Zdroj: generatorsource.com
Koncept mikrosítí existuje již mnoho let. Teprve nedávno získaly významnou trakci a tisk, protože mnoho nových projektů se stalo skutečností a bylo uvedeno do výroby. Bloom Energy nedávno oznámila, že od letošního roku (2019) je v procesu nebo se zavádí 500 nových mikrosítí a celosvětově se celkové hodnoty pohybují v rozmezí několika GW.
Mikrosíť je v jádru miniaturní systém elektrické sítě, který je nastaven pro správu distribuovaných zdrojů energie a může zahrnovat obnovitelné zdroje (sluneční, větrné a/nebo vodní) s jinými neobnovitelnými zdroji (jako jsou dieselové generátory, plynové turbíny, atd.). atd.). Tyto mikrosítě typicky spravují energetickou zátěž systémů s více generací a také využívají nějaký typ systému skladování energie. S tím vším pracují a řídí to pomocí různých typů softwaru a řídicích systémů. Mohou být nastaveny tak, aby fungovaly paralelně s rozvodnou sítí a také aby fungovaly v samostatném režimu během mimořádných událostí nebo na základě specifických potřeb.
Základy mikrosítě - Co je mikrosíť
Americké ministerstvo energetiky (DOE) definuje mikrosíť jako "skupinu vzájemně propojených zátěží a distribuovaných energetických zdrojů v jasně definovaných elektrických hranicích, která působí jako jediná ovladatelná entita s ohledem na síť. Mikrosíť se může připojit a odpojit od sítě umožnit provoz v síťovém i ostrovním režimu“.
Kromě toho DOE tvrdí: „Mikrogridy byly identifikovány jako klíčová součást Smart Grid pro zlepšení spolehlivosti a kvality napájení, zvýšení
energetická účinnost systému a poskytování možnosti nezávislosti na síti jednotlivým místům koncových uživatelů." Výhody použití technologie mikrosítí mohou být:
- Integruje se s gridem a více technologiemi smart grid
- Integrace distribuovaných a obnovitelných energií, snížení špičkového zatížení
- Zajišťuje dodávku energie do komplexů s kritickou potřebou energie
Jiné organizace definují mikrosítě podobně, včetně konceptu vícenásobného zatížení a vytváření ostrovů. Ostrovní výroba je energie dodávaná větrnou, solární, vodní nebo diesel/NG.
Na obrázku na prvním obrázku je mikrosíť, která jako primární zdroj využívá energii z veřejné sítě. Větrná a solární farma napájí bateriovou banku pro nouzové použití, když dojde ke ztrátě elektrické energie. Oba jsou běžně připojeny k síti, aby se snížily provozní náklady zařízení. Když dojde ke ztrátě elektrické energie, komplex se přepne na bateriové napájení z větrné a solární instalace. Generátory se spustí a převezmou zátěž z baterií. V budovách na straně zátěže okruhu nedochází k žádnému kolísání výkonu z důvodu konstrukce distribuční sítě. Po obnovení napájení z veřejné sítě se zátěž vrátí do veřejné sítě a záložní generátory se vypnou. Větrná a solární farma se vrací do normálního provozu.
Do návrhu a konstrukce mikrosítě vstupuje mnoho faktorů. Pokrok v technologiích výroby a distribuce energie umožňuje systémy, které snižují spotřebu energie, využívají metody zelené výroby a splňují kritické požadavky na napájení. Níže jsou uvedeny základní informace pro každý z napájecích zdrojů a řídicích systémů. Konstrukce této mikrosítě je fiktivní, ale konceptem modelovaná z projektů DOE.
Napájení a zatížení
Nejběžnější z mikrosítí využívají jako primární zdroj energii z veřejné sítě dodávané místní energetickou společností. Mikrosítě umístěné ve vzdálených lokalitách mohou využívat hydroelektrárnu jako primární energii nebo využívat elektrárnu na fosilní paliva jako primární energii.
Elektrárny vyrábějí vysokonapěťovou elektřinu. Někteří používají stupňovité transformátory ke zvýšení napětí pro přenos do rozvoden. Rozvodny přijímají napětí z elektráren vysokonapěťovým vedením. Napětí jsou přizpůsobena požadavkům a distribuována zákazníkům.
Nemocnice, státní nápravná zařízení a datová centra jsou některá z odvětví, která vyžadují nepřerušitelný zdroj energie (UPS). Mnoho z nich má více budov, které vyžadují stálou energii. Některé z budov mohou mít oblasti, které vyžadují izolovaný zdroj energie kvůli požadavkům na napětí, proud a/nebo frekvenci.
Tato zařízení spotřebovávají obrovské množství energie k provádění běžných každodenních operací. Dostávají energii z vedení vysokého napětí v rozvodně věnované komplexu. Napětí se nastavuje na požadovanou úroveň pomocí stupňovitých nebo snižovacích transformátorů. Veškerá energie je vedena přes spínací a ovládací panely pro rozvody po budovách.
