Kilde: generatorsource.com
Begrebet mikrogrids har eksisteret i mange år. Først for nylig har de vundet betydelig indpas og presse, da mange nye projekter bliver en realitet og bliver sat i produktion. Bloom Energy rapporterede for nylig, at 500 nye mikronet er i proces eller ved at blive implementeret fra og med dette år (2019), og verdensomspændende totaler er i intervallet med flere GW.
I kernen er et mikronet et miniaturenetsystem, der er sat op til at styre distribuerede energiressourcer og kan omfatte vedvarende energi (sol, vind og/eller vandkraft) med andre ikke-vedvarende kilder (såsom dieselgeneratorer, gasturbiner, etc.). Disse mikronet styrer typisk energibelastningen fra flere generationssystemer og bruger også en eller anden form for energilagringssystem. De arbejder med og styrer alt dette med forskellige typer software og kontrolsystemer. De kan sættes op til at fungere parallelt med et forsyningsnet og også til at køre i stand-alone tilstand under nødsituationer eller baseret på specifikke behov.
Microgrid Fundamentals - Hvad er et Microgrid
Det amerikanske energiministerium (DOE) definerer et mikronet som "En gruppe af indbyrdes forbundne belastninger og distribuerede energiressourcer inden for klart definerede elektriske grænser, der fungerer som en enkelt kontrollerbar enhed med hensyn til nettet. Et mikronet kan tilsluttes og afbrydes fra nettet til sætter den i stand til at fungere i både net- og ø-tilstand".
Derudover fastholder DOE "Microgrids er blevet identificeret som en nøglekomponent i Smart Grid til forbedring for at forbedre strømpålidelighed og kvalitet, hvilket øger
systemenergieffektivitet og giver mulighed for netuafhængighed til individuelle slutbrugersteder". Fordelene ved at bruge mikronetteknologi kan være:
- Integreres med grid og flere smart grid-teknologier
- Integration af distribueret og vedvarende energi, hvilket reducerer spidsbelastningen
- Sikrer, at energi leveres til komplekser med kritiske strømbehov
Andre organisationer definerer mikronet på samme måde, herunder konceptet med flere belastninger og ø-generering. Ø-produktion er strøm leveret af vind-, sol-, vand- eller diesel/NG-produktion.
Illustrationen i den første grafik er et mikronet, der bruger strømforsyning som den primære kilde. Vind- og solenergiparken driver en batteribank til nødbrug, når strømforsyningen går tabt. Begge er normalt tilsluttet nettet for at sænke anlæggets driftsomkostninger. Når forsyningsstrømmen går tabt, skiftes komplekset til batteristrøm fra vind- og solanlægget. Generatorerne starter og overtager belastningen fra batterierne. Bygningerne på belastningssiden af kredsløbet ser ingen effektudsving på grund af udformningen af distributionsnettet. Når strømforsyningen returneres, returneres belastningen til strømforsyningen, og backupgeneratorer lukkes ned. Vind- og solpark vender tilbage til normal drift.
Mange faktorer spiller ind i design og konstruktion af et mikronet. Fremskridt inden for elproduktions- og distributionsteknologier muliggør systemer, der reducerer strømforbruget, bruger grønne genereringsmetoder og opfylder kritiske strømforsyningskrav. Grundlæggende oplysninger for hver af strømkilderne og kontrolsystemerne er beskrevet nedenfor. Konstruktionen af dette mikronet er fiktivt, men modelleret i koncept fra DOE-projekter.
Forsyningsstrøm & belastninger
De mest almindelige mikronet bruger strømforsyning fra det lokale elselskab som primær forsyning. Mikronet, der er placeret fjerntliggende steder, kan bruge vandkraftproduktion som primær kraft eller anvende fossile brændstoffer som primær kraft.
Kraftværker genererer højspændingselektricitet. Nogle bruger step-up transformere til at øge spændingen til overførsel til transformerstationer. Transformerstationer modtager spænding fra kraftværkerne via højspændingsledninger. Spændinger tilpasses efter behov og distribueres til kunderne.
Hospitaler, statslige kriminalfaciliteter og datacentre er nogle af de industrier, der kræver en UPS (Uninterruptible Power Source). Mange har flere bygninger, der kræver konstant strøm. Nogle af bygningerne kan have områder, der kræver en isoleret strømkilde på grund af spænding, strømstyrke og/eller frekvenskrav.
Disse installationer bruger en enorm mængde strøm til at udføre normal daglig drift. De modtager strøm fra højspændingsledninger på en understation dedikeret til komplekset. Spændingen justeres til ønskede niveauer ved hjælp af step-up eller step-down transformere. Al strøm ledes gennem afbryder- og kontrolpaneler til fordeling i hele bygningerne.
