اصول ریزشبکه نحوه کار آنها و نقش هایی که مولدها بازی می کنند

منبع: generatorsource.com

مفهوم ریزشبکه ها سال هاست که وجود داشته است. تنها اخیراً آنها گیرایی و فشار قابل توجهی پیدا کرده اند زیرا بسیاری از پروژه های جدید به واقعیت تبدیل شده و در حال تولید هستند. Bloom Energy اخیراً گزارش داده است که 500 ریزشبکه جدید از سال جاری (2019) در حال انجام یا استقرار هستند و مجموع آن در سراسر جهان در محدوده چند گیگاواتی قرار دارد.

در هسته، ریزشبکه یک سیستم شبکه برق مینیاتوری است که برای مدیریت منابع انرژی توزیع شده راه اندازی شده است و می تواند شامل انرژی های تجدیدپذیر (خورشیدی، بادی و/یا آبی) با سایر منابع تجدید ناپذیر (مانند ژنراتورهای دیزل، توربین های گازی، و غیره.). این ریزشبکه ها معمولاً بارهای انرژی سیستم های تولید چندگانه را مدیریت می کنند و همچنین از نوعی سیستم ذخیره انرژی استفاده می کنند. آنها با انواع مختلف نرم افزارها و سیستم های کنترلی همه اینها را کار می کنند و مدیریت می کنند. آنها را می توان طوری تنظیم کرد که به صورت موازی با یک شبکه شهری کار کنند و همچنین در مواقع اضطراری یا بر اساس نیازهای خاص در حالت مستقل کار کنند.

اصول ریزشبکه - ریزشبکه چیست

وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) ریزشبکه را اینگونه تعریف می کند: "گروهی از بارهای به هم پیوسته و منابع انرژی توزیع شده در محدوده های الکتریکی مشخص شده که به عنوان یک موجودیت واحد قابل کنترل در رابطه با شبکه عمل می کند. یک ریزشبکه می تواند از شبکه به شبکه متصل و جدا شود. آن را فعال کنید تا در هر دو حالت شبکه و جزیره کار کند.

علاوه بر این، DOE معتقد است: "ریزشبکه ها به عنوان یک جزء کلیدی از شبکه هوشمند برای بهبود برای بهبود قابلیت اطمینان و کیفیت توان، افزایش شناسایی شده اند.

بهره وری انرژی سیستم، و فراهم کردن امکان استقلال از شبکه برای سایت های کاربر نهایی فردی." مزایای استفاده از فناوری ریزشبکه می تواند به شرح زیر باشد:

• با شبکه و فناوری‌های شبکه هوشمند چندگانه ادغام می‌شود
• ادغام انرژی های توزیع شده و تجدیدپذیر، کاهش بار پیک
• اطمینان حاصل می کند که انرژی به مجتمع هایی با نیازهای انرژی حیاتی تامین می شود

سازمان های دیگر ریزشبکه ها را به طور مشابه تعریف می کنند، از جمله مفهوم بارهای متعدد و تولید جزیره. تولید جزیره، نیرویی است که از طریق تولید بادی، خورشیدی، آبی یا دیزل/NG تامین می شود.

تصویر در تصویر اول یک ریزشبکه است که از برق شهری به عنوان منبع اولیه استفاده می کند. مزرعه بادی و خورشیدی یک بانک باتری را برای استفاده اضطراری در صورت قطع برق برق تامین می کند. هر دو معمولاً برای کاهش هزینه های عملیاتی تأسیسات به شبکه متصل می شوند. هنگامی که برق شهری قطع می شود، مجموعه به برق باتری از طریق نصب باد و خورشید تغییر می کند. ژنراتورها شروع به کار کرده و بار را از باتری ها می گیرند. ساختمان های سمت بار مدار به دلیل طراحی شبکه توزیع هیچ گونه نوسان برق را مشاهده نمی کنند. هنگامی که برق شهری برگشت داده می شود، بار به منبع برق بازگردانده می شود و ژنراتورهای پشتیبان خاموش می شوند. بازگشت مزرعه بادی و خورشیدی به حالت عادی

عوامل زیادی در طراحی و ساخت ریزشبکه دخیل هستند. پیشرفت‌ها در فناوری‌های تولید و توزیع برق به سیستم‌هایی اجازه می‌دهد که مصرف برق را کاهش دهند، از روش‌های تولید سبز استفاده کنند و نیازهای حیاتی منبع تغذیه را برآورده کنند. اطلاعات اولیه برای هر یک از منابع برق و سیستم های کنترل در زیر مشخص شده است. ساخت این ریزشبکه تخیلی است اما از پروژه های DOE مدل سازی شده است.

