مصرف برق یک ساختمان تجاری تقریباً هیچوقت ثابت نیست. یک هتل را در نظر بگیرید. صبح تعداد زیادی از مهمانان از اتاقها خارج میشوند، ظهر ممکن است مصرف بعضی تجهیزات کاهش پیدا کند، بعدازظهر سالن همایش آماده یک رویداد شود و شب هم زمان رستوران، سیستم سرمایش، روشنایی و اتاقها با مصرف بالاتری کار کنند.
در یک رستوران، کارخانه یا مرکز تجاری هم شرایط مشابهی وجود دارد. بعضی تجهیزات ساعتها با توان تقریباً ثابت کار میکنند، بعضی فقط چند دقیقه روشن میشوند و بعضی دیگر مستقیماً به تعداد مشتری، شرایط آبوهوا یا برنامه کاری مجموعه وابستهاند
اگر در چنین ساختمانی نیروگاه خورشیدی و باتری هم نصب شده باشد، مسئله پیچیده تر میشود. اینجاست که EMS یا سامانه مدیریت انرژی اهمیت پیدا میکند.
EMS، مدیر انرژی ساختمان
وظیفه اصلی EMS این نیست که خودش برق تولید کند یا انرژی ذخیره کند. وظیفه آن این است که اطلاعات بخشهای مختلف سیستم را کنار هم قرار دهد و کمک کند انرژی در زمان مناسب و به شکل مناسب استفاده شود.
در یک ساختمان مجهز، این اطلاعات میتواند شامل مصرف لحظهای، تولید خورشیدی، وضعیت باتری، شرایط شبکه، تعرفه برق و حتی پیشبینی مصرف باشد.
سامانههای مدیریت انرژی در ساختمان میتوانند دادههای تجهیزات مختلف را جمعآوری کنند، وضعیت آنها را تحلیل کنند و در سیستمهای پیشرفتهتر، برخی تجهیزات را نیز بهصورت خودکار کنترل کنند. وزارت انرژی آمریکا این نوع سیستمها را مجموعهای از ابزارهای نرمافزاری و کنترلی برای پایش، تحلیل و بهینهسازی مصرف انرژی ساختمان تعریف میکند.
میتوان عملکرد آن را با یک مثال ساده توضیح داد. اگر پنل خورشیدی، باتری و مصرفکنندگان ساختمان را اعضای یک تیم بدانیم، EMS نقش هماهنگکننده تیم را دارد.
چرا فقط نصب پنل خورشیدی کافی نیست؟
فرض کنیم یک هتل روی پشتبام خود نیروگاه خورشیدی نصب کرده است. بیشترین تولید خورشیدی معمولاً در طول روز اتفاق میافتد. اما ممکن است بیشترین مصرف ساختمان در ساعات دیگری باشد.
برای مثال، هتل در ساعت ۱۳ تولید خورشیدی بالایی دارد ولی بسیاری از اتاقها خالی هستند و مصرف پایینتر است. چند ساعت بعد، مهمانان برمیگردند، رستوران شلوغ میشود و سیستم تهویه مصرف بیشتری پیدا میکند؛ درست زمانی که تولید خورشیدی در حال کاهش است.
بنابراین دو نمودار داریم: زمان تولید انرژی و زمان مصرف انرژی.
این دو همیشه روی هم قرار نمیگیرند. باتری میتواند بخشی از اختلاف زمانی را حل کند، اما حتی بعد از اضافه شدن باتری یک سؤال باقی میماند:
چه زمانی باید آن را شارژ و چه زمانی تخلیه کنیم؟ بدون یک منطق مناسب، ممکن است باتری در زمانی تخلیه شود که چند ساعت بعد ارزش بیشتری داشته باشد.
EMS چه تصمیمهایی میتواند بگیرد؟
فرض کنیم ساعت ۱۲ ظهر است. تولید خورشیدی زیاد و مصرف ساختمان نسبتاً پایین است. EMSمیتواند تشخیص دهد که بخشی از انرژی مستقیماً در ساختمان مصرف شود و مازاد آن به باتری برود.
