Nøkkelteknologier i All Electric Society

I en kontekst med industriell digitalisering, som også kalles Manufacturing-X, kan administreringsenheten (Asset Administration Shell) betegnes som digital tvilling av en deltaker innenfor en samlet enhet.

Hovedhensikten ved AAS er å stille et datarom tilgjengelig på en standardisert måte. Denne standardiseringen skaffer grunnlaget for datautveksling uavhengig av produsent, til forskjellige komponenter eller systemer. AAS inneholder ikke bare grensesnitt, men kan også brukes for CO₂-verdier. Når den digitale tvillingen stiller samtlige grensesnitt og egenskaper til rådighet standardisert, åpner det seg nettopp ved sektorkoblingen nye veier for tilknytning – og da først og fremst med hensyn til sømløse verdiskapningskjeder eller nettorganiserte systemer.

Det er lenge siden hackere bare konsentrerte seg om IT-verden. For også Operation Technology (OT) har nå blitt en del av målet. Fordi nettkoblede og intelligente systemer er helt nødvendige for All Electric Society, blir også denne utviklingen stadig mer relevant.

Industrial Security har som oppgave å beskytte disse løsningene helhetlig. Ideelt sett er automatiseringsløsninger allerede fra fabrikk beskyttet mot cyberangrep. Det omfatter blant annet kontrollere i serien PLCnext Control fra Phoenix Contact, som er sertifisert etter sikkerhetskrav fra TÜV. Alt som allerede er godkjent, gjør det til syvende og sist enklere og raskere å sikre et komplett system – det omfatter også et tett samarbeid med kunder på applikasjonsnivå.

Administrering av forsyning er en nøkkelteknologi for fremtidsegnede strømnett og sektorkoblingen i den forbindelse, da det bidrar til å utjevne volatile strømuttaksmengder. Det tilrettelegger for sikker integrering av desentrale kraftverk som for eksempel solenergianlegg, kraft-varme-aggregater eller vindparker i strømnettet.

Her er det om å gjøre å mate den genererte strømmen inn i nettet på en slik måte at det ikke oppstår overlast eller ustabile forhold i nettet. Nettoperatører gir entydige spesifikasjoner rundt utnyttelse av nettfrekvens og -spenning samt aktiv og reaktiv effekt. Forsyningsregulatoren fra Phoenix Contact er til hjelp når utfordringene ved den regulerte forsyningen skal håndteres. Med den nøyaktige styringen av forsyningseffekten tilrettelegger den ikke bare for effektiv integrering av fornybare energibærere, men bidrar også i stor grad til en vellykket kobling av sektorene.

Vind- og solenergi er væravhengig. For en kontinuerlig energiforsyning som er uavhengig av naturlige svingninger, trengs det derfor energiakkumulatorer. De optimaliserer energistyringen ved at de lagrer overskytende energi til tider med lav etterspørsel, og avgir den til tider med høye topper. Dette reduserer behovet for konvensjonelle topplastkraftverk, noe som bidrar til å stabilisere strømnettet.

Energiakkumulatorer forenkler overgangen til et fornybart energisystem og bidrar til utbygging av bærekraftige infrastrukturer og reduksjon av CO₂-utslipp. Det finnes mange forskjellige muligheter til å lagre tilgjengelig energi som først er nødvendig på et senere tidspunkt, fysisk eller kjemisk. Det være seg batteriakkumulatorer, magasinkraftverk eller kondensatorer – energiakkumulatorer er helt avgjørende for en bærekraftig og elektrifisert fremtid.

En økning i desentral generering av energi i form av solcelleanlegg, vindparker og andre kilder er en utfordring for strømnettenes infrastruktur. For å oppnå en fleksibel og fremtidsegnet energifordeling må strømnett utbygges på en økonomisk hensiktsmessig måte, og de må digitaliseres, all den tid en nøyaktig styring av energiflyten forhindrer flaskehalser og dermed blir nøkkelen inn til All Electric Society. Analyse av forbruks- og leverandørdata gir kostnadseffektiv utbygging av infrastrukturen og en bærekraftig energifordeling.

