Tecnologias-chave da All Electric Society

No contexto da digitalização industrial, também conhecida como Manufacturing-X, o Asset Administration Shell pode ser descrito como o gémeo digital de um participante de um conjunto.

A essência central do AAS é disponibilizar uma sala de dados de forma normalizada. Esta normalização cria a base para a troca de dados independente do fabricante com diferentes componentes ou sistemas. No entanto, o AAS não contém apenas interfaces, mas também pode ser usado para índices de CO₂. Uma vez que o gémeo digital fornece todas as interfaces e características de forma normalizada, abrem-se novas formas de interligação, nomeadamente no acoplamento sectorial – em particular, no que diz respeito a cadeias de valor globais ou a sistemas interligados.

Há muito que os piratas informáticos deixaram de se concentrar apenas no mundo da tecnologia da informação. A Operational Technology – abreviada por OT – também entrou na mira. Mas como os sistemas interligados e inteligentes são necessários para a All Electric Society, este desenvolvimento também está a tornar-se cada vez mais relevante.

A tarefa da segurança industrial consiste na proteção integral destas soluções. Idealmente, as soluções de automação já estão de origem protegidas contra ciberataques. Estes incluem, p. ex., os controladores da família PLCnext Control da Phoenix Contact que estão certificados conforme os requisitos de segurança da TÜV. Em última análise, tudo o que já foi testado torna mais fácil e mais rápida a proteger um sistema global – isto também inclui uma estreita colaboração com os clientes ao nível da aplicação.

A gestão da entrada de energia é uma tecnologia chave para redes de energia elétrica sustentáveis e para o acoplamento sectorial associado, porque ajuda a equilibrar os volumes voláteis de consumo de eletricidade. Permite a integração segura de sistemas descentralizados de produção de energia como, p. ex., instalações fotovoltaicas, centrais de cogeração ou parques eólicos, na rede de energia elétrica.

O objetivo é alimentar a rede com a eletricidade produzida, de modo que a rede não fique sobrecarregada ou instável. Os operadores de rede fornecem especificações claras para a utilização da frequência e 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. Ao controlar com precisão a potência de alimentação, permite não só a integração eficiente das fontes de energia renováveis, mas também o acoplamento bem sucedido dos sectores.

A energia eólica e solar dependem das condições climáticas. Por isso, o fornecimento contínuo de energia, independente das flutuações naturais, requer o uso de acumuladores de energia. Estes otimizam a gestão energética, armazenando o excedente de energia nos períodos de baixa procura e libertando-o nos períodos de pico. Isto reduz a necessidade de centrais elétricas convencionais de pico de carga, o que ajuda a estabilizar a rede de energia elétrica.

Os acumuladores de energia facilitam a transição para um sistema de energias renováveis, promovem a expansão de infraestruturas sustentáveis e contribuem para a redução das emissões de CO₂. Há muitas formas de armazenar física ou quimicamente a energia disponível que só será necessária mais tarde. Quer se trate de acumuladores de bateria, centrais de armazenamento ou condensadores – os acumuladores de energia são cruciais para um futuro sustentável e eletrificado.

O aumento da produção descentralizada de energia a partir de sistemas de energia solar, parques eólicos e outras fontes está a desafiar a infraestrutura das redes de energia elétrica. Para garantir uma distribuição de energia flexível e sustentável, as redes de energia elétrica têm de ser expandidas e digitalizadas de forma económica, uma vez que o controlo preciso dos fluxos de energia evita estrangulamentos e é, por conseguinte, a chave para a All Electric Society. A análise dos dados de consumo e produção garante uma expansão económica da infraestrutura e uma distribuição sustentável da energia.

Quer seja AC ou DC – em geral, qualquer transformação de eletricidade de uma forma de energia para outra resulta em prejuízo. Esta afirmação é particularmente importante na All Electric Society, onde as fronteiras entre produtores e consumidores são cada vez mais ténues.

Para limitar as perdas de transformação, recorremos a redes separadas DC para o acoplamento sectorial. As vantagens são as melhorias visíveis na eficiência, o aumento dos níveis de eficiência e a simplificação da instalação. Isso facilita a integração, p. ex., de fontes de energia renovável, porque os retificadores são largamente eliminados. Outra vantagem das redes separadas DC: a energia de travagem pode ser recuperada mais facilmente quando os motores elétricos se transformam em geradores durante a travagem.

Os dados criam transparência. Podem ser utilizados para obter informações que revelam as interações entre subprocessos interligados. A troca de dados requer comunicação – neste caso, é sobretudo a tecnologia de automação que está a passar por uma mudança estrutural: as tecnologias de comunicação de aplicações públicas generalizadas estão cada vez mais a encontrar o seu caminho para os pavilhões de produção. Um exemplo é a Time-Sensitive Networking (TSN), uma segunda Single Pair Ethernet (SPE), que foi originalmente desenvolvida para ligar aplicações multimédia em veículos.

Na All Electric Society, estas tecnologias melhoram a comunicação entre sectores acoplados, sem necessidade de chips especificamente desenvolvidos. Os efeitos de escala resultantes do uso generalizado irão tornar a comunicação exata ainda mais fácil e económica.

A eletrificação dos transportes é um aspeto fundamental da All Electric Society e requer uma infraestrutura de carregamento abrangente e inteligente. Esta é caracterizada por sistemas inteligentes de gestão de carga, que são um requisito para a utilização eficiente de parques de carregamento.

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

O nivelamento dos picos de carga e a transferência de carga são os termos chave para uma gestão eficaz da carga. Ambos os métodos evitam picos de carga dispendiosos na rede de energia elétrica. Com o nivelamento dos picos de carga, os picos de carga são reduzidos através do uso específico de acumuladores de energia e de uma gestão energética sustentável. Na transferência de carga, o objetivo é transferir os picos de consumo de energia para períodos de baixa procura.

Para tal, é importante obter atempadamente uma ideia dos volumes de procura esperados, p. ex., com a ajuda de uma monitorização abrangente da energia. A gestão de carga promove a eficiência do fornecimento de energia e contribui para a conceção de uma infraestrutura energética moderna para a All Electric Society.

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

Uma forma: a eletrólise de hidrogénio verde a partir de energia eólica ou solar excedente. O hidrogénio não só pode ser transportado e armazenado, como também serve de base para a síntese de combustíveis como o metanol ou o amoníaco. Além disso, o hidrogénio é um elemento importante para a indústria de processos. Nas siderurgias, o hidrogénio tem tudo o que é necessário para substituir o coque produzido a partir de hulha e, assim, descarbonizar efetivamente a produção de aço. E quando utilizado como "combustível" para células de combustível, a oxidação controlada do hidrogénio produz uma grande quantidade de energia elétrica e térmica. Ambos podem ser usados - precisamente quando a energia é necessária.