Zdroj: generatorsource.com
Koncept mikrosietí je tu už mnoho rokov. Len nedávno získali významnú trakciu a tlač, pretože mnohé nové projekty sa stali realitou a zavádzajú sa do výroby. Bloom Energy nedávno oznámila, že od tohto roku (2019) je v procese alebo sa začína nasadzovať 500 nových mikrosietí a celosvetové súčty sú v rozsahu niekoľkých GW.
V jadre je mikrosieť miniatúrny systém elektrickej siete, ktorý je nastavený na riadenie distribuovaných zdrojov energie a môže zahŕňať obnoviteľné zdroje (slnečné, veterné a/alebo vodné) s inými neobnoviteľnými zdrojmi (ako sú dieselové generátory, plynové turbíny, atď.). atď.). Tieto mikrosiete zvyčajne riadia energetickú záťaž systémov s viacerými generáciami a tiež využívajú nejaký typ systému skladovania energie. S tým všetkým pracujú a riadia to pomocou rôznych typov softvéru a riadiacich systémov. Môžu byť nastavené tak, aby fungovali paralelne s rozvodnou sieťou a tiež aby fungovali v samostatnom režime počas núdzových situácií alebo na základe špecifických potrieb.
Základy mikromriežky - Čo je mikromriežka
Americké ministerstvo energetiky (DOE) definuje mikrosieť ako "skupinu prepojených záťaží a distribuovaných energetických zdrojov v rámci jasne definovaných elektrických hraníc, ktorá pôsobí ako jedna ovládateľná entita vzhľadom na sieť. Mikrosieť sa môže pripojiť a odpojiť od siete umožňujú jej prevádzku v sieťovom aj ostrovnom režime“.
Okrem toho DOE tvrdí, že „Mikrogridy boli identifikované ako kľúčový komponent inteligentnej siete na zlepšenie spoľahlivosti a kvality napájania,
energetická účinnosť systému a poskytovanie možnosti nezávislosti od siete pre jednotlivé miesta koncových používateľov." Výhody používania technológie mikrosietí môžu byť:
- Integruje sa so sieťou a viacerými technológiami inteligentných sietí
- Integrácia distribuovaných a obnoviteľných energií, zníženie špičkového zaťaženia
- Zabezpečuje dodávku energie do komplexov s kritickými energetickými potrebami
Iné organizácie definujú mikrosiete podobne, vrátane konceptu viacnásobného zaťaženia a vytvárania ostrovov. Ostrovná výroba je energia dodávaná veternou, solárnou, vodnou alebo dieselovou/NG výrobou.
Ilustrácia na prvom obrázku je mikrosieť, ktorá využíva ako primárny zdroj sieťovú energiu. Veterná a solárna farma napája batériovú banku na núdzové použitie, keď dôjde k strate elektrickej energie. Obidve sú bežne pripojené k sieti, aby sa znížili prevádzkové náklady zariadenia. Keď dôjde k strate elektrickej energie, komplex sa prepne na batériové napájanie z veternej a solárnej inštalácie. Generátory štartujú a preberajú záťaž z batérií. Budovy na strane zaťaženia okruhu nezaznamenávajú žiadne kolísanie výkonu z dôvodu konštrukcie distribučnej siete. Keď sa obnoví napájanie z verejnej siete, záťaž sa vráti do siete a záložné generátory sa vypnú. Veterná a solárna farma sa vracia do normálnej prevádzky.
Pri návrhu a konštrukcii mikromriežky ide veľa faktorov. Pokroky v technológiách výroby a distribúcie energie umožňujú systémy, ktoré znižujú spotrebu energie, využívajú metódy ekologickej výroby a spĺňajú kritické požiadavky na napájanie. Základné informácie pre každý zo zdrojov energie a riadiacich systémov sú uvedené nižšie. Konštrukcia tejto mikromriežky je fiktívna, ale konceptom vymodelovaná z projektov DOE.
