Källa: generatorsource.com
Konceptet med mikronät har funnits i många år. Först nyligen har de fått betydande dragning och press eftersom många nya projekt blir verklighet och sätts i produktion. Bloom Energy rapporterade nyligen att 500 nya mikronät är under bearbetning eller kommer att tas i bruk från och med i år (2019) och totalsummor över hela världen är i intervallet med flera GW.
I kärnan är ett mikronät ett elnät i miniatyr som är inrättat för att hantera distribuerade energiresurser och kan inkludera förnybara energikällor (sol, vind och/eller vattenkraft) med andra icke-förnybara källor (som dieselgeneratorer, gasturbiner, etc.). Dessa mikronät hanterar vanligtvis energibelastningen från flera generationssystem och använder också någon typ av energilagringssystem. De arbetar med och hanterar allt detta med olika typer av mjukvara och styrsystem. De kan ställas in för att fungera parallellt med ett elnät och även för att köras i fristående läge under nödsituationer eller baserat på specifika behov.
Microgrid Fundamentals - Vad är ett Microgrid
US Department of Energy (DOE) definierar ett mikronät som "En grupp av sammankopplade laster och distribuerade energiresurser inom tydligt definierade elektriska gränser som fungerar som en enda kontrollerbar enhet med avseende på nätet. Ett mikronät kan ansluta och koppla från nätet för att gör det möjligt för den att fungera i både nät- och öläge".
Dessutom hävdar DOE "Microgrids har identifierats som en nyckelkomponent i Smart Grid för att förbättra för att förbättra strömtillförlitlighet och kvalitet, vilket ökar
systemets energieffektivitet och ger möjligheten till nätoberoende till enskilda slutanvändarplatser". Fördelarna med att använda mikronätsteknik kan vara:
- Integreras med nät och flera smarta nätteknologier
- Integrering av distribuerad och förnybar energi, vilket minskar toppbelastningen
- Säkerställer att energi tillförs komplex med kritiska strömbehov
Andra organisationer definierar mikronät på liknande sätt, inklusive konceptet med flera belastningar och ö-generering. Öproduktion är kraft som levereras av vindkraft, solenergi, vattenkraft eller diesel/NG-generering.
Illustrationen i den första bilden är ett mikronät som använder elkraft som primär källa. Vind- och solkraftsparken driver en batteribank för akut användning när strömförsörjningen går förlorad. Båda är normalt anslutna till nätet för att sänka anläggningens driftskostnader. När strömförsörjningen försvinner, växlas komplexet till batterikraft från vind- och solenergianläggningen. Generatorerna startar och övertar belastningen från batterierna. Byggnaderna på kretsens belastningssida ser inga effektfluktuationer på grund av distributionsnätets utformning. När strömmen återförs, återförs belastningen till nätaggregatet och reservgeneratorerna stängs av. Vind- och solkraftsparken återgår till normal drift.
Många faktorer spelar in i design och konstruktion av ett mikronät. Framsteg inom kraftgenererings- och distributionsteknologier möjliggör system som minskar energiförbrukningen, använder gröna genereringsmetoder och uppfyller kritiska kraftförsörjningskrav. Grundläggande information för var och en av strömkällorna och kontrollsystemen beskrivs nedan. Konstruktionen av detta mikronät är fiktivt men modellerat i koncept från DOE-projekt.
Elkraft & laster
De vanligaste mikronäten använder nätström från det lokala elbolaget som primär källa. Mikronät som är belägna på avlägsna platser kan använda vattenkraft som primär kraft eller använda fossila bränslen som primärkraft.
Kraftverk genererar högspänd el. Vissa använder step-up transformatorer för att öka spänningen för överföring till transformatorstationer. Transformatorstationer får spänning från kraftverken via högspänningsledningar. Spänningar anpassas efter behov och distribueras till kunderna.
Sjukhus, statliga kriminalvårdsanläggningar och datacenter är några av de industrier som kräver en avbrottsfri strömkälla (UPS). Många har flera byggnader som kräver konstant ström. Vissa av byggnaderna kan ha områden som kräver en isolerad strömkälla på grund av krav på spänning, strömstyrka och/eller frekvens.
Dessa installationer förbrukar en enorm mängd ström för att utföra normal daglig verksamhet. De får ström från högspänningsledningar vid en understation dedikerad till komplexet. Spänningen justeras till önskade nivåer med hjälp av step-up eller step-down transformatorer. All ström leds genom kopplings- och kontrollpaneler för distribution i hela byggnaden.
