Aspern: digitálne riešenia pre mestskú klímu

Neďaleko Viedne vyrastá jeden z najväčších urbanistických smart city projektov v Európe – nová mestská štvrť Aspern Seestadt. Kompletne bude dokončená do roku 2030 a okolo umelého jazera na území bývalého letiska poskytne moderné bývanie 20-tisíc obyvateľom a rovnaký počet pracovných miest.

Magnet pre inovácie

V súčasnosti je zastavaná tretina celkovej plochy a už dnes ponúka mix moderného bývania, kancelárií, služieb, inovatívnych firiem, startupov i vzdelávacích inštitúcií. Základným prvom tohto „mesta bez áut“ je množstvo zelene, cyklochodníky, ulice s malými obchodíkmi a všadeprítomné moderné technológie.

Aspern Seestadt sa stalo laboratórium inovácií. Nielen z hľadiska urbanizmu, architektúry, stavebných materiálov, ale aj technológií pre Smart City – udržateľnej mobility, energetiky, manažmentu odpadov... Poskytuje priestor pre hľadanie nových riešení a projektov s cieľom zlepšovať život obyvateľov miest a znižovať negatívny vplyv mesta na klímu. 

Jedným z nich je Aspern Smart City Research (ASCR) – výskumný projekt unikátny aj v európskom meradle. Sústreďuje sa na praktické a ekonomické riešenia pre energetickú budúcnosť miest. Do projektu sa zapojili všetci významný hráči: okrem spoločnosti Siemens energetické firmy Wien Energie, Wiener Netzen, hlavný developer Wien 3420 a mestská spoločnosť Vienna Business. Tím viac ako sto výskumníkov overuje svoje riešenia pri terénnych testoch priamo v Asperne a využíva reálne dáta a skúsenosti z bežnej prevádzky.

Riešenia pre všetkých

„Klimatické výzvy sú obrovské a zvládneme ich jedine s najmodrejšími technológiami v našich mestách. Inak sa nám nepodarí uspokojiť neustále rastúci dopyt po energii a zároveň dosiahnuť uhlíkovú neutralitu,“ hovorí Wolfgang Hesoun, generálny riaditeľ Siemens Austria. Aspern Smart City Research hľadá technologické riešenia v cieľom stabilizovať energetickú sieť v meste a dosiahnuť jeho uhlíkovú neutralitu. 

Pre Siemens je dôležité, aby sa výstupy z výskumu nevyužili len v Asperne, ale našli širšie uplatnenie. „Úžitok z toho bude mať nielen Viedeň a jej obyvatelia, ale aj ďalšie samosprávy a mestské regióny ďaleko za hranicami Rakúska. Aj preto riešenia a poznatky, ktoré sme získali v rámci výskumu, premietame do nových alebo vylepšených produktov Siemens,“ vysvetľuje W. Hesoun.

Výskumný projekt je rozdelený do niekoľkých etáp. V prvej v rokoch 2013 až 2018 šlo najmä o vytvorenie potrebnej výskumnej infraštruktúry, aby umožnila zber dát a praktické testovanie konceptov. Zapojených bolo vyše dvesto bytov, dvanásť lokálnych elektrární, pätica batériových úložísk a nainštalovali stovku sieťových senzorov a päťsto inteligentných meračov v budovách.

Aktuálna druhá etapa vyvrcholí v budúcom roku. Jej výsledkom bude pilotná prevádzka základných prvkov energetického systému, pričom v popredí záujmu aj naďalej zostáva analýza dát a prevádzkových skúseností. Mala by viesť ku znižovaniu zložitosti systémov pre používateľov, ako aj k automatizácii procesov.

Inteligencia pre rozvodné siete

Hlavný cieľom výskumu je hladká premena doteraz pasívnej distribučnej siete na aktívnu a inteligentnú. Je to podmienka pre transformáciu existujúcej infraštruktúry, aby bola pripravená integrovať obnoviteľné zdroje energie. Súčasné siete nízkeho a stredného napätia nezodpovedajú novým požiadavkám, neposkytujú možnosť merania a regulácie a obojstrannej komunikácie medzi zdrojom a spotrebičom. V čase ich plánovania to ani nebola technologická požiadavka. Navyše dnes sa k tomu pridáva rozvoj elektromobility, ktorá vyžaduje oveľa väčší nabíjací výkon i moderné možnosti skladovania.

