Allikas: generatorsource.com
Mikrovõrkude kontseptsioon on olnud kasutusel juba aastaid. Alles hiljuti on nad saavutanud märkimisväärse tõukejõu ja pressi, kuna paljud uued projektid saavad reaalsuseks ja pannakse tootmisse. Bloom Energy teatas hiljuti, et selle aasta (2019) seisuga on töös või võetakse kasutusele 500 uut mikrovõrku ja kogu maailmas on mitu GW vahemikku.
Mikrovõrk on tuumaks miniatuurne elektrivõrgusüsteem, mis on loodud hajutatud energiaressursside haldamiseks ja mis võib hõlmata taastuvaid energiaallikaid (päikese-, tuule- ja/või hüdroenergia) koos muude taastumatute allikatega (nt diiselgeneraatorid, gaasiturbiinid, jne.). Need mikrovõrgud juhivad tavaliselt mitme põlvkonna süsteemide energiakoormust ja kasutavad ka teatud tüüpi energiasalvestussüsteeme. Nad töötavad ja haldavad seda kõike erinevat tüüpi tarkvara ja juhtimissüsteemidega. Neid saab seadistada töötama paralleelselt kommunaalvõrguga ning töötama ka eraldiseisvas režiimis hädaolukordades või konkreetsete vajaduste alusel.
Mikrovõrgu põhialused – mis on mikrovõrk
USA energeetikaministeerium (DOE) määratleb mikrovõrgu kui "selgelt määratletud elektrilistes piirides üksteisega ühendatud koormuste ja hajutatud energiaressursside rühma, mis toimib võrgu suhtes ühtse kontrollitava üksusena. Mikrovõrk võib võrguga ühendada ja sellest lahti ühendada võimaldama sellel töötada nii võrgu- kui ka saarerežiimis".
Lisaks väidab DOE: "Mikrovõrgud on määratletud nutika võrgu võtmekomponendina, et parandada energia töökindlust ja kvaliteeti, suurendades
süsteemi energiatõhusus ja pakkudes üksikutele lõppkasutajate asukohtadele võrgust sõltumatuse võimalust." Mikrovõrgutehnoloogia kasutamise eelised võivad olla:
- Integreerub võrgu ja mitme nutika võrgutehnoloogiaga
- Haja- ja taastuvenergia integreerimine, tippkoormuse vähendamine
- Tagab energia tarnimise kriitilise energiavajadusega kompleksidele
Teised organisatsioonid määratlevad mikrovõrgud sarnaselt, sealhulgas mitme koormuse ja saare genereerimise kontseptsiooni. Saarte tootmine on tuule-, päikese-, hüdroenergia või diislikütuse/maagaasi tootmine.
Esimese graafiku illustratsioon on mikrovõrk, mis kasutab esmase allikana elektrienergiat. Tuule- ja päikesepark toidab akupanka hädaolukorras kasutamiseks, kui elektrienergia kaob. Mõlemad on tavaliselt võrku ühendatud, et vähendada rajatise tegevuskulusid. Kommunaalvoolu katkemisel lülitatakse kompleks üle tuule- ja päikesepaigaldise akutoitele. Generaatorid käivituvad ja võtavad akudelt koormuse. Ahela koormusepoolsetes hoonetes jaotusvõrgu konstruktsioonist tulenevalt võimsuse kõikumisi ei esine. Kui elektritoide tagastatakse, suunatakse koormus tagasi elektrivõrku ja varugeneraatorid suletakse. Tuule- ja päikesepark naaseb normaalsele tööle.
Mikrovõrgu projekteerimisel ja ehitamisel on palju tegureid. Elektritootmis- ja jaotustehnoloogiate edusammud võimaldavad süsteeme, mis vähendavad energiatarbimist, kasutavad keskkonnahoidliku tootmise meetodeid ja vastavad kriitilistele toiteallikatele. Põhiteave iga toiteallika ja juhtimissüsteemi kohta on toodud allpool. Selle mikrovõrgu ehitamine on väljamõeldud, kuid selle kontseptsioon on modelleeritud DOE projektidest.
