Система управления энергопотреблением для умных домов и распределенного управления энергией

Введение: Почему управление энергопотреблением в доме становится необходимым

Рост цен на энергоносители, развитие распределенной генерации возобновляемой энергии и электрификация систем отопления и транспорта коренным образом меняют способы потребления и управления энергией в домохозяйствах. Традиционные автономные устройства — термостаты, «умные» розетки или счетчики электроэнергии — уже не обеспечивают существенной экономии энергии или управления на системном уровне.

A Система управления энергопотреблением в доме (HEMS)предоставляет единую структуру длямониторинг, контроль и оптимизация энергопотребления в домохозяйствеСистема HEMS охватывает оборудование систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, солнечную энергетику, зарядные устройства для электромобилей и электрические нагрузки. Вместо реагирования на отдельные точки данных, HEMS обеспечивает скоординированное принятие решений на основе доступности энергии в режиме реального времени, спроса и поведения пользователей.

В компании OWON мы проектируем и производим подключенные к сети устройства для управления энергопотреблением и системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, которые служат основой для масштабируемых систем управления энергопотреблением в доме. В этой статье объясняется, как работают современные архитектуры HEMS, какие проблемы они решают и как ориентированный на устройства подход обеспечивает надежное развертывание в масштабах предприятия.

Что такое система управления энергопотреблением в доме?

Система управления энергопотреблением в доме — это...распределенная платформа управлениякоторая объединяет мониторинг энергопотребления, управление нагрузкой и логику автоматизации в единую систему. Ее основная цель —оптимизация энергопотребления при сохранении комфорта и надежности системы..

Типичная система HEMS подключается:

• Приборы для измерения энергии (однофазные и трехфазные счетчики)

• Оборудование для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (котлы, тепловые насосы, кондиционеры)

• Распределенные источники энергии (солнечные панели, накопители)

• Гибкие источники питания (зарядные устройства для электромобилей, интеллектуальные розетки)

Система, используя центральный шлюз и локальную или облачную логику, координирует, как и когда потребляется энергия.

Основные проблемы в управлении энергопотреблением в жилых зданиях

Перед внедрением системы HEMS большинство домохозяйств и операторов системы сталкиваются с общими проблемами:

• Отсутствие видимостив режиме реального времени и на основе исторических данных о потреблении энергии

• Нескоординированные устройствадействующий независимо

• Неэффективное управление системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.особенно в случае использования смешанных систем отопления и охлаждения.

• Плохая интеграциямежду выработкой солнечной энергии, зарядкой электромобилей и бытовыми нагрузками

• Зависимость от управления исключительно облачными ресурсами.что создает проблемы с задержкой и надежностью.

Грамотно разработанная система управления энергопотреблением в доме решает эти проблемы на следующем уровне.системный уровеньне только на уровне устройства.

Базовая архитектура системы управления энергопотреблением в доме

Современные архитектуры HEMS обычно строятся на основе четырех основных уровней:

1. Уровень мониторинга энергопотребления

Этот слой предоставляет информацию об использовании и производстве электроэнергии в режиме реального времени и за прошедший период.

К типичным устройствам относятся:

• Однофазные и трехфазные счетчики электроэнергии

• Датчики тока на основе клещей

• Измерительные приборы на DIN-рейке для распределительных щитов

Эти устройства измеряют напряжение, ток, мощность и поток энергии от сети, солнечных панелей и подключенных нагрузок.

2. Уровень управления системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).

Отопление и охлаждение составляют значительную часть энергопотребления домохозяйств. Интеграция управления системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в системы управления энергоснабжением позволяет оптимизировать энергопотребление без ущерба для комфорта.

Этот слой обычно включает в себя:

• Умные термостатыдля котлов, тепловых насосов и фанкойлов

• ИК-контроллеры для сплит- и мини-сплит-систем кондиционирования воздуха

• Планирование и оптимизация температуры на основе заполняемости или доступности энергии.

Благодаря координации работы системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха с данными об энергопотреблении, система может снизить пиковую нагрузку и повысить эффективность.

3. Уровень управления нагрузкой и автоматизации

Помимо систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, система HEMS управляет гибкими электрическими нагрузками, такими как:

• Умные розеткии реле

• Зарядные устройства для электромобилей

• Обогреватели или вспомогательные устройства

Правила автоматизации обеспечивают взаимодействие между компонентами системы. Например:

• Выключение кондиционера при открытии окна

• Регулировка мощности зарядки электромобилей в зависимости от выработки солнечной энергии.

• Планирование нагрузки в периоды действия тарифов, не входящие в пиковую нагрузку.

4. Шлюз и интеграционный уровень

В центре системы находитсялокальный шлюзкоторая соединяет устройства, выполняет логику автоматизации и предоставляет API для внешних платформ.

Архитектура, ориентированная на шлюз, обеспечивает:

• Локальное взаимодействие устройств с низкой задержкой

• Продолжение работы во время сбоев в облачной инфраструктуре.

• Надежная интеграция со сторонними панелями управления, служебными платформами или мобильными приложениями.

