Az All Electric Society kulcstechnológiái

Az ipari digitalizáció, más néven a Manufacturing-X összefüggésében az adminisztrációs héj (Asset Administration Shell, AAS) úgy írható le, mint a teljesség egy résztvevőjének digitális ikerpárja.

Az AAS központi lényege az, hogy szabványosított módon adatteret bocsát rendelkezésre. Ez a szabványosítás megteremti az alapot a különböző összetevőkkel vagy rendszerekkel végzett gyártókon átívelő adatcseréhez. Az AAS azonban nemcsak interfészeket tartalmaz, hanem CO₂-mutatószámokra is használható. Mivel a digitális iker minden interfészt és tulajdonságot szabványosított módon rendelkezésre bocsát, éppen a szektorok összehangolása terén a kapcsolódás új módjai nyílnak meg – különösen az átfogó értékláncok vagy a hálózatba kapcsolt rendszerek tekintetében.

A hackerek már régóta nemcsak az informatika világára koncentrálnak. Az Operation Technology – rövidítve OT – szintén a célkeresztbe került. Mivel azonban a hálózatba kapcsolt és intelligens rendszerekre szükség van az All Electric Society megvalósításához, ez a fejlesztés is egyre fontosabbá válik.

Az ipari biztonság feladata ezeknek a megoldásoknak a teljes körű védelme. Ideális esetben az automatizálási megoldások már gyárilag védettek a kibertámadásokkal szemben. Ezek közé tartoznak például a Phoenix Contact PLCnext Control családjának vezérlői, amelyek a TÜV biztonsági követelményeinek megfelelően tanúsítva vannak. Végeredményben minden, ami már be lett vizsgálva, egyszerűbbé és gyorsabbá teszi a teljes rendszer biztosítását – ez magában foglalja az ügyfelekkel való szoros együttműködést az alkalmazás szintjén is.

A betáplálás-kezelés a jövőálló elektromos hálózatok és a szektorok ezzel kapcsolatos összehangolása kulcstechnológiája, mivel segít kiegyenlíteni az ingadozó mennyiségű villamosenergia-vételezéseket. Lehetővé teszi a decentralizált energiatermelő rendszerek, például a fotovillamos rendszerek, a blokkfűtőművek vagy a szélerőműtelepek biztonságos integrálását az elektromos hálózatba.

A cél az, hogy a megtermelt villamos energiát úgy lehessen betáplálni a hálózatba, hogy az ne terhelődjön túl, vagy ne váljon instabillá. A hálózatüzemeltetők egyértelmű előírásokat adnak a hálózati frekvencia és a feszültség, valamint a hatásos és a meddő teljesítmény kihasználására vonatkozóan. A Phoenix Contact betáplálásszabályzója segít leküzdeni a szabályozott betáplálás kihívásait. Ez a készülék a betáplált teljesítmény pontos vezérlésével nemcsak a megújuló energiaforrások hatékony integrációját, hanem az ágazatok sikeres összehangolását is lehetővé teszi.

A szél- és napenergia az időjárástól függ. A természetes ingadozásoktól független, folyamatos energiaellátáshoz ezért energiatárolókra van szükség. Ezek optimalizálják az energiamenedzsmentet azáltal, hogy az alacsony kereslet idején tárolják a többletenergiát, csúcsidőben pedig leadják azt. Ez csökkenti a hagyományos csúcserőművek szükségességét, ami hozzájárul az elektromos hálózat stabilizálásához.

Az energiatárolók megkönnyítik a megújuló energiarendszerre való átállást, elősegítik a fenntartható infrastruktúrák kiépítését, és hozzájárulnak a CO₂-kibocsátás csökkentéséhez. Sokféle módja van azon rendelkezésre álló energia fizikai vagy kémiai tárolásának, amelyre csak később lesz szükség. Legyen szó akkumulátoros tárolásról, tárolós erőművekről vagy kondenzátorokról – az energiatárolók létfontosságúak a fenntartható és villamosított jövő szempontjából.

A naperőművekből, szélerőműtelepekből és más forrásokból származó decentralizált energiatermelés növekedése kihívást jelent az elektromos hálózatok infrastruktúrája számára. A rugalmas és biztos jövőjű energiaelosztás megvalósítása érdekében a elektromos hálózatokat gazdaságosan ki kell építeni és digitalizálni kell, mivel az energiaáramlás pontos vezérlése révén elkerülhetők a szűk keresztmetszetek, és ezért ez az All Electric Society kulcsa. A fogyasztási és termelési adatok elemzése lehetővé teszi az infrastruktúra költséghatékony bővítését és a fenntartható energiaelosztást.