Kasulik võimsus ja koormused
Kõige tavalisemad mikrovõrgud kasutavad esmase toiteallikana kohalikult elektriettevõttelt saadavat elektrienergiat. Kaugemates kohtades asuvad mikrovõrgud võivad kasutada primaarenergiana hüdroelektrienergiat või kasutada primaarenergiana fossiilkütuste tootmisjaamu.
Elektrijaamad toodavad kõrgepingeelektrit. Mõned kasutavad astmelisi trafosid, et suurendada alajaamadesse ülekandmiseks vajalikku pinget. Alajaamad saavad elektrijaamadest pinget kõrgepingeliinide kaudu. Pinged kohandatakse vastavalt nõuetele ja jaotatakse klientidele.
Haiglad, osariigi parandusasutused ja andmekeskused on mõned tööstusharud, mis vajavad katkematut toiteallikat (UPS). Paljudel on mitu hoonet, mis vajavad pidevat voolu. Mõnel hoonel võib pinge-, voolutugevus- ja/või sagedusnõuete tõttu olla alasid, mis nõuavad isoleeritud toiteallikat.
Need paigaldised tarbivad tavapäraste igapäevaste toimingute tegemiseks tohutul hulgal energiat. Nad saavad voolu kõrgepingeliinidelt kompleksile pühendatud alajaamas. Pinge reguleeritakse soovitud tasemele tõusu- või alamtrafode abil. Kogu võimsus suunatakse läbi lülitus- ja juhtpaneelide jaotamiseks kogu hoonetes.
Iga hoone kujutab endast elektrilist koormust. Hoonele võib olla rohkem kui üks sihtotstarbeline koormus. Hoone sekundaarse koormuspunkti näide on sagedusmuundur. Üks positiivne pingetipp ja üks negatiivne pingepiik võrdub ühe tsükliga (Hz). Tavaline toide on 50 Hz või 60 Hz. Mõned seadmed vajavad töötamiseks 400 Hz toiteallikat. Sagedusmuundurid muudavad 50 Hz või 60 Hz sagedust 400 Hz. Hoone teiseste koormuspunktide kohta on palju muid näiteid. Mikrovõrgu konstruktsioonis juhitakse kõiki ühest punktist.
Varu- ja tippnõudluse generaatori võimsus
Varugeneraatorid varustavad võrku toiteallikaga, kui elektrienergia katkeb. Generaator koosneb mootorist ja generaatorist (generaatori ots). Maagaasil (NG) ja diiselmootoril töötavad mootorid on tööstusharu standard. Maagaasil töötavad mootorid võivad töötada lõputult, kuni gaasivarustus ei katke. Kui toide on kaitstud, pole varutoide saadaval.
Diiselmootoriga generaatorid võivad töötada, kui kogu infrastruktuur, sealhulgas maagaasivarustus, ebaõnnestub. Peamisi kütusepaake tuleb jälgida ja nende tühjenemisel täiendada. Automatiseeritud süsteemid saavad operaatorit teavitada, kui paagi tase on etteantud punktis, et vältida kütusepuuduse tõttu tekkinud seiskamist.
Sisegeneraatorite rakendused
Mootor, jahutussüsteemid ja generaatori otsad on kõik paigaldatud terastaladest valmistatud libisemisele. Libist on paigaldatud hoone põrandale. Vibratsiooni vähendamiseks töö ajal kasutatakse võtmekohtades kummikinnitusi.
Sellel generaatoril pole kütusepaake ja see nõuab välist kütusevarustust. Suured esmased kütusepaagid võivad varustada päevapaake. Neil peab olema paigaldatud hoone väljatõmbe- ja jahutusõhu juurdevool või järelturu jahutussüsteem, näiteks soojusvaheti (HEX).
