmę koncepcji mikrosieci, która obejmuje:

Własne źródło wytwórcze – elektrownię fotowoltaiczną o mocy 700 kWp
Magazyn energii o mocy 100 kW i pojemności 138 kWh
Infrastrukturę do ładowania samochodów elektrycznych z system zarządzania obciążeniem sieci
System monitorowani i zarządzania energią
System BMS/SCADA

Mikrosieć w fabryce WAGO

Przez mikrosieć energetyczną rozumiemy systemowe rozwiązanie polegające na łączeniu konsumpcji energii z wytwarzaniem jej na miejscu. Mikrosieć jest więc systemem elektroenergetycznym w zakładzie przemysłowym, obiekcie infrastrukturalnym czy kompleksie logistycznym, który z jednej strony jest zintegrowany z siecią zawodowej energetyki, a z drugiej składa się z rozproszonych zasobów energii, takich jak instalacja fotowoltaiczna, turbiny wiatrowe, układy kogeneracyjne, czy systemy magazynowania. Poszczególne elementy wytwórcze i odbiorcze systemu są zintegrowane i kontrolowane na bieżąco za pomocą narzędzi programowych i technologii komunikacyjnych. Realizując koncepcję mikrosieci wyodrębniliśmy kilka kluczowych obszarów funkcjonalnych:

Obsługa punktu przyłączenia do sieci
Zarządzanie i regulacja odnawialnego źródła energii
Zarządzanie magazynem energii
Monitoring i zarządzanie energią
Zarządzanie punktami ładowania pojazdów elektrycznych
Integracja, zarządzanie i analizy

Obsługa punktu przyłączenia do sieci

Punkt przyłączenia do sieci jest niezwykle istotnym miejscem. Jest punktem styku i jednocześnie rozgraniczenia sieci elektroenergetycznej od systemu elektroenergetycznego przedsiębiorstwa. To, co się dzieje w sieci oddziałuje na system, a to, co się dzieje w systemie oddziałuje na sieć. To wzajemne powiązanie sprawia, że rozbudowa systemu przedsiębiorstwa o własne moce wytwórcze, magazyn energii, czy inne elementy wiąże się z wyzwaniami zarówno dla Operatora Systemu Dystrybucyjnego (OSD), jak i inwestora lub właściciela lokalnej instalacji.

Jak wiadomo, głównym wyzwaniem OSD jest zapewnienie stabilnego działania systemu i zagwarantowanie parametrów jakościowych zasilania w punkcie przyłączenia do sieci odbiorcy energii. Natomiast z punktu widzenia inwestora, głównym zadaniem jest spełnienie wymogu prowadzenia lokalnej generacji energii w sposób niezakłócający stabilności systemu – czyli zgodnie z wymaganiami kodeksu sieciowego NC RfG.

Kolejnym ważnym aspektem jest zapewnienie bezpieczeństwa eksploatacji lokalnego systemu wytwórczego z uwzględnieniem standardów Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej (EAZ). Kluczowa jest również integracja źródła i lokalnej automatyki EAZ z systemem SCADA operatora systemu dystrybucyjnego w sposób umożlwiający realizowanie telemonitoringu i telesterowania.

Realizacja wspomnianych wyzwań jest możliwa poprzez spełnienie szczegółowych wymagań technicznych opisanych przez Operatora Systemu Dystrybucyjnego (OSD) w warunkach przyłączenia do sieci.

Chcąc spełnić te warunki, WAGO opracowało i uzgodniło z OSD projekt, zgodnie z którym zmodernizowany został punkt przyłączenia do sieci po stronie SN (modernizacja pól rozdzielnicy SN, modernizacja układów pomiarowo-rozliczeniowych). Dokonaliśmy również niezbędnych zmian w zakładowym systemie energetycznym po stronie nN, po to by móc włączyć do niego instalację PV i magazyn energii. Sposób włączenia tych instalacji do naszej lokalnej sieci jest z jednej strony zgodny z wymaganiami OSD, a z drugiej zapewnia nam optymalną dystrybucję energii z własnego modułu wytwórczego wewnątrz zakładowej sieci. Priorytetem jest wzmocnienie autokonsumpcji, a w razie potrzeby – okresowe obniżenie zapotrzebowania na moc oraz możliwość wyprowadzenia energii do sieci OSD przez zmodernizowane przyłącze SN.

Zarządzanie i regulacja źródłem OZE oraz magazynem energii

Na dachu jednej z hal produkcyjnych o powierzchni blisko 9 tys. metrów powstała instalacja złożona z ponad 1,6 tys. paneli, połączonych w 63 obwody, z których energię DC na AC konwertuje 7 falowników o mocy 100 kW każdy. Na potrzeby wyprowadzenia energii z falowników i wprowadzenia jej do zakładowego systemu elektroenergetycznego została zaprojektowana odrębna/nowa rozdzielnica nN. Oprócz siedmiu pól odbiorczych, do których podłączone są falowniki instalacji PV, wyposażona jest ona również w jedno pole, służące do przyłączenia magazynu energii. Dzięki temu może zasilać magazyn energii, jak i odbierać energię z magazynu.