Det være seg vekselstrøm eller likestrøm – generelt er det slik at omforming av strøm fra en energiform til en annen, minner mest om et tapsprosjekt hver gang. Dette utsagnet er spesielt tydelig nettopp ved All Electric Society, der grensene mellom produsenter og forbrukere flyter stadig mer i hverandre.

For å begrense omformingskostnadene velger vi likestrømsnett for sektorkoblingen. Fordelene ligger i følbare forbedringer i effektivitet, høyere virkningsgrader og forenklet installering. Slik er det for eksempel enklere å integrere fornybare energikilder, ettersom likerettere i stor grad bortfaller. En annen fordel ved likestrømsnett er at bremseenergi helt enkelt kan regenereres når elektriske motorer ved bremsing, blir til generator.

Data sørger for transparens. Ved hjelp av dem kan informasjon utvinnes som avdekker vekselvirkninger innenfor kjedede delprosesser. For å kunne utveksle disse kreves det kommunikasjon – og her opplever spesielt automatiseringsteknikken en strukturell endring: Kommunikasjonsteknologier fra den brede offentlige bruken inntar i stadig større grad produksjonhallene. Et eksempel på dette er Time-Sensitive Networking (TSN), et ytterligere Single Pair Ethernet (SPE) som opprinnelig ble utviklet for å tilkoble multimediaanvendelser i personbiler.

I All Electric Society forbedrer alle disse teknologiene kommunikasjonen mellom koblede sektorer, og det helt uten spesifikt utviklede chips. Skalaeffektene fra en slik breddebruk vil i fremtiden gjøre passnøyaktig kommunikasjon enda enklere og også mer prisgunstig.

Elektrifisering av trafikken er et nøkkelaspekt ved All Electric Society og forutsetter en områdedekkende og smart ladeinfrastruktur. Dette kjennetegnes av intelligente lastkontrollsystemer, som er en forutsetning for effektiv bruk av ladeparker.

Disse systemene tilrettelegger ikke bare for rask lading med High Power Charging (HPC), men også toveis lading i betydningen Vehicle-to-Grid-konseptet. Elkjøretøyer kan ikke bare ta opp og lagre energi, men ved behov også mate den inn i nettet. Den intelligente ladekontrolleren CHARX control fra Phoenix Contact er et paradeeksempel på mating av energi etter prioritet og bidrar dermed til å stabilisere strømnettet og integrere fornybare energier.

Peak Shaving (lasttoppkapping) og Load Shifting er sentrale begreper for en effektiv lastkontroll. Begge metoder forhindrer dyr topplast i strømnettet. Ved lasttoppkapping reduseres topplast ved at energiakkumulatorer brukes helt målrettet og ved en bærekraftig energistyring. Ved Load Shifting er målet å legge forbrukstopper av energi i størst mulig grad til tider med lavere etterspørsel.

Det gjelder å skaffe seg en oversikt over forventede behovsmengder tidsnok, for eksempel ved hjelp av omfattende energiovervåking. Lastkontroll er til hjelp for mer effektiv energiforsyning og bidrar til å utforme en moderne energiinfrastruktur for All Electric Society.

En sentral utfordring ved All Electric Society består i å gjøre strøm som er generert fra fornybare kilder, transportabel og holdbar, på tvers av sektorer – og dermed kunne gjøre nytte av den med tidsmessig dekobling.

En mulig vei: Elektrolyse av grønt hydrogen fra overskytende vind- eller solstrøm. Hydrogen lar seg ikke bare transportere og lagre, det fungerer også som fundamentet for syntese av drivstoffer som metanol og ammoniakk. Hydrogen er også et viktig element for prosessindustrien. I stålverk har hydrogen kreftene til å erstatte koks, som utvinnes av steinkull, og slik dekarbonisere stålproduksjonen effektivt. Og når det brukes som "drivstoff" for brennstoffceller, oppstår det store mengder elektrisk og termisk energi ved den kontrollerte oksidasjonen av hydrogen. Begge deler kan benyttes – og det på det tidspunktet energien er nødvendig.