Джерело: generatorsource.com
Концепція мікросіток існує вже багато років. Лише нещодавно вони набули значної популярності та преси, оскільки багато нових проектів стають реальністю та впроваджуються у виробництво. Bloom Energy нещодавно повідомила, що станом на цей рік (2019) 500 нових мікромереж знаходяться в процесі розробки або розгортаються, а загальна кількість у всьому світі становить кілька ГВт.
По суті, мікромережа — це мініатюрна система електромережі, яка налаштована для управління розподіленими енергетичними ресурсами та може включати відновлювані джерела енергії (сонячну, вітрову та/або гідроенергію) з іншими невідновлюваними джерелами (такими як дизельні генератори, газові турбіни, тощо). Ці мікромережі зазвичай керують енергетичними навантаженнями кількох систем генерації, а також використовують певний тип системи зберігання енергії. Вони працюють і керують усім цим за допомогою різних типів програмного забезпечення та систем керування. Їх можна налаштувати для роботи паралельно з енергосистемою, а також для роботи в автономному режимі під час надзвичайних ситуацій або на основі конкретних потреб.
Основи мікросітки - Що таке мікросітка
Міністерство енергетики США (DOE) визначає мікромережу як «групу взаємопов’язаних навантажень і розподілених енергетичних ресурсів у межах чітко визначених електричних кордонів, яка діє як єдиний контрольований об’єкт по відношенню до мережі. Мікромережа може під’єднуватися та від’єднуватися від мережі до дозволити йому працювати як у мережевому, так і в острівному режимах».
Крім того, Міністерство енергетики стверджує, що «мікромережі визначено як ключовий компонент інтелектуальної мережі для покращення надійності та якості електроенергії,
енергоефективність системи та надання можливості незалежності окремих кінцевих користувачів від електромережі". Переваги використання мікромережевих технологій можуть бути такими:
- Інтегрується з мережею та кількома технологіями інтелектуальної мережі
- Інтеграція розподілених і відновлюваних джерел енергії, зниження пікового навантаження
- Забезпечує енергопостачання комплексів з критичними потребами в електроенергії
Інші організації визначають мікромережі аналогічно, включаючи концепцію кількох навантажень і острівної генерації. Острівна генерація – це енергія, що виробляється за допомогою вітру, сонця, гідрогенерації або виробництва дизельного палива/ПГ.
Ілюстрація на першому малюнку — це мікромережа, яка використовує електроенергію від комунальної мережі як основне джерело. Вітряна та сонячна електростанції живлять акумуляторну батарею для екстреного використання в разі втрати електроенергії. Обидва зазвичай підключаються до мережі, щоб знизити експлуатаційні витрати. При зникненні електроенергії комплекс перемикається на живлення від акумуляторної батареї від вітрової та сонячної установки. Генератори запускаються і беруть на себе навантаження від акумуляторів. Будівлі на стороні навантаження контуру не відчувають коливань потужності через конструкцію розподільчої мережі. Коли енергопостачання відновлюється, навантаження повертається до електромережі, а резервні генератори вимикаються. Вітро-сонячна електростанція повертається до нормального режиму роботи.
Багато факторів впливають на проектування та будівництво мікромережі. Удосконалення технологій виробництва та розподілу електроенергії дозволяють створювати системи, які зменшують споживання електроенергії, використовують екологічні методи виробництва та відповідають критичним вимогам до електропостачання. Нижче наведено основну інформацію для кожного з джерел живлення та систем керування. Конструкція цієї мікромережі є вигаданою, але змодельована в концепції проектів DOE.
Електроенергія та навантаження
Найпоширеніші мікромережі використовують електроенергію, що надходить від місцевої енергетичної компанії, як основне джерело. Мікромережі, розташовані у віддалених місцях, можуть використовувати гідроелектростанцію як основну енергію або використовувати електростанцію, що генерує викопне паливо, як основну енергію.
Електростанції виробляють електроенергію високої напруги. Деякі використовують підвищувальні трансформатори для підвищення напруги для передачі на підстанції. Підстанції отримують напругу від електростанцій високовольтними лініями. Напруга регулюється відповідно до вимог і розподіляється між клієнтами.
Лікарні, державні виправні заклади та центри обробки даних – це деякі галузі, які потребують джерела безперебійного живлення (UPS). У багатьох є кілька будівель, які потребують постійного живлення. У деяких будівлях можуть бути зони, де потрібне ізольоване джерело живлення через вимоги до напруги, сили струму та/або частоти.
Ці установки споживають величезну кількість енергії для виконання звичайних повсякденних операцій. Вони отримують електроенергію від ліній високої напруги на підстанції, призначеній для комплексу. Напруга регулюється до бажаного рівня за допомогою підвищувальних або понижуючих трансформаторів. Вся електроенергія направляється через комутаційні та контрольні панелі для розподілу по будівлях.