Každá budova představuje elektrickou zátěž. Je možné mít více než jednu vyhrazenou zátěž pro budovu. Příkladem sekundárního zátěžového bodu v budově je frekvenční měnič. Jedna kladná napěťová špička a jedna záporná napěťová špička se rovná jednomu cyklu (Hz). Běžné napájení je 50 Hz nebo 60 Hz. Některá zařízení vyžadují k provozu 400 Hz napájecí zdroj. Frekvenční měniče mění 50 Hz nebo 60 Hz na 400 Hz. Existuje mnoho dalších příkladů sekundárních zatěžovacích bodů v budově. V designu microgrid jsou všechny ovládány z jednoho bodu.
Záložní a špičkový výkon generátoru poptávky
Záložní generátory dodávají elektřinu do sítě, když selže napájení z veřejné sítě. Generátor se skládá z motoru a alternátoru (konec generátoru). Průmyslovým standardem jsou motory na zemní plyn (NG) a dieselové motory. Motory na zemní plyn mohou pracovat neomezeně dlouho, pokud není přerušena dodávka užitkového plynu. Pokud je napájení zajištěno, není k dispozici záložní napájení.
Generátory s dieselovými motory mohou fungovat, když selže veškerá infrastruktura, včetně dodávek zemního plynu. Hlavní palivové nádrže musí být monitorovány a doplňovány, když jsou nízké. Automatizované systémy mohou upozornit operátora, když jsou hladiny v nádrži na předem určeném místě, aby se předešlo odstavení z důvodu nedostatku paliva.
Aplikace vnitřního generátoru
Motor, chladicí systémy a konce generátoru jsou všechny namontovány na ližině vyrobené z ocelových nosníků. Ližina je namontována na podlahu budovy. Gumové úchyty se používají na klíčových místech ke snížení vibrací během provozu.
Tento generátor nemá palivové nádrže a vyžaduje externí přívod paliva. Velká primární palivová nádrž (nádrže) může zásobovat denní nádrže. Musí mít nainstalovaný odvod a přívod chladicího vzduchu z budovy nebo chladicí systém pro náhradní díly, jako je výměník tepla (HEX).
Aplikace venkovních generátorů
Generátory, které se používají venku, jsou namontovány v krytu odolném vůči povětrnostním vlivům nebo povětrnostním vlivům. Mnoho skříní je zvukově tlumeno, aby se snížil provozní hluk. Generátor je namontovaný na dvoustěnné palivové nádrži. Tyto generátory nemají požadavky na externí palivo, výfuk nebo chladicí systém. Připojte výstupní napájecí kabely ke generátoru a generátor je připraven převzít zátěž.
Oba typy generátorů jsou k dispozici s pokročilým elektronickým ovládáním a mohou být provozovány paralelně. Pro napájení velkého množství různých napětí může být uspořádána dělená sběrnice záložního generátoru. Chcete-li zobrazit naše zásoby nových a použitých generátorů, přejděte na Zdroj generátoru. Poskytujeme služby generátorů, jako je údržba, odstraňování problémů a opravy, instalace.
Zelená energie
Environmental Protection Agency (EPA) definuje zelenou energii jako elektřinu vyrobenou ze solárních, větrných, geotermálních, bioplynových, biomasových a vodních elektráren. Náš model zahrnoval větrnou a solární energii. Možná použití jsou prozkoumána níže.
Solární energie
Solární panely se skládají z fotovoltaických článků. Tyto články přeměňují sluneční světlo na stejnosměrný proud (DC). Vytvořená elektřina se ukládá do bateriových bank. Jakmile jsou baterie plně nabité, elektřina může být směrována zpět pomocí invertoru a prodána.
Invertor je srdcem systému UPS. Při výpadku napájení baterie dodávají energii obvodům, které mají kritické požadavky na napájení. Střídač změní stejnosměrný proud na střídavý proud (AC) pro napájení obvodů, zatímco záložní generátory se připravují na převzetí zátěže.
Síla větru
Vítr se používá k roztočení turbín. Turbíny produkují střídavou elektřinu podobně jako generátory poháněné naftou a parou. Větrné turbíny lze také připojit k veřejné rozvodné síti záložní baterie UPS.
Turbíny, které jsou připojeny k elektrické síti, musí odpovídat fázi a frekvenci. Aby bylo možné přizpůsobit fázi a frekvenci sítě, je energie turbíny vedena přes měnič AC na AC. Střídavý proud se přemění na stejnosměrný, poté se pomocí invertoru usměrní zpět na střídavý a přivede se do sítě. Střídavý proud z větrné turbíny může být také veden přes konvertor, který pomáhá při nabíjení baterie.
