Jak strażnik mocy umownej i opłaty mocowej może pomóc w obniżeniu kosztów energii elektrycznej?

Pracujesz w zakładzie produkcyjnym? Zajmujesz się monitorowaniem zużycia energii elektrycznej? Zastanawiasz się, czy są metody, aby stosunkowo łatwo obniżyć koszty związane z prądem? A może masz w swoim zakładzie problem z przekraczaniem mocy umownej, skutkujący częstymi karami z tego tytułu? Poznaj strażnika mocy umownej i zarządzaj zużyciem energii na swoich zasadach.

Z czego wynika cena prądu dla firm?

Co składa się na cenę energii elektrycznej dla przedsiębiorstw? W kategorii „za co płacisz” rachunek dzieli się na dwie podstawowe części:

• składnik zmienny związany z ilością energii, jaka zostaje zużyta w danym okresie rozliczeniowym (rozliczany w zł/kWh – im więcej energii zużyjesz, tym większa kwota),
• składnik stały związany z wielkością mocy umownej, jaka zostaje ustalona dla przyłącza (rozliczany w zł/kW – im wyższa moc umowna tym większa kwota do zapłaty)
• opłata mocowa będąca nowym elementem faktury, naliczanym od 2021 roku, mogącym stanowić nawet kilkanaście procent całkowitych jej kosztów.

Poniższy wykres przedstawia wartości składnika stałego, wynikającego z poziomu mocy umownej, oraz składnika zmiennego – wynikającego z całkowitej ilości zużytej energii. Opłata mocowa jest elementem bardziej złożonym, stąd trudnym do „wizualizacji” na prostym wykresie.

Rozkład kosztów energii elektrycznej – wnioski

W przypadku pierwszego z wymienionych elementów metoda redukcji kosztów jest dość oczywista – zużywasz mniej energii i dzięki temu płacisz mniej za fakturę. Optymalizacja zużycia energii (tak aby utrzymać efektywność produkcji, albo nawet ją zwiększyć) daje bardzo duże możliwości wygenerowania oszczędności, zwłaszcza jeżeli prowadzone procesy są energochłonne, a do optymalizacji zużycia zostaną wykorzystane najnowocześniejsze z możliwych algorytmów – na przykład sztuczna inteligencja.

Składnik stały jest elementem o tyle bardziej skomplikowanym, że obniżając go za bardzo, można „przesadzić”, co spowoduje, że w niektórych momentach rzeczywista moc, jaka jest pobierana z przyłącza, będzie wyższa, niż moc umowna. Przekroczenie tego parametru wiąże się z naliczeniem dodatkowej opłaty, która może bardzo szybko i dotkliwie powiększyć końcowy rachunek za energię elektryczną.

Taka sytuacja może się również zdarzyć bez nadmiernego obniżania poziomu mocy umownej – wystarczy, że rozruch kilku ciężkich maszyn zbiegnie się ze sobą w czasie i również z tego powodu może dojść do przekroczenia mocy umownej i naliczenia dodatkowych opłat.

Z kolei opłata mocowa jest składnikiem stosunkowo nowym, wprowadzonym w 2021 roku. Warto jednak pochylić się nad tym elementem trochę bardziej, bo o ile może stanowić całkiem spory składnik całej faktury – nawet kilkanaście procent, to jest możliwe podjęcie działań obniżających opłatę mocową nawet o 83%.

Mechanizm działania opłaty mocowej promuje stabilizację zużycia energii w ciągu doby. Im wahania w wielkości pobieranej mocy są mniejsze, tym kwota opłaty mocowej będzie mniejsza. Jeszcze w 2023 i 2024 roku okres kwalifikacyjny to dekada (miesiąc kalendarzowy dzieli się tym samym na 3 okresy trwające 10, 10 oraz 8-11 dni, w zależności od miesiąca), jednak od 2025 roku docelowym okresem kwalifikacyjnym będzie doba.

Wpływ na wielkość tych opłat (związanych z mocą umowną, opłatą mocową, itd.) możemy mieć jednak tylko wtedy, gdy mamy precyzyjne informacje o bieżącym zużyciu energii na poziomie przyłącza głównego w przedsiębiorstwie. Wiedza o wielkości zużycia w dowolnym momencie, połączona z archiwizacją danych w bazie historycznej, pozwala na dynamiczne podejmowanie decyzji oraz planowanie pracy z uwzględnieniem aspektów związanych z kosztami energii.

