Menggunakan Elektrifikasi dan Otomatisasi untuk Menciptakan Jaringan Listrik yang Lebih Efisien dan Berkelanjutan – Bagian Kedua dari Dua

Mengganti sumber energi jaringan listrik tradisional dengan sumber energi ramah lingkungan yang berkelanjutan disebut elektrifikasi. Pada Bagian 1 seri ini, beberapa tantangan terkait elektrifikasi dibahas serta bagaimana otomatisasi dapat membantu efisiensi dan keberlanjutannya. Artikel ini, Bagian 2 dari 2, akan membahas kepemimpinan dalam sertifikasi desain energi dan lingkungan (LEED) dan bangunan nol energi (ZEB) serta bagaimana keduanya dapat mengurangi emisi karbon dan meningkatkan keberlanjutan.

Kepemimpinan dalam sertifikasi desain energi dan lingkungan (LEED) dan bangunan nol energi (ZEB) mewakili upaya signifikan yang mendukung keinginan masyarakat untuk mengurangi emisi karbon dan meningkatkan keberlanjutan. Untuk mendapatkan sertifikasi LEED dan ZEB memerlukan pendekatan holistik yang menggabungkan elektrifikasi yang menggantikan sistem energi berbasis bahan bakar fosil dengan alternatif ramah lingkungan seperti fotovoltaik (PV) dan kendaraan listrik (EV) dengan sistem otomasi dan kontrol yang canggih.

Program LEED dari US Green Building Council (USGBC) mencakup dekarbonisasi bangunan yang ada dan konstruksi baru. Upaya ZEB dikoordinasikan oleh kantor Efisiensi Energi dan Energi Terbarukan (EERE) di Departemen Energi AS. Pencapaian sertifikasi LEED dan ZEB mengharuskan arsitek dan kontraktor untuk mengambil pendekatan baru terhadap bagaimana bangunan dirancang, dibangun, dan dioperasikan. Dibandingkan dengan ZEB, yang hanya berfokus pada konsumsi energi, LEED merupakan konsep yang lebih luas yang membahas karbon, energi, air, limbah, transportasi, material, kesehatan, dan kualitas lingkungan dalam ruangan.

Seri kedua dari dua artikel mengenai elektrifikasi dan keberlanjutan ini dimulai dengan melihat tingkat sertifikasi LEED dan ZEB dan apa yang diperlukan untuk mendapatkan sertifikasi tersebut untuk bangunan komersial dan industri, termasuk perbandingan beberapa definisi ZEB. Laporan ini kemudian merinci contoh bagaimana Phoenix Contact menggunakan otomatisasi dan pembangkit listrik PV di lokasi untuk memperoleh sertifikasi LEED Silver dan ZEB untuk penambahan lahan seluas 70,000 kaki persegi di kampus utamanya, termasuk bagaimana beberapa produk milik perusahaan berkontribusi terhadap kesuksesan tersebut. proyek (Gambar 1). Bagian ini ditutup dengan sekilas tentang bagaimana bangunan LEED dapat berkontribusi terhadap Tujuan Pembangunan Berkelanjutan PBB.

Gambar 1: Pembangkitan PV di atap merupakan faktor kunci yang memungkinkan fasilitas Phoenix Contact ini meraih sertifikasi LEED Silver dan ZEB. (Sumber gambar: Kontak Phoenix)

LEED bersifat holistik

LEED adalah sistem komprehensif yang memperhitungkan semua elemen yang diperlukan untuk menciptakan bangunan berkinerja tinggi. Sertifikasi LEED didasarkan pada kredit atau poin yang diberikan kepada suatu proyek dengan menggunakan kriteria kinerja terperinci. Kategori kinerja dan kepentingan relatifnya (dari yang paling penting hingga yang paling tidak penting) adalah¹:

• Mengurangi kontribusi terhadap perubahan iklim global.
• Meningkatkan kesehatan individu manusia.
• Melindungi dan memulihkan sumber daya air.
• Melindungi dan meningkatkan keanekaragaman hayati dan jasa ekosistem.
• Mempromosikan siklus material yang berkelanjutan dan regeneratif.
• Meningkatkan kualitas hidup masyarakat.

