Mikrohálózatok és szerepük a jövőbeli energetikai önállóság biztosításában

Az energiaágazatban jelentős migráció zajlik. Az éghajlatváltozással kapcsolatos növekvő aggodalmak kezelése és a CO2-kibocsátás csökkentése érdekében folyamatban van a fosszilis tüzelőanyagokon alapuló villamosenergia-termelés fokozatos megszüntetése. Következésképpen a hálózaton keresztül szállított villamos energia egyre nagyobb hányada származik majd megújuló energiaforrásokból (például szél-, hő- vagy napenergiából).

Néhány nagyméretű villamosenergia-termelő létesítmény (például széntüzelésű erőművek) helyett egy új, decentralizált topológia kerül alkalmazásra, ahol a villamos energia különböző méretű, elosztott létesítmények sokaságából származik. Ennek közvetlen eredményeként a vállalkozások, önkormányzatok és számos más szervezet lehetőséget kapnak arra, hogy teljesen megváltoztassák energiastratégiájukat, és ezáltal minden eddiginél nagyobb energetikai önállóságra tegyenek szert. Beléptünk a mikrohálózatok korszakába.

1. ábra: A Siemens mikrohálózat-alapú K+F kampusza Princetonban

A változó energetikai tájkép

Mivel az energiaköltségek soha nem látott mértékben emelkednek, a vállalatoknak meg kell oldaniuk a közüzemi számlák okozta nehézségeket. Emellett a vállalati felelősségvállalás és a márkaimázs miatt keresik a szénlábnyomuk csökkentésének lehetőségeit.

Azáltal, hogy az ilyen szervezetek elkerülhetik a hálózattól való túlzott függőséget, csökkenthetik működési költségeiket és növelhetik jövedelmezőségüket, miközben elősegítik a környezetvédelemmel kapcsolatos referenciáikat is. Sokan közülük ezért inkább a mikrohálózati technológiát szeretnék alkalmazni.

According to analysts firm Allied Research, the global microgrid market is currently experiencing double-digit growth – with close to a 15% compound annual growth rate (CAGR) expected between now and 2030. As a result, it is forecast to be worth a staggering $59.7 billion annually by the end of this decade.

A mikrohálózati rendszerre való áttérés okai

A mikrohálózati technológia számos előnnyel járhat – és ez az, ami jelenleg nagyon vonzóvá teszi. A szervezetek és közösségek számára a következők a legfontosabbak:

Ahogy a megújuló energiaforrások kezdenek a villamosenergia-termelés nagy részéért felelősek lenni, a hálózat érzékenyebb lesz az ellátás ingadozásaira. Elismerik, hogy ennek következtében az áramkimaradások gyakoribbá válhatnak. Ezért a szervezetek/közösségek egyre nagyobb mértékben foglalkoznak a saját villamosenergia-termelő képességükkel. Ez azt jelenti, hogy az áramellátásuk sokkal robusztusabb és teljes mértékben megbízhatóbb lesz.

Bár a mikrohálózat az idő nagy részében a főhálózathoz kapcsolódik, „sziget üzemmódban” teljesen függetlenül működhet. Ez azt jelenti, hogy a mikrohálózat akkor is képes áramot szolgáltatni a hozzá rendelt fogyasztóknak, ha a fő hálózaton áramkimaradás következett be.

Mivel a mikrohálózati villamosenergia-termelés közelebb lesz a hozzá rendelt fogyasztókhoz, a villamos energiát nem kell nagy távolságokra szállítani. Ezért a hálózati veszteségek sokkal kisebbek, így nagyobb hatásfok érhető el.

Az áramkimaradások mellett az is előfordulhat, hogy a nagyméretű áramelosztó hálózatokat kibertámadás éri. Eddig viszonylag ritkán fordult elő ilyen eset, de az ezzel járó veszély egyre nyilvánvalóbbá válik. Ezzel szemben a kis helyi mikrohálózatok valószínűleg nem fognak érdekes célpontnak bizonyulni az ilyen tevékenységek számára.