Välisgeneraatorirakendused
Välistingimustes kasutatavad generaatorid on paigaldatud ilmastiku- või ilmastikukindlasse korpusesse. Paljud korpused on töömüra vähendamiseks helisummutatud. Generaator on paigaldatud kahekordse seinaga kütusepaagile. Nendel generaatoritel ei ole väliseid kütuse-, heitgaasi- või jahutussüsteemi nõudeid. Ühendage generaatoriga väljundtoitekaablid ja see on valmis koormust vastu võtma.
Mõlemat tüüpi generaatorid on saadaval täiustatud elektrooniliste juhtseadmetega ja neid saab paralleelselt kasutada. Jaotatud varugeneraatori siini saab korraldada suures koguses erineva pinge varustamiseks. Meie uute ja kasutatud generaatorite laoseisu vaatamiseks minge Generatori allikasse. Pakume generaatoriteenuseid, nagu hooldus, tõrkeotsing ja remont, paigaldus.
Roheline elektritootmine
Keskkonnakaitseagentuur (EPA) määratleb rohelist energiat kui elektrit, mis on toodetud päikese-, tuule-, maasoojus-, biogaasi-, biomassi- ja hüdroelektrisüsteemidest. Meie mudel sisaldas tuule- ja päikeseenergiat. Allpool on uuritud võimalikke kasutusviise.
Päikeseenergia
Päikesepaneelid koosnevad fotogalvaanilistest elementidest. Need elemendid muudavad päikesevalguse alalisvoolu (DC) elektriks. Tekkinud elekter salvestatakse akupankadesse. Kui akupangad on täielikult laetud, saab elektri inverteri abil tagasi suunata ja müüa.
Inverter on UPS-süsteemi süda. Kui toide kaob, varustavad akud vooluahelaid, millel on kriitilised toitevajadused. Inverter muudab alalisvoolu vahelduvvooluks (AC), et toita vooluahelaid, samal ajal kui varugeneraatorid valmistuvad koormuse vastuvõtmiseks.
Tuuleenergia
Tuult kasutatakse turbiinide pöörlemiseks. Turbiinid toodavad vahelduvvoolu elektrit samamoodi nagu diisel- ja auruga töötavad generaatorid. Tuuleturbiine saab ühendada ka UPS-i aku varuvõrku.
Elektrivõrku ühendatud turbiinid peavad vastama faasile ja sagedusele. Võrgu faasi ja sageduse sobitamiseks suunatakse turbiini võimsus läbi vahelduvvoolu vahelduvvoolu muunduri. Vahelduvvool muudetakse alalisvooluks, seejärel alaldatakse inverteri abil vahelduvvooluks ja suunatakse võrku. Akupanga laadimise hõlbustamiseks saab tuuleturbiini vahelduvvoolu suunata ka läbi muunduri.
Päikese- ja tuuleenergia on suurepärased meetodid hoone energiatarbimise kulude tasandamiseks, kuid need ei ole piisavalt arenenud, et aktsepteerida varutoitekulusid. Mõlemad sõltuvad lokaalsetest ilmastikutingimustest ja saadaolevatest akupankadest. Pilvisel ilma tuuleta päeval võivad akupangad ilma laadimiseta kiiresti tühjeneda.
Varuakupangad
Rohelised energialahendused kasutavad sageli varuakupankade kasutamist. Need pangad pakuvad UPS-i ainult hetketoidet. Need on ette nähtud toiteallikaks, kui rajatises elektritoide katkeb, samal ajal kui generaatorid käivituvad, et võtta koormust.
Varuakusüsteeme saab ehitada kolme erinevat tüüpi akupangaga, mis on loetletud allpool:
Pliihappeelemendid – pliihappeelementidega akud on kõige odavam lahendus. Need võivad olla hea lahendus väiksemate rakenduste jaoks
Liitiumioon – kergem ja kompaktsem ning kestab kauem kui pliiakud. Need on aga kallimad
Soolane vesi – see uustulnuk tugineb soolases vees leiduvatele elektrotsütrolüütidele. Patareid on enamasti testimata, kuid kergesti taaskasutatavad
Tuule jõul töötavad akupangad laetakse muunduriga, mis muudab vahelduvvoolu alalisvooluks. Päikeseenergia akud ei vaja muundurit, kuna päikesepaneelid genereerivad alalisvoolu.
