Sursa: generatorsource.com
Conceptul de microrețele există de mulți ani. Abia recent au câștigat o tracțiune și o presă semnificativă, deoarece multe proiecte noi devin realitate și sunt puse în producție. Bloom Energy a raportat recent că 500 de noi microrețele sunt în curs de desfășurare sau sunt în curs de desfășurare începând cu acest an (2019), iar totalurile la nivel mondial sunt în intervalul multiplu de GW.
În esență, o microrețea este un sistem de rețea electrică în miniatură care este configurat pentru a gestiona resursele energetice distribuite și poate include surse regenerabile (solare, eoliene și/sau hidro) cu alte surse neregenerabile (cum ar fi generatoare diesel, turbine cu gaz, etc.). Aceste microrețele gestionează în mod obișnuit încărcăturile de energie ale sistemelor de generare multiple și folosesc, de asemenea, un anumit tip de sistem de stocare a energiei. Ei lucrează și gestionează toate acestea cu diferite tipuri de software și sisteme de control. Acestea pot fi configurate să funcționeze în paralel cu o rețea de utilități și, de asemenea, să funcționeze în mod autonom în situații de urgență sau în funcție de nevoi specifice.
Fundamentele microrețelei - Ce este o microrețea
Departamentul de Energie al SUA (DOE) definește o microrețea ca „Un grup de sarcini interconectate și resurse de energie distribuite în limite electrice clar definite, care acționează ca o singură entitate controlabilă în ceea ce privește rețeaua. O microrețea se poate conecta și deconecta de la rețea la să îi permită să funcționeze atât în modul rețea, cât și în modul insulă”.
În plus, DOE susține că „Microrețelele au fost identificate ca o componentă cheie a rețelei inteligente pentru îmbunătățirea fiabilității și calității energiei, crescând
eficiența energetică a sistemului și oferind posibilitatea de independență a rețelei locațiilor individuale ale utilizatorilor finali". Beneficiile utilizării tehnologiei microrețelei pot fi:
- Se integrează cu rețea și mai multe tehnologii de rețea inteligentă
- Integrarea energiilor distribuite și regenerabile, reducând sarcina de vârf
- Asigură alimentarea cu energie a complexelor cu nevoi critice de energie
Alte organizații definesc microrețele în mod similar, inclusiv conceptul de sarcini multiple și generarea de insule. Generarea pe insulă este energie furnizată prin generarea eoliană, solară, hidro sau diesel/GN.
Ilustrația din primul grafic este o microrețea care utilizează energie de la utilitate ca sursă primară. Ferma eoliană și solară alimentează o bancă de baterii pentru utilizare în caz de urgență atunci când se pierde energia electrică. Ambele sunt în mod normal conectate la rețea pentru a reduce costurile de operare a instalației. Când se pierde puterea de utilități, complexul este comutat la energia bateriei de la instalația eoliană și solară. Generatoarele pornesc și preiau sarcina de la baterii. Clădirile de pe partea de sarcină a circuitului nu văd nicio fluctuație de putere din cauza designului rețelei de distribuție. Când alimentarea de la utilitate este returnată, sarcina este returnată la sursa de utilități și generatoarele de rezervă sunt oprite. Ferma eoliană și solară revin la funcționarea normală.
Mulți factori intervin în proiectarea și construcția unei microrețele. Progresele în tehnologiile de generare și distribuție a energiei electrice permit sisteme care reduc consumul de energie, utilizează metode de generare ecologică și îndeplinesc cerințele critice de alimentare cu energie. Informațiile de bază pentru fiecare dintre sursele de alimentare și sistemele de control sunt prezentate mai jos. Construcția acestei microrețele este fictivă, dar modelată în concept din proiecte DOE.
Putere și încărcături utilitare
Cele mai comune dintre microrețele folosesc ca sursă principală energie electrică furnizată de compania locală de energie electrică. Microrețelele situate în locații îndepărtate pot folosi generarea hidroelectrică ca energie primară sau pot folosi centrale generatoare de combustibili fosili ca energie primară.
Centralele electrice generează energie electrică de înaltă tensiune. Unii folosesc transformatoare superioare pentru a crește tensiunea pentru transferul la substații. Substațiile primesc tensiune de la centralele electrice prin linii de înaltă tensiune. Tensiunile sunt ajustate la cerințe și distribuite clienților.
Spitalele, instituțiile de corecție de stat și centrele de date sunt unele dintre industriile care necesită o sursă de energie neîntreruptibilă (UPS). Multe au mai multe clădiri care necesită energie constantă. Unele dintre clădiri pot avea zone care necesită o sursă de energie izolată din cauza cerințelor de tensiune, amperaj și/sau frecvență.
Aceste instalații consumă o cantitate mare de energie pentru a efectua operațiuni normale de zi cu zi. Aceștia primesc energie de la liniile de înaltă tensiune la o substație dedicată complexului. Tensiunea este ajustată la nivelurile dorite utilizând transformatoare crescătoare sau coborâtoare. Toată puterea este direcționată prin panouri de comutare și control pentru distribuție în toate clădirile.
