Font: generatorsource.com
El concepte de microxarxes fa molts anys que existeix. Només recentment han guanyat força i premsa, ja que molts nous projectes es fan realitat i s'estan posant en producció. Bloom Energy va informar recentment que 500 noves microxarxes estan en procés o s'estan desplegant a partir d'aquest any (2019) i els totals a tot el món estan en el rang de múltiples GW.
En el fons, una microxarxa és un sistema de xarxa elèctrica en miniatura que es configura per gestionar els recursos energètics distribuïts i que pot incloure energies renovables (solar, eòlica i/o hidràulica) amb altres fonts no renovables (com ara generadors dièsel, turbines de gas, etc.). etc.). Aquestes microxarxes solen gestionar les càrregues d'energia dels sistemes de generació múltiple i també utilitzen algun tipus de sistema d'emmagatzematge d'energia. Treballen i gestionen tot això amb diferents tipus de programari i sistemes de control. Es poden configurar per funcionar en paral·lel amb una xarxa elèctrica i també per funcionar en mode autònom en cas d'emergència o en funció de necessitats específiques.
Fonaments de la microxarxa: què és una microxarxa
El Departament d'Energia dels EUA (DOE) defineix una microxarxa com "Un grup de càrregues interconnectades i recursos energètics distribuïts dins de límits elèctrics clarament definits que actua com una única entitat controlable respecte a la xarxa. Una microxarxa es pot connectar i desconnectar de la xarxa a permetre que funcioni tant en modes de xarxa com d'illa".
A més, el DOE sosté que "les microxarxes s'han identificat com un component clau de la xarxa intel·ligent per millorar la fiabilitat i la qualitat de l'energia, augmentant
eficiència energètica del sistema i oferir la possibilitat d'independència de la xarxa als llocs d'usuari final individuals". Els avantatges d'utilitzar la tecnologia de microxarxa poden ser:
- S'integra amb la xarxa i múltiples tecnologies de xarxa intel·ligent
- Integració d'energies distribuïdes i renovables, reduint els pics de càrrega
- Assegura el subministrament d'energia als complexos amb necessitats crítiques d'energia
Altres organitzacions defineixen les microxarxes de manera similar, inclòs el concepte de càrregues múltiples i la generació d'illes. La generació d'illa és l'energia subministrada per la generació eòlica, solar, hidràulica o dièsel/GN.
La il·lustració del primer gràfic és una microxarxa que utilitza l'energia elèctrica com a font primària. La granja eòlica i solar alimenten un banc de bateries per a ús d'emergència quan es perd l'energia elèctrica. Ambdós estan normalment connectats a la xarxa per reduir els costos d'explotació de les instal·lacions. Quan es perd l'energia elèctrica, el complex passa a l'energia de la bateria de la instal·lació eòlica i solar. Els generadors arrenquen i assumeixen la càrrega de les bateries. Els edificis del costat de càrrega del circuit no veuen cap fluctuació de potència a causa del disseny de la xarxa de distribució. Quan es retorna l'energia elèctrica, la càrrega es retorna al subministrament de la xarxa pública i els generadors de seguretat s'apaguen. El parc eòlic i solar torna al funcionament normal.
Hi ha molts factors que intervenen en el disseny i la construcció d'una microxarxa. Els avenços en les tecnologies de generació i distribució d'energia permeten sistemes que redueixen el consum d'energia, utilitzen mètodes de generació ecològica i compleixen els requisits crítics de subministrament d'energia. A continuació es descriu la informació bàsica per a cadascuna de les fonts d'alimentació i els sistemes de control. La construcció d'aquesta microxarxa és fictícia, però modelada en concepte a partir de projectes del DOE.
Potència i càrregues de serveis públics
Les microxarxes més habituals utilitzen com a subministrament principal l'energia subministrada per la companyia elèctrica local. Les microxarxes situades en llocs remots poden utilitzar la generació hidroelèctrica com a energia primària o emprar una planta generadora de combustibles fòssils com a energia primària.
Les centrals elèctriques generen electricitat d'alta tensió. Alguns utilitzen transformadors augmentadors per augmentar la tensió per a la transferència a les subestacions. Les subestacions reben tensió de les centrals elèctriques mitjançant línies d'alta tensió. Les tensions s'ajusten als requisits i es distribueixen als clients.
Els hospitals, els centres penitenciaris estatals i els centres de dades són algunes de les indústries que requereixen una font d'alimentació ininterrompuda (UPS). Molts tenen diversos edificis que requereixen energia constant. Alguns dels edificis poden tenir zones que requereixen una font d'alimentació aïllada a causa dels requisits de tensió, amperatge i/o freqüència.
Aquestes instal·lacions consumeixen una gran quantitat d'energia per dur a terme les operacions normals del dia a dia. Reben energia de línies d'alta tensió en una subestació dedicada al complex. La tensió s'ajusta als nivells desitjats mitjançant transformadors augmentadors o reduïts. Tota l'energia es dirigeix a través de panells de commutació i control per a la distribució per tots els edificis.
