Nøgleteknologier i the All Electric Society

I forbindelse med industriel digitalisering, også kendt som Manufacturing-X, kan Asset Administration Shell (AAS) beskrives som den digitale tvilling af en deltager i en helhed.

Det centrale i AAS er at stille et datarum til rådighed på en standardiseret måde. Denne standardisering skaber grundlaget for dataudveksling på tværs af producenter med forskellige komponenter eller systemer. AAS indeholder dog ikke kun grænseflader, men kan også bruges til CO₂-nøgletal. Da den digitale tvilling leverer alle grænseflader og egenskaber på en standardiseret måde, åbner der sig nye måder at forbinde på, især inden for sektorkobling – især med hensyn til gennemgående værdikæder eller netværkssystemer.

Hackere er for længst holdt op med at fokusere på IT-verdenen alene. Operation Technology – forkortet OT – er også kommet i søgelyset. Da netværksforbundne og intelligente systemer er nødvendige for et All Electric Society, bliver denne udvikling også mere og mere relevant.

Industrial Security har til opgave at beskytte disse løsninger på en helhedsorienteret måde. Ideelt set er automatiseringsløsninger allerede beskyttet mod cyberangreb fra starten. Det gælder f.eks. styringer fra PLCnext Control-familien fra Phoenix Contact, som er certificeret i henhold til TÜV's sikkerhedskrav. I sidste ende gør alt det, der allerede er testet, det lettere og hurtigere at sikre et samlet system – det omfatter også et tæt samarbejde med kunderne på applikationsniveau.

Forsyningsstyring er en nøgleteknologi for bæredygtige strømnet og den tilhørende sektorkobling, fordi den hjælper med at udligne volatile elforbrugsmængder. Det muliggør en sikker integrering af decentrale energiudvindingsanlæg som solcelleanlæg, kraftvarmeenheder eller vindmølleparker i strømnettet.

Målet er at føre den producerede strøm ind i nettet på en sådan måde, at nettet ikke overbelastes eller bliver ustabilt. Netoperatører giver klare specifikationer for udnyttelsen af netfrekvens og -spænding samt virknings- og blindeffekt. Forsyningsregulatoren fra Phoenix Contact hjælper med at overvinde udfordringerne ved reguleret forsyning. Ved præcist at kontrollere forsyningsydelsen muliggør det ikke kun effektiv integrering af vedvarende energikilder, men også en vellykket sammenkobling af sektorerne.

Vind- og solenergi er afhængig af vejret. Energilagre er derfor nødvendige for en kontinuerlig energiforsyning, der er uafhængig af naturens udsving. De optimerer energistyringen ved at lagre overskudsenergi på tidspunkter med lav efterspørgsel og frigive den på spidsbelastningstidspunkter. Det reducerer behovet for konventionelle spidsbelastningskraftværker, hvilket er med til at stabilisere strømnettet.

Energilagre letter overgangen til et vedvarende energisystem, fremmer udbygningen af bæredygtige infrastrukturer og bidrager til reduktionen af CO₂-emissioner. Der er mange måder, hvorpå man fysisk eller kemisk kan lagre tilgængelig energi, som først skal bruges på et senere tidspunkt. Uanset om det er batterilagre, kraftværker eller kondensatorer – energilagre er afgørende for en bæredygtig og elektrificeret fremtid.

Stigningen i decentraliseret energiproduktion fra solcelleanlæg, vindmølleparker og andre kilder udfordrer infrastrukturen i strømnettet. For at sikre en fleksibel og bæredygtig energifordeling skal strømnettene udbygges økonomisk og digitaliseres, da præcis styring af energistrømmene forhindrer flaskehalse og derfor er nøglen til the All Electric Society. Analyse af forbrugs- og produktionsdata sikrer en omkostningseffektiv udbygning af infrastrukturen og en bæredygtig energifordeling.

