ที่มา: generatorsource.com
แนวคิดของไมโครกริดมีมาหลายปีแล้ว พวกเขาเพิ่งได้รับแรงผลักดันและข่าวสำคัญเมื่อโครงการใหม่จำนวนมากกลายเป็นจริงและกำลังเข้าสู่การผลิต เมื่อเร็ว ๆ นี้ Bloom Energy รายงานว่ามีไมโครกริดใหม่ 500 ตัวอยู่ในระหว่างดำเนินการหรือกำลังจะถูกนำไปใช้ ณ ปีนี้ (2019) และยอดรวมทั่วโลกอยู่ในช่วงหลาย GW
ที่แกนหลัก ไมโครกริดคือระบบกริดพลังงานขนาดเล็กที่จัดตั้งขึ้นเพื่อจัดการแหล่งพลังงานแบบกระจาย และอาจรวมถึงพลังงานหมุนเวียน (แสงอาทิตย์ ลม และ/หรือพลังน้ำ) กับแหล่งที่ไม่หมุนเวียนอื่นๆ (เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล กังหันก๊าซ ฯลฯ). โดยทั่วไปแล้วไมโครกริดเหล่านี้จะจัดการโหลดพลังงานของระบบหลายรุ่นและยังใช้ระบบจัดเก็บพลังงานบางประเภทด้วย พวกเขาทำงานและจัดการทั้งหมดนี้ด้วยซอฟต์แวร์และระบบควบคุมประเภทต่างๆ สามารถตั้งค่าให้ทำงานคู่ขนานกับกริดยูทิลิตี้และทำงานในโหมดสแตนด์อโลนในกรณีฉุกเฉินหรือตามความต้องการเฉพาะ
ความรู้พื้นฐานไมโครกริด - ไมโครกริดคืออะไร
กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (DOE) ให้คำจำกัดความของไมโครกริดว่าเป็น "กลุ่มของโหลดที่เชื่อมต่อกันและทรัพยากรพลังงานแบบกระจายภายในขอบเขตทางไฟฟ้าที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ซึ่งทำหน้าที่เป็นเอนทิตีที่ควบคุมได้หนึ่งเดียวที่เกี่ยวกับกริด ไมโครกริดสามารถเชื่อมต่อและตัดการเชื่อมต่อจากกริดไปยัง ช่วยให้สามารถทำงานได้ทั้งในโหมดกริดและเกาะ"
นอกจากนี้ DOE ยังคงรักษา "ไมโครกริดได้รับการระบุว่าเป็นองค์ประกอบหลักของสมาร์ทกริดสำหรับการปรับปรุงเพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือและคุณภาพของพลังงาน
ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของระบบ และให้ความเป็นไปได้ของความเป็นอิสระของกริดแก่ไซต์ผู้ใช้ปลายทางแต่ละแห่ง" ประโยชน์ของการใช้เทคโนโลยีไมโครกริดสามารถ:
- ผสานรวมกับกริดและเทคโนโลยีสมาร์ทกริดหลายตัว
- การรวมพลังงานแบบกระจายและพลังงานหมุนเวียน ช่วยลดภาระสูงสุด
- ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้จ่ายพลังงานให้กับคอมเพล็กซ์ที่ต้องการพลังงานที่สำคัญ
องค์กรอื่นๆ นิยามไมโครกริดในทำนองเดียวกัน รวมถึงแนวคิดของโหลดหลายรายการและการสร้างเกาะ การสร้างเกาะคือพลังงานที่จัดหาโดยพลังงานลม แสงอาทิตย์ พลังน้ำ หรือดีเซล/NG
ภาพประกอบในกราฟิกแรกคือไมโครกริดที่ใช้พลังงานจากอาคารเป็นแหล่งหลัก พลังงานลมและโซลาร์ฟาร์มเป็นแบตเตอรี่สำรองสำหรับใช้ในกรณีฉุกเฉินเมื่อไฟฟ้าดับ โดยปกติแล้วทั้งสองจะเชื่อมต่อกับกริดเพื่อลดต้นทุนการดำเนินงานของสิ่งอำนวยความสะดวก เมื่อไฟฟ้าจากอาคารหายไป คอมเพล็กซ์จะเปลี่ยนเป็นพลังงานแบตเตอรี่จากการติดตั้งพลังงานลมและแสงอาทิตย์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเริ่มต้นและรับภาระจากแบตเตอรี่ อาคารด้านโหลดของวงจรไม่เห็นความผันผวนของพลังงานเนื่องจากการออกแบบของตารางจำหน่าย เมื่อมีการส่งคืนพลังงานไฟฟ้า โหลดจะถูกส่งกลับไปยังแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองจะปิดลง โรงไฟฟ้าพลังงานลมและโซลาร์ฟาร์มกลับมาดำเนินการตามปกติ
