Essentiële technologieën van de All Electric Society

In de context van industriële digitalisering, ook bekend als Manufacturing-X, kan de Asset Administration Shell worden beschreven als de digitale tweeling van een deelnemer binnen een geheel.

De essentie van de AAS is het bieden van een dataroom op een gestandaardiseerde manier. Deze standaardisering creëert de basis voor data-uitwisseling tussen fabrikanten met verschillende componenten of systemen. De AAS bevat echter niet alleen interfaces, maar kan ook gebruikt worden voor karakteristieke CO₂-getallen. Omdat de digitale tweeling alle interfaces en eigenschappen op een gestandaardiseerde manier aanbiedt, ontstaan er nieuwe manieren om te koppelen, met name in de sectorkoppeling – vooral met het oog op doorlopende waardeketens of gekoppelde systemen.

Hackers richten zich al lang niet meer alleen op de IT-wereld. Operation Technology – afgekort OT – is ook in het vizier gekomen. Maar omdat netwerkgekoppelde en intelligente systemen noodzakelijk zijn voor de All Electric Society, wordt deze ontwikkeling ook steeds relevanter.

Het is de taak van Industrial Security om deze oplossingen allesomvattend te beveiligen. In het ideale geval zijn automatiseringsoplossingen al door hun ontwerp beschermd tegen cyberaanvallen. Hiertoe behoren bijvoorbeeld besturingen van de PLCnext Control-familie van Phoenix Contact, die zijn gecertificeerd in overeenstemming met de TÜV-veiligheidseisen. Uiteindelijk maakt alles wat al getest is het makkelijker en sneller om een compleet systeem te beveiligen – dit omvat ook nauwe samenwerking met klanten op applicatieniveau.

Energiemanagement is een essentiële technologie voor duurzame elektriciteitsnetwerken en de bijbehorende sectorkoppeling, omdat het de volatiele elektriciteitsverbruiksvolumes helpt compenseren. Het maakt de veilige integratie van decentrale energiecentrales zoals PV-installaties, WKK-eenheden of windparken in het elektriciteitsnet mogelijk.

Het doel is om de opgewekte elektriciteit zo aan het net te leveren dat het niet overbelast raakt of instabiel wordt. Netwerkbeheerders geven duidelijke specificaties voor het gebruik van netfrequentie en -spanning en voor effectief vermogen en blindvermogen. De voedingsregelaar van Phoenix Contact helpt de uitdagingen van de gereguleerde voeding te overwinnen. Door het voedingsvermogen nauwkeurig te besturen, maakt het niet alleen een efficiënte integratie van hernieuwbare energiebronnen mogelijk, maar ook een succesvolle koppeling van de sectoren.

Wind- en zonne-energie zijn weersafhankelijk. Daarom zijn energiebuffers nodig voor een continue energievoorziening die onafhankelijk is van natuurlijke schommelingen. Ze optimaliseren het energiebeheer door overtollige energie op te slaan op momenten van lage vraag en deze vrij te geven op piekmomenten. Dit vermindert de behoefte aan conventionele elektriciteitscentrales met piekbelasting, wat helpt om het elektriciteitsnet te stabiliseren.

Energiebuffers vergemakkelijken de overgang naar een hernieuwbaar energiesysteem, bevorderen de uitbreiding van duurzame infrastructuren en dragen bij tot de vermindering van de CO₂-uitstoot. Er zijn veel manieren om beschikbare energie, die pas later nodig is, fysiek of chemisch op te slaan. Energiebuffer is cruciaal voor een duurzame en geëlektrificeerde toekomst, of het nu gaat om accuopslag, opslagcentrales of condensatoren.

De toename van decentrale energieopwekking door solarinstallaties, windparken en andere bronnen vormt een uitdaging voor de infrastructuur van de elektriciteitsnetten. Om een flexibele en duurzame energieverdeling te garanderen, moeten elektriciteitsnetwerken economisch worden uitgebreid en gedigitaliseerd, aangezien de precieze besturing van energiestromen knelpunten voorkomt en daarom de sleutel vormt tot de All Electric Society. De analyse van verbruiks- en opwekkingsdata zorgt voor een kostenefficiënte uitbreiding van de infrastructuur en een duurzame energieverdeling.