Кожна будівля представляє електричне навантаження. Для будівлі можна мати більше одного виділеного навантаження. Прикладом вторинної точки навантаження в будівлі є перетворювач частоти. Один позитивний пік напруги та один негативний пік напруги дорівнюють одному циклу (Гц). Загальна частота живлення становить 50 Гц або 60 Гц. Для роботи деякого обладнання потрібне джерело живлення 400 Гц. Перетворювачі частоти змінюють 50 Гц або 60 Гц на 400 Гц. Є багато інших прикладів вторинних точок навантаження в будівлі. У дизайні мікросітки всі управляються з однієї точки.
Потужність генератора резервного та пікового попиту
Резервні генератори постачають електроенергію в мережу в разі збою електроенергії. Генератор складається з двигуна та генератора (зі сторони генератора). Двигуни, що працюють на природному газі (NG) і дизельному паливі, є промисловим стандартом. Двигуни, що працюють на природному газі, можуть працювати нескінченно довго, доки не буде перервано постачання комунального газу. Резервне живлення недоступне, якщо джерело живлення забезпечено.
Генератори з дизельними двигунами можуть працювати при виході з ладу всієї інфраструктури, включаючи постачання природного газу. Необхідно контролювати основні баки подачі палива та поповнювати їх, коли паливо мало. Автоматичні системи можуть повідомити оператора, коли рівень бака досягне заданої точки, щоб уникнути відключення через брак палива.
Застосування генератора в приміщенні
Двигун, системи охолодження та генератор змонтовані на опорі, виготовленій із сталевих балок. Полоз монтується до підлоги будівлі. Для зменшення вібрації під час роботи в ключових місцях використовуються гумові кріплення.
Цей стильний генератор не має паливних баків і вимагає зовнішнього джерела палива. Великі первинні паливні баки можуть забезпечувати денні баки. Вони повинні мати витяжку з будівлі та подачу охолоджуючого повітря або встановлену систему охолодження після продажу, таку як теплообмінник (HEX).
Програми зовнішнього генератора
Генератори, які використовуються на відкритому повітрі, монтуються в атмосферостійкому або погодостійкому корпусі. Багато корпусів мають звукоізоляцію для зменшення робочого шуму. Генератор встановлений на рамі на паливному баку з двома стінками. Ці генератори не мають зовнішніх вимог до палива, вихлопу чи системи охолодження. Підключіть вихідні силові кабелі до генератора, і він готовий прийняти навантаження.
Обидва типи генераторів доступні з розширеним електронним керуванням і можуть працювати паралельно. Розділена резервна генераторна шина може бути організована для забезпечення великої кількості різних напруг. Щоб переглянути наш асортимент нових і вживаних генераторів, перейдіть на сторінку Generator Source. Ми надаємо такі послуги генератора, як технічне обслуговування, усунення несправностей і ремонт, встановлення.
Виробництво зеленої електроенергії
Агентство з охорони навколишнього середовища (EPA) визначає зелену енергію як електроенергію, вироблену з сонячних, вітрових, геотермальних, біогазу, біомаси та гідроелектростанцій. Наша модель включала вітрову та сонячну енергію. Нижче розглянуто можливі варіанти використання.
Сонячна енергія
Сонячні панелі складаються з фотоелектричних елементів. Ці елементи перетворюють сонячне світло в електрику постійного струму (DC). Створена електроенергія зберігається в акумуляторних батареях. Після того, як батареї повністю заряджені, електроенергію можна направляти назад за допомогою інвертора та продавати.
Інвертор є серцем системи ДБЖ. Коли живлення втрачається, батареї живлять схеми, які мають критичні потреби в електроенергії. Інвертор змінює постійний струм на змінний струм для живлення ланцюгів, тоді як резервні генератори готуються прийняти навантаження.
Енергія вітру
Вітер використовується для обертання турбін. Турбіни виробляють електроенергію змінного струму так само, як дизельні та парові генератори. Вітрові турбіни також можуть бути підключені до загальної електромережі резервної акумуляторної мережі ДБЖ.
Турбіни, які підключаються до електромережі, повинні відповідати фазі та частоті. Щоб узгодити фазу та частоту мережі, потужність турбіни направляється через перетворювач змінного струму в змінний. Змінний струм перетворюється на постійний, потім випрямляється назад у змінний струм за допомогою інвертора та направляється в мережу. Змінний струм від вітряної турбіни також можна направляти через перетворювач, щоб допомогти заряджати акумуляторну батарею.
Сонячна та вітрова енергія є чудовими методами для компенсації витрат на енергоспоживання будівлі, але вони недостатньо розроблені, щоб прийняти обов’язки з резервного джерела енергії. Обидва вони залежать від локальних погодних умов і доступних акумуляторних батарей. У похмурий день без вітру батареї можуть швидко розрядитися без заряджання.