Cada edifici representa una càrrega elèctrica. És possible tenir més d'una càrrega dedicada a un edifici. Un exemple de punt de càrrega secundari en un edifici és un convertidor de freqüència. Un pic de tensió positiu i un pic de tensió negatiu equivalen a un cicle (Hz). El subministrament habitual és de 50 Hz o 60 Hz. Alguns equips requereixen una font d'alimentació de 400 Hz per funcionar. Els convertidors de freqüència canvien de 50 Hz o de 60 Hz a 400 Hz. Hi ha molts altres exemples de punts de càrrega secundaris en un edifici. En el disseny de la microxarxa, tots es controlen des d'un sol punt.
Potència del generador de reserva i demanda màxima
Els generadors de reserva subministren energia a la xarxa quan falla el subministrament elèctric. El generador està format per un motor i un alternador (extrem del generador). Els motors de gas natural (GN) i dièsel són l'estàndard del sector. Els motors alimentats amb gas natural poden funcionar indefinidament sempre que no s'interrompi el subministrament de gas. L'alimentació de seguretat no està disponible quan el subministrament està assegurat.
Els generadors amb motors dièsel poden funcionar quan falla tota la infraestructura, inclòs el subministrament de gas natural. Els dipòsits de subministrament de combustible principals s'han de controlar i reposar quan estiguin baixes. Els sistemes automatitzats poden notificar a l'operador quan els nivells del dipòsit estan en un punt predeterminat per eliminar l'aturada per falta de combustible.
Aplicacions de generadors interiors
El motor, els sistemes de refrigeració i els extrems del generador estan muntats sobre un patinet fabricat amb bigues d'acer. El patin es munta al terra de l'edifici. Els suports de goma s'utilitzen en llocs clau per reduir la vibració durant el funcionament.
Aquest generador d'estil no té dipòsits de combustible i requereix un subministrament de combustible extern. Els dipòsits de combustible primaris grans poden subministrar dipòsits de dia. Han de tenir instal·lat l'escapament de l'edifici i el subministrament d'aire de refrigeració o un sistema de refrigeració del mercat secundari, com ara un intercanviador de calor (HEX).
Aplicacions de generadors a l'aire lliure
Els generadors que s'utilitzen a l'aire lliure es munten en un recinte resistent a la intempèrie o a la intempèrie. Molts recintes estan atenuats acústics per reduir el soroll de funcionament. El generador està muntat sobre un dipòsit de combustible de doble paret. Aquests generadors no tenen requisits de combustible extern, d'escapament o de refrigeració. Connecteu els cables d'alimentació de sortida al generador i ja està llest per assumir la càrrega.
Els dos estils de generadors estan disponibles amb controls electrònics avançats i es poden operar en paral·lel. Es pot organitzar un bus generador de còpia de seguretat dividit per subministrar grans quantitats de diferents voltatges. Per veure el nostre estoc de generadors nous i usats, aneu a Font del generador. Oferim serveis de generadors com ara manteniment, resolució de problemes i reparació, instal·lació.
Generació d'energia verda
L'Agència de Protecció del Medi Ambient (EPA) defineix l'energia verda com l'electricitat produïda a partir de sistemes solars, eòlics, geotèrmics, biogàs, biomassa i hidroelèctrics. El nostre model inclou energia eòlica i solar. A continuació s'expliquen els possibles usos.
Energia solar
Els panells solars estan formats per cèl·lules fotovoltaiques. Aquestes cèl·lules converteixen la llum solar en electricitat de corrent continu (DC). L'electricitat creada s'emmagatzema en bancs de bateries. Un cop els bancs de bateries estiguin completament carregats, l'electricitat es pot tornar a enviar mitjançant un inversor i vendre'l.
L'inversor és el cor del sistema UPS. Quan es perd energia, les bateries subministren energia als circuits que tenen requisits d'alimentació crítics. L'inversor canvia DC a corrent altern (AC) per subministrar circuits mentre els generadors de reserva es preparen per acceptar la càrrega.
Energia eòlica
El vent s'utilitza per fer girar les turbines. Les turbines produeixen electricitat de CA de la mateixa manera que funcionen els generadors de gasoil i de vapor. Els aerogeneradors també es poden connectar a la xarxa elèctrica de serveis públics, la xarxa de seguretat de la bateria del SAI.
Les turbines connectades a la xarxa elèctrica han de coincidir amb la fase i la freqüència. Per tal de fer coincidir la fase i la freqüència de la xarxa, l'energia de la turbina s'encamina a través d'un convertidor de CA a CA. La CA es converteix en CC i després es rectifica de nou a CA amb un inversor i es dirigeix a la xarxa. El corrent alterna de l'aerogenerador també es pot encaminar a través d'un convertidor per ajudar a la càrrega del banc de bateries.
L'energia solar i eòlica són mètodes excel·lents per compensar els costos del consum d'energia de l'edifici, però no s'han desenvolupat prou com per acceptar les tasques d'energia de reserva. Tots dos depenen de les condicions meteorològiques localitzades i dels bancs de bateries disponibles. En un dia ennuvolat sense vent, els bancs de bateries es poden esgotar ràpidament sense esforços de càrrega.