برق و بارهای شهری

رایج ترین ریزشبکه ها از برق شهری که از شرکت برق محلی به عنوان منبع اصلی تامین می شود استفاده می کنند. ریزشبکه‌های واقع در مکان‌های دوردست می‌توانند از تولید برق آبی به عنوان نیروی اولیه استفاده کنند یا از نیروگاه تولید سوخت فسیلی به عنوان نیروی اولیه استفاده کنند.

نیروگاه ها برق با ولتاژ بالا تولید می کنند. برخی از ترانسفورماتورهای افزایش دهنده برای افزایش ولتاژ برای انتقال به پست ها استفاده می کنند. پست ها ولتاژ نیروگاه ها را توسط خطوط فشار قوی دریافت می کنند. ولتاژها بر اساس نیاز تنظیم می شوند و بین مشتریان توزیع می شوند.

بیمارستان ها، مراکز اصلاحی ایالتی و مراکز داده برخی از صنایعی هستند که به منبع برق اضطراری (UPS) نیاز دارند. بسیاری از آنها چندین ساختمان دارند که نیاز به برق ثابت دارند. برخی از ساختمان ها می توانند مناطقی داشته باشند که به دلیل نیاز به ولتاژ، آمپر و/یا فرکانس نیاز به منبع برق ایزوله دارند.

این تاسیسات انرژی زیادی را برای انجام عملیات عادی روزانه مصرف می کنند. آنها برق را از خطوط فشار قوی در یک ایستگاه فرعی که به مجتمع اختصاص داده شده است، دریافت می کنند. ولتاژ با استفاده از ترانسفورماتورهای افزایش یا کاهش به سطوح مورد نظر تنظیم می شود. تمام نیرو از طریق تابلوهای سوئیچینگ و کنترل برای توزیع در سراسر ساختمان ها هدایت می شود.

هر ساختمان نشان دهنده یک بار الکتریکی است. امکان داشتن بیش از یک بار اختصاصی برای یک ساختمان وجود دارد. یک مثال از یک نقطه بار ثانویه در یک ساختمان مبدل فرکانس است. یک پیک ولتاژ مثبت و یک پیک ولتاژ منفی معادل یک سیکل (Hz) است. منبع رایج 50 هرتز یا 60 هرتز است. برخی از تجهیزات برای کار کردن به منبع تغذیه 400 هرتز نیاز دارند. مبدل های فرکانس 50 هرتز یا 60 هرتز را به 400 هرتز تغییر می دهند. نمونه های بسیار دیگری از نقاط بار ثانویه در یک ساختمان وجود دارد. در طراحی ریزشبکه، همه از یک نقطه کنترل می شوند.

قدرت مولد پشتیبان و پیک تقاضا

ژنراتورهای پشتیبان در صورت قطع برق شبکه برق را تامین می کنند. ژنراتور از یک موتور و دینام (انتهای ژنراتور) تشکیل شده است. موتورهای گاز طبیعی (NG) و موتورهای دیزلی استاندارد صنعت هستند. موتورهای با سوخت NG می توانند به طور نامحدود کار کنند تا زمانی که تامین گاز شهری قطع نشود. وقتی منبع تغذیه ایمن باشد، برق پشتیبان در دسترس نیست.

ژنراتورهای با موتورهای سوخت دیزل می توانند در صورت خرابی تمام زیرساخت ها، از جمله تامین گاز طبیعی، کار کنند. مخازن اصلی تامین سوخت باید کنترل شده و در صورت کم بودن دوباره پر شوند. هنگامی که سطح مخزن در یک نقطه از پیش تعیین شده قرار دارد، سیستم های خودکار می توانند اپراتور را مطلع کنند تا به دلیل کمبود سوخت، خاموش شود.

کاربردهای ژنراتور داخلی

موتور، سیستم‌های خنک‌کننده و انتهای ژنراتور همگی بر روی اسکلت ساخته شده از تیرهای فولادی نصب می‌شوند. اسکید روی کف ساختمان نصب می شود. پایه های لاستیکی در مکان های کلیدی برای کاهش لرزش در حین کار استفاده می شود.

این ژنراتور دارای مخزن سوخت نیست و نیاز به منبع سوخت خارجی دارد. مخزن(های) بزرگ سوخت اولیه می تواند مخازن روزانه را تامین کند. آنها باید اگزوز ساختمان و تامین هوای خنک کننده یا یک سیستم خنک کننده پس از فروش مانند مبدل حرارتی (HEX) نصب کرده باشند.

برنامه های کاربردی ژنراتور در فضای باز

ژنراتورهایی که در فضای باز استفاده می شوند در یک محفظه مقاوم در برابر آب و هوا یا مقاوم در برابر آب و هوا نصب می شوند. بسیاری از محفظه ها به منظور کاهش نویز عملیاتی، صدا ضعیف شده اند. ژنراتور روی مخزن سوخت دو جداره نصب شده است. این ژنراتورها نیازی به سوخت خارجی، اگزوز یا سیستم خنک کننده ندارند. کابل های برق خروجی را به ژنراتور وصل کنید و آماده پذیرش بار است.

