Kluczowe technologie All Electric Society

W kontekście cyfryzacji przemysłowej, znanej również jako Manufacturing-X, warstwę zarządzania aktywami (Asset Administration Shell) można opisać jako cyfrowego bliźniaka urządzenia w obrębie całości.

Główną istotą AAS jest zapewnienie udostępnienie standardowej przestrzeni danych. Standaryzacja ta stanowi podstawę do wymiany danych komponentami lub systemami różnych producentów. Jednak AAS obejmuje nie tylko interfejsy, ale może być również używany do kluczowych wartości CO₂. Ponieważ cyfrowy bliźniak zapewnia wszystkie interfejsy i właściwości, otwierają się nowe sposoby łączenia, szczególnie w łączeniu sektorów energii – zwłaszcza w odniesieniu do kompleksowych łańcuchów produkcyjnych lub sieci systemów.

Hakerzy już dawno przestali koncentrować się wyłącznie na świecie IT. Na celowniku znalazła się również Operation Technology, w skrócie OT. Ponieważ jednak sieciowe i inteligentne systemy są niezbędne dla All Electric Society, kwestia ta staje się coraz bardziej istotna.

Zadaniem Industrial Security jest zapewnienie kompleksowej ochrony tych rozwiązań. Idealnie byłoby, gdyby rozwiązania z zakresu automatyzacji były chronione przed cyberatakami już w stanie fabrycznym. Należą do nich na przykład sterowniki serii PLCnext Control firmy Phoenix Contact, które są certyfikowane zgodnie z wymogami bezpieczeństwa TÜV. Ostatecznie wszystko, co zostało już przetestowane, ułatwia i przyspiesza zabezpieczenie całego systemu – obejmuje to również ścisłą współpracę z klientami na poziomie aplikacji.

Zarządzanie dostawami energii do sieci jest kluczową technologią dla zrównoważonych sieci energetycznych i związanego z nimi łączenia sektorów energii, ponieważ pomaga zrównoważyć zmienne ilości odbioru energii elektrycznej. Umożliwia bezpieczną integrację z siecią energetyczną rozproszonych systemów wytwarzania energii, takich jak systemy PV, agregaty kogeneracyjne czy farmy wiatrowe.

Celem jest dostarczenie wytworzonej energii elektrycznej do sieci w taki sposób, aby nie dopuścić do jej przeciążenia lub niestabilności. Operatorzy sieci określają specyfikacje dotyczące wykorzystania częstotliwości i napięcia sieci, a także mocy czynnej i biernej. Regulator dostarczania energii do sieci firmy Phoenix Contact pomaga sprostać wyzwaniom związanym z regulowanym dostarczaniem do sieci. Dzięki precyzyjnemu sterowaniu mocą dostarczaną do sieci, umożliwia nie tylko efektywną integrację odnawialnych źródeł energii, ale także udane połączenie sektorów.

Energia wiatrowa i słoneczna są zależne od pogody. Do zapewnienia ciągłości zasilania są zatem potrzebne zasobniki energii niezależne od naturalnych wahań. Optymalizują one zarządzanie energią poprzez magazynowanie nadwyżek energii w okresach niskiego zapotrzebowania i oddawanie ich w godzinach szczytu. Zmniejsza to zapotrzebowanie na konwencjonalne elektrownie szczytowe, co pomaga ustabilizować sieć energetyczną.

Zasobniki energii ułatwiają przejście na system energii odnawialnej, wspierają rozwój zrównoważonej infrastruktury i przyczyniają się do redukcji emisji CO₂. Istnieje wiele sposobów fizycznego lub chemicznego magazynowania dostępnej energii, która będzie potrzebna dopiero w późniejszym czasie. Mogą to być magazyny energii na bazie akumulatorów, elektrownie zbiornikowe lub kondensatory – zasobniki energii mają kluczowe znaczenie dla zrównoważonego rozwoju i zelektryfikowanej przyszłości.

Wzrost rozproszonego wytwarzania energii z systemów fotowoltaicznych, farm wiatrowych i innych źródeł stanowi wyzwanie dla infrastruktury sieci energetycznych. Aby zapewnić elastyczną i zrównoważoną dystrybucję energii, sieci energetyczne muszą być ekonomicznie rozbudowane i zdigitalizowane, ponieważ precyzyjna kontrola przepływów energii pozwala uniknąć wąskich gardeł i dlatego jest kluczem do All Electric Society. Analiza danych dotyczących zużycia i wytwarzania energii zapewnia efektywną kosztowo rozbudowę infrastruktury i zrównoważoną dystrybucję energii.