Bancs de bateries de seguretat
Les solucions d'energia verda utilitzen sovint l'ús de bancs de bateries de seguretat. Aquests bancs només proporcionen energia momentània del SAI. Estan dissenyats per proporcionar energia quan falla l'energia elèctrica a la instal·lació, mentre que els generadors s'engeguen per assumir la càrrega.
Els sistemes de bateries de seguretat es poden construir amb tres estils diferents de bancs de bateries que s'enumeren a continuació:
Cèl·lules de plom-àcid: les bateries amb cèl·lules de plom-àcid són la solució menys costosa. Aquestes poden ser una bona resposta fora de la xarxa per a aplicacions més petites
Ió de liti: més lleuger i compacte i duren més que les bateries de plom àcid. No obstant això, són més cars
Aigua salada: aquest nouvingut depèn dels elecitròlits de l'aigua salada. La majoria de les bateries no s'han provat, però es reciclen fàcilment
Els bancs de bateries eòlics es carreguen mitjançant un convertidor que canvia AC a DC. Les bateries d'energia solar no necessiten un convertidor perquè els panells solars generen CC.
Quan es perd l'energia elèctrica, hi ha prop d'un mil·lisegon de temps una pèrdua de temps per a una resposta positiva del generador.
Instal·lacions i complexos com hospitals, centres de dades i municipis tenen tolerància zero a la pèrdua d'energia. Depenen de bancs de bateries per subministrar energia en el moment d'una pèrdua d'energia elèctrica. Aquesta és una gran solució a curt termini, però els bancs de bateries tenen les seves limitacions.
Les bateries amb capacitat d'acceptar càrrega elèctrica són cares per a una compra inicial. Les bateries de plom-àcid tenen l'electròlit és el líquid de les cèl·lules de la bateria. El nivell d'electròlit i la gravetat específica s'han de comprovar amb freqüència. Fins i tot amb un manteniment acurat, la vida útil d'aquestes bateries només pot ser de 5 a 15 anys.
Cost de les energies renovables i sistemes d'emmagatzematge d'energia
Els recursos d'energia renovable com ara els parcs eòlics, els solars i la generació hidroelèctrica tenen un gran preu de compra inicial. Es requereixen tècnics i equips de construcció amb experiència per instal·lar l'equip adquirit. Després de la instal·lació, prova i posada en marxa, s'ha de mantenir l'equip. Sovint es necessita una força de manteniment a temps complet per mantenir l'equip funcionant segons les especificacions.
L'emmagatzematge d'energia està avançant ràpidament i serà un actor clau en el futur de les microxarxes. Pot ser un tema molt complex i requereix enginyers i planificació, i els costos estan per tot el mapa en funció de les vostres necessitats. Microgrid Knowledge té un article recent excel·lent sobre alguns dels últims desenvolupaments en emmagatzematge d'energia de la conferència del 2019 per aprofundir aquí. Detallen el camí cap a l'objectiu d'emmagatzematge d'energia en GW i les últimes notícies d'empreses i polítiques de FERC que s'estan duent a terme.
Estació de control
L'estació de control proporciona a l'operador capacitats de control i monitorització. Cada sistema es pot dividir en un subsistema que inclou equips individuals.
Taulers de distribució i control: rep tensions d'entrada de totes les fonts i distribuïu l'energia als circuits necessaris.
Generadors de còpia de seguretat: el programari de l'estació de control supervisa i té la capacitat de canviar la configuració d'execució del generador per subministrar energia als circuits crítics.
Energia verda: es controlen els bancs de bateries del SAI. Es controla l'entrada d'energia solar als bancs de bateries i a la xarxa. Estadístiques dels aerogeneradors monitoritzats. La capacitat de canviar a una turbina eòlica redundant o un banc de bateries.
Bàsicament, l'estació de control proporciona una solució de programari per mantenir, supervisar i controlar tot el maquinari associat a una configuració de microxarxa. Hi pot haver diverses peces de programari que suportin les operacions de la xarxa.
La redundància és un principi clau en el disseny d'aquests sistemes. La redundància és tenir un equip preparat en cas de fallada de l'equip primari. Els generadors, els aerogeneradors i els bancs de bateries són exemples de sistemes que poden tenir equips principals i de suport redundants.
Alguns equips redundants assumeixen automàticament les funcions de l'equip principal assignat i avisen l'operador d'un problema. Aleshores, l'operador de l'estació de control notifica el problema al manteniment perquè es pugui corregir. L'equip redundant compleix els mateixos requisits que l'equip principal. Sovint, l'operador canvia l'equip principal i redundant per a proves programades.
La microxarxa és un concepte. Pot ser tan gran o tan petit com sigui necessari per a la instal·lació. Aquest és un concepte antic que ha arribat per quedar-se. A mesura que la tecnologia de generació d'energia augmenta, també ho farà l'ús de microxarxes.