ساعت ۱۸ شرایط تغییر میکند. تولید خورشیدی کاهش یافته، اما مصرف ساختمان بالا رفته است. سیستم میتواند باتری را وارد مدار کند تا بخشی از نیاز ساختمان از انرژی ذخیرهشده تأمین شود.
حالا فرض کنیم چند ساعت بعد تعرفه برق شبکه ارزانتر میشود. اگر برای روز بعد تولید خورشیدی کمی پیشبینی شده باشد، در بعضی سیستمها ممکن است شارژ بخشی از باتری از شبکه نیز منطقی باشد. یعنی تصمیم درست الزاماً در تمام ساعات روز یکسان نیست. EMS تلاش میکند هر تصمیم را با توجه به شرایط همان لحظه و در سیستمهای پیشرفتهتر، شرایط ساعات آینده بگیرد.
پروژه یک هتل؛ نمونهای از همین ایده
یک پروژه تجاری جدید در استرالیا نمونه خوبی از این کاربرد است. در یک هتل و مرکز برگزاری رویداد با ۷۸ اتاق، سیستم خورشیدی موجود با ذخیرهسازی باتری و یک سامانه مدیریت انرژی مبتنی بر هوش مصنوعی ترکیب شده است. بار این مجموعه ثابت نیست؛ تعداد مهمانان، رویدادها و شرایط کاری مجموعه میتوانند مصرف را در طول روز تغییر دهند.
در این پروژه، سامانه مدیریت انرژی از اطلاعاتی مانند تولید خورشیدی، بار سایت، قیمت برق و شرایط شبکه استفاده میکند تا شارژ و دشارژ باتری را مدیریت کند. هدف این است که سهم بیشتری از انرژی تجدیدپذیر در خود مجموعه مصرف شود و سیستم بتواند نسبت به تغییر نیاز انرژی واکنش مناسبتری داشته باشد. نکته مهم پروژه خود باتری نیست. موضوع اصلی این است که چند تجهیز مختلف به جای کار مستقل، تحت یک استراتژی مشترک فعالیت میکنند.
چرا مصرف متغیر مدیریت را دشوار میکند؟
در برخی ساختمانها، برنامه مصرف نسبتاً قابل پیشبینی است. اما در هتل، مرکز خرید، رستوران یا کارخانه، ممکن است تغییرات زیادی وجود داشته باشد.
برای مثال، یک سالن همایش میتواند طی مدت کوتاهی مصرف سیستم سرمایش و روشنایی را بالا ببرد. در یک کارخانه، روشن شدن یک خط تولید جدید میتواند بار را افزایش دهد. در رستوران، آشپزخانه و تهویه در ساعات شلوغی تقریباً همزمان وارد مدار میشوند.
اگر سیستم فقط بر اساس یک برنامه ثابت کار کند، نمیتواند همیشه بهترین تصمیم را بگیرد. به همین دلیل سیستمهای پیشرفتهتر تلاش میکنند از داده واقعی و پیشبینی استفاده کنند.
اطلاعات آبوهوا میتواند به پیشبینی تولید خورشیدی کمک کند. سابقه مصرف میتواند نشان دهد یک ساختمان معمولاً چه زمانی پیک دارد و برنامه کاری مجموعه نیز میتواند در پیشبینی بار آینده مؤثر باشد.
EMS فقط برای کاهش مصرف نیست
یکی از برداشتهای رایج این است که مدیریت انرژی یعنی صرفاً خاموش کردن تجهیزات برای مصرف کمتر. اما EMS میتواند هدف گستردهتری داشته باشد.
گاهی بهترین تصمیم واقعاً کاهش مصرف است. مثلاً تنظیم هوشمند سیستم تهویه میتواند از کارکرد غیرضروری جلوگیری کند.
گاهی مصرف تغییر نمیکند، اما زمان تأمین انرژی آن تغییر میکند. مثلاً همان مقدار برق موردنیاز یک ساختمان میتواند بهجای شبکه، از تولید خورشیدی یا باتری تأمین شود.