Kriteria yang paling penting, yaitu mengurangi kontribusi terhadap perubahan iklim global, mencakup 35% dari seluruh poin. Tingkat sertifikasi LEED meliputi Certified (40-49 poin), Silver (50-59 poin), Gold (60-79 poin), dan Platinum (80+ poin).

Dalam versi terbaru LEED, v4.1, sebagian besar poin berkaitan dengan operasional dan karbon yang terkandung. Karbon operasional adalah emisi karbon dioksida (CO₂) yang dihasilkan oleh pemanas, ventilasi dan pendingin udara (HVAC), penerangan, dan sistem bangunan lain yang memakan energi. Karbon yang terkandung adalah emisi yang terkait dengan produksi bahan bangunan dan proses konstruksi bangunan di seluruh siklus hidup bangunan.

Sertifikasi LEED penting untuk terciptanya masyarakat yang lebih hijau. Bangunan menyumbang 39% COXNUMX global₂ emisi, dimana 28% berasal dari operasional gedung dan 11% berasal dari emisi yang terkandung di dalamnya (Gambar 2). Karena sektor bangunan merupakan penyumbang CO global yang paling signifikan₂ emisi, program khusus juga telah dikembangkan untuk mendorong pengembangan bangunan tanpa energi.

Gambar 2: Operasi bangunan ditambah material dan konstruksi merupakan kontributor utama CO global₂ produksi. (Sumber gambar: institut bangunan baru)

Mendefinisikan nol

Nol energi tampak seperti konsep yang mudah dipahami, namun memiliki beberapa definisi. Tiga yang paling banyak dikutip adalah program LEED Zero Energy, International Living Future Institute (ILFI) Zero Energy, dan Zero Code Renewable Energy Procurement Framework (Zero Code) — sebuah inisiatif dari organisasi Arsitektur 2030 yang telah diadopsi sebagai energi bangunan California standar. Ada perbedaan signifikan dalam cara mendefinisikan “nol”.

Untuk mencapai sertifikasi LEED Zero Energy, sebuah bangunan harus memiliki keseimbangan energi nol selama 12 bulan, termasuk pembangkitan di lokasi dan energi yang dihasilkan (bersumber) dari luar. Pembakaran bahan bakar fosil di tempat tidak dilarang. Total konsumsi energi harus terdiri dari energi terbarukan atau penyeimbangan karbon yang dihasilkan di lokasi atau secara eksternal.

Sertifikasi ILFI Zero Energy adalah standar yang paling ketat. Hal ini membutuhkan sumber terbarukan di lokasi untuk memasok 100% kebutuhan energi gedung. Pembakaran tidak diperbolehkan, dan sertifikasi didasarkan pada kinerja aktual; pemodelan tidak diperbolehkan.

Zero Code secara khusus menargetkan bangunan komersial baru, institusional, dan perumahan bertingkat menengah hingga tinggi. Peraturan ini mendefinisikan bangunan tanpa karbon sebagai bangunan yang tidak menggunakan bahan bakar fosil di lokasi dan memproduksi atau menyediakan cukup energi terbarukan bebas karbon atau kredit karbon untuk memenuhi kebutuhan energi operasional bangunan. Zero Code juga mensyaratkan bangunan memenuhi Standar ASHRAE 90.1-2019 untuk efisiensi bangunan. Zero Code memperbolehkan penggantian standar efisiensi energi lainnya jika standar tersebut menghasilkan efisiensi energi yang sama atau lebih besar.

LEED dengan memberi contoh

Phoenix Contact baru-baru ini memasang sistem PV berkekuatan 961 kilowatt (kW) di atap pusat logistik di kampus utama perusahaan di AS. Sistem ini menghasilkan daya yang cukup untuk memenuhi sekitar 30% kebutuhan energi fasilitas, atau setara dengan konsumsi energi sekitar 160 rumah per tahun. Bangunan ini memperoleh sertifikasi LEED Silver dan Zero Energy.

Sistem kogenerasi turbin mikro berkapasitas 1 MW berbahan bakar gas alam diintegrasikan dengan sistem PV. Sistem kendali energi pusat memantau keluaran pembangkit listrik PV dan konsumsi energi gedung secara real time. Generator mikroturbin digunakan ketika keseluruhan kebutuhan energi melebihi output sistem PV. Ada kalanya sistem PV dan turbin mikro digunakan bersama untuk menyediakan listrik ke jaringan listrik melalui pengukuran bersih, sehingga menghasilkan pendapatan bagi perusahaan.