Fiecare clădire reprezintă o sarcină electrică. Este posibil să aveți mai mult de o încărcătură dedicată unei clădiri. Un exemplu de punct de încărcare secundar într-o clădire este un convertor de frecvență. Un vârf de tensiune pozitiv și un vârf de tensiune negativ egal cu un ciclu (Hz). Alimentarea comună este de 50 Hz sau 60 Hz. Unele echipamente necesită o sursă de alimentare de 400 Hz pentru a funcționa. Convertizoarele de frecvență schimbă 50 Hz sau 60 Hz la 400 Hz. Există multe alte exemple de puncte de încărcare secundare într-o clădire. În proiectarea microrețelei, toate sunt controlate dintr-un singur punct.
Putere de rezervă și generator de cerere de vârf
Generatoarele de rezervă furnizează energie rețelei atunci când întrerupe alimentarea de la utilitate. Generatorul este compus dintr-un motor și un alternator (capătul generatorului). Motoarele cu gaz natural (GN) și diesel sunt standardul industrial. Motoarele alimentate cu GN pot funcționa pe termen nelimitat atâta timp cât alimentarea cu gaze utilitare nu este întreruptă. Alimentarea de rezervă nu este disponibilă când sursa este asigurată.
Generatoarele cu motoare diesel pot funcționa atunci când întreaga infrastructură se defectează, inclusiv alimentarea cu gaz natural. Rezervoarele principale de alimentare cu combustibil trebuie monitorizate și completate atunci când sunt scăzute. Sistemele automate pot notifica operatorul atunci când nivelul rezervorului este la un punct prestabilit pentru a elimina oprirea din cauza lipsei de combustibil.
Aplicații generatoare de interior
Motorul, sistemele de răcire și capetele generatorului sunt toate montate pe un skid fabricat din grinzi de oțel. Skid-ul este montat pe podeaua clădirii. Suporturile din cauciuc sunt folosite în locații cheie pentru a reduce vibrațiile în timpul funcționării.
Acest generator de stil nu are rezervoare de combustibil și necesită o alimentare externă cu combustibil. Rezervoarele primare mari de combustibil pot alimenta rezervoarele de zi. Trebuie să aibă instalat evacuarea clădirii și alimentarea cu aer de răcire sau un sistem de răcire aftermarket, cum ar fi un schimbător de căldură (HEX).
Aplicații pentru generatoare în aer liber
Generatoarele care sunt utilizate în exterior sunt montate într-o carcasă rezistentă la intemperii sau la intemperii. Multe carcase sunt atenuate fonic pentru a reduce zgomotul de funcționare. Generatorul este montat pe un rezervor de combustibil cu perete dublu. Aceste generatoare nu au cerințe externe privind combustibilul, evacuarea sau sistemul de răcire. Conectați cablurile de alimentare de ieșire la generator și acesta este gata să preia sarcina.
Ambele tipuri de generatoare sunt disponibile cu comenzi electronice avansate și pot fi operate în paralel. O magistrală generatoare de rezervă divizată poate fi aranjată pentru a furniza cantități mari de tensiuni diferite. Pentru a vedea stocul nostru de generatoare noi și folosite, accesați Generator Source. Oferim servicii de generatoare precum întreținere, depanare și reparare, instalare.
Generarea de energie verde
Agenția pentru Protecția Mediului (EPA) definește energia verde ca energie electrică produsă din sisteme solare, eoliene, geotermale, biogaz, biomasă și hidroelectrice. Modelul nostru includea energie eoliană și solară. Utilizările posibile sunt explorate mai jos.
Energie solara
Panourile solare sunt formate din celule fotovoltaice. Aceste celule transformă lumina solară în curent electric continuu (DC). Electricitatea creată este stocată în bănci de baterii. Odată ce bateriile sunt complet încărcate, electricitatea poate fi redirecționată folosind un invertor și vândută.
Invertorul este inima sistemului UPS. Când se pierde alimentarea, bateriile furnizează energie circuitelor care au cerințe critice de alimentare. Invertorul schimbă DC în curent alternativ (AC) pentru a alimenta circuitele în timp ce generatoarele de rezervă se pregătesc să accepte sarcina.
Putere eoliana
Vântul este folosit pentru a învârti turbinele. Turbinele produc electricitate AC mult în modul în care funcționează generatoarele alimentate cu motorină și cu abur. Turbinele eoliene pot fi, de asemenea, conectate la rețeaua de energie electrică, rețeaua de rezervă a bateriei UPS.
Turbinele care sunt conectate la rețeaua electrică trebuie să se potrivească cu faza și frecvența. Pentru a se potrivi faza și frecvența rețelei, puterea turbinei este direcționată printr-un convertor AC la AC. AC este convertit în DC, apoi rectificat înapoi în AC cu un invertor și direcționat către rețea. Curentul AC de la turbina eoliană poate fi, de asemenea, direcționat printr-un convertor pentru a ajuta la încărcarea bateriei.
Energia solară și eoliană sunt metode excelente de a compensa costurile consumului de energie al clădirii, dar nu s-au dezvoltat suficient pentru a accepta sarcinile de alimentare de rezervă. Ambele depind de condițiile meteorologice localizate și de bateriile disponibile. Într-o zi înnorată fără vânt, bateriile se pot epuiza rapid fără eforturi de încărcare.