در شرایط دیگر، هدف ممکن است جلوگیری از ایجاد پیک مصرف یا استفاده بهتر از برق تولیدشده روی همان ساختمان باشد. بنابراین مدیریت انرژی فقط درباره «کمتر مصرف کردن» نیست؛ درباره بهتر مصرف کردن و بهتر تأمین کردن انرژی هم هست.
خورشیدی و باتری بدون EMS هم کار میکنند، اما...
یک سیستم خورشیدی میتواند بدون EMS برق تولید کند. یک باتری هم میتواند با تنظیمات ساده شارژ و دشارژ شود. اما زمانی که چند منبع و چند هدف مختلف کنار هم قرار میگیرند، مدیریت مرکزی ارزش بیشتری پیدا میکند.
فرض کنید یک مجموعه همزمان میخواهد: مصرف برق شبکه را کاهش دهد، انرژی خورشیدی بیشتری را در محل استفاده کند، برای زمان قطعی ذخیره کافی در باتری داشته باشد و پیکهای مصرف را هم کنترل کند. این اهداف همیشه کاملاً با یکدیگر هماهنگ نیستند.
اگر تمام باتری برای کاهش هزینه مصرف شود، ممکن است هنگام قطعی انرژی کافی باقی نمانده باشد. اگر باتری همیشه برای Backup کاملاً پر نگه داشته شود، بخشی از ظرفیت آن برای مدیریت روزانه انرژی استفاده نمیشود. وظیفه EMS این است که بر اساس اولویتهای پروژه میان این اهداف تعادل ایجاد کند.
EMS و BMS یک چیز نیستند
این دو اصطلاح گاهی با هم اشتباه گرفته میشوند.
BMSیا سامانه مدیریت باتری بیشتر مراقب خود باتری است؛ مواردی مانند وضعیت سلولها، ولتاژ، دما، محدوده شارژ و ایمنی باتری.
EMS به کل سیستم نگاه میکند:
خورشیدی چقدر تولید میکند؟
ساختمان چقدر مصرف دارد؟
باتری چه مقدار انرژی دارد؟
شبکه در چه وضعیتی است؟
و بهترین تصمیم برای سیستم چیست؟
اما EMS یا سامانه مدیریت انرژی یک سطح بالاتر قرار میگیرد.
در واقع BMS میتواند بگوید:
«باتری امکان دشارژ دارد.»
اما EMS تصمیم میگیرد:
«آیا الان دشارژ کردن باتری بهترین کار است یا نه؟»
هوش مصنوعی چه چیزی به این سیستم اضافه میکند؟
وجود هوش مصنوعی الزاماً شرط داشتن یک EMS نیست. بسیاری از سیستمهای مدیریت انرژی با قواعد از پیش تعیینشده کار میکنند و برای بسیاری از پروژهها همین روش نیز کافی است.
اما سیستمهای جدیدتر میتوانند از الگوریتمهای پیشبینی استفاده کنند. مثلاً اگر سیستم بداند فردا هوا ابری است، ممکن است رفتار متفاوتی نسبت به روزی با تولید خورشیدی بالا داشته باشد. یا اگر بر اساس دادههای گذشته بداند یک هتل در ساعات خاصی پیک مصرف دارد، میتواند از قبل باتری را برای آن بازه آماده کند.
پروژه استرالیایی نیز از همین رویکرد استفاده میکند و برنامه شارژ و دشارژ را با توجه به تولید، بار، قیمت و شرایط شبکه تنظیم میکند. اما نکته مهم این است که هوش مصنوعی هدف نیست؛ ابزار است. هدف همچنان مدیریت بهتر انرژی است.
این راهکار فقط برای هتل نیست
هتل مثال خوبی است چون بار آن مرتب تغییر میکند، اما همین مسئله در بسیاری از کسبوکارهای دیگر وجود دارد.
