„Inteligentne miasta” charakteryzują się m.in. siecią energetyczną, która jest w stanie zrównoważyć dostawę i popyt na energię elektryczną. Istotnym elementem w tym kontekście są budynki, które będą „uczyły się”, jakie zapotrzebowanie energetyczne mają ich użytkownicy, i automatycznie zareagują na zmieniające się warunki pogodowe, aby zmaksymalizować swoją energooszczędność. Siemens oferuje rozwiązania pozwalające urzeczywistnić te oczekiwania.

Fot. Biblioteka Publiczna w Stuttgarcie, w Niemczech, to wyróżniający się na tle innych budynków, 40-metrowy sześcian o powierzchni 20 000 m kw. Siemens wyposażył ten obiekt w zintegrowane technologie budynkowe.

Najnowocześniejsze budynki świata mają „mózgi” – rodzaj centralnego układu nerwowego, który pozwala pogodzić różne oczekiwania, takie jak zminimalizowanie zużycie energii, komfort użytkowników i stabilność sieci elektrycznej.

Firma Siemens opracowała już system automatyki budynkowej, znany jako Desigo CC. Jest to swego rodzaju stacja zarządzająca, która pozwala zintegrować wszystkie systemy budynkowe na jednej, prostej w obsłudze platformie. – Ochrona przeciwpożarowa, ogrzewanie, wentylacja, oświetlenie, nadzór wideo – wszystkie systemy budynku są zwykle kontrolowane oddzielnie – mówi Naoufel Ayachi z Siemens Building Technologies. – Nasza stacja zarządzająca jako jedyna skupia te wszystkie systemy, a także pokazuje status każdego z nich w czasie rzeczywistym. Pracownicy muszą przeszkolić się w obsłudze tylko jednego systemu, co jest jednym z powodów, dla których Desigo CC został już zainstalowany w wielu biurach, szkołach, szpitalach i centrach handlowych, a także w kilku portach lotniczych. W przyszłości Desigo CC będzie mogło służyć także do kompleksowego zarządzania całymi dzielnicami „inteligentnych miast”.​

Kiedy budynki i samochody komunikują się

Od lat eksperci ds. energetyki pytają, w jaki sposób miejskie sieci energetyczne będą mogły obsługiwać dużą liczbę pojazdów elektrycznych. Odpowiedź pojawiła się już na horyzoncie. W ramach projektu badawczego Unii Europejskiej o nazwie Artemis, który jest związany z energetyką, oraz przy pomocy platformy Desigo CC naukowcy firmy Siemens wykazali, jak można zintegrować zarządzanie flotą pojazdów elektrycznych z zarządzaniem budynkiem.
– Kiedy połączyliśmy elektryczne samochody z platformą Desigo CC, to nie traktowaliśmy ich jedynie jak odbiorców energii, ale pomyśleliśmy o ich wykorzystywaniu do jej magazynowania – wyjaśnia Randolf Mock z Siemens Corporate Technology. – Rano samochody podjeżdżają do  budynku biurowego i są podłączane do stacji ładowania. Nie muszą być jednak w pełni naładowane przez cały czas postoju, tylko dopiero wieczorem, kiedy pracownicy wracają do domu. W ciągu dnia pojazdy mogą być używane jako bufory dostarczające energię elektryczną do budynku, gdy jest pochmurno. Wtedy kompensują niższą moc baterii słonecznych, które są na dachu budynku.

Budynek Siemens City w Wiedniu (Austria): nowe budynki charakteryzują się bardzo przyjaznym dla środowiska wzornictwem, łącząc je z zaawansowanymi technologiami oszczędzania energii.

Podstawą tego rozwiązania jest tzw. Internet energii, w którym pojazdy komunikują się ze stacjami ładowania. W tym przypadku system zarządzania budynkiem uzyskuje od tych stacji informacje dotyczące wymagań związanych z ładowaniem pojazdów. Następnie wykorzystuje je, a także dane meteorologiczne, aby wygenerować prognozę zapotrzebowania na energię na następny dzień. – Prognoza jest przesyłana do operatora sieci, który proponuje określoną cenę za gwarantowaną ilość energii elektrycznej – wyjaśnia Mock. – Jeśli zużycie energii w budynku będzie zbyt wysokie lub za niskie w porównaniu z prognozą, to trzeba liczyć się z karami finansowymi. Aby temu zapobiec, Desigo CC wykorzystuje pojazdy elektryczne do przechowywania lub dostarczania energii elektrycznej, dzięki czemu można utrzymać stabilność zapotrzebowania na energię dla całego budynku.

Przykłady ze Stanów Zjednoczonych

Desigo CC nie jest jedynym inteligentnym rozwiązaniem branży Building Technology, nad którym pracuje Siemens. Projekt realizowany w Stanach Zjednoczonych ilustruje, jak „inteligentne budynki” mogą włączać do swojego systemu zasilania pojazdy elektryczne w celu ustabilizowania sieci i obniżenia zapotrzebowania na energię.

