Kilde: generatorsource.com
Konseptet med mikronett har eksistert i mange år. Først nylig har de fått betydelig gjennomslag og presse ettersom mange nye prosjekter blir en realitet og settes i produksjon. Bloom Energy rapporterte nylig at 500 nye mikronett er i ferd med å bli distribuert fra og med i år (2019), og verdensomspennende totaler er i rekkevidden med flere GW.
I kjernen er et mikronett et miniatyrkraftnettsystem som er satt opp for å administrere distribuerte energiressurser og kan inkludere fornybare energikilder (sol, vind og/eller vannkraft) med andre ikke-fornybare kilder (som dieselgeneratorer, gassturbiner, etc.). Disse mikronettene håndterer vanligvis energibelastningen til flere generasjonssystemer og bruker også en eller annen type energilagringssystem. De jobber med og styrer alt dette med ulike typer programvare og kontrollsystemer. De kan settes opp til å fungere parallelt med et strømnett og også til å kjøre i frittstående modus under nødsituasjoner eller basert på spesifikke behov.
Microgrid Fundamentals - Hva er et Microgrid
US Department of Energy (DOE) definerer et mikronett som "En gruppe sammenkoblede laster og distribuerte energiressurser innenfor klart definerte elektriske grenser som fungerer som en enkelt kontrollerbar enhet med hensyn til nettet. Et mikronett kan kobles til og fra nettet til gjør det mulig å operere i både rutenett- og øymodus".
I tillegg fastholder DOE "Microgrids har blitt identifisert som en nøkkelkomponent i Smart Grid for forbedring for å forbedre strømpålitelighet og kvalitet, økende
systemets energieffektivitet, og gir mulighet for nett-uavhengighet til individuelle sluttbrukersteder". Fordelene ved å bruke mikronettteknologi kan være:
- Integrerer med grid og flere smart grid-teknologier
- Integrasjon av distribuert og fornybar energi, reduserer toppbelastning
- Sikrer at energi tilføres komplekser med kritiske strømbehov
Andre organisasjoner definerer mikronett på samme måte, inkludert konseptet med flere belastninger og øygenerering. Øyproduksjon er kraft levert av vind, sol, vannkraft eller diesel/NG.
Illustrasjonen i den første grafikken er et mikronett som bruker strøm som primærkilde. Vind- og solparken driver en batteribank for nødbruk når strømmen går tapt. Begge er normalt koblet til nettet for å redusere driftskostnadene for anlegget. Når forsyningsstrømmen går tapt, byttes komplekset til batteristrøm fra vind- og solinstallasjonen. Generatorene starter og overtar belastningen fra batteriene. Bygningene på belastningssiden av kretsen ser ingen effektsvingninger på grunn av utformingen av distribusjonsnettet. Når strømforsyningen returneres, returneres lasten til strømforsyningen og reservegeneratorer slås av. Vind- og solpark går tilbake til normal drift.
Mange faktorer spiller inn i design og konstruksjon av et mikronett. Fremskritt innen kraftgenererings- og distribusjonsteknologier tillater systemer som reduserer strømforbruket, bruker grønne genereringsmetoder og oppfyller kritiske strømforsyningskrav. Grunnleggende informasjon for hver av strømkildene og kontrollsystemene er skissert nedenfor. Konstruksjonen av dette mikronettet er fiktivt, men konseptmodellert fra DOE-prosjekter.
Strøm og belastninger
De vanligste mikronettene bruker forsyningskraft levert fra det lokale kraftselskapet som primærforsyning. Mikronett lokalisert på avsidesliggende steder kan bruke vannkraftproduksjon som primærkraft eller bruke fossilt brenselproduksjonsanlegg som primærkraft.
Kraftverk genererer høyspent elektrisitet. Noen bruker step-up transformatorer for å øke spenningen for overføring til transformatorstasjoner. Nettstasjoner mottar spenning fra kraftverkene med høyspentledninger. Spenninger justeres etter behov og distribueres til kunder.
Sykehus, statlige kriminalomsorger og datasentre er noen av bransjene som krever en avbruddsfri strømkilde (UPS). Mange har flere bygninger som krever konstant strøm. Noen av bygningene kan ha områder som krever en isolert strømkilde på grunn av spennings-, strømstyrke- og/eller frekvenskrav.
Disse installasjonene bruker en enorm mengde strøm for å utføre normal daglig drift. De mottar strøm fra høyspentlinjer på en understasjon dedikert til komplekset. Spenningen justeres til ønsket nivå ved hjelp av step-up eller step-down transformatorer. All kraft føres gjennom koblings- og kontrollpaneler for fordeling i bygningene.
