Tvrtka Duplico već 12 godina posluje na hrvatskom tržištu kao partner vodećih proizvođača opreme i softvera za sustave automatizacije u industriji kao što su Neuberger, Siemens, PcVue, GE Intelligent Platforms i KUKA. Specijalizirana je za primjenu rješenja za automatizaciju u industriji, za daljinski nadzor i upravljanje infrastrukturom, za izradu sustava vođenja parnih i toplovodnih kotlova prema TRD 604 i za nadzor nad primjenom obnovljivih izvora energije. U skladu s time, tvrtka je 2010. godine registrirala žig 'Machine to Environment' (Z20100246), što označava sustave za upravljanje potrošnjom energije i povećanje energetske učinkovitosti koji su razvi jeni i primjenjuju se u samoj tvrtki.

Novi poslovni objekt

Prošle godine donesena je odluka o gradnji novog poslovnog objekta tvrtke, pri čemu su primijenjena stečena znanja iz područja automatizacije i stvoren osebujan centralni sustav automatskog upravljanja različitim energetskim sustavima. Vodeći računa o činjenici da potrošnja energije ovisi o fizikalnim svojstvima objekta i energetskim sustavima (grijanja, hlađenja i ventilacije), električnim uređajima i rasvjeti, za gradnju su korišteni kvalitetni materijali, a prema energetskom certifikatu, objekt je svrstan u razred B (QH,nd = 32,67 kW h/m2 godišnje).
Dakle, vidljvo je da novi objekt nije izgrađen prema niskoenergetskim standardima, no svejedno se pokušalo optimirati potrošnju energije pomoću naprednih sustava automatizacije, povezujući sustave niskotemperaturnog grijanja i hlađenja, rasvjete sa svjetlećim diodama (LED) i proizvodnje električne energije u sunčanoj elektrani snage 20 kW u jedinstven sustav upravljanja, kako bi se postigli što bolji rezultati.
Svi energetski sustavi nadzirani su i upravljani sustavom za nadzor, mjerenje i upravljanje (SCADA), koji su osmislili i programirali stručnjaci Duplica, sukladno vlastitom konceptu M2e. Taj središnji upravljački i nadzorni sustav upravlja potpuno automatiziranim procesima površinskog grijanja i hlađenja, proizvodnjom, potrošnjom, isporukom električne energije iz sunčane elekrane te uključivanjem i isključivanjem rasvjete. Pri tome su objedinjeni posebni algoritmi koji su potrebni da bi sustavi različitih proizvođača radili u cilju maksimalnog iskorištenja prizvedene, odnosno potrebne energije.


Ilustracija 1 - Automatska stanica Neuberger PMC2

Kako su svi sustavi integrirani u cjelinu?

Na temelju dugogodišnje suradnje s tvrtkom Weishaupt-Zagreb, cjelokupni sustav je integriran korištenjem opreme tvrtke Neuberger, članice Grupe Weishaupt (il. 1 i 2). Time je omogućena integracija svih energetskih sustava u cjelinu i uvelike olakšano upravljanje objektom. Sustav počiva na otvorenim komunikacijskim standardima (BACnet IP, ProfiBus FMS, LON, OPC, EIB), što proširuje izbor proizvođača opreme i jamči visoku prilagodljivost u slučaju naknadnog proširivanja.
Automatska stanica Neuberger zbog svoje modularne koncepcije pruža prilagodljivost u razradi sustava. Proširivost se ostvaruje dodatnim modulima koji se slobodno programiraju kao veza s mjernom tehnikom i izvršnim jedinicama.
Na prikazu početnog ekrana SCADA-e s najvažnijim informacijama o stanju procesa grijanja i hlađenja i proizvodnje električne energije vidljiv je status cirkulacijskih crpki i dizalica topline, podaci o mjerenim temperaturama u sustavu te trenutačna snaga proizvedene i potrošene električne energije (il. 3). Za svaki od elemenata također se koristi detaljni prikaz s dodatnim mogućnostima upravljanja i prikaza mjerenih veličina.


Ilustracija 2 - Upravljačka jedinica

Kako je riješeno grijanje i hlađenje?