Dla działań na poziomie przyłącza głównego może to dać nawet kilkanaście procent oszczędności w skali całego rachunku, co dla większych zakładów może przełożyć się nawet na kilkadziesiąt tysięcy złotych oszczędności rocznie.

Warto zatem odpowiedzieć sobie na pytanie – co jest potrzebne, aby z takiej okazji skorzystać?

Jak monitoring energii elektrycznej może pomóc w zarządzaniu kosztami?

Pierwszym (i bardzo często jednym – i ostatnim) miejscem, na którym zostają pokazane kary za przekroczenie mocy umownej, jest faktura za energię elektryczną. To zbyt późno, by w jakikolwiek sposób zareagować. Jedyne, co pozostaje – to zapłacić fakturę i liczyć na to, że w kolejnym miesiącu będzie lepiej.

Wydawać by się mogło, że sytuacja jest beznadziejna, na szczęście można jednak wdrożyć pewne działania, które pozwolą być cały czas o krok przed zakładem energetycznym.

Pomiar zużycia energii elektrycznej na głównym przyłączu budynku

Najważniejsza w kontekście optymalizacji kosztów na poziomie przyłącza głównego jest wiedza – ta dotycząca zużycia energii elektrycznej na poziomie licznika rozliczeniowego. Pierwszym krokiem musi być zatem zautomatyzowane pozyskanie informacji o bieżącym zużyciu energii elektrycznej. Można zrealizować taką funkcjonalność na dwa sposoby:

• Zamontowanie dedykowanego analizatora zużycia energii elektrycznej, pracującego równolegle do licznika rozliczeniowego.
• Odczyt informacji bezpośrednio z licznika rozliczeniowego energii.

Pierwszy ze scenariuszy polega na zainstalowaniu dedykowanego urządzenia pomiarowego, które będzie pracować równolegle do licznika rozliczeniowego – mierząc pobór energii w dokładnie tym samym punkcie. Pozwala to na realizację bardzo precyzyjnego pomiaru wielu parametrów energetycznych – zwłaszcza w przypadku wykorzystania bardziej zaawansowanych urządzeń pomiarowych.

Niewątpliwym plusem jest również dużo większa elastyczność w kwestii wykorzystanych protokołów komunikacyjnych, pozwalających na odczyt danych z urządzenia. Z drugiej jednak strony montaż dedykowanego urządzenia pomiarowego może wiązać się ze znacznymi kosztami, zwłaszcza w przypadku potrzeby zamontowania urządzenia na sieci zasilającej średniego napięcia.

Drugi scenariusz zakłada wykorzystanie istniejącego urządzenia pomiarowego – tego samego, z którego korzysta Zakład Energetyczny. Urządzenia pomiarowe wykorzystywane do rozliczeń posiadają najczęściej interfejs optyczny do komunikacji w protokole IEC62056-21. Daje on możliwość odczytu wszystkich parametrów mierzonych przez dane urządzenie – łącznie z parametrami kluczowymi z punktu widzenia kosztów, o których wspomniano wyżej.

W konsekwencji możliwe jest uzyskanie informacji o bieżącym zużyciu energii elektrycznej w sposób o wiele prostszy, niż w przypadku instalowania dedykowanego urządzenia pomiarowego.

Bezpośrednia integracja z urządzeniem rozliczeniowym ma ponadto jeszcze dwie inne zalety:

• Wszelkie obliczenia bazują na dokładnie tych samych danych, z których korzysta Zakład Energetyczny – eliminuje to rozbieżności wynikające z dokładności pomiarowej dwóch różnych urządzeń (mierzących tę samą wielkość).
• Konsekwencją powyższego jest brak konieczności synchronizacji czasu miedzy licznikiem rozliczeniowym, a równoległym systemem, niezależnie mierzącym zużycie energii.

Niewątpliwe zalety wykorzystania licznika rozliczeniowego jako źródła danych okupione są jednak pewnymi wadami. Najpoważniejszą wydaje się niska rozdzielczość czasowa informacji zwracanych po protokole IEC62056-21. W przypadku większych tabel danych zwracanych przez urządzenie, częstość odpytywania może być ograniczona do jednego zapytania na minutę – lub nawet jeszcze wolniej.

