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Histórias de Sucesso

quarta-feira, 29 de outubro de 2014

Universidade do Tamanho de uma Pequena Cidade Gera Energia para Manter o Campus com a Ajuda do InduSoft Web Studio

A Universidade do Texas produz utilidades para um campus de mil e quinhentos metros quadrados usando uma tecnologia avançada e o supervisório InduSoft Web Studio




Figura 1: Artista representando o campus da Universidade do Texas em Austin.


 

História

O Departamento de Energia dos Estados Unidos lançou um desafio para as plantas que produzem energia. O desafio era produzir 20% de toda a energia gerada nos Estados Unidos via energia térmica, o que atualmente é considerada um tipo de energia limpa, durante o processo de produção de energia. Hoje em dia, países como a Dinamarca produzem 55% de sua energia via calor desperdiçado.

Esse processo chamado de Cogeração ou Combinação de Calor e Energia (Combined Heat and Power, CHP) permite que as plantas de energia produzem energia de fontes como biogás, carvão, petróleo, gás natural, ou energia nuclear, além de utilizarem o calor gerado durante o processo. Ao aproveitar o calor, que normalmente seria perdido, as plantas de geração de energia podem melhorar a eficiência de suas operações.

A Universidade do Texas está a frente do CHP nos Estados Unidos. Usando a cogeração em várias plantas de produção de energia, a universidade é capaz de fornecer 100% da energia requerida para operar uma área de mil e quinhentos metros quadrados incluindo estádios, laboratórios, escritórios, salas de aula e teatros.

O Departamento de Gerenciamento de Energia e Utilidades é parte do Departamento de Serviços a Empregados e Facilidades dentro da Universidade do Texas na cidade de Austin. O Departamento emprega métodos de geração de energia altamente eficientes, como o CHP, para fornecer eletricidade, ar comprimido, e energia de emergência confiável e de baixo custo para toda a Universidade.

A Universidade do Texas em Austin possui mais de 9,6 quilômetros de túneis subterrâneos de serviço e bancos de dutos elétricos que atendem mais de 170 edifícios. Adicionando mais de 23.000 metros quadrados a cada ano, a escala da infraestrutura é do tamanho de uma pequena cidade.

A planta física tem capacidade de 135MW de produção entre 4.160 e 12.00 volts para cada edifício. 44.000 toneladas de capacidade de refrigeração são produzidas junto com uma instalação de armazenamento de energia térmica de 36.000 toneladas/hora, produzindo água gelada a 3,8 graus Celsius para as necessidades de refrigeração do campus. A planta de vapor gera vapor com pressão de 425 PSI  a  370 graus Celsius para as turbinas e extrai vapor com pressão de 150 PSI a 260 graus Celsius  das turbinas para servir as necessidades de aquecimento e água quente do campus. A capacidade da planta de vapor é de 54 toneladas por hora.

Anualmente, a planta fornece 242 milhões de KWh de eletricidade, 142 milhões de toneladas por horas de água gelada, 352 toneladas de vapor e 30 milhões de litros de água desmineralizada. Para pagar por estes serviços, uma infraestrutura foi criada para monitorar e medir a produção, faturar pelos serviços e criar relatórios de consumo de energia.

Para medir o consumo de energia para que esses serviços sejam faturados, a Universidade solicitou uma solução com um método eficiente e confiável. A Universidade escolheu o supervisório InduSoft Web Studio para ajudá-los com a sua série de requerimentos desafiadores.

 


Figura 2: Gabinete CLP no edifício de utilidades.

O Desafio

O Departamento originalmente possuía um processo manual de medição. A infraestrutura foi construída utilizando CLPs e medidores inteligentes conectados em rede ao redor do campus. A coleta de dados a partir destes dispositivos começou em 2006 originalmente usando OPC DA e um processo de Historiador que o Departamento já possuía. Planilhas Microsoft Excel eram utilizadas para gerar os relatórios de consumo de energia via Historiador. Todo o sistema era muito caro e os processos não eram eficazes, o que levava muitas vezes semanas para faturar.

As discussões para um novo sistema de medição tiveram início em 2007, mas a implementação do novo sistema não ocorreu até 2010. Dentro dos vários requerimentos complexos do novo sistema estavam: como lidar com uma grande quantidade de dados, como mostrar esses dados de maneira significativa, como utilizar os dados para receber informações sobre o comportamento dos edifícios, como rastrear os medidores e instrumentos de manutenção, como monitorar as condições dos medidores automáticos, como produzir relatórios, como faturar os vários edifícios, etc.

