Ключові технології All Electric Society

У контексті промислового оцифрування, також відомого як Manufacturing-X, оболонку управління активами (Asset Administration Shell) можна описати як цифрового двійника учасника в загальній структурі.

Основна суть AAS полягає в тому, щоб забезпечити простір даних у стандартизований спосіб. Ця стандартизація створює основу для обміну даними з різними компонентами або системами незалежно від їхніх виробників. Однак AAS не лише містить інтерфейси, але й може бути використана для отримання ключових показників викидів CO₂. Оскільки цифровий двійник надає всі інтерфейси та властивості у стандартизованому вигляді, відкриваються нові шляхи зв’язку, зокрема, в поєднанні секторів — особливо щодо наскрізних ланцюжків створення вартості або мережевих систем.

Хакери вже давно перестали зосереджуватися виключно на сфері інформаційних технологій. Операційні технології — скорочено ОТ — також опинилися під прицілом. Однак, оскільки для All Electric Society необхідні мережеві та інтелектуальні системи, ця розробка також стає дедалі більш актуальною.

Завданням промислової безпеки є комплексний захист цих рішень. В ідеалі, рішення для автоматизації вже «з коробки» захищені від кібератак. До них належать, наприклад, контролери серії PLCnext Control від Phoenix Contact, які сертифіковані відповідно до вимог безпеки TÜV. Зрештою, все, що вже було протестовано, полегшує і прискорює процес захисту всієї системи — це також включає тісну співпрацю з клієнтами на рівні застосування.

Керування подачею живлення є ключовою технологією для сталого розвитку електромереж і пов’язаного з ним поєднання секторів, оскільки воно допомагає збалансувати нестабільні обсяги споживання електроенергії. Воно дає змогу безпечно інтегрувати в електромережу децентралізовані генератори енергії, такі як фотоелектричні установки, блочні теплоелектростанції або вітропарки.

Мета полягає в тому, щоб подавати вироблену електроенергію в мережу так, щоб це не спричиняло перевантаження чи нестабільності мережі. Оператори мережі надають чіткі специфікації щодо використання частоти й напруги мережі, а також активної та реактивної потужності. Регулятор подачі живлення від Phoenix Contact допомагає подолати труднощі, пов'язані з регульованою подачею живлення до мережі. Завдяки точному контролеру потужності на вході він не лише забезпечує ефективну інтеграцію відновлюваних джерел енергії, але й успішну взаємодію між секторами.

Вітрова та сонячна енергетика залежать від погоди. Тому для безперервного енергопостачання, яке не залежало б від природних коливань, потрібні пристрої накопичення енергії. Вони оптимізують управління енергоспоживанням, зберігаючи надлишкову енергію в періоди низького попиту і віддаючи її в пікові моменти. Це зменшує потребу в традиційних пікових електростанціях, що допомагає стабілізувати електромережу.

Пристрої накопичення енергії полегшують перехід до системи відновлюваної енергетики, сприяють розширенню інфраструктури, що відповідає вимогам сталого розвитку, і сприяють скороченню викидів CO₂. Існує багато способів фізичного або хімічного зберігання доступної енергії, яка знадобиться лише пізніше. Пристрої накопичення енергії — чи то акумулятори, чи накопичувальні електростанції чи конденсатори — мають вирішальне значення для сталого та електрифікованого майбутнього.

Зростання децентралізованого виробництва електроенергії за допомогою фотоелектричних установок, вітропарків та інших джерел створює серйозні виклики для інфраструктури електромереж. Щоб забезпечити гнучкий і сталий розподіл енергії, електромережі мають бути економічно ефективними й оцифрованими, оскільки точний контроль енергетичних потоків дає змогу уникнути вузьких місць, а тому є ключем до All Electric Society. Аналіз даних щодо споживання та генерації забезпечує економічно ефективне розширення інфраструктури та сталий розподіл енергії.