Emellett az ellátás rugalmasságának és a nagyobb hatékonyságnak a fokozása érdekében a szervezetek számára lehetőség nyílik arra, hogy kihasználják mikrohálózataikat, és ahelyett, hogy csak fogyasztók maradnának, nettó villamosenergia-termelőkké váljanak. Azzal, hogy a helyszíni megújuló energiaforrásokból előállított többletáramot értékesíteni tudják a közműszolgáltatóknak, egy további bevételi forrást tudnak hozzáadni saját üzleti modelljükhöz.

Amint már említettük, a megújuló energiaforrásokból származó teljesítmény időszakos lesz. Ez ismét azt jelenti, hogy a szervezetek számára lehetőség nyílik arra, hogy mikrohálózati létesítményeik egyes aspektusait a fő hálózat támogatására használják. A rendelkezésükre álló energiatárolási tartalékok felbecsülhetetlen segítséget nyújtanak majd a főhálózatnak abban, hogy bizonyos időszakokban eleget tudjon tenni a vele szemben támasztott igényeknek. A megújuló energiaforrások villamosenergia-termelésének csúcsidőszaka nem fog igazodni a fogyasztók villamosenergia-fogyasztásának csúcsidőszakához. Azzal tehát, hogy a csatlakoztatott mikrohálózati helyszíneken lévő akkumulátorokban tárolt energiát használhatjuk, enyhíthetjük a fő hálózatra nehezedő akut terhelést.

A mérnöki kihívások

Rendkívül fontos lesz, hogy a mikrohálózati létesítmények úgy legyenek konfigurálhatók, hogy magas szintű teljesítményt nyújtsanak, hogy a megvalósításukból származó előnyök teljes mértékben érvényesüljenek. Emellett a lehető legköltséghatékonyabbnak kell lenniük, hogy a lehető legtöbbet hozzák ki az előzetes beruházásból, és minimalizálják a pénzügyi kockázatokat. Ennek érdekében a megfelelő fejlesztési eszközökhöz való hozzáférés, valamint a szükséges ellenőrző és felügyeleti berendezésekhez való hozzáférés minden bizonnyal kiemelt prioritást élvez.

Mindezek mellett a kifinomultabb és alkalmazkodóképesebb energiagazdálkodási és elemző szoftverek megjelenése azt jelenti, hogy a megszerzett adatokat meg lehet vizsgálni, és a rendszerben javításokat lehet végrehajtani. Ezáltal a mikrohálózat megépítését követően biztosítani lehet, hogy a létesítmény/közösség hosszú távú villamosenergia-szükségletét a lehető leghatékonyabb módon elégítsék ki.

Megoldások kiválasztása a mikrohálózati telepítések támogatására

A Distrelec a további automatizálás és a digitális átalakulás előmozdítására irányuló folyamatos célja részeként a Siemens egyik legnagyobb európai ellátási lánc partnere. A Siemens-szel kialakított szoros partnerség révén a Distrelec jó helyzetben van ahhoz, hogy támogassa ügyfeleit mikrohálózati céljaik elérésében – fejlett felügyeleti és vezérlési megoldásokkal segítve őket.

2. ábra: Siemens 7KM PAC3120 energiamérők

A 7KM PAC3120 energiamérőkkel a villamosenergia-fogyasztási adatok pontosan rögzíthetők. Ezek az egységek minden földrajzi területen alkalmazhatók, mivel mind az 50 Hz-es, mind a 60 Hz-es hálózati frekvenciát támogatják. Képesek 24 VAC tápfeszültséget kezelni, és kompakt formájuknak köszönhetően egyszerűen telepíthetők. 10 Mbit/s sebességű Ethernet be- és kimenetekkel rendelkeznek, amelyeken keresztül kapcsolódhatnak magasabb szintű automatizálási és energiagazdálkodási platformokhoz. A 7KM PAC3120 testvérmodellje, a PAC2200 megfelel az Európai Unió M-Bus mérési kommunikációs szabványának.