Napájanie z verejných sietí a záťaže
Najbežnejšie mikrosiete využívajú ako primárny zdroj napájanie z verejnej siete dodávané miestnou energetickou spoločnosťou. Mikrosiete umiestnené vo vzdialených lokalitách môžu využívať vodnú elektráreň ako primárnu energiu alebo ako primárnu energiu využívať elektráreň na výrobu fosílnych palív.
Elektrárne vyrábajú vysokonapäťovú elektrinu. Niektorí používajú zvyšovacie transformátory na zvýšenie napätia na prenos do rozvodní. Rozvodne prijímajú napätie z elektrární vysokonapäťovými vedeniami. Napätia sú prispôsobené požiadavkám a distribuované zákazníkom.
Nemocnice, štátne nápravné zariadenia a dátové centrá sú niektoré z odvetví, ktoré vyžadujú neprerušiteľný zdroj energie (UPS). Mnohé majú viacero budov, ktoré vyžadujú stálu energiu. Niektoré z budov môžu mať oblasti, ktoré vyžadujú izolovaný zdroj energie kvôli požiadavkám na napätie, prúd a/alebo frekvenciu.
Tieto inštalácie spotrebúvajú obrovské množstvo energie na vykonávanie bežných každodenných operácií. Energiu získavajú z vysokonapäťových vedení v rozvodni vyhradenej pre komplex. Napätie sa nastavuje na požadovanú úroveň pomocou stupňovitých alebo znižovacích transformátorov. Všetka energia je vedená cez spínacie a ovládacie panely pre rozvody po budovách.
Každá budova predstavuje elektrickú záťaž. Je možné mať viac ako jednu vyhradenú záťaž pre budovu. Príkladom sekundárneho bodu zaťaženia v budove je frekvenčný menič. Jedna kladná napäťová špička a jedna záporná napäťová špička sa rovná jednému cyklu (Hz). Bežné napájanie je 50 Hz alebo 60 Hz. Niektoré zariadenia vyžadujú na svoju činnosť 400 Hz napájanie. Frekvenčné meniče menia 50 Hz alebo 60 Hz na 400 Hz. Existuje mnoho ďalších príkladov sekundárnych zaťažovacích bodov v budove. V prevedení microgrid sú všetky ovládané z jedného bodu.
Záložný a špičkový výkon generátora dopytu
Záložné generátory dodávajú energiu do siete v prípade výpadku elektrickej energie. Generátor sa skladá z motora a alternátora (koniec generátora). Motory poháňané zemným plynom (NG) a dieselovými motormi sú priemyselným štandardom. Motory poháňané zemným plynom môžu pracovať neobmedzene dlho, pokiaľ nie je prerušená dodávka úžitkového plynu. Záložné napájanie nie je dostupné, keď je napájanie zabezpečené.
Generátory s dieselovými motormi môžu fungovať, keď zlyhá celá infraštruktúra vrátane dodávky zemného plynu. Hlavné palivové nádrže sa musia monitorovať a dopĺňať, keď sú nízke. Automatizované systémy môžu upozorniť operátora, keď sú hladiny v nádrži na vopred určenom bode, aby sa predišlo vypnutiu z dôvodu nedostatku paliva.
Aplikácie vnútorných generátorov
Motor, chladiace systémy a konce generátora sú namontované na sklznici vyrobenej z oceľových nosníkov. Sklznica je namontovaná na podlahu budovy. Gumové držiaky sa používajú na kľúčových miestach na zníženie vibrácií počas prevádzky.
Tento generátor nemá palivové nádrže a vyžaduje externý prívod paliva. Veľká primárna palivová nádrž (nádrže) môže zásobovať denné nádrže. Musia mať nainštalovaný odvod a prívod chladiaceho vzduchu z budovy alebo dodatočný chladiaci systém, ako je výmenník tepla (HEX).