Varje byggnad representerar en elektrisk belastning. Det är möjligt att ha mer än en dedikerad last till en byggnad. Ett exempel på en sekundär lastpunkt i en byggnad är en frekvensomformare. En positiv spänningstopp och en negativ spänningstopp motsvarar en cykel (Hz). Vanlig strömförsörjning är 50 Hz eller 60 Hz. En del utrustning kräver en 400 Hz strömförsörjning för att fungera. Frekvensomvandlare ändrar 50 Hz eller 60 Hz till 400 Hz. Det finns många andra exempel på sekundära lastpunkter i en byggnad. I mikronätdesignen styrs alla från en enda punkt.
Backup & Peak Demand Generator Power
Reservgeneratorer levererar ström till elnätet när strömavbrott. Generatorn består av en motor och generator (generatorände). Naturgas (NG) och dieseldrivna motorer är industristandard. NG-drivna motorer kan fungera på obestämd tid så länge som gastillförseln inte avbryts. Reservström är inte tillgänglig när strömförsörjningen är säker.
Generatorer med dieselmotorer kan fungera när all infrastruktur misslyckas, inklusive naturgasförsörjning. Huvudbränsletankarna måste övervakas och fyllas på när de är låga. Automatiserade system kan meddela operatören när tanknivåerna är vid en förutbestämd punkt för att eliminera avstängning på grund av brist på bränsle.
Generatorapplikationer inomhus
Motor, kylsystem och generatorändar är alla monterade på en medar tillverkad av stålbalkar. Skidan monteras på byggnadens golv. Gummifästen används på viktiga platser för att minska vibrationer under drift.
Denna generator har inga bränsletankar och kräver extern bränsletillförsel. Stora primärbränsletank(ar) kan försörja dagtankar. De måste ha byggnadsutsläpp och tillförsel av kylluft eller ett eftermarknadskylsystem som en värmeväxlare (HEX) installerad.
Utomhusgeneratorapplikationer
Generatorer som används utomhus monteras i en väderbeständig eller väderbeständig kapsling. Många kapslingar är ljuddämpade för att minska driftsbuller. Generatorn är glidmonterad på en dubbelväggig bränsletank. Dessa generatorer har inga externa bränsle-, avgas- eller kylsystemkrav. Anslut uteffektkablar till generatorn så är den redo att ta på sig belastningen.
Båda typerna av generatorer finns tillgängliga med avancerade elektroniska kontroller och kan drivas parallellt. En delad reservgeneratorbuss kan anordnas för att leverera stora mängder olika spänningar. För att se vårt lager av nya och begagnade generatorer gå till Generator Source. Vi tillhandahåller generatortjänster såsom underhåll, felsökning & reparation, installation.
Grön Kraft Generation
Environmental Protection Agency (EPA) definierar grön kraft som el producerad från sol, vind, geotermisk energi, biogas, biomassa och vattenkraftsystem. Vår modell inkluderade vind- och solenergi. Möjliga användningsområden utforskas nedan.
Solkraft
Solpaneler består av fotovoltaiska celler. Dessa celler omvandlar solljus till likström (DC). Den skapade elektriciteten lagras i batteribanker. När batteribankerna är fulladdade kan elen dirigeras tillbaka med hjälp av en växelriktare och säljas.
Växelriktaren är hjärtat i UPS-systemet. När strömmen försvinner levererar batterier ström till kretsar som har kritiska effektkrav. Växelriktaren ändrar DC till växelström (AC) för att försörja kretsar medan reservgeneratorer förbereder sig för att acceptera belastningen.
Vindkraft
Vinden används för att snurra turbiner. Turbinerna producerar AC-elektricitet mycket på det sätt som dieseldrivna och ångdrivna generatorer fungerar. Vindkraftverk kan också anslutas till elnätet UPS:s batteribackupnät.
Turbiner som är anslutna till elnätet ska matcha fas och frekvens. För att matcha nätets fas och frekvens leds turbinkraften genom en AC till AC-omvandlare. AC omvandlas till DC och likriktas sedan tillbaka till AC med en växelriktare och dirigeras till elnätet. Växelströmmen från vindturbinen kan också ledas genom en omvandlare för att underlätta batteribanksladdningen.
Sol- och vindkraft är utmärkta metoder för att kompensera byggnadens energiförbrukningskostnader, men de har inte utvecklats tillräckligt för att acceptera reservkraftsuppdrag. Båda är beroende av lokala väderförhållanden och tillgängliga batteribanker. På en molnig dag utan vind kan batteribanker snabbt tömmas utan laddningsansträngningar.
