Mikrosieci elektroenergetyczne i ich rola w zapewnieniu przyszłej autonomii energetycznej

W sektorze energetycznym obserwujemy obecnie intensywną transformację. W odpowiedzi na rosnące problemy związane ze zmianami klimatycznymi oraz w celu redukcji emisji CO2 odchodzi się między innymi od wytwarzania energii z paliw kopalnych. Tym samym coraz częściej korzysta się z energii termalnej, wiatrowej lub słonecznej.

W miejsce kilku dużych zakładów wytwarzających energię elektryczną (takich jak elektrownie węglowe) zastosowana zostanie nowa, zdecentralizowana topologia, w której energia elektryczna będzie pochodzić z wielu rozproszonych zakładów o różnej wielkości. Dzięki temu przedsiębiorstwa, samorządy i inne organizacje będą miały szansę całkowicie zmienić swoje strategie energetyczne, co pozwoli im uzyskać znacznie większą autonomię energetyczną niż dotychczas. Niebawem wkroczymy w erę mikrosieci.

Rys. 1: Kampus badawczo-rozwojowy firmy Siemens w Princeton z obsługą mikrosieci

Zmieniający się rynek energetyczny

Przy rosnących w niespotykanym dotąd tempie kosztach energii, coraz więcej organizacji zmuszonych jest do obniżania swoich rachunków za media. Mając na względzie odpowiedzialność korporacyjną i wizerunek swojej marki, szukają również sposobów na zmniejszenie ilości emitowanego dwutlenku węgla.

Eliminując nadmierną zależność od głównej sieci energetycznej, można tym samym zmniejszyć koszty operacyjne i zwiększyć rentowność, jednocześnie chroniąc środowisko. Z tego względu wiele organizacji decyduje się na wykorzystanie technologii mikrosieci.

Według firmy analitycznej Allied Market Research globalny rynek mikrosieci odnotowuje obecnie dwucyfrowy wzrost – od chwili obecnej do roku 2030 przewidywany jest blisko 15% skumulowany roczny wskaźnik wzrostu (CAGR). Prognozuje się, że do końca bieżącej dekady jego wartość wyniesie 59,7 mld dolarów rocznie.

Dlaczego warto przejść na mikrosieci

Z technologią mikrosieci wiążą się liczne korzyści – i to właśnie one sprawiają, że jest to obecnie bardzo atrakcyjne rozwiązanie.

W miarę jak odnawialne źródła energii staną się jej głównym źródłem, sieci energetyczne będą bardziej podatne na wahania podaży. Uznaje się, że w związku z tym przerwy w dostawach energii mogą stać się powszechnym zjawiskiem. Dlatego właśnie zainteresowanie wzbudza posiadanie własnych, niezależnych systemów wytwarzania energii elektrycznej. Oznaczałoby to niezawodne dostawy energii, na których można by polegać.

Chociaż mikrosieć przez większość czasu będzie podłączona do sieci głównej, po przejściu w „tryb wyspowy” będzie działać całkowicie niezależnie. Oznacza to, że mikrosieć może nadal dostarczać energię elektryczną do podłączonych do niej jednostek nawet wtedy, gdy w sieci głównej wystąpi przerwa w dostawie prądu.

Wytwarzanie energii elektrycznej w mikrosieciach odbywa się bliżej przypisanych im odbiorników, dzięki czemu energia elektryczna nie jest już transportowana na duże odległości. Oznacza to mniejsze straty w liniach przesyłowych, co pozwala na osiągnięcie wyższych poziomów wydajności.

Oprócz przerw w dostawie energii elektrycznej istnieje również ryzyko ataków cybernetycznych na duże sieci dystrybucji energii. Do tej pory takie przypadki zdarzały się stosunkowo rzadko, ale wynikające z nich zagrożenie staje się coraz bardziej realne. Tymczasem małe, lokalne mikrosieci raczej nie stanowią atrakcyjnego celu takich ataków.

Ponadto, konsumenci energii elektrycznej mogą wykorzystać swoje mikrosieci i stać się wyłącznymi wytwórcami energii, zwiększając swoją stabilność i wydajność. Sprzedając nadwyżki energii elektrycznej wytworzonej dzięki własnym źródłom odnawialnym przedsiębiorstwom energetycznym, będą w stanie rozszerzyć swoje modele biznesowe o dodatkowe źródło przychodów.

Jak już wspomniano, produkcja energii z odnawialnych źródeł jest często niestabilna. Przed organizacjami wykorzystującymi własne mikrosieci otwiera się możliwość wykorzystania jej do wspierania sieci głównej. Zapasy produkowanej przez nie energii będzie nieocenione we wspomaganiu głównej sieci w spełnianiu wymagań stawianych jej w pewnych okresach. Okresy szczytowego wytwarzania energii elektrycznej przez źródła odnawialne nie będą pokrywały się ze szczytowym zapotrzebowaniem odbiorców na energię elektryczną. Z tego względu, dzięki możliwości korzystania z energii zmagazynowanej w blokach akumulatorów w podłączonych do sieci mikrosieciach, można odciążyć główną sieć energetyczną.

Wyzwania projektowe

Zasadnicze znaczenie będzie miała możliwość skonfigurowania systemów mikrosieci w taki sposób, aby zapewniały one wysoki poziom wydajności, co pozwoli w pełni wykorzystać korzyści płynące z ich wdrożenia. Instalacje te muszą być również jak najbardziej efektywne pod względem kosztów, aby maksymalnie wykorzystać zainwestowane z góry środki i zminimalizować związane z nimi ryzyko finansowe. Aby to osiągnąć, należy zapewnić dostęp do odpowiednich narzędzi projektowych oraz niezbędnego sprzętu do sterowania i monitorowania.