Aplikácie vonkajších generátorov
Generátory, ktoré sa používajú vonku, sú namontované v kryte odolnom voči poveternostným vplyvom alebo poveternostným vplyvom. Mnohé kryty sú odhlučnené, aby sa znížil prevádzkový hluk. Generátor je namontovaný na dvojstennej palivovej nádrži. Tieto generátory nemajú požiadavky na externé palivo, výfuk alebo chladiaci systém. Pripojte výstupné napájacie káble ku generátoru a generátor je pripravený prevziať záťaž.
Oba typy generátorov sú k dispozícii s pokročilým elektronickým ovládaním a môžu byť prevádzkované paralelne. Rozdelená zbernica záložného generátora môže byť usporiadaná na napájanie veľkého množstva rôznych napätí. Ak chcete zobraziť naše zásoby nových a použitých generátorov, prejdite na Zdroj generátora. Poskytujeme služby generátora, ako je údržba, riešenie problémov a opravy, inštalácia.
Zelená energia
Environmental Protection Agency (EPA) definuje zelenú energiu ako elektrinu vyrobenú zo solárnych, veterných, geotermálnych, bioplynových, biomasových a hydroelektrických systémov. Náš model zahŕňal veternú a slnečnú energiu. Možné použitia sú preskúmané nižšie.
Solárna energia
Solárne panely sa skladajú z fotovoltaických článkov. Tieto články premieňajú slnečné svetlo na elektrinu jednosmerného prúdu (DC). Vytvorená elektrina sa ukladá do batériových bánk. Akonáhle sú batérie úplne nabité, elektrina môže byť smerovaná späť pomocou meniča a predávaná.
Invertor je srdcom systému UPS. Keď dôjde k výpadku napájania, batérie napájajú obvody, ktoré majú kritické požiadavky na napájanie. Invertor zmení jednosmerný prúd na striedavý prúd (AC) na napájanie obvodov, zatiaľ čo záložné generátory sa pripravujú na prijatie záťaže.
Sila vetra
Vietor sa používa na roztáčanie turbín. Turbíny vyrábajú striedavú elektrinu podobne ako generátory poháňané naftou a parou. Veterné turbíny môžu byť tiež pripojené k rozvodnej sieti záložnej siete batérie UPS.
Turbíny, ktoré sú pripojené k elektrickej sieti, musia zodpovedať fáze a frekvencii. Aby sa zosúladila fáza a frekvencia siete, energia turbíny sa vedie cez konvertor AC na AC. Striedavý prúd sa premení na jednosmerný, potom sa pomocou meniča usmerní späť na striedavý prúd a privedie sa do siete. Striedavý prúd z veternej turbíny môže byť tiež vedený cez konvertor, ktorý pomáha pri nabíjaní batérie.
Slnečná a veterná energia sú skvelými metódami na kompenzáciu nákladov na spotrebu energie budov, ale nevyvinuli sa dostatočne na to, aby akceptovali povinnosti súvisiace so záložnou energiou. Obe sú závislé od miestnych poveternostných podmienok a dostupných batérií. Počas zamračeného dňa bez veternej batérie sa batérie rýchlo vybijú bez úsilia o nabíjanie.
Záložné batériové banky
Ekologické riešenia často využívajú záložné batérie. Tieto banky poskytujú iba dočasné napájanie UPS. Sú navrhnuté tak, aby poskytovali energiu v prípade výpadku elektrickej energie v zariadení, zatiaľ čo generátory sa spúšťajú, aby prevzali záťaž.
Systémy záložných batérií možno skonštruovať s tromi rôznymi štýlmi batérií uvedených nižšie:
Olovené články - Batérie s olovenými článkami sú najlacnejším riešením. Tie môžu byť dobrou odpoveďou mimo siete pre menšie aplikácie
Lítium-iónové – Ľahšie a kompaktnejšie a vydržia dlhšie ako olovené batérie. Sú však drahšie
Slaná voda – Tento nováčik sa spolieha na elektrolyty v slanej vode. Batérie sú väčšinou netestované, ale ľahko sa recyklujú
Batérie poháňané vetrom sa nabíjajú konvertorom, ktorý mení striedavý prúd na jednosmerný. Solárne batérie nepotrebujú konvertor, pretože solárne panely generujú jednosmerný prúd.