Загалом, будь-яке перетворення електроенергії — чи то змінного, чи постійного струму — з однієї форми енергії в іншу вважається збитковою справою. Це твердження особливо важливе в умовах All Electric Society, де межі між виробниками та споживачами стають дедалі розмитішими.

Щоб обмежити втрати на перетворення, під час поєднання секторів ми покладаємося на мережі постійного струму. Перевагами цього є помітне покращення ефективності, підвищення рівня економічності та спрощення монтажу. Це полегшує інтеграцію відновлюваних джерел енергії, наприклад, тому що випрямлювачі значною мірою усуваються. Ще одна перевага мереж постійного струму: відновлення енергії гальмування стає простішим, адже при цьому електродвигуни під час гальмування стають генераторами.

Дані забезпечують прозорість. Завдяки їм можна отримувати інформацію, яка розкриває взаємодію всередині взаємопов’язаних підпроцесів. Для обміну даними потрібен зв’язок — і технології автоматизації, зокрема, зазнають структурних змін: комунікаційні технології з широких громадських застосувань дедалі частіше проникають у виробничі цехи. Одним із прикладів цього є Time-Sensitive Networking (TSN), другий — Single Pair Ethernet (SPE), який спочатку був розроблений для підключення мультимедійних систем у транспортних засобах.

В All Electric Society ці технології покращують зв'язок між пов'язаними секторами, не потребуючи спеціально розроблених мікросхем. Економія на масштабах завдяки масовому впровадженню зробить персоналізовану комунікацію в майбутньому ще простішою і дешевшою.

Ключовим аспектом All Electric Society є електрифікація транспорту, а для цього потрібна наявність комплексної та розумної інфраструктури зарядки. Вона характеризується інтелектуальними системами управління навантаженням, які є необхідною умовою для ефективного використання зарядних парків.

Ці системи забезпечують не тільки швидке заряджання за допомогою систем High Power Charging (HPC), а й двоспрямоване заряджання відповідно до концепції Vehicle-to-Grid (від автомобіля до мережі). Бо електромобілі можуть не тільки накопичувати та зберігати енергію, але й віддавати її в мережу, коли це необхідно. Інтелектуальний контролер заряджання від Phoenix Contact CHARX control — це яскравий приклад подачі живлення за пріоритетом, який таким чином сприяє стабілізації електромережі та інтеграції джерел відновлюваної енергії.

Обмеження пікового навантаження і перерозподіл навантаження — ключові терміни для ефективного управління навантаженням. Обидва методи дозволяють уникнути дорогих пікових навантажень в електромережі. Обмеження пікового навантаження дає змогу зменшити піки навантаження завдяки цілеспрямованому використанню пристроїв накопичення енергії та управлінню енергоспоживанням відповідно до вимог сталого розвитку. Метою зміщення навантаження є перенесення піків енергоспоживання на час низького попиту.

Для цього важливо отримати картину очікуваних обсягів попиту на ранній стадії, наприклад, за допомогою комплексного енергетичного моніторингу. Управління навантаженням підвищує ефективність енергопостачання та сприяє створенню сучасної енергетичної інфраструктури для All Electric Society.

Основний виклик All Electric Society — зробити відновлювану електроенергію транспортабельною та сталою у всіх секторах — і, таким чином, незалежною від часу.

Один зі способів: електроліз зеленого водню з надлишків вітрової або сонячної енергії. Водень можна не лише транспортувати та зберігати, але й використовувати як основу для синтезу таких видів палива, як метанол або аміак. Водень також є важливим елементом для переробної промисловості. На металургійних заводах водень може замінити кокс, вироблений із кам’яного вугілля, і таким чином ефективно знизити викиди вуглецю під час виробництва сталі. А в разі його використання як «пального» для паливних елементів під час контрольованого окислення водню виробляється велика кількість електричної та теплової енергії. Обидва види можна використовувати — саме тоді, коли потрібна енергія.