O processo começou com apenas 20 medidores e logo cresceu para 200 medidores em 2002, quando se tornou necessário determinar o consumo de energia do centro de pesquisas. As medições manuais eram insustentáveis uma vez que o Departamento adicionava de 100 a 200 medidores ao ano.

A decisão foi tomada de conectar todos os medidores de eletricidade, vapor, água gelada e doméstica de todos os edifícios a um gabinete CLP que digitalizava os dados enviados para o Historiador usando a rede de fibra ótica do campus. Este foi um processo complexo que incluiu decisões importantes sobre o que fazer com todos os dados dos medidores e sobre como garantir que os medidores continuariam a funcionar corretamente. Além disso, várias questões relacionadas com segurança tiveram que ser resolvidas para manter o sistema da rede de controle separada da rede pública, e para manter os dados contidos nas duas redes seguros e protegidos.

De acordo com o Diretor Executivo, o Sr. Juan Ontiveros, “Isto é quando nós aprendemos sobre a flexibilidade do InduSoft Web Studio. O poder e a flexibilidade disponíveis para desenvolver aplicações e o custo do produto eram muito atraentes. O InduSoft Web Studio também parecia permitir a capacidade de desenvolver e expandir ao ponto que progredíamos com a automatização de todo processo.”

 “Nos foram apresentados vários programas, mas eles eram caros e só poderiam ser customizados até certo ponto. Sendo uma instituição de pesquisa, fazia sentido tirar vantagem o programa educacional da InduSoft uma vez que ele apresentava uma oportunidade única de passar a maior parte de nossos recursos desenvolvendo a aplicação final utilizando o time de engenharia da InduSoft nos ajudando a criar e construir a aplicação.”

 


Figura 3: Servidores InduSoft de Runtime e Kepware de OPC.

 

 

A Solução

O InduSoft Web Studio é utilizado em todo o campus para fins de medição. Os dados históricos são consultados a partir do iHistorian da GE e são gerados gráficos de tendência que permitem o Departamento prever o consumo de energia e a manutenção preventiva, além de fornecer relatórios e funções de faturamento para todo o campus. A aplicação utiliza Thin Clients via Microsoft Internet Explorer. Os usuários da aplicação podem visualizar os dados da medição de energia de um edifício de qualquer lugar do campus, e os usuários autorizados podem se conectar via VPN e acessar as informações de qualquer lugar do mundo.
 
A aplicação utiliza servidores OPC UA da Kepware que se conectam com os CLPs instalados em todo o campus. O OPC UA foi utilizado para capitalizar sobre as características do protocolo de segurança inerentes. A segurança do sistema se tornou extremamente importante quando a aplicação do InduSoft estava sendo desenvolvida porque a aplicação deveria ser visualizada via navegador de internet. A segurança dos vários sistemas estavam constantemente sendo monitoradas e atualizadas.

Um firewall foi utilizado para fazer a interface da funcionalidade web da aplicação e separar o sistema de controle subrede do resto da rede física da planta. Defesas adicionais foram utilizadas para monitorar a integridade dos firewalls usados na planta física e o sistema de controle da rede.

 

O Resultado

“Quando começamos a utilizar a aplicação do InduSoft para a coleta de dados e o faturamento das outras unidades, percebemos a economia astronômica que estávamos fazendo em comparação com o nosso sistema manual antigo, sem mencionar o fato de que os dados estavam imediatamente disponíveis. Já estamos planejando que em nosso futuro a aplicação do InduSoft Web Studio utilize o InduSoft Studio Mobile Access e dispositivos móveis,” mencionou o Sr. Ontiveros.

Antes de implementar a solução InduSoft, o Departamento estava sempre pelo menos um mês atrasado para gerar as faturas devido a quantidade de esforço envolvido na produção de uma única fatura. Grande parte da economia foi conseguida reduzindo o trabalho necessário para fisicamente ler os medidores, agregar os dados, consultá-los, validá-los e alocá-los no correto edifício. A informação validada dos medidores era então alimentada para as soluções separadas de faturamento para que fossem calculados os valores e gerado as faturas. Antes do novo sistema, era impossível visualizar o histórico de consumo de ciclos anteriores uma vez que para gerá-los manualmente estava se tornando cada vez mais caro.



Figura 4: Um Thin Client típico.                                                      Figura 5: Gráfico de tendências mostrando o consumo de água.


Para maiores informações entre em contato com o seu distribuidor local ou diretamente com a InduSoft pelo telefone (11) 3293-9139 ou pelo email: info@indusoft.com.br.