Keď dôjde k strate elektrickej energie, časová strata na pozitívnu odozvu generátora je takmer milisekundová.
Zariadenia a komplexy ako nemocnice, dátové centrá a samosprávy majú nulovú toleranciu straty energie. Spoliehajú sa na batérie, ktoré dodávajú energiu v čase straty elektrickej energie. Ide o skvelé krátkodobé riešenie, ale batériové banky majú svoje obmedzenia.
Batérie so schopnosťou prijať elektrickú záťaž sú na prvý nákup drahé. Olovené batérie majú elektrolyt v článkoch batérie. Hladina elektrolytu a merná hmotnosť sa musia často kontrolovať. Aj pri starostlivej údržbe môže byť životnosť týchto batérií len 5 až 15 rokov.
Náklady na obnoviteľnú energiu a systémy skladovania energie
Obnoviteľné zdroje energie, ako sú veterné farmy, solárne farmy a výroba vodných elektrární, majú veľkú počiatočnú nákupnú cenu. Na inštaláciu zakúpeného zariadenia sú povinní skúsení technici a stavebné čaty. Po inštalácii, testovaní a uvedení do prevádzky je potrebné vykonať údržbu zariadenia. Na udržanie prevádzky zariadenia podľa špecifikácií je často potrebná sila údržby na plný úväzok.
Skladovanie energie rýchlo napreduje a bude kľúčovým hráčom v budúcnosti mikrosietí. Môže to byť veľmi zložitá téma a vyžaduje si inžinierov a plánovanie a náklady sú na celej mape v závislosti od vašich potrieb. Microgrid Knowledge má vynikajúci nedávny článok o niektorých najnovších vývojoch v oblasti skladovania energie z konferencie v roku 2019, do ktorej sa môžete ponoriť. Podrobne popisujú cestu k cieľu skladovania energie GW a najnovšie správy od spoločností a politiky FERC, ktoré sa teraz presadzujú.
Riadiaca stanica
Riadiaca stanica poskytuje operátorovi možnosti riadenia aj monitorovania. Každý systém možno rozdeliť na podsystém, ktorý má v sebe jednotlivé časti zariadenia.
Distribučné a ovládacie panely - Prijímajte vstupné napätie zo všetkých zdrojov a distribuujte energiu do potrebných obvodov.
Záložné generátory - Softvér riadiacej stanice monitoruje a má schopnosť zmeniť konfiguráciu chodu generátora, aby napájal kritické obvody.
Green Power – batériové banky UPS sú monitorované. Prívod solárnej energie do batérií a siete je monitorovaný. Monitorované štatistiky veterných turbín. Schopnosť prepnúť na redundantnú veternú turbínu alebo batériu.
Riadiaca stanica v podstate poskytuje softvérové riešenie na údržbu, monitorovanie a riadenie všetkého hardvéru spojeného s konfiguráciou mikromriežky. Môže existovať viacero kusov softvéru, ktorý podporuje operácie siete.
Redundancia je kľúčovým princípom pri navrhovaní týchto systémov. Redundancia znamená mať pripravený stojan pri zariadení v prípade zlyhania primárneho zariadenia. Generátory, veterné turbíny a batérie sú príkladmi systémov, ktoré môžu mať redundantné hlavné a podporné zariadenia.
Niektoré nadbytočné zariadenia automaticky prevezmú povinnosti prideleného hlavného zariadenia a upozornia operátora na problém. Operátor riadiacej stanice potom upozorní údržbu na problém, aby ho bolo možné opraviť. Redundantné zariadenie spĺňa rovnaké požiadavky ako hlavné zariadenie. Operátor často zamieňa hlavné a nadbytočné zariadenia na plánované testovanie.
Mikromriežka je koncept. Môže byť taký veľký alebo malý, ako je potrebné na inštaláciu. Toto je starý koncept, ktorý tu zostane. S rastúcou technológiou výroby energie sa zvyšuje aj používanie mikrosietí.