المصدر: generatorsource.com
كان مفهوم الشبكات الصغيرة موجودًا منذ سنوات عديدة. في الآونة الأخيرة فقط اكتسبوا قوة جذب كبيرة وصحافة حيث أصبحت العديد من المشاريع الجديدة حقيقة واقعة ويجري وضعها قيد الإنتاج. أفادت شركة Bloom Energy مؤخرًا أن 500 شبكة صغيرة جديدة قيد التشغيل أو يتم نشرها اعتبارًا من هذا العام (2019) والإجماليات في جميع أنحاء العالم في نطاق GW المتعدد.
في جوهرها ، الشبكة الصغيرة عبارة عن نظام شبكة طاقة مصغرة تم إعداده لإدارة موارد الطاقة الموزعة ويمكن أن يشمل مصادر الطاقة المتجددة (الطاقة الشمسية و / أو الرياح و / أو الطاقة المائية) مع مصادر أخرى غير متجددة (مثل مولدات الديزل والتوربينات الغازية ، إلخ.). تدير هذه الشبكات الصغيرة عادةً أحمال الطاقة لأنظمة التوليد المتعددة وتستخدم أيضًا نوعًا من أنظمة تخزين الطاقة. إنهم يعملون مع كل هذا ويديرونه بأنواع مختلفة من البرامج وأنظمة التحكم. يمكن إعدادها للعمل بالتوازي مع شبكة المرافق وأيضًا للتشغيل في وضع مستقل أثناء حالات الطوارئ أو بناءً على احتياجات محددة.
أساسيات شبكة ميكروغريد - ما هي شبكة ميكروغريد
تُعرِّف وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) الشبكة المصغرة بأنها "مجموعة من الأحمال المترابطة وموارد الطاقة الموزعة ضمن حدود كهربائية محددة بوضوح تعمل ككيان واحد يمكن التحكم فيه فيما يتعلق بالشبكة. ويمكن لشبكة ميكروية الاتصال بالشبكة وفصلها عن تمكينها من العمل في وضعي الشبكة والجزيرة ".
بالإضافة إلى ذلك ، تحافظ وزارة الطاقة على أن "الشبكات الصغيرة تم تحديدها على أنها مكون رئيسي للشبكة الذكية لتحسين موثوقية الطاقة وجودتها ، وزيادة
كفاءة طاقة النظام ، وإتاحة إمكانية الاستقلال عن الشبكة لمواقع المستخدم النهائي الفردية ". يمكن أن تتمثل فوائد استخدام تقنية الشبكة المصغرة في:
- يتكامل مع الشبكة وتقنيات الشبكة الذكية المتعددة
- تكامل الطاقات الموزعة والمتجددة ، وتقليل حمل الذروة
- يضمن توفير الطاقة للمجمعات ذات الاحتياجات الحرجة للطاقة
تعرف المنظمات الأخرى الشبكات الصغيرة بالمثل ، بما في ذلك مفهوم الأحمال المتعددة وتوليد الجزر. توليد الجزيرة هو الطاقة التي يتم توفيرها عن طريق الرياح أو الطاقة الشمسية أو توليد الطاقة المائية أو الديزل / الغاز الطبيعي.
الرسم التوضيحي في الرسم الأول عبارة عن شبكة ميكروية تستخدم طاقة المرافق كمصدر أساسي. توفر مزرعة الرياح والطاقة الشمسية بنكًا للبطاريات للاستخدام في حالات الطوارئ عند فقد طاقة المرافق. كلاهما متصلان عادة بالشبكة لخفض تكاليف تشغيل المنشأة. عند فقدان طاقة المرافق ، يتم تحويل المجمع إلى طاقة البطارية من تركيب طاقة الرياح والطاقة الشمسية. تبدأ المولدات وتتحمل الحمل من البطاريات. المباني الموجودة على جانب التحميل من الدائرة لا ترى أي تقلب في الطاقة بسبب تصميم شبكة التوزيع. عندما يتم إرجاع طاقة المرافق ، يتم إرجاع الحمل إلى مزود المرافق ويتم إيقاف تشغيل المولدات الاحتياطية. عودة مزرعة الرياح والطاقة الشمسية إلى العمل الطبيعي.
تدخل العديد من العوامل في تصميم وبناء شبكة صغيرة. تتيح التطورات في تقنيات توليد وتوزيع الطاقة للأنظمة التي تقلل من استهلاك الطاقة ، وتستخدم أساليب توليد الطاقة الخضراء ، وتفي بمتطلبات إمدادات الطاقة الحرجة. المعلومات الأساسية لكل من مصادر الطاقة وأنظمة التحكم موضحة أدناه. إن بناء هذه الشبكة الصغيرة خيالي ولكن تم تصميمه في المفهوم من مشاريع وزارة الطاقة.