Thomas Grünewald, ekspert w zakresie zaawansowanych technologii zarządzania energią w budynkach, pracuje w Siemens Corporate Technology w Princeton, New Jersey (USA).

– Istnieje cały szereg tzw. szczytowych elektrowni w Stanach Zjednoczonych, które produkują prąd tylko parę godzin rocznie, aby zniwelować przeciążenia sieci w godzinach szczytu – mówi Thomas Grünewald z Siemens Corporate Technology w Princeton. – Te elektrownie są bardzo kosztowne w utrzymaniu, więc istnieje duże zapotrzebowanie na tańsze rozwiązania. Pierwsza próba takiego rozwiązania została podjęta kilka lat temu na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley.

Właśnie tam zespół Grünewalda wyposażył budynek w rozwiązanie o nazwie „Smart Energy Box”, które może obniżyć zapotrzebowanie na energię w fazie szczytowego obciążenia. Zmniejsza tym samym obciążenie całej sieci przesyłowej, a zatem oszczędza pieniądze. – „Smart Energy Box” może wyłączyć konkretne komponenty, takie jak systemy oświetleniowe lub klimatyzacyjne – informuje Grünewald. – W tym procesie uwzględnia się czynniki, takie jak przewidywana cena energii elektrycznej, prognoza pogody i określone standardy pomieszczeń, np. wysokość temperatury, wilgotność powietrza. To pozwala oszczędzać energię i pieniądze przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniego poziomu komfortu dla użytkowników budynków. System może również obniżyć zapotrzebowanie na energię poza godzinami najwyższego obciążenia.​

W przypadku projektu realizowanego w Colorado Springs naukowcy firmy Siemens zrobili jeszcze jeden krok naprzód. – Połączyliśmy cały kompleks budynków w Akademii Lotniczej USA – mówi Grünewald. – Podobnie jak w przypadku systemu w Berkeley, oprogramowanie zarządza zapotrzebowaniem energetycznym na podstawie cen energii elektrycznej i danych pogodowych, ale system jest w stanie zarządzać potencjałem oszczędności w kilku budynkach. Tego typu mikrogrid, który wykorzystuje podejście rynkowe do danych i ujednolicony system zarządzania energią, jest obecnie największą jednostką, która potrafi konfigurować zapotrzebowanie energetyczne. Jest nawet możliwe, że całe dzielnice mogłyby stać się częścią takiej „inteligentnej sieci” i komunikować się ze sobą, co zwiększyłoby potencjał optymalizacji przy wykorzystaniu wspólnego podejścia do zarządzania energią.

Budynki online

W przyszłości „inteligentne budynki” będą mogły precyzyjniej zarządzać zapotrzebowaniem na energię i łączyć się z innymi budynkami w celu tworzenia mikrogridów. Spowoduje to stabilizację pierwotnych sieci, kompensację wahań w dostawach i zmniejszenie całkowitego zapotrzebowania na energię.

System zarządzania budynkiem Siemensa w Wiedniu, który ma dostęp do około 10 000 czujników, zapewnia wyjątkowo energooszczędne oświetlenie, a także optymalizację temperatury i wentylacji.

– „Inteligentne budynki” przyszłości będą wykorzystywać wiele typów tymczasowych zespołów magazynowania energii, takich jak elektryczne pojazdy, termiczne jednostki magazynujące (np. zbiorniki na wodę) i jednostki mechaniczne (np. koła zamachowe) – mówi Mock. – Nasz system Desigo CC umożliwia spojrzenie w przyszłość i ocenę, jak „inteligentne miasta” mogą być mądrze zarządzane i kontrolowane.

– Inteligentna kontrola budynków stanie się coraz bardziej cyfrowa; w przyszłości będziemy korzystać z rozwiązań w chmurze, bez infrastruktury na miejscu – przewiduje Naoufel Ayachi. – Koszty będą znacznie niższe, a systemy praktycznie bezobsługowe, tj. nie będą wymagały zatrudniania takich licznych kadr jak obecnie. Klienci będą mogli natomiast wynająć system na stałe lub na określony czas i łatwo wprowadzić ustawienia za pośrednictwem smartfona.

Grünewald ma podobny pogląd. – W przyszłości użytkownicy będą komunikować się z budynkami za pomocą smartfonów lub innych smart-urządzeń, a także będą w stanie zdefiniować własne standardy wygody. Systemy zarządzania budynkami będą mogły używać cyfrowych kalendarzy spotkań, aby już zawczasu przygotować użytkownikom miejsce pracy zgodne z ich preferencjami i oszczędzać energię, gdy pracownika nie ma w biurze. Biorąc to wszystko pod uwagę, wydaje się, że budynki będą „słuchać” potrzeb i spełniać coraz więcej oczekiwań swoich użytkowników.​

SIEMENS