Овонинтеллектуальные шлюзыОни разработаны с учетом мощных возможностей локальной сети и полных API-интерфейсов на уровне устройств для поддержки этой архитектуры.

Внедрение системы управления энергопотреблением в домашних условиях в реальных условиях

Практический пример крупномасштабного развертывания вертолетной службы скорой медицинской помощи (HEMS) можно найти в следующем:Европейская телекоммуникационная компанияпланировалось внедрить систему управления энергопотреблением в домах, работающую на основе коммунальных услуг, для миллионов домохозяйств.

Требования к проекту

Система должна была:

• Мониторинг и контроль общего потребления энергии в домохозяйстве.

• Интеграция солнечной энергетики и зарядки электромобилей.

• Управление оборудованием систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, включая газовые котлы, тепловые насосы и мини-сплит-системы кондиционирования.

• Обеспечьте функциональное взаимодействие между устройствами (например, управление системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в зависимости от состояния окон или выработки солнечной энергии).

• Предоставлятьлокальные API на уровне устройствадля прямой интеграции с облачной серверной частью телекоммуникационной компании.

Решение OWON

Компания OWON предоставила полную экосистему устройств на базе ZigBee, включающую в себя:

• устройства управления энергопотреблением: клещевые измерители мощностиреле для DIN-рейки и «умные» розетки

• устройства управления системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздухаТермостаты и ИК-контроллеры ZigBee

• Интеллектуальный шлюз ZigBee: обеспечение локальной сети и гибкого взаимодействия устройств

• Локальные API-интерфейсы: обеспечивает прямой доступ к функциональности устройства без зависимости от облачных сервисов.

Эта архитектура позволила телекоммуникационному оператору спроектировать и развернуть масштабируемую систему HEMS с сокращенным временем разработки и упрощенной эксплуатацией.

Почему API на уровне устройств важны для управления энергопотреблением в доме

Для крупномасштабных или ресурсоемких проектов,локальные API на уровне устройстваявляются критически важными. Они позволяют операторам системы:

• Сохраняйте контроль над данными и системной логикой.

• Снизьте зависимость от сторонних облачных сервисов.

• Настройка правил автоматизации и рабочих процессов интеграции.

• Повышение надежности системы и времени отклика.

Компания OWON проектирует свои шлюзы и устройства с использованием открытых, документированных локальных API для поддержки долгосрочного развития системы.

Типичные области применения систем управления энергопотреблением в доме

Системы управления энергопотреблением в домашних условиях все чаще используются в:

• «Умные» жилые комплексы

• Программы энергосбережения коммунальных предприятий

• Платформы для умного дома, созданные при поддержке телекоммуникаций.

• Домохозяйства, использующие солнечную энергию и интегрированные в них электромобили

• Многоквартирные дома с централизованным мониторингом энергопотребления

В каждом случае значение берется изскоординированное управлениене изолированные интеллектуальные устройства.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чём основное преимущество системы управления энергопотреблением в доме?

Система управления энергопотреблением в домохозяйстве (HEMS) обеспечивает единый контроль и прозрачность в отношении потребления энергии, что позволяет оптимизировать энергопотребление, снизить затраты и повысить комфорт.

Может ли система HEMS работать одновременно с солнечными батареями и зарядными устройствами для электромобилей?

Да. Правильно спроектированная система HEMS отслеживает выработку солнечной энергии и соответствующим образом регулирует зарядку электромобилей или бытовые нагрузки.

Требуется ли подключение к облачному сервису для системы управления энергопотреблением в доме?

Подключение к облаку полезно, но не обязательно. Локальные системы на основе шлюзов могут работать независимо и синхронизироваться с облачными платформами при необходимости.

Вопросы, касающиеся развертывания и интеграции системы.

При внедрении системы управления энергопотреблением в доме проектировщикам и интеграторам следует оценить следующее:

• Стабильность протокола связи (например, ZigBee)

• Доступность локальных API

• Масштабируемость на тысячах или миллионах устройств.

• Долгосрочная доступность устройств и поддержка прошивки.

• Гибкость в интеграции систем отопления, вентиляции и кондиционирования, энергоснабжения и будущих устройств.

Компания OWON тесно сотрудничает с партнерами для предоставления платформ устройств и готовых к использованию системных компонентов, которые поддерживают эти требования.

Заключение: Создание масштабируемых систем управления энергопотреблением в доме.

Система управления энергопотреблением в доме (HEMS) — это уже не концепция будущего, а практическая необходимость, обусловленная энергетическим переходом, электрификацией и цифровизацией. Сочетая мониторинг энергопотребления, управление системами отопления, вентиляции и кондиционирования, автоматизацию нагрузки и локальный интеллектуальный шлюз, HEMS позволяет создавать более интеллектуальные и устойчивые системы энергоснабжения для жилых домов.

В OWON мы сосредоточены на предоставлении услуг.Производимые, интегрируемые и масштабируемые устройства Интернета вещейкоторые составляют основу надежных систем управления энергопотреблением в доме. Для организаций, создающих энергетические платформы нового поколения, системный подход является ключом к долгосрочному успеху.