Интеллектуальная система поквартирного учета и регулирования энергоресурсов

А. Е. Максименко, генеральный директор ЗАО «Межрегиональная энергосервисная компания»

Д. Б. Рыгалин, доктор экон. наук, зам. генерального директора ОАО «Зеленоградский инновационно-технологический центр»

Реализация огромного потенциала энергосбережения российского жилищно-коммунального хозяйства, модернизация его инфраструктуры возможны только через изменение системы взаимоотношений между производителями и потребителями энергоресурсов на основе рыночных отношений. К сожалению, в настоящее время в ЖКХ реальных рыночных отношений практически нет, что приводит к отсутствию мотивации к энергосбережению и необходимых финансовых ресурсов (рис. 1).

Рисунок 1 (подробнее)   Взаимоотношения субъектов ЖКХ

Изменению ситуации способствует внедрение комплексной интегрированной автоматизированной системы, обеспечивающей мониторинг и контроль энергоэффективности (рис. 2). Разработка и внедрение систем, обеспечивающих интеграцию данных из различных источников, проведение аналитических и прогнозных исследований, позволит из многовариантных решений выбрать оптимальный. Это дает возможность составить реальную картину энергопотребления в масштабах региона с возможностью детализации до отдельного энергопотребляющего объекта (здание, сооружение), а значит выявлять и контролировать потери энергоресурсов и планировать проведение энергосберегающих мероприятий. Наличие такой системы позволяет осуществлять мониторинг лифтового хозяйства, подземных коммуникаций, управлять дежурным освещением и системами видеонаблюдения. В основе данной модели лежит создание единого городского ситуационного центра энергоэффективности, имеющего полную информацию о балансовых потоках энергоресурсов и их потреблении в режиме реального времени.

Рисунок 2 (подробнее)   Интегрированная система индивидуального учета и регулирования энергоресурсов

Одной из важнейших составных элементов информационной модели является система индивидуального учета потребления и регулирования энергоресурсов (далее Система).

Такая Система (рис. 3) была разработана для поквартирного учета и регулирования потребления энергоресурсов (тепла, холодной и горячей воды, электричества, газа) в зданиях и диспетчеризации данных об их потреблении специалистами ОАО «Зеленоградский инновационно-тенологический центр», ЗАО РПК «Системы управления» и ФГУП «Завод «Прибор» при поддержке Федерального агентства по науке и инновациям.

Рисунок 3 (подробнее)   Интегрированная система индивидуального учета и регулирования энергоресурсов

Система предназначена для персонифицированного оперативного учета потребления и регулирования энергоресурсов (тепла, холодной и горячей воды, электричества, газа) в жилых зданиях и диспетчеризации данных об их потреблению.

Центральной фигурой в создаваемых новых условиях хозяйствования становится само население – конечный потребитель этих ресурсов, имеющий возможность влиять на количество и качество предоставляемых ему услуг.

Внедрение Системы позволяет:

• получить экономию потребления энергоресурсов до 50 %;
• предоставлять качественные услуги тепло- и водоснабжения;
• снизить социальную напряженность в условиях реформирования ЖКХ за счет предоставления населению возможности платить за фактически потребленные ресурсы и регулировать количество получаемого тепла;
• улучшить экологическую обстановку.

Система реализует следующие возможности:

• индивидуальный учет и регулирование потребленных ресурсов;
• диспетчеризация данных об учете индивидуального энергопотребления и контроле работы инженерных систем дома;
• мониторинг потребления энергоресурсов;
• многотарифность;
• диагностика неисправностей элементов системы и несанкционированного доступа;
• дистанционное управление индивидуальным электропотреблением с переводом на режим аварийной нормы при отсутствии оплаты за любые потребленные ресурсы (тепло, вода, электроэнергия).

В Системе реализовано инновационное решение, ориентированное, в первую очередь, на особенности строительства в России и СНГ. Это использование технологий «система на кристалле», сенсорных и современных информационных технологий, в частности беспроводных сетей для реализации мониторинга систем жизнеобеспечения зданий, на основе которых осуществляется полный индивидуальный и коммерческий учет потребления и управление потреблением всех энергоресурсов.

Система может быть установлена как во вновь возводимых, так и в существующих зданиях и характеризуется следующими инновационными преимуществами:

• возможность подключения новых типов приборов учета в процессе эксплуатации по принципу plug&play («включил и работай»);
• поквартирный учет потребления (согласно СНиП 2.04.05–91) с возможностью его ограничения и автоматическим считыванием показаний;
• принцип High Technology Low Specification («высокие технологии – доступные составляющие»), примененный при разработке датчиков нового поколения, позволяет упростить и удешевить системы с одним чипом, увеличить их надежность, а также уменьшить потребление электроэнергии, обеспечивая долгосрочную работу компонентов Системы;
• использование беспроводных технологий обеспечивает простоту монтажа и устраняет необходимость в прокладке дополнительных проводов в зданиях;
• примененная современная технология позволяет создавать унифицированные устройства, более дешевые, чем их аналоги;
• при конфигурировании и мониторинге состояния Системы идентифицируются цифровые датчики и осуществляется диагностика их характеристик и состояния;
• возможность подключения дополнительных расширений, обеспечивающих безопасность, а именно: интерком (домофон), освещение входа и лестницы, сигнализация и видеонаблюдение, контроль лифтов и т. п.