Porównanie prognozowanej produkcji energii z własnej elektrowni fotowoltaicznej zestawione z zapotrzebowania na energię zakładu wskazało, że w zakładzie WAGO występują okresy, w których jesteśmy w stanie wyprodukować więcej energii niż w danym momencie potrzebujemy. Zgromadzenie tych chwilowych nadwyżek i skorzystanie z nich w trakcie momentów zwiększonego zapotrzebowania na energię zwiększa autokonsumpcję i pozwala na lepsze wykorzystanie tańszej energii z własnego źródła. Stąd decyzja, by zakupić system magazynowania energii NRG 138kWh/ 100kW w zabudowie kontenerowej.

Nasza instalacja o mocy 802,52 kW (702,52 kW PV + 100 kW magazyn energii) jest kwalifikowana jako moduł wytwarzania energii typu B i przyłączenie jej do sieci OSD wymaga integracji z systemem SCADA operatora z zachowaniem standardu Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej i prowadzenia regulacji zgodnie z wymaganiami kodeksu NC RfG. Uzgodniony z OSD układ regulacji/telemechaniki to rozwiązanie Solar Park Management - certyfikowany regulator źródła OZE oparty o sterownik PLC WAGO i bibliotekę programową Power Plant Control. Warto podkreśli, że to rozwiązanie stosowane jest już w setkach instalacji fotowoltaicznych w energetyce zawodowej i przemyśle.

Monitoring i zarządzanie energią

Opomiarowanie energii w firmie produkcyjnej kojarzy się najczęściej z analizą i rozliczaniem kosztów wytwarzania. Jednak decyzja o budowie mikrosieci sprawia, że dostęp do bieżących i historycznych danych o zużyciu energii i jej produkcji, a także danych o parametrach sieci, zdecydowanie zyskuje na znaczeniu.

W zakładzie WAGO we Wróblowicach dostęp do bieżących i historycznych danych o mediach zapewnia system SCADA, który prezentuje wykorzystanie i rozpływ energii. Na poziomie lokalnym/obiektowym - rozwiązaniem dostarczającym dane jest WAGO Energy Data Management (EDM) połączone z poszczególnym fragmentem instalacji technologicznej lub rozdzielnicą elektroenergetyczną. Aby móc zarządzać energią w oparciu o rzeczywiste dane, we Wróblowicach zdecydowaliśmy się objąć monitoringiem także zespół wytwarzania i magazynowania energii.

Centralna jednostka z aplikacją EDM (WAGO Edge Controller) pełni rolę koncentratora sygnałów i serwera danych. Poprzez port szeregowy RS485 cyklicznie odpytuje dwukierunkowe liczniki energii, dostarczające informacji o przepływach energii z inwerterów instalacji PV oraz przepływach energii z i do magazynu energii. WAGO Edge Controller ma zabudowane dwa porty Ethernet. Jeden wykorzystywany jest bezpośrednio do komunikacji z wyspą I/O WAGO (interfejs sieciowy Modbus TCP/IP 750-362 z kartami wejść cyfrowych). Wyspa pozwala monitorować stan wyłączników rozdzielnicy.

Drugi port sterownika podłączony jest do switcha. Za jego pośrednictwem aplikacja EDM Edge Controllera komunikuje się z:

analizatorem sieci na wyprowadzeniu mocy rozdzielnicy PV – całkowita moc/energia pobierana/oddawana przez zespół wytwarzania energii,
z analizatorami sieci klasy A z punktu przyłączenia do sieci (poprzez zakładową sieć Ethernet),
z lokalnym panelem operatora – wyświetlane są na nim ekrany synoptyczne udostępniane przez EDM w postaci stron WWW (odwzorowanie statusów pracy i przepływów energii wewnątrz modułu wytwarzania energii, energii odprowadzonej do sieci lub pobranej z sieci),
z systemem SCADA/BMS – udostępnianie odczytów potrzebnych do odwzorowanie strony energetycznej modułu wytwarzania w istniejącym systemie SCADA/BMS.

Zarządzanie punktami ładowania pojazdów elektrycznych

Na terenie zakładu WAGO we Wróblowicach funkcjonują obecnie dwie ładowarki do ładowania samochodów elektrycznych – łącznie cztery punkty ładownia o mocy 22 kW, oraz ładowarka do rowerów elektrycznych. Jednocześnie infrastruktura techniczna jest przygotowana do instalacji kolejnych stacji, aby można było w przyszłości sprostać zapotrzebowaniu na usługę ładownia, a także wymogom prawnym.

