گسترش انرژی‌های تجدیدپذیر تنها در صورتی می‌تواند موفقیت‌آمیز باشد که نوسانات منابع مبدلهای خورشیدی و بادی توسط مصرف‌کنندگان و باتری‌های انعطاف‌پذیر الکتریکی جبران شود. فناوری دیجیتال می تواند به حل این مشکل کمک کند، سیستم های هوشمند، شبکه الکتریکی آنالوگ را به یک شبکه هوشمند ارتباطی تبدیل می کنند و راه را برای پیوند نیروگاه های مجازی، ژنراتورها و مصرف کنندگان هموار می کنند.
در خصوص انرژی بادی مشکلاتی وجود دارد. اگرچه قرار است توربین‌های بادی در درازمدت سهم عمده‌ای از تولید برق را عهده دار باشند، دولت آلمان می‌خواهد تا حد زیادی ساخت و سازهای جدید در شمال آلمان را متوقف کند. از سال 2017 شهرهای برمن، هامبورگ، شلزویگ هولشتاین، مکلنبورگ پومرانی غربی و بخش‌های شمالی نیدرزاکسن تنها مجاز به حداکثر خروجی باد 902 مگاوات هستند. این حتی 60 درصد خروجی کنونی نیز نیست. این بدان دلیل است که خطوط برق در مناطق طوفانی ساحلی به حد ظرفیت خود رسیده است. توربین های بادی به طور فزاینده ای برای مدیریت تامین، خاموش می شوند، زیرا مقدار زیاد انرژی سبز می تواند به پایداری شبکه آسیب برساند.
پشتیبانی WAGO از انتقال دیجیتال انرژی
سوال دشوار این است که چگونه می توان وقفه های انتقال انرژی را حذف کرد. خطوط جدید برق قرار است نیروی باد را از سواحل دریای شمال به جنوب منتقل کنند. با این حال، گسترش شبکه متوقف شده است زیرا ایجاد کابل های زمینی بیش از زمان برنامه ریزی شده طول کشیده است. چالش دیگر به دست آوردن کنترل بر تولید انرژی سبز و نوسانات وابسته به آب و هوا است. آرایه های خورشیدی و مزارع بادی در حال حاضر یک سوم برق مورد نیاز آلمان را تامین می کنند. نسبتی که قرار است تا سال 2050 به 100 درصد افزایش یابد. به گفته کارشناسان، سازگاری های فنی و مدل های تجاری جدید برای بازاریابی انرژی های تجدیدپذیر به شدت مورد نیاز است. “ما به نوعی از تولید متکی هستیم که دارای نوسان، غیرمتمرکز و توزیع شده است و تولیدکنندگان کوچک را درگیر می‌کند.”: توبیاس کورث از انرژی برینپول، کارشناسان بازاریابی انرژی از برلین.
نگهداری شبکه پایدار با ولتاژ و فرکانس ثابت یک وظیفه بزرگ است: حتی با افزایش تولید انرژی تجدید پذیر، باید راه حل هایی ایجاد شود که پایداری در شبکه برق را در فرکانس 50 هرتز حفظ کند. امکانات ما شامل واحدهای ذخیره سازی باتری است که می توانند به سرعت جریان اضافی را در خود جای دهند و در صورت نیاز دوباره آن را تخلیه کنند. اگر آنها، به عنوان مثال، در پایه مزارع بادی بزرگ نصب می شدند، امکان استفاده از انرژی ذخیره شده به عنوان قدرت متعادل کننده برای جبران نوسانات کوتاه مدت در شبکه برق وجود داشت. همچنین از خاموش شدن اجباری توربین های بادی جلوگیری می کرد. ترکیب باتری ها با فتوولتائیک ها نیز منطقی است. اگر باتری‌های خورشیدی به ایستگاه‌های شارژ متصل شوند، ایستگاه‌های شارژ EV می‌توانند به صورت شبانه روزی کار کنند و انرژی خورشیدی را برای وسایل نقلیه الکتریکی تامین کنند، یا باتری‌ها می‌توانند در بخش مسکونی به عنوان سیستم‌های ذخیره‌سازی نیز استفاده شوند. اینها می توانند مصرف شخصی را افزایش دهند و به طور همزمان، پیک تولید خورشیدی، که شبکه برق را به خطر می اندازد را محدود کنند.