Of het nu wisselstroom of gelijkstroom is, in het algemeen is elke omzetting van elektriciteit van de ene vorm van energie naar de andere verliesgevend. Deze uitspraak wordt vooral in de All Electric Society steeds belangrijker, waar de grenzen tussen producenten en consumenten steeds vager worden.

Om conversieverlies te beperken, vertrouwen we op gelijkstroomnetten voor sectorkoppeling. De voordelen hiervan zijn een merkbaar betere efficiëntie, een hoger rendement en een vereenvoudigde installatie. Dit maakt het bijvoorbeeld gemakkelijker om hernieuwbare energiebronnen te integreren, omdat gelijkrichters grotendeels wegvallen. Een ander voordeel van gelijkstroomnetten: remenergie kan gemakkelijker worden teruggewonnen wanneer elektromotoren tijdens het remmen generatoren worden.

Data zorgen voor transparantie. Ze kunnen worden gebruikt om informatie te verkrijgen die de interacties binnen onderling verbonden deelprocessen onthult. Voor het uitwisselen ervan is communicatie nodig – en vooral automatiseringstechniek ondergaat hier een structurele verandering: communicatietechnologieën van brede openbare toepassingen vinden steeds vaker hun weg naar productiehallen. Een voorbeeld hiervan is Time-Sensitive Networking (TSN), een tweede Single Pair Ethernet (SPE), dat oorspronkelijk werd ontwikkeld om multimediatoepassingen in voertuigen met elkaar te verbinden.

In de All Electric Society verbeteren deze technologieën de communicatie tussen gekoppelde sectoren, zonder dat er specifiek ontwikkelde chips nodig zijn. De schaalvoordelen van wijdverspreid gebruik zullen communicatie op maat in de toekomst nog gemakkelijker en goedkoper maken.

De elektrificatie van het vervoer is een belangrijk aspect van de All Electric Society en dit vereist een uitgebreide en slimme laadinfrastructuur. Dit wordt gekenmerkt door intelligente belastingsmanagementsystemen die een voorwaarde zijn voor een efficiënt gebruik van laadparken.

Deze systemen maken niet alleen snelladen mogelijk via High Power Charging (HPC), maar ook tweerichtingsladen in lijn met het V2G-concept. Elektrische voertuigen kunnen namelijk niet alleen energie opnemen en opslaan, maar ook aan het net leveren wanneer dat nodig is. De intelligente laadcontroller van Phoenix Contact CHARX control is een uitstekend voorbeeld van het prioritair voeden van het elektriciteitsnet met energie en helpt zo het elektriciteitsnet te stabiliseren en hernieuwbare energiebronnen te integreren.

Piekscheren en Load Shifting zijn de sleutelwoorden voor effectief belastingsmanagement. Beide methoden voorkomen dure piekbelastingen in het elektriciteitsnet. Met piekscheren worden belastingspieken verminderd door het gerichte gebruik van energiebuffers en duurzaam energiebeheer. Met Load Shifting is het de bedoeling om pieken in het energieverbruik te verschuiven naar tijden met een lage vraag.

Om dit te bereiken is het belangrijk om in een vroeg stadium een beeld te krijgen van de verwachte vraagvolumes, bijvoorbeeld met behulp van uitgebreide energiemonitoring. Belastingsmanagement bevordert de efficiëntie van de energievoorziening en draagt bij aan het ontwerp van een moderne energie-infrastructuur voor de All Electric Society.

Een centrale uitdaging van de All Electric Society is om hernieuwbare elektriciteit sectoroverkoepelend transporteerbaar en duurzaam te maken – en dus qua tijd ontkoppeld.

Eén manier: de elektrolyse van groene waterstof uit overtollige wind- of zonne-energie. Waterstof kan niet alleen worden getransporteerd en opgeslagen, maar dient ook als basis voor de synthese van brandstoffen zoals methanol of ammoniak. Waterstof is ook een belangrijk element voor de procesindustrie. In staalfabrieken heeft waterstof alles in zich om cokes uit steenkool te vervangen en zo de staalproductie effectief koolstofvrij te maken. En bij gebruik als 'brandstof' voor brandstofcellen produceert de gecontroleerde oxidatie van waterstof veel elektrische en thermische energie. Beide kunnen worden gebruikt wanneer de energie nodig is.