Банки резервних батарей
Рішення екологічного живлення часто використовують резервні акумуляторні батареї. Ці банки забезпечують лише миттєве живлення ДБЖ. Вони призначені для забезпечення електроенергією, коли на об’єкті зникає енергопостачання, а генератори запускаються, щоб взяти на себе навантаження.
Резервні акумуляторні системи можуть бути побудовані з трьома різними типами акумуляторних батарей, перелічених нижче:
Свинцево-кислотні елементи – батареї зі свинцево-кислотними елементами є найдешевшим рішенням. Це може бути хорошою автономною відповіддю для невеликих програм
Літій-іонний – легший, компактніший і служить довше, ніж свинцево-кислотні батареї. Однак вони дорожчі
Морська вода - цей новачок покладається на електричні літери в солоній воді. Акумулятори здебільшого не перевірені, але їх легко переробити
Акумулятори, що працюють від вітру, заряджаються за допомогою перетворювача, який перетворює змінний струм на постійний. Сонячні батареї не потребують перетворювача, оскільки сонячні панелі генерують постійний струм.
Коли втрачається живлення від мережі, для позитивної реакції генератора втрачається близько мілісекунди часу.
Об’єкти та комплекси, такі як лікарні, центри обробки даних і муніципалітети, не допускають втрат електроенергії. Вони покладаються на батареї для забезпечення електроенергією в період втрати електроенергії. Це чудове короткострокове рішення, але банки батарей мають свої обмеження.
Батареї, здатні приймати електричне навантаження, дорогі для початкової покупки. У свинцево-кислотних батареях електроліт - це рідина в елементах батареї. Необхідно часто перевіряти рівень електроліту та питому вагу. Навіть при ретельному догляді термін служби цих батарей може становити лише 5-15 років.
Вартість відновлюваної енергії та систем зберігання енергії
Ресурси відновлюваної енергії, такі як вітряні електростанції, сонячні електростанції та гідроелектростанції, мають високу початкову ціну покупки. Для монтажу придбаного обладнання потрібні досвідчені техніки та будівельні бригади. Після монтажу, випробувань і введення в експлуатацію обладнання необхідно обслуговувати. Часто необхідна штатна служба технічного обслуговування, щоб забезпечити роботу обладнання відповідно до специфікацій.
Зберігання енергії швидко розвивається і стане ключовим гравцем у майбутньому мікромереж. Це може бути дуже складним предметом і вимагає інженерів і планування, а витрати залежать від ваших потреб. У Microgrid Knowledge є чудова нещодавня стаття про деякі з останніх розробок у сфері зберігання енергії з конференції 2019 року, щоб зануритися в неї тут. Вони детально описують шлях до мети накопичення енергії в GW та останні новини від компаній і політики FERC, які зараз просуваються.
Станція управління
Станція керування надає оператору можливості керування та моніторингу. Кожну систему можна розділити на підсистему, яка містить окремі частини обладнання.
Розподільні панелі та панелі керування - отримують вхідну напругу від усіх джерел і розподіляють живлення до необхідних ланцюгів.
Резервні генератори - програмне забезпечення станції керування контролює та має можливість змінювати робочу конфігурацію генератора для забезпечення живлення критичних ланцюгів.
Green Power - блоки батарей ДБЖ контролюються. Відстежується надходження сонячної енергії до акумуляторних батарей і мережі. Моніторинг статистики вітрової турбіни. Можливість перемикання на резервну вітрову турбіну або акумуляторну батарею.
По суті, станція керування надає програмне рішення для обслуговування, моніторингу та контролю всього апаратного забезпечення, пов’язаного з конфігурацією мікромережі. Може бути кілька частин програмного забезпечення, що підтримує роботу сітки.
Резервування є ключовим принципом у проектуванні цих систем. Резервування — це наявність готової стоянки біля частини обладнання у разі виходу з ладу основного обладнання. Генератори, вітряні турбіни та акумуляторні батареї є прикладами систем, які можуть мати резервне основне та допоміжне обладнання.
Деяке резервне обладнання автоматично бере на себе обов’язки призначеного основного обладнання та повідомляє оператора про проблему. Потім оператор станції управління повідомляє технічне обслуговування про проблему, щоб її можна було виправити. Резервне обладнання відповідає тим же вимогам, що й основне обладнання. Оператор часто замінює основне та резервне обладнання для планового тестування.
Мікросітка – це поняття. Він може бути як великого, так і маленького розміру, необхідного для встановлення. Це стара концепція, яка залишиться тут. З розвитком технологій виробництва електроенергії буде зростати і використання мікромереж.