Niezależnie od tego, czy jest to prąd zmienny, czy stały – każda konwersja energii elektrycznej z jednej formy energii na inną przynosi straty. Stwierdzenie to jest szczególnie ważne w All Electric Society, gdzie granice między producentami a konsumentami coraz bardziej się zacierają.

Aby ograniczyć straty konwersji, stawiamy na sieci prądu stałego do łączenia sektorów energii. Zaletami takiego rozwiązania są zauważalna poprawa wydajności, zwiększenie poziomu sprawności i uproszczona instalacja. Ułatwia to na przykład integrację odnawialnych źródeł energii, ponieważ eliminuje w dużej mierze prostowniki. Kolejna zaleta sieci prądu stałego: energia hamowania może zostać łatwiej odzyskana, gdy silniki elektryczne stają się generatorami podczas hamowania.

Dane zapewniają transparentność. Można je wykorzystać do uzyskania informacji, które ujawniają interakcje w ramach powiązanych ze sobą podprocesów. Ich wymiana wymaga komunikacji – a tutaj głównie technika automatyzacji przechodzi zmianę strukturalną: technologie komunikacyjne z szerokich zastosowań publicznych coraz częściej trafiają do hal produkcyjnych. Jednym z przykładów jest Time-Sensitive Networking (TSN), druga wersja Single Pair Ethernet (Ethernet jednoparowy), która została pierwotnie opracowana do łączenia aplikacji multimedialnych w pojazdach.

W All Electric Society technologie te usprawniają komunikację między połączonymi sektorami, bez potrzeby stosowania specjalnych chipów. Efekty skali wynikające z powszechnego stosowania sprawią, że spersonalizowana komunikacja będzie w przyszłości jeszcze łatwiejsza i tańsza.

Elektryfikacja transportu jest kluczowym aspektem All Electric Society, a to wymaga gęstej inteligentnej infrastruktury ładowania. Charakteryzują się one inteligentnymi systemami zarządzania obciążeniem, które są warunkiem efektywnego wykorzystania stacji ładowania.

Systemy te umożliwiają nie tylko szybkie ładowanie High Power Charging (HPC), ale także dwukierunkowe ładowanie zgodnie z koncepcją Vehicle-to-Grid. Wynika to z faktu, że pojazdy elektryczne mogą nie tylko pobierać i magazynować energię, ale także dostarczać ją do sieci w razie potrzeby. Inteligentny sterownik ładowania CHARX control firmy Phoenix Contact jest doskonałym przykładem priorytetowego dostarczania energii do sieci, pomagając w ten sposób ustabilizować sieć energetyczną i zintegrować odnawialne źródła energii.

Zmniejszenie obciążeń szczytowych i przesunięcie obciążenia to kluczowe pojęcia skutecznego zarządzania obciążeniem. Obie metody pozwalają uniknąć kosztownych obciążeń szczytowych w sieci energetycznej. Peak Shaving czyli zmniejszenie obciążeń szczytowych uzyskuje się poprzez ukierunkowane wykorzystanie magazynów energii i zrównoważony rozwój zarządzania energią. Celem Load Shifting jest za to przesunięcie szczytów zużycia energii na okresy niskiego zapotrzebowania.

Do tego konieczna jest znajomość spodziewanych ilości zapotrzebowania, np. poprzez kompleksowe monitorowanie energii. Zarządzanie obciążeniem wspiera efektywność zasilania i przyczynia się do tworzenia nowoczesnej infrastruktury energetycznej dla All Electric Society.

Głównym wyzwaniem All Electric Society jest umożliwienie transportu i przechowywania energii odnawialnej w połączeniu różnych sektorów energii, czyli możliwości wykorzystywania energii w dowolnym czasie.

Jeden ze sposobów: elektroliza zielonego wodoru z nadwyżek energii wiatrowej lub słonecznej. Wodór może być nie tylko transportowany i przechowywany, ale także służy jako podstawa do syntezy paliw, takich jak metanol czy amoniak. Wodór jest również ważnym pierwiastkiem dla przemysłu przetwórczego. W hutach wodór jest w stanie zastąpić koks wytwarzany z węgla kamiennego, a tym samym skutecznie obniżyć emisyjność produkcji stali. Kontrolowane utlenianie wodoru, wykorzystywanego jako „paliwo” w ogniwach paliwowych, wytwarza dużą ilość energii elektrycznej i cieplnej. Oba mogą być wykorzystywane, gdy jest potrzebna energia.