Izvor: generatorsource.com
Koncept mikromreža postoji već dugi niz godina. Tek nedavno su stekli značajnu pažnju i tisak jer mnogi novi projekti postaju stvarnost i puštaju se u proizvodnju. Bloom Energy je nedavno izvijestio da je 500 novih mikromreža u procesu ili da se postavljaju od ove godine (2019.), a ukupni iznosi širom svijeta su u rasponu od više GW.
U osnovi, mikromreža je minijaturni sistem električne mreže koji je postavljen za upravljanje distribuiranim energetskim resursima i može uključivati obnovljive izvore (solarni, vjetar i/ili hidro) sa drugim neobnovljivim izvorima (kao što su dizel generatori, plinske turbine, itd.). Ove mikromreže obično upravljaju energetskim opterećenjem višestrukih proizvodnih sistema i takođe koriste neku vrstu sistema za skladištenje energije. Oni rade sa svim tim i upravljaju sa različitim tipovima softvera i kontrolnih sistema. Mogu se podesiti da rade paralelno sa komunalnom mrežom i da rade u samostalnom režimu tokom hitnih slučajeva ili na osnovu specifičnih potreba.
Osnove mikrogrida - šta je mikromreža
Ministarstvo energetike SAD-a (DOE) definira mikromrežu kao "grupu međusobno povezanih opterećenja i distribuiranih energetskih resursa unutar jasno definiranih električnih granica koja djeluje kao jedan jedini kontrolirani entitet u odnosu na mrežu. Mikromreža se može povezati i isključiti iz mreže na omogućite mu da radi i u mrežnom i u otočnom načinu rada."
Osim toga, DOE tvrdi da su "Mikromreže identificirane kao ključna komponenta pametne mreže za poboljšanje radi poboljšanja pouzdanosti i kvaliteta električne energije, povećavajući
energetsku efikasnost sistema, te pružanje mogućnosti mrežne neovisnosti pojedinačnim krajnjim korisnicima." Prednosti korištenja mikromrežne tehnologije mogu biti:
- Integrira se s grid i višestrukim pametnim grid tehnologijama
- Integracija distribuirane i obnovljive energije, smanjenje vršnog opterećenja
- Osigurava opskrbu energijom kompleksa s kritičnim potrebama za energijom
Druge organizacije slično definiraju mikromreže, uključujući koncept višestrukog opterećenja i ostrvske proizvodnje. Proizvodnja na ostrvu je energija vjetra, sunca, hidrogeneracije ili dizel/NG.
Ilustracija na prvoj grafiki je mikromreža koja koristi struju kao primarni izvor. Vjetar i solarna farma napajaju bateriju za upotrebu u hitnim slučajevima kada se izgubi električna energija. Oba su obično povezana na mrežu kako bi se smanjili operativni troškovi postrojenja. Kada se nestane komunalne struje, kompleks se prebacuje na baterijsko napajanje iz vjetroelektrane i solarne instalacije. Generatori se pokreću i preuzimaju opterećenje iz baterija. Zgrade na strani opterećenja kola ne vide nikakvu fluktuaciju snage zbog dizajna distributivne mreže. Kada se napajanje iz komunalne mreže vrati, opterećenje se vraća u opskrbu komunalnih usluga i rezervni generatori se isključuju. Vjetroelektrane i solarne farme se vraćaju u normalan rad.
Mnogi faktori utiču na dizajn i izgradnju mikromreže. Napredak u tehnologiji proizvodnje i distribucije energije omogućava sisteme koji smanjuju potrošnju energije, koriste metode zelene proizvodnje i ispunjavaju kritične zahtjeve za napajanje. Osnovne informacije za svaki od izvora napajanja i kontrolnih sistema su navedene u nastavku. Izgradnja ove mikromreže je izmišljena, ali je konceptualno modelirana iz projekata DOE.
Snaga i opterećenja
Najčešći mikromreži koriste struju koja se isporučuje iz lokalne elektroenergetske kompanije kao primarno napajanje. Mikromreže koje se nalaze na udaljenim lokacijama mogu koristiti hidroelektranu kao primarnu energiju ili koristiti postrojenje za proizvodnju fosilnih goriva kao primarnu energiju.
Elektrane proizvode električnu energiju visokog napona. Neki koriste pojačane transformatore za povećanje napona za prijenos na trafostanice. Trafostanice primaju napon od elektrana preko visokonaponskih vodova. Naponi se prilagođavaju zahtjevima i distribuiraju kupcima.
Bolnice, državne kazneno-popravne ustanove i centri podataka su neke od industrija koje zahtijevaju neprekidni izvor napajanja (UPS). Mnogi imaju više zgrada koje zahtijevaju stalnu struju. Neke od zgrada mogu imati područja koja zahtijevaju izolirani izvor napajanja zbog zahtjeva napona, amperaže i/ili frekvencije.
Ove instalacije troše ogromnu količinu energije za obavljanje normalnih svakodnevnih operacija. Oni dobijaju struju iz visokonaponskih vodova u trafostanici posvećenoj kompleksu. Napon se podešava na željene nivoe korištenjem step-up ili step-down transformatora. Sva struja se vodi preko sklopnih i kontrolnih panela za distribuciju kroz zgrade.