Akár váltakozó, akár egyenáramú – általában véve igaz az, hogy az áram egyik energiaformából a másikba történő átalakítása veszteséges üzlet. Ez a kijelentés különösen fontos az All Electric Society társadalmában, ahol a termelők és a fogyasztók közötti határok egyre inkább elmosódnak.

Az átalakítási veszteségek korlátozása érdekében a szektorok összehangolása során az egyenáramú hálózatokra támaszkodunk. Ennek előnyei a hatékonyság észrevehető javulása, a növekvő hatásfok és az egyszerűsített telepítés. A megújuló energiaforrások például könnyebben integrálhatók, mivel egyenirányítókra messzemenően nincs szükség. Az egyenáramú hálózatok másik előnye: a fékezési energia egyszerűbben visszanyerhető, ha a villanymotorok fékezés közben generátorokká válnak.

Az adatok átláthatóságot teremtenek. Segítségükkel olyan információkhoz juthatunk, amelyek feltárják az egymással összefüggő részfolyamatokon belüli kölcsönhatásokat. Ezek cseréjéhez kommunikációra van szükség – és itt különösen az automatizálástechnika szerkezeti változáson megy keresztül: a széleskörű nyilvános alkalmazásokból származó kommunikációs technológiák egyre inkább bekerülnek a gyártócsarnokokba. Ennek egyik példája a Time-Sensitive Networking (TSN), a másik az egy érpáras Ethernet (Single Pair Ethernet, SPE), amelyet eredetileg a járművekben található multimédiás alkalmazások összekapcsolására fejlesztettek ki.

Az All Electric Society társadalmában ezek a technológiák javítják a kommunikációt az összehangolt szektorok között anélkül, hogy szükség lenne speciálisan kifejlesztett chipekre. A széles körű használatból eredő méretgazdaságosság a jövőben még egyszerűbbé és olcsóbbá teszi a pontosan illeszkedő kommunikációt.

A közlekedés villamosítása az All Electric Society egyik kulcsfontosságú szempontja, amihez átfogó és intelligens töltőhálózatra van szükség. Ezt intelligens terhelésmenedzsment-rendszerek jellemzik, amelyek a töltőparkok hatékony használatának előfeltételei.

Ezek a rendszerek nemcsak a nagyteljesítményű töltés (High Power Charging, HPC) révén lehetővé teszik a gyorstöltést, hanem a Vehicle-to-grid koncepciónak megfelelően a kétirányú töltést is. Az elektromos járművek ugyanis nemcsak felvenni és tárolni képesek az energiát, hanem szükség esetén be is tudják táplálni azt a hálózatba. A Phoenix Contact CHARX control intelligens töltésvezérlője kiváló példa arra, hogy az energiát prioritás alapján táplálja be a hálózatba, ezáltal segítve az elektromos hálózat stabilizálását és a megújuló energiák integrálását.

A terhelési csúcsok levágása és a terhelésáthelyezés a hatékony terhelésmenedzsment központi fogalmai. Mindkét módszerrel elkerülhetők az elektromos hálózat drága csúcsterhelései. A terhelési csúcsok levágása a terhelési csúcsokat az energiatárolók és a fenntartható energiamenedzsment célzott alkalmazásával csökkenti. A terhelésáthelyezésnél a cél szintén az energiafogyasztási csúcsok áthelyezése az alacsony keresletű időszakokra.

Ennek érdekében fontos, hogy már korán képet kapjunk a várható igényelt mennyiségekről, például az átfogó energiafelügyelet segítségével. A terhelésmenedzsment elősegíti az energiaellátás hatékonyságát, és hozzájárul a korszerű energetikai infrastruktúra kialakításához az All Electric Society számára.

Az All Electric Society egyik központi kihívása az, hogy a megújuló forrásból termelt villamos energiát szektorokon átívelő módon szállíthatóvá és eltarthatóvá tegye – és az így időben kötetlenül felhasználhatóvá váljon.

Az egyik lehetőség: a szél- vagy napenergia-felesleggel elektrolízis révén előállított zöld hidrogén. A hidrogén nemcsak szállítható és tárolható, hanem alapanyagként szolgálhat olyan üzemanyagok, mint a metanol vagy az ammónia szintéziséhez is. A hidrogén a feldolgozóipar számára is fontos elem. Az acélművekben a hidrogén alkalmas arra, hogy kiváltsa a kőszénből előállított kokszot, és így hatékonyan dekarbonizálja az acélgyártást. Az üzemanyagcellák „hajtóanyagaként“ használva pedig a hidrogén ellenőrzött oxidációja nagy mennyiségű elektromos és hőenergiát termel. Mindkettő jól hasznosítható – mégpedig akkor, amikor az energiára szükség van.