سیستم های تبدیل برق به گرما و برق به گاز راهکارهای بیشتری را برای انعطاف پذیری ارائه می دهند. آنها انرژی سبز را با استفاده از کوره های الکتریکی به گرما یا از طریق الکترولیز به هیدروژن و سپس متان تبدیل می کنند. گرما را می توان به یک شبکه محلی گرمایش محلی عرضه کرد. گاز را می توان برای مدت طولانی تر در شبکه گاز طبیعی موجود در مناطق مسکونی، نیروگاه ها و ایستگاه های سوخت ذخیره کرد. بنابراین، برق به گرما و برق به گاز هر دو بار شبکه برق را کاهش می‌دهند و همچنین بخش‌های گرمایش و تحرک را که قبلاً نقشی فرعی در انتقال انرژی ایفا میکردند، در خود جای دهند. فولکر کواشنینگ، متخصص تکنولوژی انرژی‌های تجدیدپذیر در دانشگاه علوم کاربردی برلین می گوید: “ما می‌توانیم از شمال آلمان بعنوان یک آزمایشگاه تجربی غول‌پیکر برای حلقه های پیوندی این بخش استفاده کنیم. گزینه ها عبارتند از: تولید گاز یا گرما با استفاده از انرژی اضافی باد، برنامه‌های سوبسیدی محلی برای پمپ‌های حرارتی یا وسایل نقلیه الکترونیکی و مسیرهای آزمایشی برای کامیون یا اتوبوس‌های برقی با استفاده از خطوط هوایی. این امر همچنین باعث گسترش سریع بخش انرژی بادی می‌شود”.
با این حال، توسعه راهکارهای انعطاف پذیری، مانند باتری ها، تنها چالش موجود نیستند. باتری ها همچنین باید با ژنراتورها و مصرف کنندگان غیرمتمرکز شبکه بندی شوند. انرژی در یک سیستم حاوی هزاران مولد شامل مبدلهای خورشیدی و توربین های بادی، می باشد و در ترکیبات بسیاری در چندین جهت جریان می یابد. بنابراین، سیستم‌های دیجیتالی هوشمند برای اندازه‌گیری جریان‌های پیچیده انرژی و کنترل و نظارت بر سیستم‌های تولید با توجه به وضعیت شبکه ضروری هستند. علاوه بر این، سیستم ها باید ارتباط کاملاً ایمن بین سطح تولید و فناوری کنترل را امکان پذیر کنند. حمله هکرها به نیروگاه ها و شبکه برق رایج است و می تواند شبکه تامین را به خطر بیندازد. کورت می گوید: “دیجیتالی شدن انتقال انرژی پیش نیاز مدیریت بازار انرژی غیرمتمرکز است.”
طبق مطالعات “تامین‌کنندگان انرژی آلمان دیجیتالی می‌شوند”، این موضوع توسط شرکت مشاوره pwc انجام می شود، بیش از دو سوم شرکت‌های تولید انرژی، راه‌حل‌های انرژی غیرمتمرکز را بسیار مناسب می‌دانند و دیجیتالی شدن را به عنوان اهرمی برای افزایش بازدهی فرآیند خود می‌دانند. پتانسیل دیجیتالی شدن در طول کل زنجیره ارزش افزوده انرژی به وجود می آید. قیمت‌گذاری انعطاف‌پذیر برق، که ناشی از در دسترس بودن انرژی‌های تجدیدپذیر است، رویکردی است که به‌ویژه برای مصرف‌کنندگان تجاری و صنعتی جذاب است: وقتی مبدلهای خورشیدی و توربین‌های بادی انرژی زیادی تولید می‌کنند، تامین‌کنندگان، برق را با نرخ پایین‌تری عرضه می‌کنند. این امر مصرف کنندگان را تشویق می کند تا مصرف خود را با تولید نوسانی تنظیم کنند. این صرفاً اولین گام است: “تعداد فزاینده ای از خانوارها برق خود را با واحدهای CHP و ماژول های خورشیدی کوچک تولید می کنند. کورث می‌گوید، “آنها دیگر فقط مصرف‌کننده نیستند، بلکه به مصرف‌کنندگانی تبدیل شده‌اند که هم مصرف می‌کنند و هم انرژی اضافی را به شبکه ارائه می‌کنند.”
اگر این خانوارها با هم شبکه بندی می شدند، می توانستند بین عرضه و تقاضا تعادل برقرار کنند. نیروگاه های مجازی نیز حرکتی در همین راستا هستند. آنها تولیدکنندگان غیرمتمرکز مانند بیوگاز، آرایه های خورشیدی، توربین های بادی، CHP ها، پمپ های حرارتی، ژنراتورهای اضطراری و باتری ها را با فناوری کنترل هوشمند ترکیب می کنند تا یک گروه قابل کنترل را تشکیل دهند. اپراتورهای شبکه، انرژی متعادل کننده را از تامین کنندگان ثبت شده برای جبران نوسانات در شبکه های انتقال سطح بالاتر تامین می کنند. برخی از شرکت ها در حال حاضر از نیروگاه های مجازی برای ارائه این خدمات استفاده می کنند. تریانل، یک تعاونی خدمات شهری، فناوری‌های تولید و ذخیره‌سازی را در یک استخر متعادل کننده با بیش از 700 مگاوات کل خروجی ترکیب می‌کند. در عمل، سیستم‌های بیوگاز، تأسیسات ذخیره‌سازی و غیره در نیروگاه تریانل طبق معمول کار می‌کنند. اگر اپراتور شبکه برای تعادل برق فراخوانی کند، آنگاه الگوریتمی در سیستم کنترل، سیستم های مناسب را انتخاب و آن ها از مرکز کنترل، مدیریت می کند. مزیت نیروگاه تریانل این است که از 400 سیستم مجزا تشکیل شده است و بنابراین سطح بالایی از انعطاف پذیری را داراست. بنابراین می تواند نوسانات کوتاه مدت را به خوبی کاهش دهد.
