Le tecnologie chiave della All Electric Society

Nel contesto della digitalizzazione industriale, nota anche come Manufacturing-X, l'Asset Administration Shell può essere descritta come il gemello digitale di un'utenza all'interno di un insieme.

L'essenza centrale dell'AAS è quella di fornire una sala dati in modo standardizzato. Questa standardizzazione crea la base per lo scambio di dati tra produttori con componenti o sistemi diversi. Tuttavia, l'AAS non contiene solo interfacce, ma può essere utilizzata anche per le cifre chiave relative alla CO₂. Poiché il gemello digitale fornisce tutte le interfacce e le proprietà in modo standardizzato, si aprono nuove modalità di collegamento, in particolare nell'accoppiamento settoriale, soprattutto per quanto riguarda le catene del valore end-to-end o i sistemi in rete.

Gli hacker hanno smesso da tempo di concentrarsi solo sul mondo informatico. Anche la Operational Technology (OT) è entrata nel mirino. Tuttavia, poiché i sistemi collegati in rete e intelligenti sono necessari per la All Electric Society, anche questo sviluppo sta diventando sempre più rilevante.

La sicurezza industriale ha il compito di proteggere queste soluzioni in modo olistico. Idealmente, le soluzioni di automazione sono già protette contro gli attacchi informatici. Tra questi, ad esempio, i controllori della serie PLCnext Control di Phoenix Contact, che sono certificati secondo i requisiti di sicurezza del TÜV. In fin dei conti, tutto ciò che è già stato testato rende più facile e veloce la messa in sicurezza di un sistema complessivo, il che include anche una stretta collaborazione con i clienti a livello di applicazione.

La gestione dell'alimentazione è una tecnologia chiave per la sostenibilità delle reti elettriche e del relativo accoppiamento settoriale, perché aiuta a bilanciare la volatilità dei consumi di elettricità. Consente l'integrazione sicura nella rete elettrica di impianti di produzione di energia decentralizzati come gli impianti FV, le unità di cogenerazione o i parchi eolici.

L'obiettivo è quello di immettere in rete l'elettricità generata in modo tale da non sovraccaricare la rete o renderla instabile. I gestori di rete forniscono specifiche chiare per l'utilizzo della frequenza e della tensione di rete, nonché della potenza attiva e reattiva. Il regolatore di alimentazione di Phoenix Contact aiuta a superare le sfide dell'alimentazione regolata. Il controllore preciso della potenza di alimentazione consente non solo un'integrazione efficiente delle fonti di energia rinnovabili, ma anche un accoppiamento efficace dei settori.

L'energia eolica e solare dipendono dalle condizioni meteorologiche. I sistemi di accumulo sono quindi necessari per un'alimentazione elettrica continua e indipendente dalle fluttuazioni naturali. Ottimizzano la gestione dell'energia accumulando l'energia in eccesso nei momenti in cui la domanda è bassa e rilasciandola nei momenti di picco. Questo riduce la necessità di centrali elettriche convenzionali per i picchi di carico, contribuendo a stabilizzare la rete elettrica.

I sistemi di accumulo facilitano la transizione verso un sistema di energia rinnovabile, promuovono l'espansione di infrastrutture sostenibili e contribuiscono alla riduzione delle emissioni di CO₂. Esistono molti modi per immagazzinare fisicamente o chimicamente l'energia disponibile che sarà necessaria solo in un secondo momento. Batterie di accumulo, centrali di accumulo o condensatori: i sistemi di accumulo sono fondamentali per un futuro all'insegna della sostenibilità e dell'elettrificazione.

L'aumento della produzione di energia decentrata da impianti fotovoltaici, parchi eolici e altre fonti sta mettendo a dura prova l'infrastruttura delle reti elettriche. Per garantire una distribuzione flessibile e sostenibile dell'alimentazione, le reti elettriche devono essere economicamente ampliate e digitalizzate, poiché il controllo preciso dei flussi di energia evita i colli di bottiglia ed è quindi la chiave per la All Electric Society. L'analisi dei dati relativi alle utenze e ai consumatori garantisce un'espansione dell'infrastruttura efficiente dal punto di vista dei costi e una distribuzione dell'alimentazione sostenibile.