Hver bygning repræsenterer en elektrisk belastning. Det er muligt at have mere end én dedikeret last til en bygning. Et eksempel på et sekundært belastningspunkt i en bygning er en frekvensomformer. En positiv spændingsspids og en negativ spændingspids svarer til en cyklus (Hz). Fælles forsyning er 50 Hz eller 60 Hz. Noget udstyr kræver en 400 Hz strømforsyning for at fungere. Frekvensomformere ændrer 50 Hz eller 60 Hz til 400 Hz. Der er mange andre eksempler på sekundære belastningspunkter i en bygning. I microgrid-designet styres alle fra et enkelt punkt.
Backup & Peak Demand Generator Power
Backup-generatorer leverer strøm til nettet, når strømforsyningen svigter. Generatoren består af en motor og generator (generatorenden). Naturgas (NG) og dieseldrevne motorer er industristandarden. NG-drevne motorer kan fungere på ubestemt tid, så længe gasforsyningen ikke afbrydes. Reservestrøm er ikke tilgængelig, når forsyningen er sikret.
Generatorer med dieselmotorer kan fungere, når al infrastruktur svigter, inklusive naturgasforsyning. Hovedbrændstofforsyningstankene skal overvåges og genopfyldes, når de er lave. Automatiserede systemer kan underrette operatøren, når tankniveauerne er på et forudbestemt punkt for at eliminere nedlukning på grund af mangel på brændstof.
Indendørs generatorapplikationer
Motor, kølesystemer og generatorender er alle monteret på en glidesko fremstillet af stålbjælker. Sliden monteres på bygningens gulv. Gummibeslag bruges på vigtige steder for at reducere vibrationer under drift.
Denne type generator har ikke brændstoftanke og kræver en ekstern brændstofforsyning. Store primære brændstoftanke kan forsyne dagtanke. De skal have bygningsudsugning og tilførsel af køleluft eller et eftermarkedskølesystem, såsom en varmeveksler (HEX) installeret.
Udendørs generatorapplikationer
Generatorer, der bruges udendørs, er monteret i et vejrbestandigt eller vejrbestandigt kabinet. Mange kabinetter er lyddæmpede for at reducere driftsstøj. Generatoren er glidemonteret på en dobbeltvægget brændstoftank. Disse generatorer har ikke krav til eksternt brændstof, udstødning eller kølesystem. Tilslut udgangsstrømkabler til generatoren, og den er klar til at påtage sig belastningen.
Begge typer generatorer fås med avancerede elektroniske kontroller og kan betjenes parallelt. En opdelt backup generator bus kan arrangeres til at levere store mængder af forskellige spændinger. For at se vores lager af nye og brugte generatorer gå til Generator Source. Vi leverer generatortjenester såsom vedligeholdelse, fejlfinding og reparation, installation.
Grøn energiproduktion
Environmental Protection Agency (EPA) definerer grøn strøm som elektricitet produceret fra sol, vind, geotermisk, biogas, biomasse og vandkraftsystemer. Vores model inkluderede vind- og solenergi. Mulige anvendelser udforskes nedenfor.
Solenergi
Solpaneler består af fotovoltaiske celler. Disse celler omdanner sollys til jævnstrøm (DC). Den skabte elektricitet lagres i batteribanker. Når batteribankerne er fuldt opladet, kan elektriciteten ledes tilbage ved hjælp af en inverter og sælges.
Inverteren er hjertet i UPS-systemet. Når strømmen går tabt, leverer batterier strøm til kredsløb, der har kritiske strømkrav. Inverteren ændrer jævnstrøm til vekselstrøm (AC) for at forsyne kredsløb, mens backup-generatorer forbereder sig på at acceptere belastningen.
Vindkraft
Vind bruges til at dreje turbiner. Turbinerne producerer AC-elektricitet meget på den måde, dieseldrevne og dampdrevne generatorer fungerer på. Vindmøller kan også tilsluttes strømforsyningsnettet UPS-batteribackup-nettet.
Møller, der er tilsluttet el-nettet, skal matche fase og frekvens. For at matche nettets fase og frekvens ledes turbinestrøm gennem en AC til AC-konverter. AC omdannes til DC og ensrettes derefter tilbage til AC med en inverter og ledes til nettet. AC-strømmen fra vindmøllen kan også ledes gennem en konverter for at hjælpe med batteribankopladning.
Sol- og vindkraft er gode metoder til at kompensere for bygningens strømforbrugsomkostninger, men de har ikke udviklet sig nok til at acceptere backup-energiopgaver. Begge er afhængige af lokale vejrforhold og tilgængelige batteribanker. På en overskyet dag uden vind kan batteribanker hurtigt tømmes uden opladningsindsats.
