Skok w rzeczywistość To nic trudnego. W Blombergu powstał budynek fabryczny, w którym produkcja może być bardziej energooszczędna i zrównoważona dzięki zaawansowanej sieci prądu stałego. Spojrzenie za kulisy ujawnia, jak prąd stały działa w praktyce.
2760 paneli fotowoltaicznych na dachu o powierzchni 11 000 m²
All Electric Society Factory
Słoneczne popołudnie w Blombergu. Długie rzędy paneli fotowoltaicznych falują na dachu o powierzchni 11 000 m² niczym morze szkła. Gdy światło słoneczne pada na materiał półprzewodnikowy, zaczyna płynąć prąd. Pomijając rozmiar systemu, jest to zupełnie normalny widok na wielu niemieckich dachach.
Ale ten budynek jest inny: gdzie indziej falowniki zapewniają, że prąd stały z systemu fotowoltaicznego jest przekształcany w prąd przemienny, tutaj płynie on bezpośrednio do lokalnej sieci prądu stałego. „Sieć prądu stałego optymalizuje cały łańcuch wytwarzania, dystrybucji, magazynowania i zużycia energii” – wyjaśnia Tobias Lüke, ekspert ds. sieci prądu stałego w Phoenix Contact.
Lubi on rozpoczynać zwiedzanie budynku od dachu. Tutaj na polu fotowoltaicznym staje się jasne, dlaczego prąd stały zyskuje na popularności wszędzie: „Nie tylko generatory działają w oparciu o prąd stały, ale także zasobniki energii i odbiorniki. Większość urządzeń elektrycznych i jednostek produkcyjnych działa na prąd stały”.
Stacje ładowania DC przed All Electric Society Factory
Eliminacja szczytów obciążenia
Dziesięć punktów ładowania znajduje się również przed All Electric Society Factory. Są ważnymi graczami w kosmosie DC. Tobias Lüke prowadzi więc na parking, gdzie ustawione są dystrybutory energii. „W przyszłości samochody służbowe będą mogły nie tylko ładować swoje akumulatory trakcyjne za pośrednictwem dwukierunkowych punktów ładowania prądem stałym (DC = prąd stały), ale także dostarczać z nich energię bezpośrednio do systemu, bez konieczności jej ponownego przetwarzania” – wyjaśnia Lüke.
Spojrzenie do wnętrza jednej ze stacji ładowania pokazuje, że Phoenix Contact ma dobrą pozycję w temacie prądu stałego. „Ochrona przed przepięciami i ochrona urządzeń, wyłączniki DC i wtyki ładowania DC – przepływy energii są sterowane optymalnie przez nasze moduły mocy”.
Ale akumulatory samochodowe to nie wszystko: Tobias Lüke wskazuje na niepozorny biały kontener: „Stabilne zasilanie oparte na energii odnawialnej wymaga wystarczająco dużych i niezawodnych systemów magazynowania, aby zrekompensować wahania” – wyjaśnia ekspert DC.
„I możemy wykorzystać te magazyny do zrównoważenia obciążeń szczytowych w stosunku do publicznej sieci zasilającej”. Obciążenia szczytowe występują na przykład w momencie rozruchu dużych silników elektrycznych w maszynach produkcyjnych. Zużywa się wtedy więcej energii elektrycznej niż przewiduje umowa z dostawcą. A to słono kosztuje. „Buforując obciążenia szczytowe za pomocą naszych baterii byliśmy w stanie obniżyć koszty energii elektrycznej nawet o 80%”.
Szafy sterownicze dla sieci prądu stałego
Myśl, kieruj i steruj
Tobias Lüke prowadzi nas do technicznych katakumb budynku, w dół do piwnicy, gdzie znajduje się centralny system nerwowy zasilania prądem stałym. Stoją tu rzędy szaf sterowniczych. Nie tylko integrują system fotowoltaiczny, magazyny energii i stacje ładowania z systemem. Tutaj również dostarczana jest energia elektryczna z sieci publicznej lub zwracane są nadwyżki.
„Nasze moduły mocy mogą być obsługiwane dwukierunkowo”, wyjaśnia Lüke, otwierając szafę sterowniczą, w której moduły są ustawione jak szuflady. „Modułowa konstrukcja umożliwia elastyczne wyposażenie szaf sterowniczych oraz łatwe skalowanie mocy wyjściowej w zależności od potrzeb”.
Szafa sterownicza DC w All Electric Society Factory
Oszczędność miedzi i energii
Jeden obrót i szafa sterownicza jest otwarta. Dużo czerwieni i bieli w przytulnym połączeniu - plus i minus w sieci DC. Natychmiast zauważalne jest również to, że kable i inne komponenty są znacznie mniejsze niż w konwencjonalnych systemach dystrybucji – to kolejna zaleta tej technologii: „Sieci prądu stałego wymagają mniej miedzi do przesyłu energii. W ten sposób można zaoszczędzić do 55% tego drogiego surowca” – mówi Lüke. Białe i czerwone stringi z systemu PV również trafiają tutaj, do centrum sterowania. Zasilają one tzw. magistralę DC za pośrednictwem przetwornic DC/DC o łącznej mocy 120 kW.