Uanset om det er AC eller DC – generelt er enhver konvertering af strøm fra en energiform til en anden en underskudsforretning. Dette udsagn er særligt vigtigt i the All Electric Society, hvor grænserne mellem producenter og forbrugere bliver mere og mere udviskede.

For at begrænse konverteringstab anvender vi jævnstrømsnet til sektorkobling. Fordelene ved dette er mærkbare forbedringer i effektiviteten, stigende virkningsgrader og forenklet installation. Det gør det lettere at integrere f.eks. vedvarende energikilder, fordi ensrettere stort set er elimineret. En anden fordel ved jævnstrømsnetværk: Bremseenergi kan lettere genvindes, når elmotorer bliver til generatorer under bremsning.

Data skaber gennemsigtighed. De kan bruges til at få oplysninger, der afslører vekselvirkninger inden for indbyrdes forbundne delprocesser. At udveksle dem kræver kommunikation – og især automatiseringsteknikken gennemgår her en strukturel forandring: Kommunikationsteknologier fra brede offentlige anvendelser finder i stigende grad vej ind i produktionshallerne. Et eksempel på dette er Time-Sensitive Networking (TSN), et andet Single Pair Ethernet (SPE), som oprindeligt blev udviklet til at forbinde multimedieapplikationer i motorkøretøjer.

I the All Electric Society forbedrer disse teknologier kommunikationen mellem koblede sektorer, uden at der er behov for specifikt udviklede chips. Stordriftsfordelene ved udbredt brug vil gøre skræddersyet kommunikation endnu nemmere og billigere i fremtiden.

Elektrificeringen af transport er et centralt aspekt af the All Electric Society, og det kræver en omfattende og intelligent ladeinfrastruktur. Dette er kendetegnet ved intelligente belastningsstyringssystemer, som er en forudsætning for effektiv brug af ladeparker.

Disse systemer muliggør ikke kun hurtig opladning via High Power Charging (HPC), men også tovejsopladning i tråd med Vehicle-to-Grid-konceptet. Det skyldes, at elbiler ikke kun kan optage og lagre energi, men også levere den til strømnettet, når det er nødvendigt. Den intelligente ladestyring fra Phoenix Contact CHARX control er et godt eksempel på, hvordan man prioriterer energitilførslen til strømnettet og dermed bidrager til at stabilisere strømnettet og integrere vedvarende energikilder.

Peak shaving (begrænsning af spidsbelastninger) og load shifting er nøgleordene for effektiv belastningsstyring. Begge metoder bruges til at undgå dyre spidsbelastninger i strømnettet. Med peak shaving reduceres spidsbelastninger gennem målrettet brug af energilagring og bæredygtig energistyring. Med load shifting er målet at flytte spidsbelastninger i energiforbruget til tidspunkter med lav efterspørgsel.

For at opnå dette er det vigtigt at få et billede af de forventede efterspørgselsmængder på et tidligt tidspunkt, f.eks. ved hjælp af omfattende energiovervågning. Belastningsstyring fremmer effektiviteten i energiforsyningen og bidrager til udformningen af en moderne energiinfrastruktur til the All Electric Society.

En central udfordring i the All Electric Society er at gøre vedvarende elektricitet transportabel og bæredygtig på tværs af alle sektorer – og dermed afkoblet tidsmæssigt.

En måde: elektrolyse af grøn brint fra overskydende vind- eller solenergi. Brint kan ikke kun transporteres og opbevares, men fungerer også som basis for fremstilling af brændstoffer som metanol eller ammoniak. Brint er også et vigtigt element for procesindustrien. I stålværker har brint det, der skal til for at erstatte koks produceret af stenkul og dermed effektivt dekarbonisere stålproduktionen. Og når det bruges som "brændstof" til brændselsceller, producerer den kontrollerede oxidation af brint en stor mængde elektrisk og termisk energi. Begge dele kan udnyttes – når der er brug for energien.