Kui elektritoide kaob, kulub generaatori positiivse vastuse jaoks aega peaaegu millisekund.
Rajatised ja kompleksid, nagu haiglad, andmekeskused ja omavalitsused, ei talu voolukatkestust. Nad toetuvad akupankadele, et varustada elektrienergiat elektrienergia katkemise ajal. See on suurepärane lühiajaline lahendus, kuid akupankadel on oma piirangud.
Akud, mis taluvad elektrilist koormust, on esmakordsel ostmisel kallid. Pliiakudel on akuelementides vedelik elektrolüüt. Elektrolüüdi taset ja erikaalu tuleb sageli kontrollida. Isegi hoolika hoolduse korral võib nende akude eluiga olla vaid 5–15 aastat.
Taastuvenergia ja energiasalvestussüsteemide maksumus
Taastuvatel energiaallikatel, nagu tuulepargid, päikesepargid ja hüdroelektrijaamad, on suur esialgne ostuhind. Ostetud seadmete paigaldamiseks on vaja kogenud tehnikuid ja ehitusmeeskondi. Pärast paigaldamist, katsetamist ja kasutuselevõttu tuleb seadmeid hooldada. Sageli on seadmete spetsifikatsioonide järgi töötamiseks vaja täiskohaga hooldusjõudu.
Energia salvestamine areneb kiiresti ja on mikrovõrkude tuleviku võtmetegija. See võib olla väga keeruline teema ja nõuab insenere ja planeerimist ning kulud on kõik kaardil sõltuvalt teie vajadustest. Microgrid Knowledge'is on suurepärane hiljutine artikkel 2019. aasta konverentsil toimunud energia salvestamise viimastest arengutest, millesse siin sukelduda. Need kirjeldavad energia salvestamise eesmärgi GW teed ja viimaste uudiste ettevõtete ja FERC poliitikate praegust läbisurumist.
Juhtimisjaam
Juhtjaam pakub operaatorile nii juhtimis- kui ka jälgimisvõimalusi. Iga süsteemi saab jagada alamsüsteemiks, mille sees on üksikud seadmed.
Jaotus- ja juhtpaneelid – võtke vastu sisendpingeid kõikidest allikatest ja jaotage toide vajalikele vooluringidele.
Varugeneraatorid – juhtjaama tarkvara jälgib ja sellel on võimalus muuta generaatori töötavat konfiguratsiooni, et varustada kriitilisi ahelaid.
Green Power – UPSi akupankasid jälgitakse. Jälgitakse päikeseenergia sisendit akupankadele ja võrku. Tuuleturbiinide statistikat jälgitakse. Võimalus üle minna üleliigsele tuulikule või akupangale.
Põhimõtteliselt pakub juhtimisjaam tarkvaralahendust kogu mikrovõrgu konfiguratsiooniga seotud riistvara hooldamiseks, jälgimiseks ja juhtimiseks. Võrgu toiminguid toetavat tarkvara võib olla mitu.
Redundantsus on nende süsteemide projekteerimisel põhiprintsiip. Koondamine on valmis seisma seadme juures esmase seadme rikke korral. Generaatorid, tuuleturbiinid ja akupangad on kõik näited süsteemidest, millel võib olla üleliigseid põhi- ja tugiseadmeid.
Mõned üleliigsed seadmed täidavad automaatselt määratud põhiseadmete ülesandeid ja teavitavad operaatorit probleemist. Juhtimisjaama operaator teavitab seejärel hooldust probleemist, et seda saaks parandada. Üleliigsed seadmed vastavad samadele nõuetele, mis põhiseadmed. Sageli vahetab operaator põhi- ja üleliigseid seadmeid plaanipärase testimise jaoks.
Mikrovõrk on kontseptsioon. See võib olla nii suur või väike, kui paigaldamiseks vaja on. See on vana kontseptsioon, mis on siin, et jääda. Elektritootmistehnoloogia arenedes kasvab ka mikrovõrkude kasutamine.