Výskumníci hľadajú riešenia, ktoré v mestskom energetickom systéme prinesú maximálny úžitok všetkým účastníkom trhu – prevádzkovateľom sietí, dodávateľom energií i samotným spotrebiteľom. Zároveň by mali byť jednoduché a užívateľsky príjemné predovšetkým pre obyvateľov. Ťažiskom projektu ASCR je preto integrovať jednotlivých účastníkov tak, aby vytvorili jeden celok a vzájomne profitovali z digitálnych riešení, ktoré prispievajú k ochrane klímy.

Budova ako aktívny účastník trhu

Budovy sú popri sieťach ďalším cieľom výskumu – v budúcnosti by sa mali stať aktívnymi účastníkmi energetického trhu. „Obnoviteľná energia vyžaduje vysoký stupeň flexibility v dodávkach i spotrebe energie. Budovy preto nevnímame izolovane, ale naopak ako súčasť inteligentného energetického systému,“ hovorí Gerd Pollhammer, expert na inteligentnú infraštruktúru zo Siemens Austria.

Budovy sú schopné vyrábať vlastnú obnoviteľnú energiu, prípadne ju skladovať alebo výhodne ponúkať na trh a využívať pritom jej variabilné ceny.

V rámci projektu ASCR vzniká Systém energetického manažmentu budov (BEMS) pre riadenie energetického manažmentu medzi budovami a energetickými sieťami. Inteligentným budovám umožňuje komunikovať v rôznych „jazykoch“ nielen s vnútornými systémami, ako sú tepelné čerpadlá, fotovoltaické systémy alebo nabíjacia infraštruktúra, ale aj s inými budovami a dokonca aj s energetickými sieťami. Na základe dát a strojového učenia optimalizuje spotrebu energie a pracuje so širokou škálou predpovedných modelov, napríklad prevádzka fotovoltických systémov sa riadi podľa predpovedí počasia.

Zároveň systém BEMS umožňuje optimalizovať náklady počas celého životného cyklu budovy. Pracuje s digitálnym dvojčaťom budovy, jej digitálnym modelom, ktorý v reálnom čase ukazuje, čo sa s nej deje. V ideálnom prípade vzniká informačný model budovy (BIM) už v rámci jej projektovania. Pred začatím výstavby sa rozpracuje do stavebnej dokumentácie a v prípade zmien sa priebežne dopĺňa. Počas prevádzky budovy umožňuje digitálne dvojča s využitím reálnych dát a  virtuálnej reality optimalizovať servisné procesy a zaviesť prediktívnu údržbu. Znižuje sa tak riziko porúch a šetria náklady aj energia.

Digitálne dvojičky budov možno napojiť na digitálne modely energetických sietí – to uľahčí developerom hľadať optimálne energetické koncepty pre projekty celých mestských štvrtí.

Prepojenie budov a sietí

Existujúce energetické systémy v Aspern Seestadt sa postupne modernizujú na vyšší level, aby získali nové funkcie. Dnes disponujú najnovšími monitorovacími a analytickými nástrojmi, inteligentnými senzormi a riadiacimi systémami, aby zvládali svoje úlohy aj v komplexnom a dynamicky sa meniacom systéme. „Prepojením tepelných čerpadiel, zásobníkov energie či batérií a nasadením inteligentných nástrojov sme získali množstvo nových skúseností. Zároveň sme technológie správy budov prepojili s manažmentom decentralizovanej siete, teraz dokážu hovoriť rovnakým jazykom a dodávať dáta cez internet vecí (IoT),“ vysvetľuje G. Pollhammer.

Testovanie automatizovaných systémov viedlo k vývoju medzidoménových architektúr internetu vecí pre distribuované energetické systémy. Koncové jednotky Siemens SICAM A8000 sú jedným z výsledkov výskumu – umožňujú zariadeniam v teréne automaticky sa zaregistrovať v centrálnej autorite a okamžite spustiť prevádzku.