Che si tratti di corrente alternata o continua, in generale qualsiasi conversione di elettricità da una forma di energia a un'altra è un'attività in perdita. Questa affermazione è particolarmente importante nella All Electric Society, dove i confini tra produttori e consumatori stanno diventando sempre più labili.

Per limitare le perdite di conversione, ci affidiamo a reti in corrente continua per l'accoppiamento settoriale. I vantaggi sono un notevole miglioramento dell'efficienza, un aumento dei livelli di rendimento e una semplificazione dell'installazione. In questo modo è più facile integrare le fonti di energia rinnovabili, ad esempio, perché i raddrizzatori vengono in gran parte eliminati. Un altro vantaggio dell'alimentazione in DC: l'energia di frenata può essere recuperata più facilmente quando i motori elettrici fungono da generatori durante la frenata.

I dati creano trasparenza. Possono essere utilizzati per ottenere informazioni che rivelano le interazioni all'interno di sottoprocessi interconnessi. Lo scambio di informazioni richiede comunicazione; le tecnologie di automazione in particolare stanno subendo un cambiamento strutturale, ovvero le tecnologie di comunicazione provenienti da varie applicazioni pubbliche stanno entrando sempre più spesso nelle sale di produzione. Un esempio è dato dal Time-Sensitive Networking (TSN), un secondo Single Pair Ethernet (SPE), originariamente sviluppato per collegare applicazioni multimediali nei veicoli.

Nella All Electric Society, queste tecnologie migliorano la comunicazione tra settori accoppiati, senza la necessità di chip appositamente sviluppati. Le economie di scala derivanti dall'uso diffuso renderanno la comunicazione personalizzata ancora più facile ed economica in futuro.

L'elettrificazione dei trasporti è un aspetto chiave della All Electric Society e richiede un'infrastruttura di ricarica completa e intelligente. È caratterizzata da sistemi intelligenti di gestione del carico, che sono un prerequisito per l'uso efficiente dei parchi di ricarica.

Questi sistemi, oltre alla ricarica rapida tramite High Power Charging (HPC), consentono anche la ricarica bidirezionale in linea con il concetto Vehicle-to-Grid. Questo perché i veicoli elettrici possono sia assorbire e immagazzinare energia, sia immetterla nella rete quando necessario. Il controllore per la ricarica intelligente CHARX control di Phoenix Contact è un ottimo esempio di alimentazione di energia in rete su base prioritaria, che contribuisce a stabilizzare la rete elettrica e a integrare le energie rinnovabili.

Limatura del picco e spostamento del carico sono i termini chiave per una gestione dei carichi efficace. Entrambi i metodi evitano i costosi picchi di carico della rete elettrica. Con la limatura del picco, i picchi di carico vengono ridotti attraverso l'uso mirato di sistemi di accumulo e della gestione dell'energia sostenibile. L'obiettivo dello spostamento del carico è quello di spostare i picchi di consumo energetico verso i momenti di bassa domanda.

A tal fine, è importante ottenere un quadro dei volumi di domanda previsti in una fase iniziale, ad esempio con l'aiuto di un monitoraggio energetico completo. La gestione dei carichi promuove l'efficienza dell'alimentazione elettrica e contribuisce alla progettazione di una moderna infrastruttura energetica per la All Electric Society.

Una sfida centrale della All Electric Society è quella di rendere l'elettricità rinnovabile trasportabile e sostenibile in tutti i settori - e quindi disaccoppiata in termini di tempo.

Un'opzione è rappresentata dall'elettrolisi dell'idrogeno verde proveniente dall'energia eolica o solare in eccesso. L'idrogeno non solo può essere trasportato e immagazzinato, ma serve anche come base per la sintesi di carburanti come il metanolo o l'ammoniaca. L'idrogeno è un elemento importante anche per l'industria di processo. Nelle acciaierie, l'idrogeno ha le carte in regola per sostituire il coke prodotto dal carbone fossile e quindi decarbonizzare efficacemente la produzione di acciaio. Se usato come "carburante" per le celle combustibili, l'ossidazione controllata dell'idrogeno produce una grande quantità di energia elettrica e termica. Entrambi possono essere utilizzati, principalmente quando l'energia è necessaria.