مرافق الطاقة والأحمال
تستخدم الشبكات الصغيرة الأكثر شيوعًا طاقة المرافق التي يتم توفيرها من شركة الطاقة المحلية كمصدر أساسي. يمكن للشبكات الصغيرة الموجودة في المواقع النائية استخدام توليد الطاقة الكهرومائية كطاقة أولية أو استخدام محطة توليد الوقود الأحفوري كطاقة أولية.
تولد محطات توليد الطاقة كهرباء عالية الجهد. يستخدم البعض محولات زيادة الجهد لزيادة الجهد للنقل إلى المحطات الفرعية. تستقبل المحطات الفرعية الجهد من محطات الطاقة بواسطة خطوط الجهد العالي. يتم تعديل الفولتية حسب المتطلبات وتوزيعها على العملاء.
تعد المستشفيات والمرافق الإصلاحية التابعة للولاية ومراكز البيانات من بعض الصناعات التي تتطلب مصدر طاقة غير منقطع (UPS). العديد من المباني التي تتطلب طاقة ثابتة. يمكن أن تحتوي بعض المباني على مناطق تتطلب مصدر طاقة معزولًا بسبب متطلبات الجهد الكهربائي و / أو التيار الكهربائي و / أو التردد.
تستهلك هذه التركيبات قدرًا هائلاً من الطاقة لإجراء العمليات اليومية العادية. يتلقون الطاقة من خطوط الجهد العالي في محطة فرعية مخصصة للمجمع. يتم ضبط الجهد على المستويات المرغوبة باستخدام محولات الصعود أو التنحي. يتم توجيه كل الطاقة من خلال لوحات التبديل والتحكم لتوزيعها في جميع أنحاء المباني.
يمثل كل مبنى حمولة كهربائية. من الممكن أن يكون هناك أكثر من حمولة مخصصة للمبنى. مثال على نقطة تحميل ثانوية في المبنى هو محول التردد. تساوي ذروة جهد موجب واحدة وذروة جهد سالب واحدة دورة واحدة (هرتز). العرض الشائع هو 50 هرتز أو 60 هرتز. تتطلب بعض المعدات مصدر طاقة 400 هرتز للعمل. تتغير محولات التردد من 50 هرتز أو 60 هرتز إلى 400 هرتز. هناك العديد من الأمثلة الأخرى لنقاط التحميل الثانوية في المبنى. في تصميم الشبكة المصغرة ، يتم التحكم في كل شيء من نقطة واحدة.
مولد الطاقة الاحتياطية والذروة
توفر المولدات الاحتياطية الطاقة للشبكة عند انقطاع طاقة المرافق. يتكون المولد من محرك ومولد (طرف المولد). تعتبر المحركات التي تعمل بالغاز الطبيعي (NG) والديزل هي المعيار الصناعي. يمكن للمحركات التي تعمل بالوقود NG أن تعمل إلى أجل غير مسمى طالما لم يتم قطع إمدادات الغاز. لا تتوفر الطاقة الاحتياطية عند تأمين الإمداد.
يمكن للمولدات التي تعمل بمحركات وقود الديزل أن تعمل في حالة تعطل جميع البنية التحتية ، بما في ذلك إمدادات الغاز الطبيعي. يجب مراقبة خزانات إمداد الوقود الرئيسية وتجديدها عندما تكون منخفضة. يمكن للأنظمة الآلية إخطار المشغل عندما تكون مستويات الخزان في نقطة محددة مسبقًا للتخلص من الإغلاق بسبب نقص الوقود.
تطبيقات المولدات الداخلية
المحرك وأنظمة التبريد وأطراف المولدات كلها مثبتة على لوح منزلق مصنوع من عوارض فولاذية. يتم تثبيت الانزلاق على أرضية المبنى. تُستخدم الحوامل المطاطية في المواقع الرئيسية لتقليل الاهتزاز أثناء التشغيل.
لا يحتوي مولد النمط هذا على خزانات وقود ويتطلب مصدر وقود خارجي. يمكن لخزان (خزانات) الوقود الأساسي الكبيرة تزويد خزانات اليوم. يجب أن يكون لديهم عادم المبنى وإمداد هواء التبريد أو نظام تبريد ما بعد البيع مثل مبادل حراري (HEX) مثبت.
تطبيقات المولدات الخارجية
يتم تركيب المولدات المستخدمة في الخارج في حاوية مقاومة للعوامل الجوية أو مقاومة للعوامل الجوية. العديد من العبوات مخففة للصوت لتقليل ضوضاء التشغيل. المولد منزلق مركب على خزان وقود مزدوج الجدار. لا تحتوي هذه المولدات على وقود خارجي أو عادم أو متطلبات نظام تبريد. قم بتوصيل كبلات طاقة الخرج بالمولد ، وهو جاهز لتحمل الحمل.