هر دو سبک ژنراتور با کنترل های الکترونیکی پیشرفته در دسترس هستند و می توانند به صورت موازی کار کنند. یک گذرگاه ژنراتور پشتیبان تقسیم شده را می توان برای تامین مقادیر زیادی ولتاژ مختلف ترتیب داد. برای مشاهده موجودی ژنراتورهای جدید و دست دوم ما به Generator Source بروید. ما خدمات ژنراتور مانند تعمیر و نگهداری، عیب یابی و تعمیر، نصب را ارائه می دهیم.

تولید برق سبز

آژانس حفاظت از محیط زیست (EPA) نیروی سبز را به عنوان برق تولید شده از خورشید، باد، زمین گرمایی، بیوگاز، زیست توده و سیستم های برق آبی تعریف می کند. مدل ما شامل نیروی باد و خورشید بود. کاربردهای احتمالی در زیر بررسی شده است.

نیروی خورشیدی

پنل های خورشیدی از سلول های فتوولتائیک تشکیل شده اند. این سلول ها نور خورشید را به جریان برق مستقیم (DC) تبدیل می کنند. برق ایجاد شده در بانک های باتری ذخیره می شود. هنگامی که بانک های باتری به طور کامل شارژ شدند، می توان برق را با استفاده از یک اینورتر برگشت داد و فروخت.

اینورتر قلب سیستم یو پی اس است. وقتی برق قطع می‌شود، باتری‌ها برق مدارهایی را تامین می‌کنند که نیازهای انرژی حیاتی دارند. اینورتر DC را به جریان متناوب (AC) تغییر می دهد تا مدارها را تامین کند در حالی که ژنراتورهای پشتیبان برای پذیرش بار آماده می شوند.

قدرت باد

از باد برای چرخاندن توربین ها استفاده می شود. توربین‌ها برق متناوب متناوب تولید می‌کنند، مانند عملکرد ژنراتورهای دیزلی و بخار. توربین های بادی همچنین می توانند به شبکه برق شهری شبکه پشتیبان باتری UPS متصل شوند.

توربین هایی که به شبکه برق متصل می شوند باید با فاز و فرکانس مطابقت داشته باشند. به منظور تطبیق فاز و فرکانس شبکه، توان توربین از طریق مبدل AC به AC هدایت می شود. AC به DC تبدیل می شود و سپس با یک اینورتر به AC اصلاح می شود و به شبکه هدایت می شود. جریان AC از توربین بادی نیز می تواند از طریق یک مبدل برای کمک به شارژ بانک باتری هدایت شود.

انرژی خورشیدی و بادی روش‌های عالی برای جبران هزینه‌های مصرف برق ساختمان هستند، اما آن‌ها به اندازه کافی توسعه نیافته‌اند که وظایف برق پشتیبان را بپذیرند. هر دو به شرایط آب و هوایی محلی و بانک های باتری موجود بستگی دارند. در یک روز ابری و بدون باد، بانک‌های باتری می‌توانند به سرعت بدون تلاش برای شارژ تخلیه شوند.

بانک های باتری پشتیبان

راه حل های برق سبز اغلب از بانک های باتری پشتیبان استفاده می کنند. این بانک ها فقط برق لحظه ای UPS را ارائه می دهند. آنها به گونه ای طراحی شده اند که وقتی برق شهری در تاسیسات قطع می شود، برق را تامین می کنند، در حالی که ژنراتورها برای پذیرش بار شروع به کار می کنند.

سیستم‌های باتری پشتیبان را می‌توان با سه سبک مختلف از بانک‌های باتری که در زیر فهرست شده‌اند، ساخت:

سلول های اسید سرب - باتری های دارای سلول های سرب اسیدی کم هزینه ترین راه حل هستند. اینها می توانند پاسخ خوبی برای برنامه های کوچکتر باشند

لیتیوم یون - سبک تر و فشرده تر و عمر طولانی تری نسبت به باتری های سرب اسید دارد. با این حال، آنها گران تر هستند

آب شور - این تازه وارد به الکترولیت های موجود در آب شور متکی است. باتری ها اکثرا تست نشده اند اما به راحتی بازیافت می شوند

بانک های باتری بادی توسط مبدلی شارژ می شوند که جریان متناوب را به DC تغییر می دهد. باتری های خورشیدی نیازی به مبدل ندارند زیرا پنل های خورشیدی DC تولید می کنند.