W przypadku analizy danych na potrzeby rozliczeń nie jest to specjalny kłopot – obliczenia wykonywane są najczęściej w oknach 15-minutowych, lub nawet godzinnych. Tak niska rozdzielczość czasowa nie pozwala jednak na ocenę bardziej dynamicznych zmian w zużyciu energii. Pewnym utrudnieniem może być również niska elastyczność samej komunikacji, ze względu na dostępność jednego tylko protokołu.

Mimo wszystko, ważąc zarówno zalety, jak i wady wykorzystania istniejącego urządzenia pomiarowego jako źródła danych o zużyciu energii elektrycznej – opcja ta wydaje się być bardzo atrakcyjna. Można dzięki niej uzyskać wszystkie potrzebne informacje do analizy i optymalizacji zużycia na poziomie przyłącza głównego, przy kosztach na poziomie ułamka ceny instalacji niezależnego urządzenia pomiarowego – zwłaszcza w przypadku pomiaru na sieciach średniego i wysokiego napięcia.

Samo urządzenie pomiarowe i możliwość odczytu mierzonych przez nie wielkości to jest oczywiście jeden z komponentów systemu. Drugim, równie ważnym, jest konsument tych informacji.

Mając wiedzę o tym, jakie informacje o zużyciu energii możemy pozyskać z istniejących urządzeń pomiarowych, warto przyglądnąć się możliwościom obniżania kosztów generowanych na poziomie przyłącza głównego w przedsiębiorstwie.

Strażnik mocy umownej – co to jest?

Wiedza w czasie rzeczywistym o wielkości pobieranej mocy chwilowej jest niesłychanie ważna. Wykorzystując to samo oprogramowanie, które zostało użyte do implementacji systemu SCADA, możesz wdrożyć strażnika mocy umownej.

Głównym celem wykorzystania strażnika mocy jest zminimalizowanie kar związanych z przekroczeniem mocy umownej. Cel ten może zostać zrealizowany poprzez szereg różnych działań:

• notyfikacje (alarmy), które informują obsługę odpowiedzialną za prowadzenie procesów o przekroczeniu (lub ryzyku przekroczenia) mocy umownej,
• podpowiadanie, które urządzenia można wyłączyć, aby jak najszybciej obniżyć zużycie (ale bez negatywnego wpływu na produkcję) – w sytuacji z punktu wcześniejszego,
• automatyczne wyłączanie określonych urządzeń, bez ingerencji obsługi – skrócenie czasu reakcji, maksymalizacja efektów.

Łatwo zauważyć, że podane wyżej punkty funkcjonalności uszeregowane są od najprostszych do najtrudniejszych w realizacji, bo wymagających odpowiednio więcej układów automatyki oraz wiedzy, jak bezpiecznie odstawiać urządzenia.

Tym samym jednak – im bardziej zaawansowany strażnik mocy, tym lepsze efekty jest w stanie osiągnąć. Może np. pozwolić na głębsze obniżenie mocy umownej, co przekłada się na niższe koszty.

O co chodzi z opłatą mocową?

Jak już zostało wspomniane wcześniej – od 2021 roku została wprowadzona nowa opłata, nazywana potocznie „opłatą mocową”, a bardziej oficjalnie – opłatą za utrzymanie bezpieczeństwa energetycznego. Głównym uzasadnieniem wdrożenia nowych przepisów wprowadzających taką opłatę była potrzeba zapewnienia stabilności i bezpieczeństwa dostaw energii elektrycznej.

Praktycznym efektem wdrożenia tych zmian jest oczywiście większe obciążenie kosztami odbiorców energii, gdzie wysokość opłaty jest uzależniona wprost od tego jak zużywamy energię w ciągu doby. Ogólny przepis na wyliczenie wielkości opłaty mocowej wygląda niepozornie:

Składa się on z trzech elementów:

• współczynnika wynikającego z kwalifikacji do grupy odbiorców – może on mieć wartość od 0,17 do 1,
• ilości energii pobranej w godzinach szczytowego zapotrzebowania na moc, w okresie rozliczeniowym (w 2023 roku jest to zakres od 7:00 do 21:59),
• stawki opłaty mocowej, która w 2023 roku wynosi 102,4 zł/MWh.