Bănci de baterii de rezervă
Soluțiile de energie ecologică folosesc adesea băncile de baterii de rezervă. Aceste bănci furnizează doar energie momentană pentru UPS. Ele sunt concepute pentru a furniza energie atunci când curentul de utilități se defectează la instalație, în timp ce generatoarele pornesc pentru a prelua sarcina.
Sistemele de baterii de rezervă pot fi construite cu trei stiluri diferite de bănci de baterii enumerate mai jos:
Celule cu plumb acid - Bateriile cu celule cu plumb-acid sunt soluția cea mai puțin costisitoare. Acestea pot fi un răspuns bun off-grid pentru aplicații mai mici
Litiu Ion - Mai ușor și mai compact și durează mai mult decât bateriile cu plumb acid. Cu toate acestea, sunt mai scumpe
Apă sărată - Acest nou venit se bazează pe elecitroliți din apa sărată. Bateriile sunt în mare parte netestate, dar ușor de reciclat
Bateriile eoliene sunt încărcate de un convertor care schimbă AC în DC. Bateriile alimentate cu energie solară nu au nevoie de un convertor, deoarece panourile solare generează DC.
Atunci când puterea de utilități este pierdută, există aproape o milisecundă de timp o pierdere de timp pentru răspunsul pozitiv al generatorului.
Facilitățile și complexele precum spitalele, centrele de date și municipalitățile au toleranță zero pentru pierderea de energie. Ei se bazează pe bănci de baterii pentru a furniza energie în intervalul unei pierderi de energie. Aceasta este o soluție excelentă pe termen scurt, dar băncile de baterii au limitările lor.
Bateriile cu capacitatea de a accepta sarcina electrică sunt scumpe pentru o achiziție inițială. Bateriile cu plumb-acid au electrolit este lichidul din celulele bateriei. Nivelul electrolitului și greutatea specifică trebuie verificate frecvent. Chiar și cu o întreținere atentă, durata de viață a acestor baterii poate fi de numai 5 până la 15 ani.
Costul energiei regenerabile și al sistemelor de stocare a energiei
Resursele de energie regenerabilă, cum ar fi parcurile eoliene, fermele solare și generarea hidroelectrică, au un preț inițial mare de achiziție. Pentru instalarea echipamentelor achiziționate sunt necesari tehnicieni și echipe de construcții cu experiență. După instalare, testare și punerea în funcțiune, echipamentul trebuie întreținut. Adesea este nevoie de o forță de întreținere permanentă pentru a menține echipamentul să funcționeze conform specificațiilor.
Stocarea energiei avansează rapid și va fi un jucător cheie în viitorul microrețelelor. Poate fi un subiect extrem de complex și necesită ingineri și planificare, iar costurile sunt peste tot în funcție de nevoile dvs. Microgrid Knowledge are un articol recent excelent despre unele dintre cele mai recente evoluții în stocarea energiei de la conferința din 2019, care trebuie să se aprofundeze aici. Acestea detaliază calea către obiectivul GW de stocare a energiei și cele mai recente știri de la companii și politicile FERC care sunt acum implementate.
Stația de control
Stația de control oferă operatorului atât capabilități de control, cât și de monitorizare. Fiecare sistem poate fi împărțit într-un subsistem care conține echipamente individuale.
Panouri de distribuție și control - Primiți tensiuni de intrare de la toate sursele și distribuiți puterea către circuitele necesare.
Generatoare de rezervă - Software-ul stației de control monitorizează și are capacitatea de a schimba configurația de funcționare a generatorului pentru a furniza energie circuitelor critice.
Green Power - băncile de baterii UPS sunt monitorizate. Intrarea de energie solară către băncile de baterii și rețea sunt monitorizate. Statisticile turbinelor eoliene monitorizate. Capacitatea de a trece la o turbină eoliană redundantă sau la un banc de baterii.
Practic, stația de control oferă o soluție software pentru întreținerea, monitorizarea și controlul întregului hardware asociat unei configurații de microrețea. Pot exista mai multe piese de software care sprijină operațiunile rețelei.
Redundanța este un principiu cheie în proiectarea acestor sisteme. Redundanța înseamnă a avea un suport gata lângă un echipament în cazul defecțiunii echipamentului primar. Generatoarele, turbinele eoliene și bateriile sunt toate exemple de sisteme care pot avea echipamente principale și suport redundante.
Unele echipamente redundante își asumă automat sarcinile echipamentului principal atribuit și anunță operatorul cu privire la o problemă. Operatorul stației de control informează apoi întreținerea cu privire la problema pentru a putea fi corectată. Echipamentul redundant îndeplinește aceleași cerințe ca și echipamentul principal. Adesea, echipamentele principale și redundante sunt schimbate de către operator pentru testare programată.
Microrețea este un concept. Poate avea un design atât de mare sau cât de mic este necesar pentru instalare. Acesta este un concept vechi care este aici pentru a rămâne. Pe măsură ce tehnologia de generare a energiei crește, la fel va crește și utilizarea microrețelelor.