มีหลายปัจจัยในการออกแบบและสร้างไมโครกริด ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการผลิตและการจ่ายไฟฟ้าช่วยให้ระบบลดการใช้พลังงาน ใช้วิธีการผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และเป็นไปตามข้อกำหนดการจ่ายไฟที่สำคัญ ข้อมูลพื้นฐานสำหรับแหล่งพลังงานแต่ละแห่งและระบบควบคุมมีดังต่อไปนี้ การสร้างไมโครกริดนี้เป็นเรื่องสมมุติแต่จำลองมาจากแนวคิดจากโครงการ DOE
ยูทิลิตี้พลังงานและโหลด
ไมโครกริดที่พบมากที่สุดใช้พลังงานจากสาธารณูปโภคที่จัดหาจากบริษัทไฟฟ้าในท้องถิ่นเป็นแหล่งจ่ายไฟหลัก ไมโครกริดที่ตั้งอยู่ในพื้นที่ห่างไกลสามารถใช้การผลิตไฟฟ้าจากพลังน้ำเป็นพลังงานหลักหรือใช้โรงงานผลิตเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นพลังงานหลัก
โรงไฟฟ้าผลิตไฟฟ้าแรงสูง บางคนใช้หม้อแปลงแบบ step-up เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าสำหรับการถ่ายโอนไปยังสถานีย่อย สถานีย่อยรับแรงดันไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าด้วยสายไฟฟ้าแรงสูง แรงดันไฟฟ้าจะถูกปรับตามความต้องการและแจกจ่ายให้กับลูกค้า
โรงพยาบาล ทัณฑสถานของรัฐ และศูนย์ข้อมูลเป็นอุตสาหกรรมบางส่วนที่ต้องใช้เครื่องสำรองไฟ (UPS) หลายแห่งมีอาคารหลายหลังที่ต้องใช้ไฟฟ้าสม่ำเสมอ อาคารบางแห่งอาจมีพื้นที่ที่ต้องการแหล่งพลังงานแยกต่างหากเนื่องจากข้อกำหนดด้านแรงดันไฟฟ้า แอมแปร์ และ/หรือความถี่
การติดตั้งเหล่านี้ใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อดำเนินการตามปกติในแต่ละวัน พวกเขาได้รับพลังงานจากสายไฟฟ้าแรงสูงที่สถานีย่อยเฉพาะสำหรับคอมเพล็กซ์ แรงดันไฟฟ้าถูกปรับให้อยู่ในระดับที่ต้องการโดยใช้หม้อแปลงแบบ step-up หรือ step-down พลังงานทั้งหมดจะถูกส่งผ่านสวิตช์และแผงควบคุมเพื่อกระจายไปทั่วอาคาร
แต่ละอาคารแสดงถึงภาระไฟฟ้า เป็นไปได้ที่จะมีโหลดเฉพาะมากกว่าหนึ่งรายการสำหรับอาคารหนึ่งๆ ตัวอย่างของจุดโหลดรองในอาคารคือตัวแปลงความถี่ พีคแรงดันบวกหนึ่งพีคและพีคแรงดันลบหนึ่งพีคเท่ากับหนึ่งรอบ (Hz) แหล่งจ่ายไฟทั่วไปคือ 50 Hz หรือ 60 Hz อุปกรณ์บางอย่างต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ 400 Hz เพื่อใช้งาน ตัวแปลงความถี่เปลี่ยน 50 Hz หรือ 60 Hz เป็น 400 Hz มีตัวอย่างอื่นๆ อีกมากมายของจุดรับน้ำหนักรองในอาคาร ในการออกแบบไมโครกริด ทั้งหมดถูกควบคุมจากจุดเดียว
พลังงานสำรองและตัวสร้างความต้องการสูงสุด
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองจะจ่ายไฟให้กับกริดเมื่อไฟฟ้าดับ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประกอบด้วยเครื่องยนต์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ (ปลายเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) เครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติ (NG) และดีเซลเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม เครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิง NG สามารถทำงานได้อย่างไม่มีกำหนด ตราบใดที่การจ่ายก๊าซสาธารณูปโภคไม่ถูกขัดจังหวะ ไฟฟ้าสำรองจะไม่สามารถใช้ได้เมื่อมีการรักษาความปลอดภัยของแหล่งจ่าย