وقتی برق شهری قطع می شود، نزدیک به یک میلی ثانیه زمان برای پاسخ مثبت ژنراتور از دست می رود.

امکانات و مجتمع‌هایی مانند بیمارستان‌ها، مراکز داده و شهرداری‌ها تحمل افت برق را ندارند. آنها برای تامین برق در فاصله زمانی از دست دادن برق شهری به بانک های باتری متکی هستند. این یک راه حل کوتاه مدت عالی است، اما بانک های باتری محدودیت های خود را دارند.

باتری هایی با قابلیت پذیرش بار الکتریکی برای خرید اولیه گران هستند. باتری های سرب اسید دارای الکترولیت مایع سلول های باتری هستند. سطح الکترولیت و وزن مخصوص باید مرتباً بررسی شود. حتی با نگهداری دقیق، عمر این باتری ها تنها 5 تا 15 سال است.

هزینه انرژی های تجدیدپذیر و سیستم های ذخیره سازی انرژی

منابع انرژی تجدیدپذیر مانند مزارع بادی، مزارع خورشیدی و تولید برق آبی دارای برچسب قیمت اولیه خرید بالایی هستند. برای نصب تجهیزات خریداری شده به تکنسین های مجرب و اکیپ ساختمانی نیاز است. پس از نصب، آزمایش و راه اندازی تجهیزات باید نگهداری شوند. اغلب به یک نیروی تعمیر و نگهداری تمام وقت نیاز است تا تجهیزات را مطابق با مشخصات کار کند.

ذخیره سازی انرژی به سرعت در حال پیشرفت است و یک بازیگر کلیدی در آینده ریزشبکه ها خواهد بود. این می تواند یک موضوع بسیار پیچیده باشد و به مهندسان و برنامه ریزی نیاز دارد و هزینه ها بسته به نیاز شما در کل نقشه است. Microgrid Knowledge یک مقاله عالی اخیر در مورد برخی از آخرین پیشرفت‌ها در زمینه ذخیره‌سازی انرژی از کنفرانس 2019 دارد تا در اینجا به آن بپردازید. آنها مسیر رسیدن به GW هدف ذخیره انرژی و آخرین اخبار از شرکت ها و سیاست های FERC را که اکنون در حال انجام است، شرح می دهند.

ایستگاه کنترل

ایستگاه کنترل هر دو قابلیت کنترل و نظارت را در اختیار اپراتور قرار می دهد. هر سیستم را می توان به یک سیستم فرعی تقسیم کرد که دارای قطعات جداگانه ای از تجهیزات است.

تابلوهای توزیع و کنترل - دریافت ولتاژ ورودی از همه منابع و توزیع برق به مدارهای مورد نیاز.

ژنراتورهای پشتیبان - نرم افزار ایستگاه کنترل نظارت می کند و توانایی تغییر پیکربندی در حال اجرا ژنراتور را برای تامین برق مدارهای حیاتی دارد.

Green Power - بانک باتری UPS نظارت می شود. ورودی برق خورشیدی به بانک های باتری و شبکه نظارت می شود. بررسی آمار توربین بادی امکان تغییر به یک توربین بادی اضافی یا بانک باتری.

اساساً، ایستگاه کنترل یک راه حل نرم افزاری برای نگهداری، نظارت و کنترل تمام سخت افزارهای مرتبط با پیکربندی ریزشبکه ارائه می دهد. چندین نرم افزار می تواند از عملیات شبکه پشتیبانی کند.

افزونگی یک اصل کلیدی در طراحی این سیستم ها است. Redundancy داشتن یک استند آماده توسط یک قطعه تجهیزات در صورت خرابی تجهیزات اولیه است. ژنراتورها، توربین‌های بادی و بانک‌های باتری همگی نمونه‌هایی از سیستم‌هایی هستند که می‌توانند تجهیزات اصلی و پشتیبانی اضافی داشته باشند.

برخی از تجهیزات اضافی به طور خودکار وظایف تجهیزات اصلی اختصاص داده شده را بر عهده می گیرند و اپراتور را از یک موضوع مطلع می کنند. سپس اپراتور ایستگاه کنترل مشکل را به تعمیر و نگهداری اطلاع می دهد تا بتوان آن را اصلاح کرد. تجهیزات اضافی همان الزامات تجهیزات اصلی را برآورده می کنند. اغلب تجهیزات اصلی و اضافی توسط اپراتور برای آزمایش برنامه ریزی شده تعویض می شوند.

ریزشبکه یک مفهوم است. این می تواند به اندازه بزرگ یا کوچک طراحی شود که برای نصب لازم است. این یک مفهوم قدیمی است که اینجا باقی مانده است. با افزایش فناوری تولید برق، استفاده از ریزشبکه ها نیز افزایش می یابد.