Sistem ini dirancang untuk mengurangi konsumsi gas alam pada siang hari dan menjalankan generator mikroturbin sebagian besar pada malam hari, memaksimalkan efisiensi energi secara keseluruhan dan meminimalkan CO secara keseluruhan.₂ generasi. Pada hari-hari tertentu, konsumsi gas alam dapat dikurangi hingga hampir nol. Beberapa statistik sistem PV meliputi:

• Panel surya 2,185
• 1,214,235 kWh dihasilkan setiap tahunnya
• 1,939,279 pon CO₂ pengurangan jejak kaki

Pemantauan dan pengendalian terus-menerus terhadap masing-masing segmen sistem PV pada instalasi besar seperti ini diperlukan untuk mencapai efisiensi maksimum dan ketersediaan produksi listrik.

Otomatisasi memerlukan informasi yang dapat ditindaklanjuti

Otomatisasi dan kontrol yang efektif untuk sistem elektrifikasi seperti instalasi PV memerlukan informasi yang luas dan dapat ditindaklanjuti. Pemantauan real-time terhadap setiap rangkaian panel PV memaksimalkan produksi dan mendukung pemeliharaan preventif. Jika sebuah rangkaian listrik mati secara tidak terduga, rangkaian listrik tersebut dapat kehilangan ribuan kW daya yang disertai dengan kerugian finansial.

Sistem PV 961 kW di kampus utama Phoenix Contact di AS mencakup dua belas inverter dengan enam rangkaian panel PV yang memberi makan setiap inverter, dan menggabungkan beberapa produk perusahaan, dimulai dengan meteran energi EMpro generasi kedua seperti panel mount 2908286. Meteran ini adalah dirancang untuk mengukur dan mengirimkan parameter energi utama ke platform berbasis cloud yang mendukung pemantauan jarak jauh terhadap semua elemen sistem. Pengukur energi EMpro tersedia untuk berbagai desain sistem tenaga, termasuk instalasi dan konfigurasi satu, dua, dan tiga fase. Sistem memantau berbagai elemen sistem dan kondisi operasional secara real-time, termasuk:

• Inverter dipantau secara individual untuk daya input DC, daya output AC, daya aktif dan reaktif, kesalahan, dan status operasional.
• Setiap string PV dipantau untuk keluaran arus dan tegangan. Data tersebut dievaluasi untuk menentukan kesehatan string dan kemungkinan kebutuhan pemeliharaan.
• Suhu panel dipantau dengan berbagai sensor yang tersebar di seluruh instalasi.
• Kondisi cuaca seperti kecepatan dan arah angin, suhu, kelembaban relatif, dan tekanan udara dikumpulkan.
• Penyinaran matahari diukur dengan dua piranometer, satu pada sudut 10 derajat sesuai dengan sudut pemasangan panel dan satu lagi dipasang secara horizontal.
• Sensor kekotoran mengukur hilangnya cahaya yang disebabkan oleh debu dan kotoran pada permukaan panel PV.
• Kamera menyediakan pemantauan keamanan sistem.

Sistem ini juga memerlukan pencatat data dan antarmuka. Misalnya, modul nirkabel Radioline milik perusahaan, seperti model 2901541, berkomunikasi secara nirkabel dengan sensor suhu dan kotoran modul PV menggunakan protokol RS-485 tanpa kabel. Dalam kasus lain, daya melalui Ethernet (PoE) digunakan untuk mengirimkan daya dan data secara bersamaan. Perlindungan terhadap intrusi dapat disediakan oleh FL mGuard 1000 Series Security Routers, seperti model 1153079, yang menyediakan keamanan firewall dan manajemen pengguna.

Untuk menggabungkan semuanya dibutuhkan pengontrol seperti model dudukan rel DIN 1069208 dari Phoenix Contact yang berbasis pada Teknologi PLCnext milik perusahaan tersebut (Gambar 3). Ketika dipasangkan dengan modul input/output (I/O) seperti model 2702783, pengontrol tersebut menggabungkan data dari jaringan sensor dan mengirimkannya ke penyedia layanan cloud. Selain itu, PC industri menjalankan perangkat lunak Solarworx milik Phoenix Contact. Perkakas dan pustaka perangkat lunak yang disertakan mendukung protokol dan standar komunikasi yang diadopsi oleh industri surya. Sistem tersebut memungkinkan otomatisasi dan visualisasi operasi sistem PV yang disesuaikan, dan kompatibel dengan paket perangkat lunak pihak ketiga yang dapat menganalisis data historis dan waktu nyata untuk pengoptimalan kinerja. Pustaka tersebut mencakup blok fungsional yang memenuhi persyaratan standar IEC 61131 untuk pengontrol yang dapat diprogram.