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้เครื่องยนต์ดีเซลสามารถทำงานได้เมื่อโครงสร้างพื้นฐานทั้งหมดล้มเหลว รวมทั้งการจ่ายก๊าซธรรมชาติ ต้องตรวจสอบและเติมถังจ่ายเชื้อเพลิงหลักเมื่อเหลือน้อย ระบบอัตโนมัติสามารถแจ้งเตือนผู้ปฏิบัติงานเมื่อระดับถังน้ำมันอยู่ที่จุดที่กำหนดไว้ล่วงหน้า เพื่อกำจัดการหยุดทำงานเนื่องจากไม่มีเชื้อเพลิง
แอปพลิเคชั่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในร่ม
เครื่องยนต์ ระบบหล่อเย็น และปลายเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมดติดตั้งบนแผ่นกันลื่นที่ประดิษฐ์จากคานเหล็ก แผ่นกันลื่นติดตั้งกับพื้นอาคาร ตัวยึดยางใช้ในสถานที่สำคัญเพื่อลดการสั่นสะเทือนระหว่างการทำงาน
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ารูปแบบนี้ไม่มีถังเชื้อเพลิงและต้องใช้เชื้อเพลิงภายนอก ถังเชื้อเพลิงหลักขนาดใหญ่สามารถจ่ายถังวันได้ พวกเขาต้องมีไอเสียในอาคารและจ่ายอากาศเย็นหรือระบบระบายความร้อนหลังการขายเช่น Heat Exchanger (HEX) ติดตั้ง
แอปพลิเคชั่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากลางแจ้ง
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้กลางแจ้งติดตั้งในตู้ที่ทนต่อสภาพอากาศหรือป้องกันสภาพอากาศ กล่องหุ้มหลายตัวมีการลดเสียงเพื่อลดเสียงรบกวนจากการทำงาน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกติดตั้งลื่นไถลบนถังเชื้อเพลิงแบบผนังสองชั้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้ไม่มีความต้องการเชื้อเพลิงภายนอก ไอเสีย หรือระบบหล่อเย็น ต่อสายไฟเอาท์พุตเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และพร้อมที่จะรับโหลด
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งสองรูปแบบมีระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงและสามารถทำงานพร้อมกันได้ สามารถจัดเจเนอเรเตอร์บัสสำรองแบบแยกเพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันจำนวนมาก หากต้องการดูสต็อกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าใหม่และมือสองของเรา ให้ไปที่ Generator Source เราให้บริการเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เช่น การบำรุงรักษา การแก้ไขปัญหา & การซ่อมแซม การติดตั้ง
การผลิตไฟฟ้าสีเขียว
Environmental Protection Agency (EPA) นิยามพลังงานสีเขียวว่าเป็นไฟฟ้าที่ผลิตจากพลังงานแสงอาทิตย์ ลม ความร้อนใต้พิภพ ก๊าซชีวภาพ ชีวมวล และระบบไฟฟ้าพลังน้ำ แบบจำลองของเราประกอบด้วยพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ การใช้งานที่เป็นไปได้มีการสำรวจด้านล่าง
พลังงานแสงอาทิตย์
แผงเซลล์แสงอาทิตย์ประกอบด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์เหล่านี้จะเปลี่ยนแสงแดดเป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจะถูกเก็บไว้ในธนาคารแบตเตอรี่ เมื่อแบตเตอรีแบตเตอรีชาร์จเต็มแล้ว ไฟฟ้าจะถูกส่งกลับโดยใช้อินเวอร์เตอร์และขาย