كلا النوعين من المولدات متاحان مع أدوات تحكم إلكترونية متقدمة ويمكن تشغيلهما بالتوازي. يمكن ترتيب حافلة المولد الاحتياطية المنقسمة لتزويد كميات كبيرة من الفولتية المختلفة. لعرض مخزوننا من المولدات الجديدة والمستعملة ، انتقل إلى Generator Source. نحن نقدم خدمات المولدات مثل الصيانة واستكشاف الأعطال وإصلاحها والتركيب.
توليد الطاقة الخضراء
تعرف وكالة حماية البيئة (EPA) الطاقة الخضراء على أنها الكهرباء المنتجة من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحرارية الأرضية والغاز الحيوي والكتلة الحيوية والأنظمة الكهرومائية. تضمن نموذجنا طاقة الرياح والطاقة الشمسية. يتم استكشاف الاستخدامات الممكنة أدناه.
الطاقة الشمسية
تتكون الألواح الشمسية من الخلايا الكهروضوئية. تقوم هذه الخلايا بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء ذات تيار مباشر (DC). يتم تخزين الكهرباء التي تم إنشاؤها في بنوك البطاريات. بمجرد شحن البطاريات بالكامل ، يمكن إعادة توجيه الكهرباء باستخدام العاكس وبيعها.
العاكس هو قلب نظام UPS. عند فقدان الطاقة ، تزود البطاريات بالطاقة للدوائر التي لديها متطلبات طاقة حرجة. يغير العاكس التيار المستمر إلى التيار المتردد (AC) لتزويد الدوائر بينما تستعد المولدات الاحتياطية لقبول الحمل.
قوة الرياح
تستخدم الرياح لتدوير التوربينات. تنتج التوربينات كهرباء تيار متردد بشكل كبير بالطريقة التي تعمل بها المولدات التي تعمل بالديزل والبخار. يمكن أيضًا توصيل توربينات الرياح بشبكة طاقة المرافق وشبكة احتياطية لبطارية UPS.
يجب أن تتوافق التوربينات المتصلة بالشبكة الكهربائية مع المرحلة والتردد. من أجل مطابقة طور الشبكة وترددها ، يتم توجيه طاقة التوربين عبر محول تيار متردد إلى تيار متردد. يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر ثم يتم تصحيحه مرة أخرى إلى التيار المتردد باستخدام عاكس وتوجيهه إلى الشبكة. يمكن أيضًا توجيه تيار التيار المتردد من توربينات الرياح من خلال محول للمساعدة في شحن بنك البطارية.
تعد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح من الطرق الرائعة لتعويض تكاليف استهلاك الطاقة في المباني ، لكنها لم تتطور بما يكفي لقبول واجبات الطاقة الاحتياطية. كلاهما يعتمد على الظروف الجوية المحلية وبنوك البطاريات المتاحة. في يوم غائم بدون شحن بطاريات الرياح ، يمكن أن تستنفد البنوك بسرعة دون شحن الجهود.
بنوك البطارية الاحتياطية
غالبًا ما تستخدم حلول الطاقة الخضراء استخدام بنوك البطاريات الاحتياطية. توفر هذه البنوك طاقة مؤقتة UPS فقط. وهي مصممة لتوفير الطاقة عند انقطاع التيار الكهربائي في المنشأة ، بينما تبدأ المولدات في تحمل الحمل.
يمكن إنشاء أنظمة بطاريات احتياطية بثلاثة أنماط مختلفة من بطاريات البطاريات المدرجة أدناه:
خلايا الرصاص الحمضية - البطاريات التي تحتوي على خلايا حمض الرصاص هي الحل الأقل تكلفة. يمكن أن تكون هذه إجابة جيدة خارج الشبكة للتطبيقات الأصغر
ليثيوم أيون - أخف وأكثر إحكاما وتدوم لفترة أطول من بطاريات الرصاص الحمضية. ومع ذلك ، فهي أكثر تكلفة
المياه المالحة - يعتمد هذا الوافد الجديد على الإلكتروليتات في المياه المالحة. معظم البطاريات لم يتم اختبارها ولكن يمكن إعادة تدويرها بسهولة
يتم شحن بنوك البطاريات التي تعمل بالرياح بواسطة محول يقوم بتغيير التيار المتردد إلى تيار مستمر. لا تحتاج البطاريات التي تعمل بالطاقة الشمسية إلى محول لأن الألواح الشمسية تولد التيار المستمر.