Hver bygning representerer en elektrisk belastning. Det er mulig å ha mer enn én dedikert last til en bygning. Et eksempel på et sekundært lastpunkt i en bygning er en frekvensomformer. En positiv spenningstopp og en negativ spenningstopp tilsvarer én syklus (Hz). Vanlig forsyning er 50 Hz eller 60 Hz. Noe utstyr krever en 400 Hz strømforsyning for å fungere. Frekvensomformere endrer 50 Hz eller 60 Hz til 400 Hz. Det er mange andre eksempler på sekundære lastpunkter i en bygning. I mikronettdesignet styres alle fra ett enkelt punkt.
Backup & Peak Demand Generator Power
Reservegeneratorer leverer strøm til nettet når forsyningsstrømmen svikter. Generatoren består av en motor og dynamo (generatorenden). Naturgass (NG) og dieseldrevne motorer er industristandarden. NG-drevne motorer kan fungere på ubestemt tid så lenge gassforsyningen ikke blir avbrutt. Reservestrøm er ikke tilgjengelig når forsyningen er sikret.
Generatorer med dieselmotorer kan fungere når all infrastruktur svikter, inkludert naturgassforsyning. Hoveddrivstofftilførselstanker må overvåkes og etterfylles når de er lave. Automatiserte systemer kan varsle operatøren når tanknivået er på et forhåndsbestemt punkt for å eliminere nedstengning på grunn av mangel på drivstoff.
Innendørs generatorapplikasjoner
Motor, kjølesystemer og generatorender er alle montert på en glidesko laget av stålbjelker. Skensen monteres på bygningsgulvet. Gummifester brukes på viktige steder for å redusere vibrasjoner under drift.
Denne stilgeneratoren har ikke drivstofftanker og krever ekstern drivstofftilførsel. Store primære drivstofftank(er) kan forsyne dagtanker. De må ha bygningsavtrekk og tilførsel av kjøleluft eller et ettermarkedskjølesystem som en varmeveksler (HEX) installert.
Utendørs generatorapplikasjoner
Generatorer som brukes utendørs er montert i en værbestandig eller værbestandig innkapsling. Mange kabinetter er lyddempet for å redusere driftsstøy. Generatoren er glidemontert på en dobbelvegg drivstofftank. Disse generatorene har ikke eksterne drivstoff-, eksos- eller kjølesystemkrav. Koble utgangsstrømkabler til generatoren, og den er klar til å ta på seg belastningen.
Begge typer generatorer er tilgjengelige med avanserte elektroniske kontroller og kan drives parallelt. En delt backup generatorbuss kan arrangeres for å levere store mengder forskjellige spenninger. For å se vårt lager av nye og brukte generatorer, gå til Generator Source. Vi tilbyr generatortjenester som vedlikehold, feilsøking og reparasjon, installasjon.
Grønn kraftproduksjon
Environmental Protection Agency (EPA) definerer grønn kraft som elektrisitet produsert fra solenergi, vind, geotermisk, biogass, biomasse og vannkraftsystemer. Vår modell inkluderte vind- og solenergi. Mulige bruksområder utforskes nedenfor.
Solenergi
Solcellepaneler består av fotovoltaiske celler. Disse cellene konverterer sollys til likestrøm (DC). Den skapte elektrisiteten lagres i batteribanker. Når batteribankene er fulladet, kan strømmen rutes tilbake ved hjelp av en inverter og selges.
Omformeren er hjertet i UPS-systemet. Når strømmen går, leverer batterier strøm til kretser som har kritiske strømkrav. Omformeren endrer DC til vekselstrøm (AC) for å forsyne kretser mens reservegeneratorer forbereder seg på å akseptere belastningen.
Vindkraft
Vind brukes til å spinne turbiner. Turbinene produserer vekselstrøm mye på måten dieseldrevne og dampdrevne generatorer fungerer på. Vindturbiner kan også kobles til strømnettet UPS-batteristøttenettet.
Turbiner som er koblet til det elektriske nettet skal samsvare med fase og frekvens. For å matche fasen og frekvensen til nettet, rutes turbinkraft gjennom en AC til AC-omformer. AC blir konvertert til DC og deretter likerettet tilbake til AC med en inverter og rutet til nettet. AC-strømmen fra vindturbinen kan også føres gjennom en omformer for å hjelpe til med batteribanklading.
Sol- og vindkraft er gode metoder for å kompensere for bygningens strømforbrukskostnader, men de har ikke utviklet seg nok til å akseptere reservekraftoppgaver. Begge er avhengig av lokale værforhold og tilgjengelige batteribanker. På en overskyet dag uten vind kan batteribanker raskt tømmes uten ladeinnsats.