Gambar 3: Pengontrol pemasangan rel DIN yang cocok untuk sistem pembangkit listrik PV skala besar. (Sumber gambar: Kontak Phoenix)

Kontrol feed-in adalah bagian terakhir dari teka-teki elektrifikasi untuk mengintegrasikan sumber daya energi terdistribusi (DER) seperti susunan PV dengan jaringan listrik. Pengendali PGS dari Phoenix Contact dapat memonitor tegangan dan tingkat daya reaktif pada titik koneksi jaringan dan menentukan nilai kontrol yang diperlukan untuk inverter guna mendukung manajemen feed-in daya ke jaringan tegangan menengah dan tinggi.

LEED dan pembangunan berkelanjutan

Perserikatan Bangsa-Bangsa (PBB) telah mengidentifikasi 17 Tujuan Pembangunan Berkelanjutan² (SDGs) bertujuan untuk mengakhiri kemiskinan global pada tahun 2030. Menurut USGBC, elektrifikasi dan otomatisasi yang melekat pada gedung LEED dapat berkontribusi terhadap pemenuhan 11 dari 17 SDG, termasuk:

Sasaran 3: Kesehatan dan kesejahteraan yang baik

Tujuan 6: Air bersih dan sanitasi

Sasaran 7: Energi yang terjangkau dan bersih

Sasaran 8: Mendorong pertumbuhan ekonomi yang berkelanjutan, inklusif, dan berkelanjutan, lapangan kerja penuh dan produktif, serta pekerjaan yang layak untuk semua

Sasaran 9: Membangun infrastruktur yang berketahanan, mendorong industrialisasi yang inklusif dan berkelanjutan, dan mendorong inovasi

Sasaran 10: Mengurangi kesenjangan di dalam dan antar negara

Sasaran 11: Kota dan komunitas yang berkelanjutan

Tujuan 12: Konsumsi dan produksi yang bertanggung jawab

Sasaran 13: Aksi perubahan iklim

Tujuan 15: Melindungi, memulihkan, dan mendorong pemanfaatan ekosistem darat secara berkelanjutan, mengelola hutan secara berkelanjutan, memerangi penggurunan, dan menghentikan serta membalikkan degradasi lahan dan hilangnya keanekaragaman hayati

Sasaran 17: Memperkuat sarana implementasi dan merevitalisasi Kemitraan Global untuk Pembangunan Berkelanjutan

Strategi perusahaan juga dapat berkontribusi pada masyarakat yang lebih berkelanjutan. Misalnya, perolehan sertifikasi LEED Silver dan Zero Energy dari Phoenix Contact untuk pusat logistiknya di Amerika merupakan salah satu bagian dari tujuan awal perusahaan untuk mencapai netralitas karbon di seluruh lokasinya di seluruh dunia. Target perusahaan berikutnya adalah menciptakan rantai nilai tambah yang sepenuhnya netral terhadap iklim sebelum tahun 2030.

Kesimpulan

Sektor bangunan merupakan penyumbang CO global yang paling signifikan₂ produksi. Sertifikasi LEED dan ZEB merupakan alat penting untuk mengukur keberhasilan penggunaan elektrifikasi dan otomatisasi untuk menciptakan bangunan yang lebih efisien dan berkelanjutan. Seperti yang ditunjukkan, instalasi pembangkit listrik PV skala besar yang terintegrasi dengan kapasitas kogenerasi di lokasi dapat berkontribusi terhadap masyarakat yang lebih ramah lingkungan. Bangunan bersertifikasi LEED juga mendukung pencapaian tujuh belas SDG PBB dan tujuan menghilangkan kemiskinan global pada tahun 2030.

Referensi:

1. Sistem pemeringkatan LEED, Dewan Bangunan Hijau
2. Tujuan Pembangunan Berkelanjutan, Perserikatan Bangsa-Bangsa