ایستگاه های شبکه محلی هوشمند (iLNS) نیز می توانند نقش مهمی در دیجیتالی شدن شبکه ایفا کنند. ترانسفورماتورهای قبلی عناصر غیرفعالی بودند که ولتاژ الکتریکی را از شبکه ولتاژ متوسط به ولتاژ پایینی که توسط شبکه تامین محلی استفاده می شد با استفاده از یک نسبت ثابت کاهش می دادند. در مقابل، یک iLNS انواع مختلف داده های اندازه گیری را در شبکه ولتاژ متوسط ثبت می کند و امکان خواندن این مقادیر را از راه دور می دهد. این به اپراتورهای شبکه اجازه می دهد تا سطوح ولتاژ را در هر زمان تنظیم کنند. به عنوان مثال، اگر در یک روز آفتابی، انرژی خورشیدی زیادی تامین شود، که ولتاژ را افزایش می دهد، یک iLNS می تواند به سرعت آن را جبران کند. این باعث افزایش ظرفیت اسکان شبکه و جلوگیری از تنگناهایی می شود که در نهایت می تواند به توقف گسترش انرژی های تجدیدپذیر بیانجامد. پیشرفت‌های WAGO به ارتقای دیجیتالی شدن عرضه انرژی کمک می‌کند. برای تبدیل ایستگاه‌های شبکه محلی معمولی به ایستگاه‌های هوشمند، همگام‌سازی اجزای اولیه و ثانویه، روشی مطمئن و مطابق با استانداردهای ضروری است.
WAGO در ارتباط با شرکای پروژه خود، پیشتر سیستمی مرتبط را ایجاد کرده و آنرا به طور کامل به فناوری خودکار مجهز کرده است. این ایستگاه از یک کنترل کننده PFC200 XTR برای ولتاژ متوسط، یک کنترل کننده PFC200 برای ولتاژ پایین، یک پنل e!DISPLAY برای مانیتورینگ اطلاعات اندازه گیری و کنترل مستقیم در LNS و فناوری اتصال کاملاً خودکار استفاده می کند. کنترلرهای WAGO که به صورت آزادانه از طریق CODESYS قابل برنامه ریزی هستند، تمام اطلاعات را از سیستم های ایستگاه فرعی از طریق سیگنال های دیجیتال و آنالوگ (به عنوان مثال از طریق Modbus RTU) جمع آوری می کنند. سپس این کنترل کننده ها اطلاعات را به پروتکل های ارتباطی مورد نیاز تامین کننده (IEC 60870-5-101/-104 یا IEC 61850) ترجمه کرده و اطلاعات را از طریق شبکه به مرکز کنترل منتقل می کنند. از آن سو، مرکز کنترل می‌تواند با استفاده از کنترلر های WAGO به سیستم‌های ایستگاه فرعی مانند تابلو کنترل فشار متوسط، دستگاه‌های حفاظتی یا سیستم‌های اندازه‌گیری از تولیدکنندگان مختلف دسترسی داشته باشد.
کنترل کننده های WAGO با رمزگذاری اطلاعات با استفاده از TLS1.2 و همچنین با انتقال داده ها از طریق اتصالات ایمن خاص، مانند IPsec یا OpenVPN مطابق با BDEW White Paper، از جریان داده ها در برابر دسترسی غیرمجاز محافظت می کنند. فناوری WAGO ارتباطات و کنترل ایمن را برای نیروگاه های مجازی نیز فراهم می کند. ژنراتورها و مصرف کنندگان که در این نوع نیروگاه ترکیب می شوند زبان های مختلفی دارند و بنابراین به سختی می توانند با هم ارتباط برقرار کنند. استاندارد جدید ارتباط منبع باز VHPready (آمادگی مجازی گرما و برق) می تواند این را تغییر دهد، و مانند یک مترجم عمل کند تا مراکز کنترل و سیستم های توزیع شده یکدیگر را درک کنند. به جای مجموعه ای از متغیرهای خاص سیستم، همانطور که قبلا استفاده شد، VHPready از طریق نمایه های از پیش تعریف شده با استفاده از سیستم های اطلاعات یکنواخت ارتباط برقرار می کند. علاوه بر ارتباطات، مشخصات خاص دامنه، به عنوان مثال، در مورد رفتار و زمان واکنش نیز تعریف شده است. این امکان را برای کنترل سیستم ها با استفاده از جدول زمانی فراهم می کند. بدین ترتیب مرکز کنترل نیروگاه می تواند پارامترهای کنترلی را برای مدت 24 ساعت انتقال دهد. بدون دیجیتالی سازی، انتقال انرژی موفقیت آمیز نخواهد بود بنابراین سیستم های کنترل هوشمند به فناوری کلیدی در بازار انرژی تبدیل می شوند.
منبع: مقالات سایت WAGO.com
آسان صنعت نمایندگی WAGO آماده ارائه خدمات به مردم عزیز ایران می باشد.