Backup batteribanker
Grønne kraftløsninger benytter ofte bruk av reservebatteribanker. Disse bankene gir kun UPS momentan strøm. De er designet for å gi strøm når forsyningsstrømmen svikter ved anlegget, mens generatorene starter opp for å ta belastningen.
Reservebatterisystemer kan konstrueres med tre forskjellige typer batteribanker som er oppført nedenfor:
Blysyreceller - Batterier med blysyreceller er den billigste løsningen. Disse kan være et godt off-grid-svar for mindre applikasjoner
Lithium Ion - Lettere og mer kompakt og varer lenger enn blybatterier. Imidlertid er de dyrere
Saltvann - Denne nykommeren er avhengig av elecytrolytter i saltvann. Batterier er for det meste uprøvde, men resirkuleres lett
Vinddrevne batteribanker lades opp av en omformer som endrer AC til DC. Solcelledrevne batterier trenger ikke en omformer fordi solcellepaneler genererer likestrøm.
Når nettstrømmen går tapt, er det nær et millisekund tap av tid for positiv generatorrespons.
Fasiliteter og komplekser som sykehus, datasentre og kommuner har nulltoleranse for tap av strøm. De er avhengige av batteribanker for å levere strøm i mellomtiden av et strømtap. Dette er en flott kortsiktig løsning, men batteribanker har sine begrensninger.
Batterier med evne til å akseptere elektrisk belastning er dyre for et første kjøp. Bly-syre batterier har elektrolytt er væsken i battericeller. Elektrolyttnivået og egenvekten må kontrolleres ofte. Selv med nøye vedlikehold kan levetiden til disse batteriene bare være 5 til 15 år.
Kostnader for fornybar energi og energilagringssystemer
Fornybare energiressurser som vindparker, solparker og vannkraftproduksjon har en stor innkjøpsprislapp. Det kreves erfarne teknikere og konstruksjonsmannskaper for å installere det kjøpte utstyret. Etter installasjon, testing og igangkjøring må utstyret vedlikeholdes. Ofte er det nødvendig med en vedlikeholdsstyrke på heltid for å holde utstyret i henhold til spesifikasjonene.
Energilagring går raskt fremover og vil være en nøkkelaktør i fremtiden for mikronett. Det kan være et svært komplekst emne og krever ingeniører og planlegging, og kostnadene er over hele kartet avhengig av dine behov. Microgrid Knowledge har en utmerket fersk artikkel om noen av de siste utviklingene innen energilagring fra konferansen i 2019 å dykke ned i her. De beskriver veien til GW for energilagringsmål og siste nytt fra selskaper og FERC-policyer som nå presses gjennom.
Kontrollstasjon
Kontrollstasjonen gir operatøren både kontroll- og overvåkingsmuligheter. Hvert system kan deles inn i et delsystem som har individuelle utstyrsdeler.
Distribusjons- og kontrollpaneler - Motta inngangsspenninger fra alle kilder og distribuere strøm til nødvendige kretser.
Backup Generatorer - Kontrollstasjonsprogramvare overvåker og har muligheten til å endre konfigurasjonen av generatorens kjørende for å levere strøm til kritiske kretser.
Grønn strøm - UPS batteribanker overvåkes. Solenergiinngang til batteribanker og nett overvåkes. Vindturbinstatistikk overvåket. Muligheten til å bytte til en overflødig vindturbin eller batteribank.
I utgangspunktet gir kontrollstasjonen en programvareløsning for å vedlikeholde, overvåke og kontrollere all maskinvaren knyttet til en mikronettkonfigurasjon. Det kan være flere stykker programvare som støtter driften av rutenettet.
Redundans er et sentralt prinsipp i utformingen av disse systemene. Redundans er å ha en klar stand ved et utstyr i tilfelle primærutstyrssvikt. Generatorer, vindturbiner og batteribanker er alle eksempler på systemer som kan ha redundant hoved- og støtteutstyr.
Noe overflødig utstyr påtar seg automatisk pliktene til det tildelte hovedutstyret og varsler operatøren om et problem. Kontrollstasjonsoperatøren varsler deretter vedlikeholdet om problemet slik at det kan rettes. Redundant utstyr oppfyller de samme kravene som hovedutstyret. Ofte byttes hoved- og redundant utstyr av operatøren for planlagt testing.
Mikronettet er et konsept. Det kan være så stort eller så lite design som trengs for installasjon. Dette er et gammelt konsept som er kommet for å bli. Ettersom kraftproduksjonsteknologien øker, vil også bruken av mikronett øke.