Ключевые технологии All Electric Society

В контексте промышленной цифровизации, называемой также как Manufacturing-X, административную оболочку (Asset Administration Shell) можно описать как цифрового двойника устройства в рамках целой системы.

Суть AAS заключается в предоставлении пространства данных в стандартизированном виде. Такая стандартизация создает основу для обмена данными с различными компонентами или системами разных производителей. Однако AAS не только содержит интерфейсы, но и может быть использована для показателей CO₂. Поскольку цифровой двойник предоставляет все интерфейсы и свойства в стандартизированном виде, открываются новые способы соединения, например, при объединении секторов - в частности, в отношении общих цепочек создания стоимости или сетевых систем.

Хакеры уже давно перестали ориентироваться только на мир информационных технологий. Операционная технология (ОТ) также оказалась под их прицелом. И поскольку сетевые и интеллектуальные системы необходимы для All Electric Society, то и это развитие становится все более актуальным.

Задача промышленной безопасности заключается в том, чтобы обеспечить целостную защиту этих решений. В идеале решения для автоматизации уже «из коробки» должны обеспечивать защиту от кибератак. К таким решениям относятся, например, контроллеры серии PLCnext Control Phoenix Contact, которые сертифицированы в соответствии с требованиями TÜV по безопасности. В конце концов, все, что уже протестировано, упрощает и ускоряет защиту всей системы - это также включает в себя тесное сотрудничество с клиентами на уровне приложений.

Менеджмент электропитания является ключевой технологией для перспективных электросетей и связанного с ними объединения секторов, поскольку он помогает сбалансировать нестабильные объемы потребления электроэнергии. Он позволяет безопасно интегрировать децентрализованные системы генерирования электроэнергии, такие как фотогальванические установки, блочные ТЭС или ветропарки, в электросеть.

Цель - подавать вырабатываемую электроэнергию в сеть таким образом, чтобы сеть не подвергалась перегрузке и не была нестабильной. Операторы сетей предоставляют четкие спецификации по использованию частоты и напряжения сети, а также эффективной и реактивной мощности. Регулятор питания Phoenix Contact помогает преодолеть трудности, связанные с регулируемой подачей питания. Точное регулирование мощности питания позволяет не только эффективно интегрировать возобновляемые источники энергии, но и успешно объединить сектора.

Энергия ветра и солнечная энергия зависят от погоды. Поэтому для обеспечения непрерывного энергоснабжения, которое не зависело бы от погодных колебаний, необходимы энергоаккумуляторы. Они оптимизируют управление энергопотреблением за счет накопления излишков энергии в периоды низкого спроса на нее и отдачи ее в пиковое время. Это снижает потребность в традиционных пиковых электростанциях, что помогает стабилизировать электросеть.

Энергоаккумуляторы упрощают переход на возобновляемые источники энергии, стимулируют устойчивое развитие инфраструктуры и способствуют сокращению выбросов CO₂. Существует множество физических или химических способов сохранения энергии, чтобы использовать ее позже. Энергоаккумуляторы являются главным компонентом аккумуляторных накопителей, аккумулирующих электростанций и конденсаторов, который гарантирует устойчивое и электрифицированное будущее.

Рост децентрализованного способа выработки электроэнергии за счет использования солнечных установок, ветропарков и других источников требует оптимизации инфраструктуры электросетей. Чтобы обеспечить гибкое и устойчивое распределение электропитания, нужно расширить и оцифровать электросети экономичным способом, поскольку точное управление потоками электроэнергии позволяет избежать «узких мест» и, следовательно, является ключом к All Electric Society. Анализ данных о потреблении и выработке электроэнергии позволяет добиться экономически эффективного расширения инфраструктуры и сбалансированного распределения электропитания.

Будь то переменный или постоянный ток - всегда действует такое правило, что любое преобразование электричества из одной формы энергии в другую происходит с потерями. Это утверждение особенно важно в All Electric Society, где границы между производителями и потребителями становятся все более размытыми.

Чтобы ограничить потери при преобразовании, мы используем сети постоянного тока при объединении секторов. Преимуществами этого являются заметное улучшение эффективности, повышение уровня КПД и упрощение монтажа. Это облегчает интеграцию возобновляемых источников энергии, например, благодаря практически полному отказу от использования выпрямителей. Еще одно преимущество сетей постоянного тока: проще рекуперировать энергию торможения, если в процессе торможения электродвигатели становятся генераторами.

Данные создают прозрачность. Они могут использоваться для получения информации, раскрывающей взаимодействие внутри взаимосвязанных подпроцессов. Для обмена данными нужен канал связи – и, в первую очередь, технические средства автоматизации претерпевают структурные изменения: коммуникационные технологии, широко используемые в публичном пространстве, все чаще находят свое применение в производственных цехах. Одним из примеров является стандарт Time-Sensitive Networking (TSN), вторым примером выступает однопарный Ethernet (SPE), который изначально был разработан для подключения мультимедийных приложений в автомобилях.

В All Electric Society эти технологии улучшают связь между объединенными секторами без использования специально разработанных чипов. Экономия на масштабе за счет массового внедрения позволит в будущем создавать точные каналы связи еще проще и дешевле.

Электрификация транспорта - ключевой аспект All Electric Society, для которого необходима комплексная и интеллектуальная зарядная инфраструктура. Инфраструктура отличается наличием умных систем управления нагрузкой, которые являются необходимым условием для эффективного использования зарядных парков.

Эти системы обеспечивают не только быструю зарядку благодаря технологии High Power Charging (HPC), но и двунаправленную зарядку в соответствии с концепцией Vehicle to Grid. Это связано с тем, что электромобили могут не только поглощать и накапливать энергию, но и подавать ее в сеть, когда это необходимо. Интеллектуальный контроллер зарядки Phoenix Contact CHARX control - яркий пример приоритетной подачи энергии в сеть, что помогает стабилизировать энергосистему и интегрировать возобновляемые источники энергии.

Купирование пиковой нагрузки и перенос нагрузки - ключевые понятия в контексте эффективного управления нагрузкой. Оба метода позволяют избежать дорогостоящих пиковых нагрузок в электросети. При купировании пиковые нагрузки снижаются за счет целенаправленного использования энергоаккумуляторов и сбалансированного управления энергопотреблением. При переносе нагрузки пики потребления электроэнергии смещаются на время низкого спроса.

Для этого важно своевременно получить представление об ожидаемых объемах спроса, например, с помощью комплексной системы мониторинга энергопотребления. Управление нагрузкой повышает эффективность энергоснабжения и способствует созданию современной энергетической инфраструктуры для All Electric Society.

Главная задача All Electric Society - сделать возобновляемую электроэнергию доступной и годной во всех секторах, и значит, не зависящей от временного фактора.

Один из способов: электролиз зеленого водорода из избыточной энергии ветра или солнца. Водород можно не только транспортировать и хранить, но и использовать в качестве основы для синтеза таких видов топлива, как метанол или аммиак. Водород также является важным элементом для перерабатывающей промышленности. На сталелитейных заводах водород способен заменить кокс, получаемый из каменного угля, и тем самым эффективно декарбонизировать производство стали. А если использовать водород в качестве топлива для топливных элементов, то в результате контролируемого окисления водорода выделяется большое количество электрической и тепловой энергии. И то, и другое можно использовать в том случае, когда энергия необходима.