Klíčové technologie koncepce All Electric Society

V kontextu průmyslové digitalizace, známé také jako Manufacturing-X, lze obálku pro správu aktiv (Asset Administration Shell) popsat jako digitální dvojče účastníka v rámci celku.

Hlavní podstatou systému AAS je poskytovat datový prostor standardizovaným způsobem. Tato standardizace vytváří základ pro výměnu dat mezi výrobci s různými komponenty nebo systémy. Systém AAS však neobsahuje pouze rozhraní, ale lze jej použít i pro klíčové údaje o CO₂. Vzhledem k tomu, že digitální dvojče poskytuje všechna rozhraní a vlastnosti standardizovaným způsobem, otevírají se nové způsoby propojení, zejména v oblasti propojení odvětví – zejména s ohledem na ucelené hodnotové řetězce nebo zesíťované systémy.

Hackeři se už dávno nesoustředí pouze na svět informační techniky. Do hledáčku se dostala také provozní technologie – zkráceně OT. Protože jsou však zesítěné a inteligentní systémy nezbytné pro koncepci All Electric Society, nabývá tento vývoj na významu.

Úkolem průmyslové bezpečnosti je chránit tato řešení komplexně. V ideálním případě jsou automatizační řešení chráněna proti kybernetickým útokům již z výroby. Patří mezi ně například řídicí jednotky řady PLCnext Control od společnosti Phoenix Contact, které jsou certifikovány v souladu s bezpečnostními požadavky TÜV. Nakonec vše, co již bylo otestováno, usnadňuje a urychluje zabezpečení celého systému – to zahrnuje i úzkou spolupráci se zákazníky na úrovni aplikací.

Řízení napájení je klíčovou technologií pro udržitelné elektrické sítě a související propojení odvětví, protože pomáhá vyrovnávat nestálé množství spotřeby elektřiny. Umožňuje bezpečnou integraci decentralizovaných systémů výroby energie do elektrické sítě, jako jsou fotovoltaická zařízení, kogenerační jednotky nebo farmy větrných elektráren.

Cílem je dodávat vyrobenou elektřinu do sítě tak, aby nedocházelo k jejímu přetížení nebo nestabilitě. Provozovatelé sítí poskytují jasné parametry pro využití frekvence a napětí sítě, jakož i činného a jalového výkonu. Regulace zařízení na výrobu energie od společnosti Phoenix Contact pomáhá překonat problémy regulovaného napájení. Přesné řízení dodávaného výkonu umožňuje nejen účinnou integraci obnovitelných zdrojů energie, ale také řádné propojení jednotlivých odvětví.

Větrná a solární energie závisí na počasí. Akumulátory energie jsou proto nutné pro nepřetržité zásobování energií, které je na přírodních výkyvech nezávislé. Optimalizují hospodaření s energií tím, že ukládají přebytečnou energii v době nízké poptávky a uvolňují ji v době špičky. Tím se snižuje potřeba konvenčních elektráren pro zátěžové špičky, což pomáhá stabilizovat elektrickou síť.

Akumulátory energie usnadňují přechod na systém obnovitelné energie, podporují rozšiřování udržitelné infrastruktury a přispívají ke snižování emisí CO₂. Existuje mnoho způsobů, jak fyzikálně nebo chemicky uchovávat dostupnou energii, která bude potřeba později. Ať už se jedná o akumulátory, přečerpávací vodní elektrárny nebo kondenzátory – akumulátory energie jsou pro udržitelnou a elektrifikovanou budoucnost klíčové.

Nárůst decentralizované výroby energie ze solárních zařízení, farem větrných elektráren a dalších zdrojů je výzvou pro infrastrukturu elektrických sítí. Pro zajištění flexibilního a udržitelného rozvod energie je třeba ekonomicky rozšířit a digitalizovat elektrické sítě, protože přesné řízení toků energie zabraňuje vzniku úzkých míst, a je proto klíčem koncepce All Electric Society. Analýza údajů o spotřebě a výrobě zajišťuje nákladově efektivní rozšiřování infrastruktury a udržitelný rozvod energie.