Biorąc pod uwagę rozwojowość instalacji ładowania i potrzebę sprawnego zarządzania infrastrukturą ładowania oraz wpasowania jej w profil energetyczny przedsiębiorstwa, postanowiliśmy uruchomić we Wróblowicach układ dynamicznego zarządzania mocą ładowania pojazdów. Zrealizowaliśmy go w oparciu o własne rozwiązanie WAGO Load Management, które zintegrowaliśmy z pozostałymi elementami naszej mikrosieci energetycznej (elektrownią PV, magazynem energii, systemem SCADA).

WAGO Load Management to rozwiązanie, które nie wymaga skomplikowanych integracji. Złożone jest z dostępnego od ręki sterownika PLC WAGO i skojarzonej z nim gotowej, parametryzowanej za pomocą przeglądarki internetowej, aplikacji sterującej. Układ włączony jest w mikrosieć WAGO za pośrednictwem liczników energii zainstalowanych w kluczowych dla nadzoru mocy i bilansu energetycznego punktach systemu.

Rozwiązanie na bieżąco oblicza bilans energetyczny w oparciu o ciągły odczyt liczników i na bazie tych obliczeń, zdefiniowanych scenariuszy korzystania z infrastruktury ładownia oraz posiadanych przez konkretnego użytkownika praw/priorytetów, dokonuje w sposób ciągły przydziału mocy ładowania dla każdego z punktów ładowania indywidualnie. Pozwala to optymalnie wykorzystać infrastrukturę ładowania i potencjał systemu elektroenergetycznego bez generowania „pików” zapotrzebowania na moc. Kolejną pożyteczną dla nas funkcjonalnością zastosowanego rozwiązania są informacje administracyjne. Dostępny logger, pozwala mieć wgląd w historię zrealizowanych przez uprawnionych użytkowników ładowań.

Integracja, zarządzanie i analizy

Budując mikrosieć energetyczną we Wróblowicach, staraliśmy się, by modernizowana infrastruktura energetyczna osiągnęła nowy, wyższy poziom techniczny, który zapewni nam nie tylko większą autonomię i elastyczność w gospodarowaniu energią, poprzez lepsze dopasowanie do wymagań dynamicznie zmieniającego się rynku energii, ale także pomoże nam prowadzić bardziej zrównoważoną produkcję, opartą o energię pochodzącą także z odnawialnych źródeł energii.

Przy budowie mikrosieci korzystaliśmy wzajemnie z synergicznej współpracy z naszymi partnerami i klientami z rynku elektroenergetycznego - biurami projektowymi, firmami prefabrykującymi rozdzielnice, firmą wyspecjalizowaną w projektowaniu i budowie elektrowni słonecznych czy wykonawstwie instalacji elektrycznych. Wykorzystaliśmy też własne kompetencji techniczne i doświadczenia z realizacji podobnych zadań u naszych klientów.

Służył nam także potencjał dostępnych własnych rozwiązań, które obsługują w zakresie automatyki kluczowe obszary systemu elektroenergetycznego/obszary mikrosieci i które zastosowaliśmy w naszym zakładzie produkcyjnym:

w punkcie przyłączenia do sieci - koncentratory telemechaniki - połączenie z systemami SCADA OSD,
w zakresie regulacji mocy wytwórczych w punkcie przyłączenia do sieci – rozwiązanie Solar Park Management – regulacja zgodna z wymaganiami kodeksu sieci NC RfG,
w zakresie monitoringu mediów – całe spektrum rozwiązań – od układów pomiarowych opartych o dwukierunkowe liczniki energii czy analizatory parametrów sieci poprzez system koncentratora danych z liczników i procesu WAGO Energy Data Management po narzędzia raportowe dostępne w systemie SCADA,
w obszarze E-mobilności - rozwiązanie do dynamicznego balansowania obciążenia, jakie generuje infrastruktura ładowania pojazdów elektrycznych – WAGO Load Mangement,
w obszarze magazynowania – technologie komunikacyjne i sterowania oparte o PLC i otwarte środowisko programistyczne, które pozwala na tworzenie wydajnie działających systemów zarządzania energią na poziomie magazynu energii (EMS).

Podsumowanie

Dynamiczne zmiany, z którymi od kilku lat mamy do czynienia na rynku energii i towarzszący im rozwój technologiczny stwarzają przedsiębiorcom przemysłowym i innymi odbiorcom generującym duże zapotrzebowanie na energię, nowe możliwości. Nasze doświadczenia pokazują, że skorzystanie z tych szans jest na pewno sporym wyzwanie. Jednak, co należy podkreślić, wyzwaniem, które w konsekwencji przyniesie duże korzyści.

Warto zaznaczyć również, że zastosowane przez WAGO rozwiązania są w stanie działać autonomicznie. Pozwala to wdrażać je etapami. Z drugiej strony trzeba dodać, że integracja poszczególnych rozwiązań i koordynacja ich pracy jest w stanie przynieść dodatkowe korzyści materialne i wartość użytkową.

Autorzy:
Mariusz Pacan, Janusz Pindych