عند فقدان طاقة المرافق ، يكون هناك ما يقرب من جزء من الثانية من الوقت ضياعًا للوقت للاستجابة الإيجابية للمولد.
لا تتسامح المرافق والمجمعات مثل المستشفيات ومراكز البيانات والبلديات مع فقدان الطاقة. إنهم يعتمدون على بنوك البطاريات لتزويد الطاقة في غضون فقدان طاقة المرافق. يعد هذا حلاً رائعًا على المدى القصير ، لكن بنوك البطاريات لها حدودها.
البطاريات ذات القدرة على قبول الحمل الكهربائي غالية الثمن للشراء الأولي. تحتوي بطاريات الرصاص الحمضية على إلكتروليت هو السائل الموجود في خلايا البطارية. يجب فحص مستوى المنحل بالكهرباء والجاذبية النوعية بشكل متكرر. حتى مع الصيانة الدقيقة ، يمكن أن يتراوح عمر هذه البطاريات من 5 إلى 15 عامًا فقط.
تكلفة الطاقة المتجددة وأنظمة تخزين الطاقة
موارد الطاقة المتجددة مثل مزارع الرياح والمزارع الشمسية وتوليد الطاقة الكهرومائية لها سعر شراء أولي كبير. مطلوب فنيين من ذوي الخبرة وأطقم البناء لتركيب المعدات المشتراة. بعد التركيب والاختبار والتشغيل يجب صيانة المعدات. غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى قوة صيانة بدوام كامل للحفاظ على تشغيل المعدات وفقًا للمواصفات.
يتقدم تخزين الطاقة بسرعة وسيكون لاعبًا رئيسيًا في مستقبل الشبكات الصغيرة. يمكن أن يكون موضوعًا معقدًا للغاية ويتطلب مهندسين وتخطيطًا ، والتكاليف في جميع أنحاء الخريطة اعتمادًا على احتياجاتك. لدى Microgrid Knowledge مقالًا ممتازًا مؤخرًا حول بعض التطورات الأخيرة في تخزين الطاقة من مؤتمر 2019 للتعمق فيه هنا. إنها توضح بالتفصيل المسار إلى GW لهدف تخزين الطاقة وآخر الأخبار من الشركات وسياسات FERC التي يتم دفعها الآن من خلال.
محطة التحكم
توفر محطة التحكم للمشغل إمكانيات التحكم والمراقبة. يمكن تقسيم كل نظام إلى نظام فرعي به قطع فردية من المعدات.
لوحات التوزيع والتحكم - تلقي الفولتية المدخلة من جميع المصادر وتوزيع الطاقة على الدوائر المطلوبة.
المولدات الاحتياطية - تراقب برامج محطة التحكم ولديها القدرة على تغيير تكوين تشغيل المولد لتوفير الطاقة للدوائر الهامة.
الطاقة الخضراء - تتم مراقبة بنوك بطاريات UPS. يتم مراقبة مدخلات الطاقة الشمسية لبنوك البطاريات والشبكة. إحصائيات توربينات الرياح تم رصدها. القدرة على التحول إلى التوربينات الهوائية الزائدة عن الحاجة أو بنك البطارية.
بشكل أساسي ، توفر محطة التحكم حلاً برمجيًا لصيانة جميع الأجهزة المرتبطة بتكوين الشبكة المصغرة ومراقبتها والتحكم فيها. يمكن أن يكون هناك العديد من البرامج التي تدعم عمليات الشبكة.
التكرار هو مبدأ أساسي في تصميم هذه الأنظمة. التكرار هو وجود حامل جاهز بجانب قطعة من المعدات في حالة تعطل المعدات الأساسية. المولدات وتوربينات الرياح وبنوك البطاريات كلها أمثلة على الأنظمة التي يمكن أن تحتوي على معدات أساسية وداعمة زائدة عن الحاجة.
تتولى بعض المعدات الزائدة عن الحاجة مهام المعدات الرئيسية المعينة تلقائيًا وتقوم بإعلام المشغل بالمشكلة. يقوم مشغل محطة التحكم بعد ذلك بإخطار صيانة المشكلة حتى يمكن تصحيحها. المعدات الزائدة عن الحاجة تلبي نفس متطلبات المعدات الرئيسية. غالبًا ما يقوم المشغل بتبديل المعدات الرئيسية والزائدة عن الحاجة للاختبار المجدول.
الشبكة الصغيرة هي مفهوم. يمكن أن يكون كبيرًا أو صغيرًا حسب التصميم حسب الحاجة للتثبيت. هذا مفهوم قديم موجود ليبقى. مع زيادة تقنية توليد الطاقة ، سيزداد استخدام الشبكات الصغيرة.