Nyckeltekniker i All Electric Society

I samband med industriell digitalisering, som även kallas Manufacturing-X, kan den digitala representationen (AAS, Asset Administration Shell) beskrivas som ett digitalt skal av en enhet inom en helhet.

Det centrala i AAS är att tillhandahålla en dataplats på ett standardiserat sätt. Denna standardisering skapar grunden för datautbyte mellan olika tillverkare och för olika komponenter och system. AAS innehåller dock inte bara gränssnitt, utan kan även användas för koldioxidnyckeltal. Eftersom den digitala representationen tillhandahåller alla gränssnitt och egenskaper på ett standardiserat sätt öppnas nya vägar att länka, särskilt i sektorkoppling och i synnerhet avseende end-to-end-värdekedjor eller nätverkssystem.

Hackare har sedan länge slutat att enbart fokusera på IT-världen. Operativ teknik – förkortat OT – har också hamnat i skottgluggen. Men eftersom nätverksbaserade och intelligenta system är nödvändiga för ett All Electric Society, blir denna utveckling också alltmer relevant.

Industrial Security har till uppgift att skydda dessa lösningar på ett holistiskt sätt. Det bästa är om automationslösningarna redan är skyddade mot cyberattacker när de levereras. Hit hör t.ex. styrsystem för produktfamiljen PLCnext Control från Phoenix Contact, som är certifierade enligt TÜV:s säkerhetskrav. Allt som är testat och klart har den stora fördelen att det går enklare och snabbare att säkra ett övergripande system – hit hör även ett nära samarbete med kunder på applikationsnivå.

Matningsmanagement är en nyckelteknik för framtidens elnät och tillhörande sektorkoppling, eftersom den hjälper till att balansera volatila elförbrukningsvolymer. Den möjliggör en säker integrering av decentraliserade energiproduktionsanläggningar som solcellsanläggningar, kraftvärmeverk eller vindkraftsparker i elnätet.

Målet är att mata in den producerade elen i nätet på ett sådant sätt att nätet inte överbelastas eller blir instabilt. Nätoperatörerna tillhandahåller tydliga specifikationer för användningen av nätets frekvens och spänning samt aktiv och reaktiv effekt. Matningsreglaget från Phoenix Contact hjälper till att klara de utmaningar som reglerad matning innebär. Genom att exakt styra inmatningseffekten möjliggörs inte bara en effektiv integrering av förnybara energikällor, utan även en framgångsrik koppling mellan sektorerna.

Vindkraft och solenergi är helt beroende av vädret. Därför krävs det energilagringsmoduler för att ge kontinuerlig energiförsörjning som är oberoende av naturliga fluktuationer. De optimerar energihanteringen genom att lagra överskottsenergi vid låg efterfrågan och ge ifrån sig den när behovet är större. Detta minskar behovet av konventionella kraftverk för effekttopparna, vilket bidrar till att stabilisera elnätet.

Energilagringsmoduler underlättar övergången till ett förnybart energisystem, främjar utbyggnaden av hållbara infrastrukturer och bidrar till att minska koldioxidutsläppen. Det finns många sätt att fysiskt eller kemiskt lagra tillgänglig energi som inte behövs förrän vid ett senare tillfälle. Oavsett om det handlar om batterilager, lagringskraftverk eller kondensatorer – energilagringsmoduler är avgörande för en hållbar och elektrifierad framtid.

Ökningen av decentraliserad energiproduktion från solcellsanläggningar, vindkraftsparker och andra källor utmanar elnätens infrastruktur. För att säkerställa en flexibel och hållbar energidistribution måste elnäten byggas ut ekonomiskt och digitaliseras, eftersom den exakta styrningen av energiflöden förhindrar elbrist och därför är nyckeln till All Electric Society. Analys av förbruknings- och produktionsdata säkerställer kostnadseffektiv utbyggnad av infrastruktur och hållbar energidistribution.

Oavsett om det är AC eller DC – i princip är all omvandling av elektricitet från en energiform till en annan en förlustaffär. Detta uttalande är särskilt viktigt i ett All Electric Society, där gränserna mellan producenter och konsumenter blir allt mer flytande.

För att begränsa omvandlingsförlusterna satsar vi på likströmsnät vid sektorkoppling. Fördelarna med detta är märkbart förbättrad effektivitet, ökande verkningsgrader och enklare installation. Det gör det till exempel lättare att integrera förnybara energikällor, eftersom likriktare i de flesta fall inte behövs längre. En annan fördel med likströmsnät: Bromsenergi kan återvinnas lättare när elmotorer fungerar som generatorer vid inbromsning.

Rätt data skapar mer transparens. De kan användas för att få fram information som visar samspelet mellan sammanlänkade delprocesser. För att skicka och ta emot data krävs kommunikation – och just automationstekniken genomgår en strukturell förändring: Kommunikationsteknik från breda offentliga tillämpningar används allt oftare i produktionshallar. Ett exempel på detta är Time-Sensitive Networking (TSN), ett annat är Single-Pair-Ethernet (SPE), som ursprungligen utvecklades för att ansluta multimediaapplikationer i bilar.

I All Electric Society ger dessa tekniker förbättrad kommunikation mellan kopplade sektorer, utan behov av specialutvecklade chips. Skalfördelarna från de allmänna tillämpningarna kommer att leda till enklare och billigare skräddarsydd kommunikation i framtiden.

Elektrifieringen av transporter är en viktig aspekt av All Electric Society och detta kräver en omfattande och smart laddinfrastruktur. Den kännetecknas av intelligenta lasthanteringssystem, som är en förutsättning för att laddparker ska kunna utnyttjas effektivt.

Dessa system möjliggör inte bara snabbladdning med High Power Charging (HPC), utan även dubbelriktad laddning i linje med konceptet vehicle-to-grid. Detta beror på att elfordon inte bara kan ta upp och lagra energi, utan också mata in den i nätet när det behövs. Den intelligenta laddstyrningen CHARX control från Phoenix Contact är ett utmärkt exempel på prioriterad matning av energi i elnätet och bidrar därmed till att stabilisera elnätet och integrera förnybara energikällor.

Kapning av effekttoppar (peak shaving) och lastförskjutning är nyckelbegrepp för effektiv lasthantering. Båda metoderna förhindrar dyra effekttoppar i elnätet. Vid kapning av effekttoppar minskas dessa genom riktad användning av energilagring och hållbar energihantering. Med lastförskjutning (load shifting) är målet att flytta energiförbrukningstopparna till tider med låg efterfrågan.

För att uppnå detta är det viktigt att få en bild av det förväntade behovet i ett tidigt skede, t.ex. med hjälp av omfattande energiövervakning. Lasthantering bidrar till effektivare energiförsörjning och utformningen av en modern energiinfrastruktur för All Electric Society.

En central utmaning för All Electric Society är att göra förnybar el transportabel och hållbar mellan sektorerna – och därmed tidsmässigt flexibel.

Ett sätt: elektrolys av grön vätgas från överskott av vind- eller solkraft. Vätgas kan inte bara transporteras och lagras, utan fungerar också som bas för framställning av bränslen som metanol och ammoniak. Vätgas spelar även en viktig roll för processindustrin. I stålverk har vätgas det som krävs för att ersätta koks från stenkol och därmed effektivt minska koldioxidutsläppen från stålproduktionen. Och när den används som "bränsle" i bränsleceller producerar den kontrollerade oxideringen av vätgasen en stor mängd elektrisk och termisk energi. Båda kan utnyttjas just då när energin behövs.