W uproszczeniu można powyższą konstrukcję wyliczania opłaty mocowej sprowadzić do wniosku, że im mniejsza jest zmienność w ilości energii zużywanej w ciągu okresu rozliczeniowego, tym opłata mocowa jest mniejsza. Parafrazując – im zużycie energii bardziej stabilne, tym lepiej.

Kluczowym parametrem jest tutaj pierwszy człon równania – określający współczynnik A, który wprost zależy od tego – jaka jest różnica w ilości energii zużytej w godzinach szczytowego zapotrzebowania na moc, w porównaniu do czasu poza tymi godzinami. Współczynnik A może mieć wartość, jak w poniższej tabeli (w zależności od grupy kwalifikacji):

Wynika z tego, że wielkość opłaty mocowej może się zmieniać od 100% jej wartości (dla grupy K4 i współczynnika A=1) do 17% jej wartości (dla grupy K1 i współczynnika A=0,17). Oznacza to, że mając wpływ na to, do jakiej grupy użytkowników dane przedsiębiorstwo jest zakwalifikowane, można zaoszczędzić nawet 83% wartości opłaty mocowej. Pozostaje jedynie odpowiedzieć na pytanie – jak to zrobić?

Jak już zostało to opisane wcześniej, kwalifikacja do grupy odbiorców K1-K4 zależy w uproszczeniu od różnicy pomiędzy ilością energii zużytą w godzinach 7:00 do 21:59, a ilością energii zużytą poza tymi godzinami. Jest to pewne uogólnienie, ponieważ jako wyjątki od reguły należy traktować weekendy oraz dni ustawowo wolne od pracy, ale nie zmienia to jednak głównego wniosku – im wspomniana różnica jest mniejsza, tym kwalifikacja do grupy odbiorców będzie korzystniejsza, a opłata mocowa – niższa.

Strażnik opłaty mocowej

Nie da się poprawić czegoś, czego nie mierzymy – to proste stwierdzenie jest prawdziwe również w kontekście działań na rzecz zmniejszenia opłaty mocowej. Pierwszym narzędziem, które jest nam potrzebne do minimalizacji wielkości tego składnika faktury, jest wiedza. I co prawda jest możliwe odczytanie współczynnika A z faktury za energię elektryczną, ale taki poziom szczegółowości jest zdecydowanie zbyt niski i dostarczony zbyt późno, aby pozwalał realnie wpłynąć na profil zużycia energii.

W takim przypadku pomocny może okazać się strażnik opłaty mocowej – narzędzie pozwalające na bieżąco monitorować, przeliczać, a nawet prognozować wartość współczynnika A. Strażnik opłaty mocowej uwzględnia trzy podstawowe komponenty:

• odczyt informacji o bieżącym zużyciu energii,
• archiwizacja mierzonych parametrów w bazie danych historycznych,
• obliczanie bieżącej oraz prognozowanej wartości współczynnika A i wizualizacja efektów tych obliczeń.

Bieżąca aktualizacja wiedzy o prognozowanej kwalifikacji odbiorcy do konkretnej grupy K1-K4 daje szansę na proaktywne wpływanie na zużycie energii w przedsiębiorstwie (np. poprzez zmianę harmonogramu pracy energochłonnych urządzeń). Może się to tym samym przełożyć na przejście z grup niższych do tych, dla których współczynnik A ma wartość mniejszą – obniżając tym samym kwotę opłaty mocowej w skrajnym przypadku nawet o 83%.

Co więcej – połączenie analizy wartości bieżących z zaawansowanymi algorytmami predykcyjnymi pozwala na bardzo świadome zarządzanie zużyciem energii w przedsiębiorstwie, przekładające się na minimalizację kosztów związanych z opłatami stałymi – mocą umowną, opłatą mocową itd.

Już wkrótce, w drugiej części artykułu, opowiemy o technicznej stronie strażnika mocy – pokażemy, jak on działa i jaka jest architektura systemu.

Jeśli zainteresował Cię temat związany ze strażnikami mocy lub opłaty mocowej, albo czujesz, że taki system mógłby sprawdzić się u Ciebie w przedsiębiorstwie – skontaktuj się z nami!