Wprowadzenie bardziej zaawansowanego i elastycznego oprogramowania do zarządzania energią i jej analizy umożliwi przetwarzanie zebranych danych oraz wprowadzanie usprawnień systemowych. Gotowe mikrosieci będą gwarancją tego, że długoterminowe zapotrzebowanie na energię elektryczną będzie zaspokajane w najbardziej efektywny sposób.

Wybór rozwiązań na potrzeby instalacji mikrosieci

Realizując swój cel, jakim jest dalsza automatyzacja i transformacja cyfrowa, Elfa Distrelec jest jednym z największych partnerów firmy Siemens w Europie. Dzięki bliskiej współpracy jesteśmy doskonale przygotowani do zapewnienia naszym klientom wsparcia w zakresie mikrosieci, dostarczając zaawansowane rozwiązania w zakresie monitorowania i sterowników.

Rysunek 2: Liczniki energii 7KM PAC3120 firmy Siemens

Mierniki energii 7KM PAC3120 umożliwiają dokładną rejestrację danych dotyczących zużycia energii elektrycznej. Urządzenia te można stosować we wszystkich regionach geograficznych, z racji tego, że obsługują zarówno częstotliwość sieci 50 Hz, jak i 60 Hz. Mierniki są przystosowane do pracy z napięciem zasilania 24 VAC, a dzięki niewielkim rozmiarom są łatwe w instalacji. Ponadto wyposażone są w wejścia/wyjścia Ethernet 10 Mb/s, za pośrednictwem których mogą współpracować z nadrzędnymi platformami automatyki i zarządzania energią. Siostrzany model PAC3120 7KM, PAC2200, jest zgodny z unijnym standardem komunikacji pomiarowej M-Bus.

Rysunek 3: Moduły sterownika SIMATIC S7-1500 firmy Siemens

Sterowniki SIMATIC S7-1500 firmy Siemens zapewniają czas obliczeń bitowych poniżej 1ns i są doskonale przystosowane do przetwarzania brzegowego, wymaganego przez systemy mikrosieci Ich modułowa budowa umożliwia skalowanie funkcjonalności zależnie od potrzeb. Ze względu na stopień ochrony IP20 mogą być stosowane w wymagających środowiskach.

Rysunek 4: Urządzenie Siemens LOGO! 8.3 z łącznością w chmurze Moduł logiczny

LOGO! 8.3 firmy Siemens oferuje wiele istotnych opcji, takich jak Modbus TCP/IP i Ethernet I/O, które pozwalają na zwiększenie możliwości adaptacyjnych oraz intuicyjne programowanie metodą „przeciągnij i upuść”, co skraca czas tworzenia systemów. Jednak tym, co naprawdę wyróżnia te moduły, jest możliwość podłączenia do chmury. Zintegrowany serwer WWW może być bezpośrednio obsługiwany w chmurze, dzięki czemu użytkownicy mogą wizualizować wszystkie istotne monitorowane parametry, uzyskując w ten sposób wgląd w stan systemu. Możliwość dostosowania serwera WWW do potrzeb użytkownika spełnia szeroki zakres specyficznych wymagań. Co więcej, szyfrowanie TLS zapewnia wysoki stopień bezpieczeństwa.

Mikrosieci w akcji

Chcąc udowodnić, jak wiele korzyści płynie z zastosowania mikrosieci, firma Siemens założyła ośrodek w Princeton. To unikalne przedsięwzięcie pokazuje, co można osiągnąć za pomocą tych rozwiązań. Pozwala ono nie tylko zaprezentować najnowsze innowacje w dziedzinie mikrosieci, ale także służy jako platforma testowa do wypróbowywania nowych pomysłów, które następnie zostaną zastosowane w instalacjach mikrosieci nowej generacji na całym świecie.

Podsumowanie

Nie ulega wątpliwości, że mikrosieć będzie istotnym czynnikiem przyczyniającym się do bardziej zrównoważonej przyszłości, zapewniając tanie, przyjazne dla środowiska wytwarzanie i dostarczanie energii elektrycznej na lokalnym poziomie, przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności i bezpieczeństwa. Stosując technologię mikrosieci, organizacje będą mogły uzyskać większą autonomię energetyczną. Zmniejszy to ich uzależnienie od dostawy energii z sieci głównej, umożliwi realizację celów ekologicznych, a także obniży ogólne koszty eksploatacji. Nie jest to jednak proces prosty.

Oferując sprzęt i niezbędne narzędzia oferowane przez markę Siemens, Elfa Distrelec wspiera klientów, którzy rozpoczynają wdrażanie infrastruktury mikrosieci w swoich zakładach. Klientom zapewniamy fachowe doradztwo techniczne, niezbędne przy podejmowaniu decyzji. Korzystając z tych usług, będą oni w stanie opracować koncepcję struktury odpowiedniej mikrosieci, określić najlepszą technologię odnawialnych źródeł energii i magazynowania energii dla danego projektu oraz oszacować okres zwrotu inwestycji. Dysponując strumieniami stale aktualizowanych danych, będą w stanie analizować przepływy energii we wszystkich elementach wchodzących w skład ich obiektów, co pozwoli na utrzymanie ich optymalnej wydajności. Będą też mogli określić, które elementy wymagają ulepszenia, a także przeprowadzić planowanie kryzysowe i przygotować się do modernizacji.

Total
0
Shares
Poprzedni post

Nowoczesna technologia sygnalizacyjna: Rozmowa z Frankiem Bühlerem z firmy Werma

Powiązane posty