Backup batteribanker
Grønne strømløsninger anvender ofte brugen af backup batteribanker. Disse banker leverer kun UPS momentan strøm. De er designet til at levere strøm, når forsyningsstrømmen svigter på anlægget, mens generatorerne starter op for at overtage belastningen.
Backup batterisystemer kan konstrueres med tre forskellige stilarter af batteribanker anført nedenfor:
Blysyreceller - Batterier med blysyreceller er den billigste løsning. Disse kan være et godt off-grid svar til mindre applikationer
Lithium Ion - Lettere og mere kompakt og holder længere end blybatterier. De er dog dyrere
Saltvand - Denne nykommer er afhængig af elecytrolytter i saltvand. Batterier er for det meste utestede, men kan let genbruges
Vinddrevne batteribanker oplades af en konverter, der ændrer AC til DC. Solcelledrevne batterier behøver ikke en konverter, fordi solpaneler genererer DC.
Når strømforsyningen går tabt, er der tæt på et millisekund af tid et tab af tid for positiv generatorrespons.
Faciliteter og komplekser såsom hospitaler, datacentre og kommuner har nultolerance over for tab af strøm. De er afhængige af batterier til at levere strøm i mellemtiden på et strømtab. Dette er en fantastisk kortsigtet løsning, men batteribanker har deres begrænsninger.
Batterier med evnen til at acceptere elektrisk belastning er dyre for et første køb. Bly-syre batterier har elektrolyt er væsken i battericeller. Elektrolytniveauet og vægtfylden skal kontrolleres hyppigt. Selv med omhyggelig vedligeholdelse kan disse batteriers levetid kun være 5 til 15 år.
Omkostninger til vedvarende energi og energilagringssystemer
Vedvarende energiressourcer såsom vindmølleparker, solenergiparker og vandkraftproduktion har en stor indledende købspris. Erfarne teknikere og byggemandskab er påkrævet for at installere det købte udstyr. Efter installation, afprøvning og idriftsættelse skal udstyret vedligeholdes. Ofte er en fuldtidsvedligeholdelsesstyrke nødvendig for at holde udstyret kørende efter specifikationerne.
Energilagring er i hastig fremmarch og vil være en nøglespiller i fremtiden for mikronet. Det kan være et meget komplekst emne og kræver ingeniører og planlægning, og omkostningerne er over hele kortet afhængigt af dine behov. Microgrid Knowledge har en fremragende nylig artikel om nogle af de seneste udviklinger inden for energilagring fra 2019-konferencen at dykke ned i her. De beskriver vejen til GW for energilagringsmål og seneste nyheder fra virksomheder og FERC-politikker, der nu presses igennem.
Kontrolstation
Kontrolstationen giver operatøren både kontrol- og overvågningsmuligheder. Hvert system kan opdeles i et undersystem, der indeholder individuelle udstyrsdele.
Distributions- og kontrolpaneler - Modtag indgangsspændinger fra alle kilder og distribuer strøm til nødvendige kredsløb.
Backup Generatorer - Kontrolstationssoftware overvåger og har mulighed for at ændre generatorens kørekonfiguration for at levere strøm til kritiske kredsløb.
Grøn strøm - UPS batteribanker overvåges. Solenergitilførsel til batteribanker og net overvåges. Vindmøllestatistik overvåges. Muligheden for at skifte til en overflødig vindmølle eller batteribank.
Grundlæggende giver kontrolstationen en softwareløsning til at vedligeholde, overvåge og kontrollere al den hardware, der er forbundet med en mikronetkonfiguration. Der kan være flere stykker software, der understøtter driften af nettet.
Redundans er et nøgleprincip i designet af disse systemer. Redundans er at have en klar stand ved et stykke udstyr i tilfælde af primært udstyrsfejl. Generatorer, vindmøller og batteribanker er alle eksempler på systemer, der kan have redundant hoved- og støtteudstyr.
Noget redundant udstyr påtager sig automatisk det tildelte hovedudstyrs opgaver og underretter operatøren om et problem. Kontrolstationsoperatøren underretter derefter vedligeholdelse af problemet, så det kan rettes. Redundant udstyr opfylder de samme krav som hovedudstyret. Ofte udskiftes hoved- og redundant udstyr af operatøren til planlagt test.
Microgrid er et koncept. Det kan være så stort eller så lille design som nødvendigt til installation. Dette er et gammelt koncept, der er kommet for at blive. Efterhånden som elproduktionsteknologien øges, vil brugen af mikronet også øges.