EMS

System zarządzania energią (EMS) to warstwa sterowania nad wytwarzaniem, magazynem i przyłączem obiektu. Odczytuje pomiary z licznika na przyłączu, falowników i magazynu, łączy je z sygnałami z zewnątrz, takimi jak ceny rynkowe, okna taryfowe, limity operatora sieci i prognoza pogody, i odsyła do urządzeń nastawy: ładuj magazyn mocą 400 kW, ogranicz PV do 70%, utrzymaj pobór z sieci poniżej mocy przyłączeniowej.

Pętla działa w stałym cyklu. W domowym EMS Zeronest cykl trwa minutę, a pętle sterowania w obiektach przemysłowych zwykle chodzą szybciej. W każdym cyklu EMS ustala, co obiekt robi teraz, co wolno mu zrobić i która z dozwolonych akcji da największą oszczędność albo zysk. Zakres dozwolonych akcji wyznaczają limity stanu naładowania magazynu, moc przyłączeniowa, limity eksportu i umowy. W praktyce logika to stos regulatorów z priorytetami: najpierw limity bezpieczeństwa, potem polecenia operatora sieci, potem obowiązki z umów, na przykład okna peak shavingu, a dopiero na końcu optymalizacja, czyli handel energią albo autokonsumpcja.

To samo słowo obejmuje bardzo różne skale. Domowy EMS decyduje, kiedy ładuje się jeden magazyn. Przemysłowy EMS zarządza przyłączem fabryki, magazynem i farmą PV za jednym licznikiem. EMS floty koordynuje wiele obiektów i przekazuje ich elastyczność agregatorowi albo zespołowi handlowemu. Problem sterowania jest ten sam, rośnie tylko liczba urządzeń i sygnałów oraz koszt błędnej decyzji.

System zarządzania baterią (BMS) działa warstwę niżej. Siedzi w pakiecie baterii albo obok niego, mierzy napięcia i temperatury ogniw, wyrównuje ogniwa i otwiera styczniki po przekroczeniu limitu. Dla EMS magazyn to jedno urządzenie z mocą znamionową, stanem naładowania i limitami, które raportuje BMS. EMS prosi magazyn o 500 kW, a BMS decyduje, czy ogniwa mogą tyle oddać.

Większość kosztu i ryzyka projektu EMS leży w integracji, czasach reakcji i obsłudze awarii, a dużo mniej w algorytmie optymalizacji. Wymagania, które warto wpisać do specyfikacji:

• Sterowanie działa lokalnie. Decyzja dotycząca pracującego magazynu nie może czekać na łącze internetowe, więc pętla sterowania i limity bezpieczeństwa muszą działać na urządzeniu brzegowym w obiekcie. Chmura przechowuje konfigurację, historię i raporty.
• Integrację wycenia się per model urządzenia. Każdy falownik, magazyn i licznik ma własną mapę rejestrów, zwykle po Modbusie, a aktualizacja firmware'u potrafi przesunąć rejestry. Zapytaj, jak dodaje się nowy model i kto utrzymuje mapy.
• Regulatory mają jawną kolejność. Limity eksportu, polecenia operatora, peak shaving i handel będą się kłócić o ten sam magazyn. System potrzebuje spisanych priorytetów, trybu awaryjnego na wypadek, gdy żaden regulator nie jest aktywny, i ekranu, który pokazuje, która reguła rządzi w danej chwili.
• Komunikacja z urządzeniami jest sprawdzana w obie strony. EMS odczytuje z powrotem każdą zapisaną nastawę i oznacza każdy nieudany odczyt, więc logika sterowania nie działa na wartości, której urządzenie nie przyjęło, ani na nieaktualnych danych. Co to oznacza na poziomie rejestrów, opisuje hasło Modbus.
• Każdy cykl jest zapisywany. System przechowuje dane wejściowe, aktywną regułę i wynikową nastawę, żeby dało się odtworzyć sporną fakturę albo reklamację operatora sieci.
• Nową logikę testuje się na symulatorze z takimi samymi interfejsami jak obiekt, zanim trafi na produkcyjny magazyn.

W prawie UE "system zarządzania energią" zwykle oznacza proces zarządczy, który oprogramowanie tylko wspiera. Art. 11 dyrektywy w sprawie efektywności energetycznej (UE) 2023/1791 wymaga, żeby przedsiębiorstwa ze średnim rocznym zużyciem powyżej 85 TJ w trzech poprzednich latach miały system zarządzania energią najpóźniej do 11 października 2027 r., sprawdzony przez niezależny podmiot według norm europejskich lub międzynarodowych. Przedsiębiorstwa powyżej 10 TJ, które takiego systemu nie mają, muszą zamiast tego przechodzić regularne audyty energetyczne. Jeśli dział compliance przekazuje Ci "wymaganie EMS", sprawdź, o które z tych dwóch znaczeń chodzi, zanim zaczniesz wyceniać oprogramowanie.

EMS w obiekcie nie ma własnego protokołu. Mówi protokołami urządzeń, którymi steruje, najczęściej Modbus RTU albo Modbus TCP, a sygnały od operatora sieci i partnerów rynkowych odbiera przez interfejsy, które oni zdefiniują.

Zbudowaliśmy EMS, na którym działa platforma Skyfri do zarządzania instalacjami PV i magazynami. System działa produkcyjnie od czerwca 2024 r. w 7 obiektach z magazynami o łącznej pojemności ponad 5 MWh, w tym z pojedynczym magazynem powyżej 2 MW. Steruje ładowaniem i rozładowaniem, peak shavingiem, handlem energią, poleceniami operatora systemu dystrybucyjnego i limitami eksportu, a w obiekcie pracuje całkowicie offline. Kod brzegowy to Python asyncIO na Azure IoT Edge. Dokumentacja projektu wymienia, co było gotowe do października 2024 r.: modułowa struktura, główna pętla sterowania ze wszystkimi sygnałami zewnętrznymi, ograniczanie eksportu na polecenie operatora sieci, algorytmy zerowego eksportu i zerowego eksportu z PV, ogranicznik maksymalnego obciążenia obiektu oraz testy w obiekcie z operatorem sieci i partnerem handlowym.

Dla Zeronest od stycznia 2024 r. budujemy EMS dla domów i instalatorów. Co minutę decyduje on, czy magazyn się ładuje, rozładowuje, czy sprzedaje energię do sieci. Bierze pod uwagę bieżące odczyty, ceny rynkowe, taryfy i prognozę pogody, a obsługuje falowniki 16 marek.

Dla magazynów energii Global Green zbudowaliśmy w 2026 r. osobne regulatory dla limitów eksportu od operatora sieci, bezpośrednich poleceń dla magazynu, ograniczania eksportu z PV i z obiektu, awaryjnego ograniczania ze względów bezpieczeństwa oraz handlu, a do tego ostrzeżenie, gdy nie ustawiono regulatora zapasowego. Dwa błędy znalezione w testach pokazują, dlaczego kolejność regulatorów wymaga osobnych testów: dodanie regulatora handlu usunęło kiedyś ustawienia ochrony przed głębokim rozładowaniem, a regulator bezpieczeństwa dławił magazyn niezależnie od tego, co go uruchomiło. Oba błędy naprawiono.