Budovy a siete vzájomne komunikujú a dokážu si vymieňať dáta, svoje kapacity, požiadavky a podobne. Vytvárajú sa tak značné synergické efekty. Systém dokáže predikovať toky energie a záťaže, analýzou dát zlepšuje procesy a učí sa efektívnejšiemu riadeniu. Pripojením ďalších budov k sieťovej infraštruktúre môžu digitalizácia pomôcť celým okresom, aby dosiahli uhlíkovú neutralitu a ďalšie klimatické ciele.

Building Information Modeling (BIM) poskytuje prevádzkovateľom budov prehľad o ich efektívnej prevádzke a o inštalovaných zariadeniach. 

Ekonomika inteligentných sietí

Testované budovy v Asper Seestadt sú dnes pripravené pre inteligentnú sieť. Vyvinutý koncept by pri dôslednej implementácii umožnil vyhnúť sa rizikám vysokého špičkového zaťaženia i potrebe ďalej rozširovať energetické siete, čo by znamenalo vyššie ekonomické náklady. 

No ako sa ukázalo, ekonomicky rozumná prevádzka nových konceptov sa dosiahne len pri kooperácii výrobcov energie a distribučných spoločností, napríklad pri spoločnom využívaní batérií pre skladovanie energie. Predpokladá vznik nových energetických komunít, v rámci ktorých budú na jednej lodi prevádzkovatelia distribučných sietí, dodávatelia energií i poskytovatelia služieb. Výskum sa preto zameriava aj na vývoj riešení a spoločných zariadení pre takéto energetické spoločenstvá, aby sa zabránilo transformačným a prenosovým stratám.  

„Naše spoločné výskumné úsilie ukázalo značný potenciál úspory CO₂ pri koordinácii prvkov energetického systému. No ešte sme neskončili a pokračujeme v hľadaní nových inovatívnych riešení“, hovorí W. Hesoun. Podľa jeho slov sa potvrdil aj počiatočný predpoklad – rozvoj klimaticky neutrálnej energetiky vyžaduje úzku spoluprácu medzi samosprávou, energetikmi, distribútormi, developermi a IT priemyslom. „To všetko sme našli v Aspern Seestadt – mimochodom aj vďaka podpore a nadšeniu obyvateľov,“ uzatvára generálny riaditeľ Siemens Austria.

Nové riešenia Siemens vyvinuté v Aspern Seestadt

• Aplikácia BIM (Building Information Modeling): prevádzkovateľom budov poskytuje online dáta o ich prevádzke, ako aj o inštalovaných zariadeniach

• Building Energy Management System (BEMS): umožňuje bezproblémový manažment energie medzi budovami a rozvodnými sieťami a stará sa o energeticky a nákladovo optimálnu prevádzku budov

• Desigo CC: integrovaná, škálovateľná a otvorená platforma pre vysoko efektívnu správu budov

• SICAM A8000: séria modulárnych zariadení pre diaľkové ovládanie a automatizáciu dodávky energie

• SICAM EGS (Enhanced Grid Sensor): senzory sú základom riešení pre digitalizáciu distribučnej siete.

• SICAM ChargeControl: riadenie nabíjania pre elektromobily

• SICAM Microgrid Control: technologický základ pre budovanie energetických komunít monitoruje, riadi a optimalizuje miestnu spotrebu energie.

Modulárne zaradenie SICAM A8000 umožňuje diaľkové ovládanie a automatizáciu dodávky energie.

Digitálne technológie pre ochranu klímy

• Priemyselný internet vecí: jednoduché prepojenie a distribuovaná interakcia veľkého množstva senzorov a inteligentných zariadení

• Digitálne dvojča: virtuálny model systému umožňuje optimálne plánovanie, prevádzku a údržbu

• Strojové učenie: pomáha inteligentným zariadeniam analyzovať reálne prostredie a nezávisle rozpoznať situácie

• Umelá inteligencia: spája základné kamene digitalizácie a na základe aktuálnych dát umožňuje aj samostatné rozhodovanie

Priemyselný internet veci a umelá inteligencia sú hlavné nástroje transformácie energetiky v mestskej časti Aspern Seestadt.

Viac informácií