Svaka zgrada predstavlja električno opterećenje. Moguće je imati više od jednog namjenskog opterećenja za zgradu. Primjer sekundarne tačke opterećenja u zgradi je frekventni pretvarač. Jedan pozitivan naponski vrh i jedan negativan naponski vrh jednak je jednom ciklusu (Hz). Uobičajeno napajanje je 50 Hz ili 60 Hz. Za rad neke opreme potrebno je napajanje od 400 Hz. Pretvarači frekvencije mijenjaju 50 Hz ili 60 Hz do 400 Hz. Postoji mnogo drugih primjera sekundarnih točaka opterećenja u zgradi. U dizajnu mikromreže, sve se kontroliše iz jedne tačke.
Rezervna i vršna snaga generatora potražnje
Rezervni generatori snabdijevaju mrežu električnom energijom kada struja nestane. Generator se sastoji od motora i alternatora (kraj generatora). Motori na prirodni plin (NG) i dizel motori su industrijski standard. Motori na NG mogu raditi neograničeno sve dok opskrba komunalnim plinom nije prekinuta. Rezervno napajanje nije dostupno kada je napajanje osigurano.
Generatori s motorima na dizel gorivo mogu raditi kada otkaže sva infrastruktura, uključujući i opskrbu prirodnim plinom. Glavni rezervoari za dovod goriva moraju se nadgledati i dopunjavati kada su prazni. Automatski sistemi mogu obavijestiti operatera kada su nivoi rezervoara na unaprijed određenoj tački kako bi se eliminisalo zatvaranje zbog nedostatka goriva.
Aplikacije za unutrašnje generatore
Motor, sistemi za hlađenje i krajevi generatora su montirani na klizač izrađen od čeličnih greda. Klizač se montira na pod zgrade. Gumeni nosači se koriste na ključnim lokacijama kako bi se smanjile vibracije tokom rada.
Ovaj tip generatora nema rezervoare za gorivo i zahteva eksterno napajanje gorivom. Veliki primarni rezervoar(i) goriva mogu da opskrbe dnevne rezervoare. Moraju imati instaliran izduvni sistem iz zgrade i dovod rashladnog zraka ili sistem za hlađenje nakon tržišta kao što je izmjenjivač topline (HEX).
Primjena vanjskih generatora
Generatori koji se koriste na otvorenom montiraju se u kućište otporno na vremenske prilike ili vremenske prilike. Mnoga kućišta su prigušena kako bi se smanjila radna buka. Generator je montiran na klizač na dvoslojnom rezervoaru za gorivo. Ovi generatori nemaju zahtjeve za eksternim gorivom, izduvnim gasom ili rashladnim sistemom. Spojite izlazne kablove za napajanje na generator i on je spreman za preuzimanje opterećenja.
Oba tipa generatora su dostupna sa naprednim elektronskim kontrolama i mogu se raditi paralelno. Podijeljena magistrala rezervnog generatora može se urediti za napajanje velikih količina različitih napona. Za pregled naše zalihe novih i polovnih generatora idite na Generator Source. Pružamo usluge generatora kao što su održavanje, otklanjanje kvarova i popravka, instalacija.
Green Power Generation
Agencija za zaštitu životne sredine (EPA) definiše zelenu energiju kao električnu energiju proizvedenu iz solarnih, vetrogeneralnih, geotermalnih, biogas, biomase i hidroelektričnih sistema. Naš model je uključivao energiju vjetra i sunca. Moguće upotrebe su istražene u nastavku.
Solarne energije
Solarni paneli se sastoje od fotonaponskih ćelija. Ove ćelije pretvaraju sunčevu svjetlost u struju istosmjerne struje (DC). Stvorena električna energija se skladišti u baterijama. Kada se baterije potpuno napune, struja se može vratiti pomoću pretvarača i prodati.
Inverter je srce UPS sistema. Kada se napajanje izgubi, baterije napajaju kola koja imaju kritične zahtjeve za napajanjem. Inverter mijenja jednosmjernu struju u naizmjeničnu struju (AC) za napajanje strujnih krugova dok se rezervni generatori pripremaju da prihvate opterećenje.
Wind Power
Vjetar se koristi za okretanje turbina. Turbine proizvode izmjeničnu struju u velikoj mjeri na način na koji funkcionišu dizelski i parni generatori. Vjetroturbine se također mogu priključiti na električnu mrežu komunalnih usluga i rezervnu mrežu UPS-a.
Turbine koje su priključene na električnu mrežu moraju odgovarati fazi i frekvenciji. Kako bi se uskladila faza i frekvencija mreže, snaga turbine se usmjerava kroz AC u AC pretvarač. AC se pretvara u DC, a zatim se ispravlja nazad u AC pomoću pretvarača i usmjerava u mrežu. Izmjenična struja iz vjetroturbine također se može usmjeriti kroz pretvarač kako bi se pomoglo u punjenju baterije.
