Tecnologias-chave da All Electric Society

No contexto da digitalização industrial, também conhecida como Manufacturing-X, o shell de administração de ativos (Asset Administration Shell) pode ser descrito como o gêmeo digital de um dispositivo dentro de um todo.

A essência central do AAS é fornecer uma sala de dados de forma padronizada. Essa padronização cria a base para a troca de dados entre fabricantes com diferentes componentes ou sistemas. No entanto, o AAS não contém apenas interfaces, mas também pode ser usado para índices de CO₂. Como o gêmeo digital fornece todas as interfaces e propriedades de forma padronizada, novas formas de vinculação estão surgindo, principalmente no acoplamento setorial – especialmente no que diz respeito a cadeias de valor de ponta a ponta ou sistemas em rede.

Há muito tempo que os hackers deixaram de se concentrar apenas no mundo da tecnologia da informação. A Operational Technology, ou OT, também entrou na mira. No entanto, como os sistemas inteligentes e em rede são necessários para a All Electric Society, esse desenvolvimento também está se tornando cada vez mais relevante.

A segurança industrial tem a tarefa de contatar essas soluções de forma holística. O ideal é que as soluções de automação já estejam protegidas de fábrica contra ciberataques. Isso inclui, por exemplo, os controladores da família PLCnext Control da Phoenix Contact, que são certificados de acordo com os requisitos de segurança da TÜV. No fim das contas, tudo o que já foi testado facilita e agiliza a proteção de um sistema geral – o que também inclui uma estreita colaboração com os clientes no nível do aplicativo.

O gerenciamento de alimentação é uma tecnologia-chave para redes elétricas sustentáveis e o acoplamento setorial associado, pois ajuda a equilibrar os volumes voláteis de consumo de eletricidade. Ele permite a integração segura de instalações de produção de energia descentralizados, como instalações fotovoltaicas, usinas de cogeração ou parques eólicos, à rede elétrica.

O objetivo é alimentar a rede com a eletricidade gerada, de modo que a rede não fique sobrecarregada nem se torne instável. Os operadores de rede fornecem especificações claras para a utilização da frequência e da tensão da rede, bem como da potência ativa e reativa. O regulador de alimentação da Phoenix Contact ajuda a superar os desafios da alimentação regulada. O controle preciso da potência de alimentação permite não apenas a integração eficiente de fontes de energia renováveis, mas também o acoplamento bem-sucedido dos setores.

As energias eólica e solar dependem do clima. Portanto, os acumuladores de energia são necessários para um fornecimento contínuo de energia que seja independente das flutuações naturais. Eles otimizam o gerenciamento de energia armazenando o excedente de energia nos momentos de baixa demanda e liberando-o nos momentos de pico. Isso reduz a necessidade de usinas elétricas convencionais de carga de pico, o que ajuda a estabilizar a rede elétrica.

Os acumuladores de energia facilitam a transição para um sistema de energia renovável, promovem a expansão de infraestruturas sustentáveis e contribuem para a redução das emissões de CO₂. Há muitas maneiras de armazenar física ou quimicamente a energia disponível que só será necessária em um momento posterior. Seja um acumulador de bateria, usinas de energia de armazenamento ou capacitores – os acumuladores de energia são essenciais para um futuro sustentável e eletrificado.

O aumento da geração descentralizada de energia a partir de sistemas de energia solar, parques eólicos e outras fontes está desafiando a infraestrutura das redes elétricas. Para garantir uma distribuição de energia flexível e sustentável, as redes elétricas devem ser expandidas e digitalizadas economicamente, pois o controle preciso dos fluxos de energia evita pontos críticos e, portanto, é a chave para a All Electric Society. A análise dos dados de consumo e geração garante a expansão econômica da infraestrutura e a sustentabilidade da distribuição de energia.

Seja AC ou DC, em geral, qualquer conversão de eletricidade de uma forma de energia para outra gera perdas. Essa afirmação é especialmente importante na All Electric Society, onde os limites entre produtores e consumidores estão se tornando cada vez mais tênues.

Para limitar as perdas de conversão, contamos com redes separadas DC para o acoplamento setorial. As vantagens disso são melhorias perceptíveis na eficiência, aumento do rendimento e instalação simplificada. Isso facilita a integração de fontes de energia renováveis, por exemplo, porque os retificadores são amplamente omitidos. Outra vantagem das redes separadas DC: a energia de frenagem pode ser recuperada mais facilmente quando os motores elétricos se tornam geradores durante a frenagem.

Os dados criam transparência. Eles podem ser usados para obter informações que revelam as interações dentro de subprocessos interligados. A troca de informações requer comunicação – e a tecnologia de automação, em especial, está passando por uma mudança estrutural: as tecnologias de comunicação de aplicação pública ampla estão cada vez mais chegando às salas de produção. Um exemplo disso é o Time-Sensitive Networking (TSN), um segundo Single Pair Ethernet (SPE), que foi originalmente desenvolvido para conectar aplicativos multimídia em veículos.

Na All Electric Society, essas tecnologias melhoram a comunicação entre setores acoplados, sem a necessidade de chips especificamente desenvolvidos. As economias de escala decorrentes do uso generalizado tornarão a comunicação personalizada ainda mais fácil e barata no futuro.

A eletrificação do transporte é um aspecto fundamental da All Electric Society e isso requer uma infraestrutura de carregamento abrangente e inteligente. Ela é caracterizada por sistemas inteligentes de gerenciamento de carga, que são um pré-requisito para o uso eficiente das estações de recarga.

Esses sistemas não só permitem o carregamento rápido por meio do High Power Charging (HPC), mas também o carregamento bidirecional, de acordo com o conceito Vehicle-to-Grid. Isso ocorre porque os veículos elétricos podem não só absorver e armazenar energia, mas também alimentá-la na rede quando necessário. O controlador de carregamento inteligente CHARX control da Phoenix Contact é um excelente exemplo de alimentação de energia na rede com prioridade, ajudando assim a estabilizar a rede elétrica e a integrar as energias renováveis.

O controle de picos de corrente e o deslocamento de carga são os termos-chave para o gerenciamento de carga eficaz. Ambos os métodos evitam picos de carga caros na rede elétrica. Com o controle de picos de corrente, os picos de carga são reduzidos por meio do uso direcionado do acumulador de energia e do gerenciamento de energia sustentável. Com o deslocamento de carga, o objetivo é transferir os picos de consumo de energia para os momentos de baixa demanda.

Para isso, é importante obter uma imagem dos volumes de demanda esperados em um estágio inicial, por exemplo, com a ajuda de um monitoramento de energia abrangente. O gerenciamento de carga promove a eficiência do fornecimento de energia e contribui para a concepção de uma infraestrutura de energia moderna para a All Electric Society.

Um desafio central da All Electric Society é tornar a eletricidade renovável transportável e sustentável em todos os setores e, portanto, dissociada em termos de tempo.

Um caminho: a eletrólise do hidrogênio verde a partir do excedente de energia eólica ou solar. O hidrogênio não só pode ser transportado e armazenado, mas também serve como base para a síntese de combustíveis, como metanol ou amônia. O hidrogênio também é um elemento importante para a indústria de processos. Em siderúrgicas, o hidrogênio tem o que é preciso para substituir o coque produzido a partir de carvão mineral e, assim, descarbonizar efetivamente a produção de aço. E quando usado como "combustível" para células de combustível, a oxidação controlada do hidrogênio produz uma grande quantidade de energia elétrica e térmica. Ambas podem ser utilizadas quando a energia é necessária.