Grijanje i hlađenje objekta izvedeni su površinskim sustavom Variotherm. Upravljanje sustavom grijanja i hlađenja je izvedeno s ciljem maksimalnog iskorištenja potencijala sunčane elektrane. Primijenjeno programsko rješenje temelji se na listi prioriteta. Korištenjem dostupnih mjernih podataka aktivno se regulira stupanj grijanja i hlađenja. Tako se u načinu rada za grijanje tijekom najveće iskoristivosti sunčane elektrane energija u obliku topline pohranjuje u spremniku tople vode, dok se u načinu rada za hlađenje povećava stupanj hlađenja. Dostupna su mjerenja svih temperatura u sustavu, a sve mjerene vrijednosti se komunikacijskim protokolom LON prenose do automatske stanice koja primjenom razvijenih upravljačkih algoritama zadaje postavnu temperaturu spremnika tople vode.
Na temelju mjerenih vrijednosti i predviđenih potreba za toplinskom energijom provodi se korekcija krivulje grijanja, što izravno određuje temperaturu vode u toplinski izoliranom spremniku. Pri tome su primjenjeni algoritmi temeljeni na 'fuzzy' logici. Porastom dostupne električne energije iz sunčane elektrane zadaje se viša postavna temperatura vode u spremniku kako bi se iskoristili trenutačni elektroenergetski uvjeti.
Nadalje, u slučaju nedostatka električne energije iz vlastite proizvodnje, regulacija sustava grijanja na osnovi dnevnih ciklusa autonomno dogrijava spremnik tople vode u razdoblju niže tarife za kupljenu električnu energiju, a sve u skladu s trenutačnim potrebama. Pri tome do izražaja dolazi primjena cjelokupnog sustava grijanja sa SCADA-om, pri čemu korisnik odabire razdoblja u kojima će grijanje biti aktivno. Tako se primjenom uspostavljene dvosmjerne komunikacije između automatske stanice i SCADA-e sprječava bespotrebno dogrijavanje vode u spremniku.
Pohranom energije u obliku topline, kada je ona najdostupnija, postiže se izrazito velika energetska iskoristivost sustava, što u konačnici rezultira znatnim financijskim uštedama.


Ilustracija 3 - Početni prikaz SCADA-e

Kako se u sve to uklapa sunčana elektrana?

Aktivno upravljanje uvelike doprinosi energetskoj učinkovitosti zgrade u području opskrbe električnom energijom i upravljanja sustavom grijanja i hlađenja. Regulacija u novom poslovnom objektu tvrtke Duplico je ostvarena primjenom pametnih aplikacija, koje su razvijene u skladu s vlastitim konceptom M2e i dosjetljivih inženjerskih rješenja te uz opremu za automatizaciju u zgradarstvu tvrtke Neuberger. Taj objekt ujedno je praktičan primjer kako se gradnja sunčane elektrane može isplatiti u integraciji s niskoenergetskim sustavima grijanja i hlađenja, čak i kada više nema povlaštenog otkupa električne energije.
Na osnovi praćenja relevantnih veličina pomoću sustava za nadzor, mjerenje i upravljanje (SCADA) vidi se povećana aktivnost ugrađenih dizalica topline u vrijeme kada je dostupan višak električne energije iz sunčane elektrane (il. 4). U njoj proizvedena energija uobičajeno se koristi za pokrivanje vlastitih potreba u objektu, dok se viškovi predaju u elektroenergetsku mrežu (il. 5).


Ilustracija 4 - Dnevni prikaz aktivnosti dizalica topline

Što pokazuje izračun?

Kao osnova za odluku za ugradnju takvog sustava poslužio je proračun koji, uz to, pokazuje isplativost ulaganja u sunčanu elektranu i njezinu kombinaciju s ostalim izvorima u cilju ekološke proizvodnje energije i financijske isplativosti.