Solarna energija i energija vjetra su odlične metode za nadoknađivanje troškova potrošnje električne energije u zgradama, ali nisu dovoljno razvijene da prihvate obaveze rezervnog napajanja. Oba ovise o lokalnim vremenskim uvjetima i dostupnim baterijama. U oblačnom danu bez vjetra baterije se mogu brzo isprazniti bez napora punjenja.
Banke rezervnih baterija
Zelena energetska rješenja često koriste korištenje rezervnih baterija. Ove banke pružaju UPS samo trenutno napajanje. Oni su dizajnirani da obezbede struju u slučaju nestanka električne energije u objektu, dok se generatori pokreću kako bi preuzeli opterećenje.
Sistemi rezervnih baterija mogu se konstruisati sa tri različita stila baterija baterija navedenih u nastavku:
Olovne ćelije - baterije sa olovno-kiselim ćelijama su najjeftinije rešenje. Ovo može biti dobar odgovor van mreže za manje aplikacije
Litijum jonski - Lakši i kompaktniji i traju duže od olovnih baterija. Međutim, oni su skuplji
Slana voda - Ovaj novajlija se oslanja na elecitrolite u slanoj vodi. Baterije su uglavnom neprovjerene, ali se lako recikliraju
Baterije koje se napajaju vjetrom se pune pomoću pretvarača koji mijenja AC u DC. Baterije na solarni pogon ne trebaju pretvarač jer solarni paneli stvaraju jednosmjernu struju.
Kada se izgubi električna energija, postoji skoro milisekunda vremena gubitak vremena za pozitivan odgovor generatora.
Objekti i kompleksi kao što su bolnice, data centri i opštine nemaju toleranciju na gubitak struje. Oslanjaju se na baterije za snabdevanje električnom energijom u periodu nestanka struje. Ovo je odlično kratkoročno rješenje, ali baterije baterija imaju svoja ograničenja.
Baterije sa mogućnošću prihvatanja električnog opterećenja skupe su za početnu kupovinu. Olovne baterije imaju elektrolit koji je tekućina u ćelijama baterija. Nivo elektrolita i specifična težina moraju se često provjeravati. Čak i uz pažljivo održavanje, životni vijek ovih baterija može biti samo 5 do 15 godina.
Troškovi obnovljivih izvora energije i sistema za skladištenje energije
Obnovljivi izvori energije kao što su vjetroelektrane, solarne farme i proizvodnja hidroelektrana imaju veliku početnu otkupnu cijenu. Za ugradnju kupljene opreme potrebni su iskusni tehničari i građevinske ekipe. Nakon instalacije, testiranja i puštanja u rad, oprema se mora održavati. Često je potrebna snaga održavanja s punim radnim vremenom kako bi oprema radila prema specifikacijama.
Skladištenje energije brzo napreduje i bit će ključni igrač u budućnosti mikromreža. To može biti vrlo složena tema i zahtijeva inženjere i planiranje, a troškovi su svuda na karti ovisno o vašim potrebama. Microgrid Knowledge ima odličan nedavni članak o nekim od najnovijih dostignuća u pohranjivanju energije sa konferencije 2019. u koji možete uroniti ovdje. Oni detaljno opisuju put do cilja GW za skladištenje energije i najnovije vijesti kompanija i politika FERC-a koje se sada provlače.
Kontrolna stanica
Kontrolna stanica pruža operateru i mogućnosti kontrole i nadzora. Svaki sistem se može podijeliti na podsistem koji u sebi ima pojedinačne dijelove opreme.
Distributivne i kontrolne ploče - primaju ulazne napone iz svih izvora i distribuiraju struju na potrebna kola.
Rezervni generatori - Softver upravljačke stanice nadgleda i ima mogućnost da promijeni konfiguraciju generatora koji radi kako bi napajao kritična kola.
Green Power - UPS baterije se prate. Nadzire se ulaz solarne energije u baterije i mrežu. Praćena statistika vjetroturbina. Mogućnost prebacivanja na redundantnu vjetroturbinu ili bateriju.
U osnovi, kontrolna stanica pruža softversko rješenje za održavanje, praćenje i kontrolu cjelokupnog hardvera povezanog s konfiguracijom mikromreže. Može postojati više komada softvera koji podržavaju rad mreže.
Redundantnost je ključni princip u dizajnu ovih sistema. Redundantnost je spremanje dijela opreme u slučaju kvara primarne opreme. Generatori, vjetroturbine i baterije su primjeri sistema koji mogu imati redundantnu glavnu i prateću opremu.
Neka redundantna oprema automatski preuzima dužnosti dodijeljene glavne opreme i obavještava operatera o problemu. Operater kontrolne stanice tada obavještava održavanje problema kako bi se mogao ispraviti. Redundantna oprema ispunjava iste zahtjeve kao i glavna oprema. Operater često zamjenjuje glavnu i redundantnu opremu radi planiranog testiranja.
Mikromreža je koncept. Može biti veliki ili mali dizajn koliko je potrebno za instalaciju. Ovo je stari koncept koji ostaje ovdje. Kako se tehnologija proizvodnje električne energije povećava, tako će se povećavati i upotreba mikromreža.