อินเวอร์เตอร์เป็นหัวใจของระบบ UPS เมื่อไฟฟ้าดับ แบตเตอรี่จะจ่ายพลังงานให้กับวงจรที่มีความต้องการกำลังไฟวิกฤต อินเวอร์เตอร์เปลี่ยนกระแสตรงเป็นกระแสสลับ (AC) เพื่อจ่ายวงจรในขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองเตรียมรับโหลด
พลังงานลม
ลมใช้ในการหมุนกังหัน กังหันผลิตไฟฟ้ากระแสสลับมากในลักษณะการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลและไอน้ำ กังหันลมยังสามารถเชื่อมต่อกับกริดพลังงานไฟฟ้าของอาคาร กริดสำรองแบตเตอรี่ของ UPS
กังหันที่เชื่อมต่อกับกริดไฟฟ้าต้องเฟสและความถี่ตรงกัน เพื่อให้เฟสและความถี่ของกริดตรงกัน พลังงานกังหันจะถูกส่งผ่านตัวแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ AC ถูกแปลงเป็น DC จากนั้นแก้ไขกลับเป็น AC ด้วยอินเวอร์เตอร์และกำหนดเส้นทางไปยังกริด กระแสไฟ AC จากกังหันลมยังสามารถกำหนดเส้นทางผ่านตัวแปลงเพื่อช่วยในการชาร์จแบตเตอรี
พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมเป็นวิธีการที่ยอดเยี่ยมในการชดเชยต้นทุนการใช้พลังงานของอาคาร แต่ยังไม่ได้พัฒนามากพอที่จะรับหน้าที่จ่ายพลังงานสำรอง ทั้งสองอย่างขึ้นอยู่กับสภาพอากาศในพื้นที่และแบตเตอรีแบตเตอรีที่มีอยู่ ในวันที่มีเมฆครึ้มโดยไม่มีแบตเตอรีพลังงานลมจะหมดลงอย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องพยายามชาร์จ
แบตสำรอง
โซลูชันพลังงานสีเขียวมักใช้แบตเตอรีสำรอง ธนาคารเหล่านี้ให้พลังงานชั่วขณะของ UPS เท่านั้น ออกแบบมาเพื่อจ่ายไฟเมื่อไฟฟ้าสาธารณูปโภคขัดข้องที่โรงงาน ในขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเริ่มทำงานเพื่อรับโหลด
ระบบแบตเตอรี่สำรองสามารถสร้างได้ด้วยแบตเตอรีแบตเตอรีสามแบบตามรายการด้านล่าง:
เซลล์กรดตะกั่ว - แบตเตอรี่ที่มีเซลล์กรดตะกั่วเป็นสารละลายที่มีราคาถูกที่สุด สิ่งเหล่านี้สามารถเป็นคำตอบที่ดีสำหรับแอพพลิเคชั่นขนาดเล็ก
ลิเธียมไอออน - เบากว่าและกะทัดรัดกว่าและมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่กรดตะกั่ว อย่างไรก็ตามมีราคาแพงกว่า
น้ำเค็ม - ผู้มาใหม่นี้อาศัยอิเล็กโทรไลต์ในน้ำเค็ม แบตเตอรี่ส่วนใหญ่ยังไม่ได้ทดสอบแต่รีไซเคิลได้ง่าย
แบตเตอรีพลังงานลมจะถูกชาร์จโดยตัวแปลงที่เปลี่ยน AC เป็น DC แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวแปลงเพราะแผงเซลล์แสงอาทิตย์สร้าง DC
เมื่อไฟฟ้าจากอาคารหายไป เวลาเกือบหนึ่งมิลลิวินาทีจะสูญเสียไปสำหรับการตอบสนองเชิงบวกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
สิ่งอำนวยความสะดวกและคอมเพล็กซ์ เช่น โรงพยาบาล ศูนย์ข้อมูล และเทศบาล ไม่ยอมให้เกิดไฟฟ้าดับ พวกเขาพึ่งพาธนาคารของแบตเตอรี่เพื่อจ่ายพลังงานในระหว่างที่ไฟฟ้าดับ นี่เป็นวิธีแก้ปัญหาระยะสั้นที่ยอดเยี่ยม แต่แบตเตอรีแบตเตอรีก็มีข้อจำกัด
แบตเตอรี่ที่มีความสามารถในการรับโหลดไฟฟ้านั้นมีราคาแพงสำหรับการซื้อครั้งแรก แบตเตอรี่กรดตะกั่วมีอิเล็กโทรไลต์เป็นของเหลวในเซลล์แบตเตอรี่ ต้องตรวจสอบระดับอิเล็กโทรไลต์และความถ่วงจำเพาะเป็นประจำ แม้จะมีการบำรุงรักษาอย่างระมัดระวัง แต่อายุการใช้งานของแบตเตอรี่เหล่านี้อาจอยู่ได้เพียง 5 ถึง 15 ปีเท่านั้น