Planirana potrošnja električne energije iznosi 50 kW h/d, odnosno 65 kW h/d tijekom sezone grijanja. Za ljetnih dana vlastita proizvodnja u sunčanoj elektrani premašuje 130 kW h/d, uz prosječnu proizvodnju od 100 kW h/d, dok se u zimskim mjesecima kreće oko 40 kW h/d. Pri tome valja promotriti godišnji pregled planirane proizvodnje i potrošnje električne energije, zajedno s podacima od količini električne energije i izračunom njezine kupnje i otkupa prema trenutačnim tržišnim cijenama (tablica 1). Naravno, izračun je proveden bez povlaštene cijene za otkup električne energije.
Iz tog pregleda je vidljivo da ti troškovi za poslovnu zgradu ukupne korisne površine 1013 m2 u godini dana iznose 9314,34 kune, odnosno 776 kn mjesečno, što znači značajnu uštedu u odnosu na zgrade slične veličine i namjene bez upravljanja sustavima grijanja i hlađenja. Velik dio iskorištene električne energije pri tome se odnosi na grijanje tijekom zimskih mjeseci, uz primjenu dizalice topline.
No, pri analizi financijske iskoristivosti sustava grijanja treba uračunati i troškove koji bi postojali u slučaju korištenja nekog drugog energenta. Tako za zgradu s površinom 1013 m2 i specifičnom godišnjom potrebnom toplinskom energijom za grijanje QH,nd = 32,67 kW h/m2 godišnje proizlazi da je za grijanje potrebno 33 094 kW h.
U ljetnim mjesecima je za hlađenje objekta zadužena dizalica topline s funkcijom aktivnog hlađenja. Procjenjuje se da bi, uz primjenu klasičnog rashladnog sustava, u ljetnim mjesecima trebalo uložiti dodatnih 12 kW tijekom aktivnosti u zgradi. Izračunom za tri mjeseca godišnje u kojima je potrebno hlađenje, uz 25 radnih dana mjesečno i radno vrijeme 10 h/d, potrebna električna energija iznosi 9000 kW h.
Kod proračuna isplativosti sustava niskotemperaturnog grijanja i hlađenja i sunčane elektrane, osim količine prodane energije, iznimno je važno uračunati i uštede koje se postižu korištenjem energije iz vlastite proizvodnje. Tako se na godišnjoj razini, uz višak električne energije od 9380 kW h, dodatno iskorištava i 13 550 kW h u vlastitoj potrošnji. Ukupni povrat investicije u elektranu i sustav temeljen na dizalici topline, određuje se na osnovi proizvedene električne energije iskorištene za vlastite potrebe i prodane energije te ušteda na grijanju i hlađenju. Razina godišnje uštede tako se izračunava kao zbroj prodane i iskorištene energije iz elektrane i uštede na dizalici topline za grijanje i za hlađenje (s funkcijom aktivnog hlađenja). Uz sadašnje cijene energenata, uštede iznose 37 763,26 kuna!


Ilustracija 5 - Pregled dnevnih iznosa proizvedene i potrošene električne energije za razdoblje 22. listopada - 10. studenog 2015. godine

Zaključno

Iz proračuna je vidljivo da potpunom integracijom sustava upravljanja grijanjem i hlađenjem te nadzora proizvodnje energije i bez nužne povlaštene cijene za otkup električne energije proizvedene u sunčanoj elektrani, investicija postaje financijski isplativa. No, važan je i doprinos zaštiti okoliša u pogledu smanjenja emisije ugljičnog dioksida i, zahvaljujući proizvodnji 22 930 kW h u sunčanoj elektrani Duplico, one su manje za 5824,22 kg godišnje.
Upravo takav integrirani upravljački sustav je najbolja prezentacija koncepta M2e tvrtke Duplico, što rezultira automatiziranim upravljanjem energijom, smanjenjem potrošnje energije, odnosno povećanjem energetske učinkovitosti objekta, zaštitom okoliša i, na kraju najvažnijom, financijskom uštedom za korisnika.
Takva su rješenja, osim za poslovne prostore, posebno zanimljiva za javne ustanove (škole, vrtiće, bolnice), ali i hotele i domove, posebice uz europske i domaće poticaje za ugradnju sunčanih elektrana i povećanje energetske učinkovitosti objekata.


Tablica 1 - Godišnji pregled planirane proizvodnje i potrošnje električne energije u novom poslovnom objektu tvrtke Duplico