Ať už se jedná o střídavý nebo stejnosměrný proud – obecně platí, že jakákoli přeměna elektřiny z jedné formy energie na jinou je ztrátová. Toto tvrzení je obzvláště důležité v rámci koncepce All Electric Society, kde se hranice mezi výrobci a spotřebiteli stále více stírají.

Abychom omezili ztráty při přeměně, spoléháme se pro propojení odvětví na stejnosměrné sítě. Výhodou je znatelné zlepšení efektivity, zvýšení účiníku a zjednodušení instalace. To usnadňuje například integraci obnovitelných zdrojů energie, protože jsou z velké části vypouštěny usměrňovače. Další výhoda stejnosměrných sítí: Když se elektromotory během brzdění stanou generátory, lze snáze rekuperovat brzdnou energii.

Data zajišťují transparentnost. Lze je použít k získání informací, které odhalují interakce v rámci vzájemně propojených dílčích procesů. Jejich výměna vyžaduje komunikaci – a zejména automatizační technika prochází strukturální změnou: komunikační technologie z širokého veřejného využití si stále častěji nacházejí cestu do výrobních hal. Jedním z příkladů je síť TSN (Time-Sensitive Networking), druhý SPE (Single Pair Ethernet), který byl původně vyvinut pro propojení multimediálních aplikací v automobilech.

V rámci koncepce All Electric Society tyto technologie zlepšují komunikaci mezi propojenými sektory, aniž by bylo nutné používat speciálně vyvinuté čipy. Dopady škálování plynoucí z rozšíření používání v budoucnu ještě více usnadní a zlevní komunikaci na míru.

Elektrifikace dopravy je klíčovým aspektem koncepce All Electric Society a vyžaduje komplexní a inteligentní nabíjecí infrastrukturu. Ta se vyznačuje inteligentními systémy řízení zatížení, které jsou předpokladem pro efektivní využívání nabíjecích stanic.

Tyto systémy umožňují nejen rychlé nabíjení prostřednictvím nabíjení vysokým výkonem (HPC), ale také obousměrné nabíjení v souladu s koncepcí Vehicle-to-Grid. Elektromobily totiž mohou energii nejen přijímat a skladovat, ale také ji v případě potřeby dodávat do sítě. Inteligentní řídicí jednotka nabíjení od společnosti Phoenix Contact CHARX control je ukázkovým příkladem napájení sítě podle priorit, čímž pomáhá stabilizovat elektrickou síť a integrovat obnovitelné zdroje energie.

Klíčovými pojmy pro efektivní řízení zatížení jsou peak shaving a load shifting (snížení ve špičce a přesun zátěže). Obě metody zabraňují nákladnému zatížení elektrické sítě ve špičkách. Při snižování špiček dochází ke snižování zátěžových špiček cíleným využíváním akumulátorů energie a udržitelného řízení energie. Cílem přesunu zátěže je přesunout špičky spotřeby energie do časů s nízkou poptávkou.

K dosažení tohoto cíle je důležité včas získat představu o očekávaných objemech poptávky, např. pomocí komplexního energetického monitoringu. Řízení zatížení podporuje účinnost zásobování energií a přispívá k vytvoření moderní energetické infrastruktury pro koncepci All Electric Society.

Hlavním úkolem koncepce All Electric Society je zajistit, aby elektřina z obnovitelných zdrojů byla přenosná na všechna odvětví a aby byla udržitelná – a tedy časově nezávislá.

Jeden ze způsobů: elektrolýza zeleného vodíku z přebytků větrné nebo solární energie. Vodík lze nejen přepravovat a skladovat, ale slouží také jako základ pro syntézu paliv, jako je metanol nebo čpavek. Vodík je také důležitým prvkem pro zpracovatelský průmysl. Vodík dokáže v ocelárnách nahradit koks vyráběný z černého uhlí, a tím účinně dekarbonizovat výrobu oceli. Při jeho použití jako „paliva“ pro palivové články se řízenou oxidací vodíku získává velké množství elektrické a tepelné energie. Obojí lze využít – když je potřeba energie.