ต้นทุนของพลังงานหมุนเวียนและระบบกักเก็บพลังงาน
แหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น ฟาร์มกังหันลม ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ และการผลิตไฟฟ้าจากพลังน้ำมีป้ายราคาซื้อเริ่มต้นที่สูงมาก ต้องใช้ช่างเทคนิคและทีมงานก่อสร้างที่มีประสบการณ์ในการติดตั้งอุปกรณ์ที่ซื้อมา หลังจากติดตั้ง ทดสอบ และทดสอบเดินเครื่องแล้ว อุปกรณ์ต้องได้รับการบำรุงรักษา บ่อยครั้งจำเป็นต้องใช้กำลังบำรุงรักษาเต็มเวลาเพื่อให้อุปกรณ์ทำงานได้ตามข้อกำหนด
การจัดเก็บพลังงานกำลังก้าวหน้าอย่างรวดเร็วและจะเป็นผู้เล่นหลักในอนาคตของไมโครกริด อาจเป็นเรื่องที่มีความซับซ้อนสูงและต้องใช้วิศวกรและการวางแผน และค่าใช้จ่ายทั้งหมดขึ้นอยู่กับความต้องการของคุณ Microgrid Knowledge มีบทความล่าสุดที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับการพัฒนาล่าสุดบางส่วนในการจัดเก็บพลังงานจากการประชุมปี 2019 เพื่อเจาะลึกที่นี่ พวกเขาให้รายละเอียดเส้นทางสู่ GW ของเป้าหมายการจัดเก็บพลังงานและข่าวสารล่าสุดจากบริษัทต่างๆ และนโยบาย FERC ที่กำลังผลักดันอยู่ในขณะนี้
สถานีควบคุม
สถานีควบคุมให้ทั้งความสามารถในการควบคุมและการตรวจสอบแก่ผู้ปฏิบัติงาน แต่ละระบบสามารถแบ่งออกเป็นระบบย่อยที่มีอุปกรณ์แต่ละชิ้นอยู่ภายใน
แผงจำหน่ายและแผงควบคุม - รับแรงดันไฟฟ้าอินพุตจากทุกแหล่งและจ่ายพลังงานไปยังวงจรที่จำเป็น
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง - ซอฟต์แวร์สถานีควบคุมตรวจสอบและมีความสามารถในการเปลี่ยนการกำหนดค่าการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อจ่ายพลังงานให้กับวงจรวิกฤต
Green Power - มีการตรวจสอบแบตเตอรี่สำรองของ UPS มีการตรวจสอบอินพุตพลังงานแสงอาทิตย์ไปยังแบตเตอรีแบตเตอรีและกริด ตรวจสอบสถิติกังหันลม ความสามารถในการเปลี่ยนไปใช้กังหันลมสำรองหรือแบตเตอรี่สำรอง
โดยพื้นฐานแล้ว สถานีควบคุมจะมีโซลูชันซอฟต์แวร์สำหรับบำรุงรักษา ตรวจสอบ และควบคุมฮาร์ดแวร์ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดค่าไมโครกริด อาจมีซอฟต์แวร์หลายชิ้นที่สนับสนุนการทำงานของกริด
ความซ้ำซ้อนเป็นหลักการสำคัญในการออกแบบระบบเหล่านี้ ความซ้ำซ้อนคือการมีอุปกรณ์สำรองไว้พร้อมในกรณีที่อุปกรณ์หลักขัดข้อง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า กังหันลม และแบตเตอรี่สำรองเป็นตัวอย่างของระบบที่สามารถมีอุปกรณ์หลักและอุปกรณ์สนับสนุนที่ซ้ำซ้อนได้
อุปกรณ์สำรองบางตัวจะทำหน้าที่ของอุปกรณ์หลักที่ได้รับมอบหมายโดยอัตโนมัติและแจ้งให้ผู้ปฏิบัติงานทราบถึงปัญหา จากนั้นผู้ควบคุมสถานีควบคุมจะแจ้งปัญหาการบำรุงรักษาเพื่อให้สามารถแก้ไขได้ อุปกรณ์สำรองเป็นไปตามข้อกำหนดเดียวกันกับอุปกรณ์หลัก บ่อยครั้งที่ผู้ปฏิบัติงานเปลี่ยนอุปกรณ์หลักและอุปกรณ์สำรองสำหรับการทดสอบตามกำหนดเวลา
ไมโครกริดเป็นแนวคิด สามารถออกแบบให้ใหญ่หรือเล็กได้ตามต้องการสำหรับการติดตั้ง นี่เป็นแนวคิดแบบเก่าที่จะคงอยู่ต่อไป เมื่อเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าเพิ่มขึ้น การใช้ไมโครกริดก็เช่นกัน