Prąd stały jest rozprowadzany z głównej rozdzielnicy niskiego napięcia do obszaru produkcyjnego. Tutaj oświetlenie jest zasilane bezpośrednio z sieci DC. Dwa odgałęzienia prowadzą do połączenia z maszynami produkcyjnymi. „W sieci prądu stałego możemy wykorzystać energię hamowania robotów i napędów i wprowadzić ją bezpośrednio z powrotem do systemu” – mówi Lüke, wyjaśniając kolejną ważną zaletę prądu stałego. „W zależności od zastosowania sama rekuperacja może zwiększyć wydajność nawet o 20%”.
Jeśli pomimo wszystkich odbiorników i jednostek magazynujących w sieci DC nadal występuje nadwyżka energii, dwukierunkowe przetwornice AC/DC dostarczają ją z powrotem do publicznej sieci prądu przemiennego w sposób zgodny z wymogami sieci.
Wyłącznik CONTRACTON ELR HDC
Staje się namacalny
Wyłącznik ELR HDC jest stosowany wszędzie tam, gdzie obciążenia DC w All Electric Society Factory muszą być bezpiecznie przełączane. Łączy w sobie funkcje ochrony, przełączania, monitorowania, ładowania wstępnego i sieci. Specjalne liczniki energii DC rejestrują przepływy energii. Złącze ArcZero DC służy do podłączania połączeń DC. Umożliwia podłączanie i odłączanie pod obciążeniem bez łuków elektrycznych.
Zarządzanie obciążeniem i zarządzanie siecią DC na wyższym poziomie jest obsługiwane przez platformę oprogramowania PLCnext Engineer. Łączy poszczególne obszary w jeden kompleksowy system. System sterowania integruje również dane, takie jak koszty energii elektrycznej na giełdach energii elektrycznej, prognozy pogody i codziennie aktualizowane dane ze stacji pomiarowej na dachu z systemem zarządzania energią w budynku.
Tobias Lüke, ekspert ds. sieci DC
Po słowach czas na czyny
All Electric Society Factory w Blombergu już teraz cieszy się renomą w branży, która wykracza daleko poza granice kraju. Prąd stały działa już tu i teraz, czego dowodzi codzienny bilans energetyczny produkcji zaprojektowanej z myślą o prądzie stałym.
Ale „ten system jest również stworzony do celów eksperymentalnych i testów operacyjnych”, dodaje Tobias Lüke. Ogólnie rzecz biorąc, organizatorzy tego pilotażowego projektu mają nadzieję na dalsze oszczędności i zwiększenie efektywności. Plany obejmują budowę małej elektrowni wiatrowej, elektrolizera do produkcji wodoru i ogniw paliwowych, które z kolei wytwarzają energię elektryczną ze zmagazynowanego wodoru.
Phoenix Contact od dawna angażuje się w badania i tworzenie technologii prądu stałego i jest członkiem-założycielem Open Direct Current Alliance (ODCA). Kiedy rozpoczęto planowanie budynku, na rynku nie było prawie żadnych komponentów i standardów dotyczących wykorzystania technologii DC. Dziś sytuacja wygląda inaczej, podkreśla Tobias Lüke: „Dzięki dostępnym komponentom, postępom regulacyjnym, rosnącemu doświadczeniu i współpracy z kompetentnymi partnerami, warto zaryzykować również innym firmom”.
W Blombergu zrobiło się ciemno. Jesteśmy na końcu wycieczki i Tobias Lüke zamyka bramę do prawdopodobnie jednego z najbardziej innowacyjnych budynków fabrycznych w Europie.
Podsumowanie
Prąd stały od dawna otacza nas w każdym zakątku naszego codziennego życia. Jednak całościowe spojrzenie na tę energię kryje w sobie prawdziwą skarbnicę potencjalnych oszczędności. All Electric Society Factory wyruszyło na poszukiwanie tego skarbu. I to nie tylko jako jednorazowy projekt, ale jako wzór dla wielu innych budynków przemysłowych i produkcyjnych.
Wprowadzenie systemów prądu stałego w logistyce produkcji i przemyśle niesie ze sobą ogromny potencjał oszczędności energii, zwłaszcza w przypadku obciążeń dynamicznych, takich jak roboty używane w produkcji: obciążenia szczytowe można zmniejszyć nawet o 85%, a efektywność energetyczną zwiększyć nawet o 20%.
Przy konsekwentnej realizacji szybko oddala się widmo drogiej przemysłowej energii elektrycznej. Budynek jako źródło energii i magazyn – i to dziś, z istniejącą technologią i w trudnym środowisku produkcyjnym.
Skontaktuj się z naszymi ekspertami
Dalszy wkład
Pasja do prądu stałego
Lokalne mikrosieci DC pozwalają zaoszczędzić do 20 procent energii, umożliwiają bezpośrednie magazynowanie wytworzonej energii elektrycznej i zmniejszają ilość zasobów potrzebnych do ich budowy.
Sieci prądu stałego do łączenia sektorów energii
Elektromobilność, systemy fotowoltaiczne i magazyny energii rewolucjonizują przemysł.