Backup batteribanker
Gröna kraftlösningar använder ofta reservbatteribanker. Dessa banker tillhandahåller endast UPS momentan ström. De är utformade för att ge ström när strömavbrott vid anläggningen, medan generatorerna startar för att ta på sig belastningen.
Backup batterisystem kan konstrueras med tre olika stilar av batteribanker listade nedan:
Blysyraceller - Batterier med blysyraceller är den billigaste lösningen. Dessa kan vara ett bra off-grid-svar för mindre applikationer
Litiumjon - Lättare och mer kompakt och håller längre än blybatterier. Däremot är de dyrare
Saltvatten - Den här nykomlingen förlitar sig på elecytrolyter i saltvatten. Batterier är oftast oprövade men är lätta att återvinna
Vinddrivna batteribanker laddas av en omvandlare som ändrar AC till DC. Solcellsdrivna batterier behöver ingen omvandlare eftersom solpaneler genererar DC.
När strömförsörjningen går förlorad är det nära en millisekund tidsförlust för positiv generatorrespons.
Anläggningar och komplex som sjukhus, datacenter och kommuner har nolltolerans för strömavbrott. De förlitar sig på batteribanker för att leverera ström under tiden som strömavbrott. Detta är en bra kortsiktig lösning, men batteribanker har sina begränsningar.
Batterier med förmåga att acceptera elektrisk belastning är dyra för ett första köp. Bly-syra batterier har elektrolyt är vätskan i battericeller. Elektrolytnivån och den specifika vikten måste kontrolleras ofta. Även med noggrant underhåll kan livslängden för dessa batterier bara vara 5 till 15 år.
Kostnad för förnybar energi och energilagringssystem
Förnybara energiresurser som vindkraftsparker, solkraftsparker och vattenkraftsproduktion har en stor initial inköpsprislapp. Erfarna tekniker och byggpersonal krävs för att installera den köpta utrustningen. Efter installation, testning och driftsättning måste utrustningen underhållas. Ofta behövs en heltidsunderhållsstyrka för att hålla utrustningen igång enligt specifikationerna.
Energilagring går snabbt framåt och kommer att vara en nyckelspelare i framtiden för mikronät. Det kan vara ett mycket komplext ämne och kräver ingenjörer och planering, och kostnaderna är över hela kartan beroende på dina behov. Microgrid Knowledge har en utmärkt ny artikel om några av de senaste utvecklingarna inom energilagring från konferensen 2019 att dyka in här. De beskriver vägen till GW för energilagringsmål och de senaste nyheterna från företag och FERC-policyer som nu drivs igenom.
Kontrollstation
Kontrollstationen ger operatören både kontroll- och övervakningsmöjligheter. Varje system kan delas in i ett delsystem som har individuella utrustningar inom sig.
Distributions- och kontrollpaneler - Ta emot inspänningar från alla källor och distribuera ström till nödvändiga kretsar.
Backup-generatorer - Kontrollstationsmjukvara övervakar och har förmågan att ändra generatorns konfiguration för att förse kritiska kretsar med ström.
Green Power - UPS batteribanker övervakas. Solenergitillförsel till batteribanker och elnät övervakas. Vindkraftverksstatistik övervakas. Möjligheten att byta till ett redundant vindturbin eller batteribank.
I grund och botten tillhandahåller kontrollstationen en mjukvarulösning för att underhålla, övervaka och kontrollera all hårdvara som är associerad med en mikronätkonfiguration. Det kan finnas flera delar av programvara som stöder driften av nätet.
Redundans är en nyckelprincip i utformningen av dessa system. Redundans är att ha en utrustning redo i händelse av fel på primär utrustning. Generatorer, vindkraftverk och batteribanker är alla exempel på system som kan ha redundant huvud- och stödutrustning.
En del redundant utrustning tar automatiskt på sig uppgifterna för den tilldelade huvudutrustningen och meddelar operatören om ett problem. Kontrollstationsoperatören meddelar sedan underhållet om problemet så att det kan åtgärdas. Redundant utrustning uppfyller samma krav som huvudutrustningen. Ofta byts huvud- och redundant utrustning av operatören för schemalagda tester.
Mikronätet är ett koncept. Den kan vara så stor eller så liten design som behövs för installation. Det här är ett gammalt koncept som är här för att stanna. I takt med att kraftgenereringstekniken ökar kommer även användningen av mikronät att öka.