Система представляет собой трехуровневую сеть диспетчеризации данных.

1 уровень – беспроводная сенсорная сеть (БСС) – имеет 2 048 конечных узлов в сегменте и до 120 концентраторов и состоит из интеллектуальных беспроводных датчиков и преобразователей, локального концентратора (квартирного или этажного), монитора электрической энергии с устройством отсечки, радиаторных терморегуляторов, а также квартирного монитора (опционально).

2 уровень – общедомовая сеть – состоит из домового концентратора и узла коммерческого учета тепла, воды и электроэнергии, объединенных в единую цифровую сеть.

3 уровень – диспетчерская сеть – состоит из диспетчерского пункта и цифровых каналов связи, с помощью которых обеспечивается сбор данных от домовых концентраторов и связь с расчетно-кассовыми центрами. Обеспечивает мониторинг физических параметров домовых систем, обмен коммерческой информацией от приборов на границе балансовой ответственности, управление энергоресурсами и диспетчеризацию данных потребления для передачи в биллинговый центр.

1 и 2 уровни работают совместно, осуществляя непрерывный перекрестный мониторинг квартирных элементов и общедомовых устройств.

Разработанные электронные компоненты Системы являются компонентами программно-технического комплекса БСС со следующими свойствами:

• возможность безлицензионной эксплуатации Системы юридическими и физическими лицами в нескольких полосах радиочастот для обеспечения гарантированной работы в различных условиях радиопрозрачности;
• узкополосный экономичный обмен данными, двунаправленный канал, защищенность связи, скремблирование данных;
• проводные «мосты» и наличие во всех компонентах интерфейсов RS-485 (в домовом концентраторе дополнительно RS-232, GSM, Ethernet 10/100Base-T);
• простота монтажа и легкость эксплуатации за счет использования технологий построения БСС и интеллектуальных датчиков.

Основными электронными компонентами БСС Системы являются интеллектуальные беспроводные датчики и регуляторы, к которым относятся:

• интеллектуальные датчики температуры теплоносителя с интерфейсом БСС (погрешность измерений до ±0,1 °С);
• интеллектуальные датчики скорости потока воды в стояке (расхода теплоносителя) с интерфейсом БСС;
• интеллектуальный преобразователь импульсных сигналов в интерфейс БСС, предназначенный для преобразования импульсных сигналов от квартирных счетчиков холодной и горячей воды, а также от стояковых счетчиков расхода воды системы отопления;
• монитор электрической энергии (многотарифный электросчетчик) с устройством отсечки;
• беспроводные управляемые терморегуляторы, предназначенные для регулировки температуры на отдельном отопительном приборе.

Помимо интеллектуальных беспроводных датчиков и регуляторов, в Систему входят устройства обработки и отображения информации:

• локальный концентратор в нескольких исполнениях (локальный концентратор квартирный со встроенным квартирным монитором, локальный концентратор этажный для сбора информации от нескольких квартир), имеющий энергонезависимую память, беспроводной и проводной интерфейс и крепление на DIN-рейку с возможностью настенного монтажа;
• квартирный монитор с беспроводным интерфейсом в нескольких вариантах исполнения (бюджетное исполнение на распределительном щите и/или в квартире либо элитное исполнение: автономный монитор в квартире);
• домовой концентратор с различными вариантами передачи информации в биллинговый центр.

Для передачи данных в БСС используется оригинальный помехоустойчивый защищенный протокол в диапазоне 868 МГц (что соответствует открытому диапазону частот в соответствии с решениями ГКРЧ), реализуемый с использованием универсального радио-трансивера БСС-1 (разработан ОАО «ЗИТЦ»).

Примеры внедрения Системы

В рамках программы реконструкции ветхого жилья описываемая Система в 2008 году внедрена на двух пилотных типовых домах в Челябинске при финансовой поддержке Фонда содействия реформированию ЖКХ. В результате была продемонстрирована возможность экономии энергоресурсов до 30 % за счет непосредственного стимулирования населения, управляющих и генерирующих компаний к энергосбережению. В денежном эквиваленте на типовой 12-этажный одноподъездный дом годовая экономия энергоресурсов составляет порядка 600 тыс. руб. при стоимости внедрения Системы 1–1,2 млн руб. (при организации серийного производства ее компонентов). Оценочный срок окупаемости внедрения составляет от 3 до 4 лет в зависимости от климатических зоны конкретного региона. При новом строительстве удорожание 1 м² жилья, оснащенного компонентами системы обойдется примерно в 350–500 руб., что несоизмеримо с общестроительными затратами.

В настоящее время проводятся работы по разработке и реализации пилотных проектов в Архангельске, Воронеже, Златоусте, Калининграде, Москве и Челябинске по внедрению интеллектуальной энергосберегающей системы индивидуального учета энергоресурсов в зданиях и сооружениях на основе технологий беспроводных сенсорных сетей и интеллектуальных датчиков.