3. ábra: A Siemens SIMATIC S7-1500 vezérlőegységei

A Siemens SIMATIC S7-1500 vezérlők 1 ns alatti bitszámítási időt biztosítanak, és kiválóan alkalmasak a mikrohálózati rendszerek által igényelt peremalapú feldolgozásra. Moduláris felépítésűek, ami lehetővé teszi, hogy a funkciók szükség esetén bővíthetők legyenek. Az IP20 védelem azt jelenti, hogy a nagyobb kihívást jelentő alkalmazási környezetben is bevethetők.

4. ábra: Felhővel összekapcsolt Siemens Logo 8.3! Logikai modul

A Siemens LOGO az alkalmazkodóképesség maximalizálása érdekében Modbus TCP/IP és Ethernet be- és kimeneteket is tartalmaz, valamint a rendszerfejlesztési ütemtervek felgyorsítása érdekében intuitív „áthúzásos” programozással rendelkezik. A 8.3 logikai modulok számos olyan alapvető tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek megkönnyítik a mikrohálózatok megvalósítását. Az igazi megkülönböztető elem azonban az általa kínált felhőcsatlakozás. Az integrált webszerver közvetlenül a felhőben is elhelyezhető, így a felhasználók az összes releváns, megfigyelt paramétert megjeleníthetik, és a későbbiekben betekintést nyerhetnek. A webkiszolgáló testreszabhatósága lehetővé teszi a speciális követelmények széles körének kielégítését. A TLS-titkosítás nagyfokú biztonságot nyújt.

Mikrohálózatok működés közben

A Siemens a mikrohálózatok bevezetésének számos előnyét szemléltetendő mikrohálózati kampuszt alapított Princetonban. Ez az egyedülálló vállalkozás jó példája annak, hogy mi érhető el az ilyen rendszerekkel. Nemcsak a legújabb mikrohálózati innovációkat mutatja be, hanem egyben az új ötletek kipróbálására szolgáló kísérleti terepként is szolgál, amelyeket aztán a következő generációs mikrohálózati létesítményekben alkalmaznak majd világszerte.

Következtetés

Nyilvánvaló, hogy a mikrohálózatok használata fontos szerepet fog játszani a fenntarthatóbb jövő kialakításában, mivel lehetővé teszik az alacsony költségű, környezetbarát, helyi szinten történő villamosenergia-termelést és -ellátást, ami nagyobb hatékonyságot és biztonságot eredményez. A mikrohálózati megközelítés elfogadásával a szervezetek nagyobb energetikai önállóságot nyerhetnek. Ezáltal kevésbé lesznek kiszolgáltatva a főhálózati áramkimaradásoknak, emellett pedig lehetővé teszi számukra, hogy teljesítsék zöld céljaikat, és csökkentsék általános működési költségeiket. Ez azonban nem egyszerű folyamat.

A Siemens által kínált hardvereknek és kísérő eszközöknek köszönhetően a Distrelec képes támogatni ügyfeleit a mikrohálózati infrastruktúra telepítésének megkezdésében. Az ügyfelek szakértői műszaki tanácsadást kaphatnak a döntéshozatalhoz. Ezen keresztül képesek lesznek egy megfelelő mikrohálózat elrendezésének koncepcióját megtervezni, meghatározni a projekthez legmegfelelőbb megújuló és tárolási technológiát, és megbecsülni a megtérülési időt. Az ügyfelek folyamatosan frissített adatfolyamokat kapnak, így képesek lesznek megvizsgálni a létesítményeik összes alkotóelemének energiaáramlását, és így folyamatosan optimális teljesítményt tudnak nyújtani. Lehetőségük lesz arra, hogy meghatározzák, hol lehetne javítani, valamint hogy vészhelyzeti tervezést végezzenek és felkészüljenek a korszerűsítésekre.

Total
0
Shares
Előző bejegyzés

A modern jeltechnológia felfedezése: Interjú Frank Bühlerrel a Werma cégtől

Következő bejegyzés

A Distrelec kérdez, az Alpha Wire válaszol

Kapcsolódó bejegyzések