Solární a větrná energie jsou skvělými metodami, jak kompenzovat náklady na spotřebu energie v budovách, ale nevyvinuly se dostatečně na to, aby přijaly povinnosti záložní energie. Oba jsou závislé na místních povětrnostních podmínkách a dostupných bateriových bateriích. V zamračeném dni bez větrných baterií se mohou baterie rychle vybít bez úsilí o nabíjení.
Záložní bateriové banky
Řešení zelené energie často využívají záložní baterie. Tyto banky poskytují UPS pouze dočasné napájení. Jsou navrženy tak, aby poskytovaly energii, když v zařízení selže elektřina, zatímco generátory se spustí, aby převzaly zátěž.
Systémy záložních baterií lze konstruovat pomocí tří různých typů bateriových bank uvedených níže:
Olověné články - Baterie s olověnými články jsou nejlevnějším řešením. Ty mohou být dobrou odpovědí mimo síť pro menší aplikace
Lithium Ion – lehčí a kompaktnější a vydrží déle než olověné baterie. Jsou však dražší
Slaná voda – Tento nováček spoléhá na elektrolyty ve slané vodě. Baterie jsou většinou netestované, ale snadno recyklovatelné
Větrné baterie jsou nabíjeny konvertorem, který mění AC na DC. Solární baterie nepotřebují konvertor, protože solární panely generují stejnosměrný proud.
Při ztrátě síťového napájení je časová ztráta téměř milisekundy pro kladnou odezvu generátoru.
Zařízení a komplexy, jako jsou nemocnice, datová centra a obce, mají nulovou toleranci ke ztrátě energie. Spoléhají na baterie, které dodávají energii v době výpadku síťového napájení. Jedná se o skvělé krátkodobé řešení, ale bateriové banky mají svá omezení.
Baterie se schopností přijímat elektrickou zátěž jsou na první nákup drahé. Olověné baterie mají elektrolyt v článcích baterií. Hladina elektrolytu a měrná hmotnost musí být často kontrolovány. I při pečlivé údržbě může být životnost těchto baterií pouze 5 až 15 let.
Náklady na obnovitelnou energii a systémy skladování energie
Obnovitelné zdroje energie, jako jsou větrné farmy, solární farmy a výroba vodních elektráren, mají velkou počáteční nákupní cenu. K instalaci zakoupeného zařízení jsou zapotřebí zkušení technici a stavební čety. Po instalaci, testování a uvedení do provozu musí být zařízení udržováno. K udržení zařízení v chodu podle specifikací je často potřeba síla na plný úvazek.
Skladování energie se rychle rozvíjí a bude klíčovým hráčem v budoucnosti mikrosítí. Může to být velmi složitý předmět a vyžaduje inženýry a plánování a náklady jsou na celé mapě v závislosti na vašich potřebách. Microgrid Knowledge má vynikající nedávný článek o nejnovějším vývoji v oblasti skladování energie z konference v roce 2019, do kterého se zde můžete ponořit. Podrobně popisují cestu k cíli skladování energie GW a nejnovější zprávy od společností a zásady FERC, které se nyní prosazují.
Řídicí stanice
Řídicí stanice poskytuje operátorovi možnosti řízení i monitorování. Každý systém lze rozdělit na podsystém, který obsahuje jednotlivá zařízení.
Distribuční a ovládací panely - Přijímají vstupní napětí ze všech zdrojů a distribuují energii do potřebných obvodů.
Záložní generátory – software řídicí stanice monitoruje a má schopnost měnit konfiguraci běhu generátoru tak, aby dodávala energii do kritických obvodů.
Green Power – bateriové bloky UPS jsou monitorovány. Příkon solární energie do bateriových bank a sítě je monitorován. Monitorovány statistiky větrných turbín. Možnost přepnout na redundantní větrnou turbínu nebo bateriovou banku.
Řídicí stanice v zásadě poskytuje softwarové řešení pro údržbu, monitorování a řízení veškerého hardwaru spojeného s konfigurací mikrosítě. Operace gridu může podporovat více kusů softwaru.
Redundance je klíčovým principem při návrhu těchto systémů. Redundance znamená mít připravenou pohotovost u zařízení v případě selhání primárního zařízení. Generátory, větrné turbíny a baterie jsou příklady systémů, které mohou mít redundantní hlavní a podpůrné zařízení.
Některá redundantní zařízení automaticky převezme povinnosti přiděleného hlavního zařízení a upozorní operátora na problém. Operátor řídicí stanice pak upozorní údržbu na problém, aby mohl být opraven. Redundantní zařízení splňuje stejné požadavky jako hlavní zařízení. Operátor často zaměňuje hlavní a redundantní zařízení pro plánované testování.
Mikrosíť je koncept. Může být tak velký nebo malý, jak je potřeba pro instalaci. Toto je starý koncept, který tu zůstane. S rostoucí technologií výroby energie poroste i používání mikrosítí.