یک کارخانه ممکن است چند شیفت تولید داشته باشد. یک مرکز خرید در ساعات ابتدایی روز مصرف پایینی داشته باشد و عصر شلوغ شود. یک رستوران در ساعات ناهار و شام پیک ایجاد کند. یک ساختمان اداری نیز با حضور کارکنان و عملکرد سیستم تهویه الگوی مصرف مشخصی دارد.
هرچه اختلاف میان تولید خورشیدی و مصرف بیشتر باشد و هرچه بار مجموعه متغیرتر شود، هماهنگ کردن اجزای سیستم اهمیت بیشتری پیدا میکند. به همین دلیل EMS میتواند در پروژههای تجاری و صنعتی بخش مهمی از طراحی Solar + BESS باشد.
قبل از انتخاب EMS باید چه چیزی مشخص شود؟
اولین سؤال نباید این باشد که «چه نرمافزاری بخریم؟»
باید ابتدا مشخص شود سیستم قرار است چه مشکلی را حل کند.
آیا هدف کاهش پیک مصرف است؟
آیا قرار است بیشترین مقدار ممکن از تولید خورشیدی در خود مجموعه مصرف شود؟
آیا Backup اولویت اصلی است؟
آیا تعرفه برق در ساعات مختلف تغییر میکند؟
یا ترکیبی از این اهداف وجود دارد؟
پاسخ این سؤالها مشخص میکند که EMS باید چه اطلاعاتی دریافت کند و چه تجهیزاتی را کنترل کند.
در سیستمهای واقعی نیز قابلیت ارتباط میان تجهیزات اهمیت زیادی دارد. وزارت انرژی آمریکا یکی از چالشهای ساختمانهای هوشمند را همین موضوع میداند: تجهیزات سازندگان مختلف ممکن است پروتکلها و سیستمهای کنترلی متفاوتی داشته باشند و یکپارچهسازی آنها همیشه ساده نیست.
ارزش واقعی از هماهنگی میآید
ممکن است دو ساختمان تجهیزات تقریباً مشابهی داشته باشند:
هر دو پنل خورشیدی دارند،
هر دو باتری دارند،
و هر دو به شبکه متصل هستند.
اما نحوه استفاده از این تجهیزات میتواند کاملاً متفاوت باشد. در ساختمان اول هر تجهیز تقریباً مستقل کار میکند. در ساختمان دوم اطلاعات همه تجهیزات در یک سیستم مدیریت انرژی جمع میشود و تصمیمها با توجه به وضعیت کل مجموعه گرفته میشوند. تفاوت اصلی در اینجا تعداد تجهیزات نیست.
تفاوت در هماهنگی آنهاست
این همان مسیری است که بسیاری از ساختمانهای تجاری جدید به سمت آن حرکت میکنند؛ منابع تولید، ذخیرهسازی و بار ساختمان به جای چند سیستم جداگانه، به اجزای یک سیستم انرژی واحد تبدیل میشوند. پروژههای جدید وزارت انرژی آمریکا نیز روی همین یکپارچهسازی باتری، خورشیدی و بارهای ساختمان در یک سیستم مدیریتشده تمرکز دارند.
وقتی مصرف برق ثابت باشد، مدیریت انرژی نسبتاً سادهتر است. اما در یک هتل، رستوران، کارخانه یا مرکز تجاری، شرایط دائماً تغییر میکند. میزان مصرف، تولید خورشیدی، وضعیت باتری و حتی قیمت برق میتوانند در ساعات مختلف روز متفاوت باشند.
در چنین شرایطی، فقط داشتن پنل خورشیدی یا باتری کافی نیست. باید مشخص شود انرژی چه زمانی تولید، مصرف، ذخیره یا از شبکه دریافت شود.
EMS دقیقاً برای همین کار طراحی شده است. این سامانه تجهیزات مختلف را به یکدیگر متصل میکند، اطلاعات آنها را کنار هم قرار میدهد و کمک میکند تصمیمهای انرژی بر اساس وضعیت واقعی مجموعه گرفته شوند.
منبع: