Infrastruktura techniczna instalacji energii odnawialnej - od źródła do systemu

| Prezentacje firmowe

Systemy i instalacje zasilające wykorzystujące energię odnawialną zyskują na znaczeniu wraz z rosnącą świadomością co do konieczności ochrony klimatu oraz wyczerpywaniem się paliw kopalnych. Farmy fotowoltaiczne są jednym z dwóch najpopularniejszych źródeł tego typu, na potrzeby których przygotowano specjalne rodziny urządzeń i systemów zapewniających ich optymalną i wydajną pracę, takie jak systemy monitoringu stanu lub sterowniki zapewniające śledzenie słońca przez ogniwa. W poniższym artykule przedstawione zostaną takie rozwiązania.

Infrastruktura techniczna instalacji energii odnawialnej - od źródła do systemu

Farma fotowoltaiczna

Rys. 1. Schemat poglądowy infrastruktury technicznej farmy PV

Schemat poglądowy farmy PV pokazany został na rysunku 1. Zawiera on kilka czujników natężenia oświetlenia (sunlight sensor) połączonych za pomocą modułów przetworników analogowo-cyfrowych ADAM-4117 i siecią Modbus z centralnym sterownikiem komputerowym PEC-3240 (Embedded Motion Controller) bazującym na procesorze Intel Celeron. Odczyt informacji z kilku rozmieszczonych w różnych miejscach czujników pozwala na wyznaczenie kierunku padania promieni słonecznych i staje się podstawą do ustawienia położenia paneli PV.

Poruszanie nimi zapewniają silniki krokowe sterowane przez układ wejścia-wyjścia zawierający 32 izolowane linie IO. Od strony mechanicznej zapewniony jest ruch paneli w osi X i Y.

Poza informacją o natężeniu oświetlenia system w podobny sposób (czujniki i moduły akwizycji sygnału ADAM i kontrolery APAX) gromadzi informacje o temperaturze otoczenia (termopary i termorezystory) i temperaturze w obudowach konwerterów energii, o napięciu zasilającym, o stanie bezpieczników i elementów ochronnych.

Moduły cyfrowych wyjść pozwalają na wyzwolenie zabezpieczeń i odcięcie wybranych elementów instalacji po to, aby w trudnych warunkach chronić instalację przed uszkodzeniem. Z uwagi na to, że poszczególne elementy tej instalacji są rozproszone na dużej przestrzeni, całość elementów sterowania i akwizycji sygnału połączona jest w obrębie sieci.

Do komunikacji lokalnej moduł akwizycji-kontroler wykorzystano RS232, sieć w obrębie danej grupy urządzeń zlokalizowanych w jednym miejscu tworzona jest za pomocą switcha i Ethernetu, a oddalone instalacje połączone są kablem światłowodowym, co zapewnia niewrażliwość komunikacji na zakłócenia.

Jak widać z danych pokazanych na rysunku, architektura systemu farmy PV ma charakter rozproszony, bo bazuje w dużej mierze na wielu małych komputerach, a nie jednej jednostce centralnej. To celowe działanie, które ma zapewnić stabilniejszą pracę, możliwość łatwego skalowania systemu i rozbudowy oraz utrzymania w ruchu.

Do takich zadań kierowane są moduły APAX (Advantech Distributed Computer) pozwalające na sterowanie, akwizycję danych i zdalne zarządzanie. Alternatywne możliwości dają kontrolery bezwentylatorowe z serii Uno-1000 i moduły ADAM-4000. Uno odpowiadają za komunikację i obsługę protokołów, ADAM-y za akwizycję danych i sterowanie.

Na świecie zaczyna się szaleństwo związane z energią odnawialną, w którym nikt w zasadzie nie dostrzega i nie zastanawia się nad tym, że jej wykorzystaniu towarzyszy poważny problem związany z nieprzewidywalnością. Wiatr wieje za słabo lub za silnie, a chmury zwykle zawsze zasłaniają słońce. W efekcie wiele systemów zasilających trzeba budować z dużą nadmiarowością, co dodatkowo zwiększa ich niemałe koszty. Jest to istotne zwłaszcza w krajach Europy Północnej, gdzie słońca nie ma wiele.

Z takich powodów cały czas poszukiwane są nowe, bardziej stabilne źródła odnawialne, a przykładem mogą być fale morskie, których energia jest o wiele bardziej dostępna i także możliwa do wykorzystania. Pierwsze projekty związane z wykorzystaniem tego źródła już się pojawiają. We Francji i Korei Płd. zrealizowane pilotażowe projekty, nowe zadanie o nazwie MeyGen powstaje w Szkocji. Będzie zawierało 269 turbin o mocy łącznej 400 MW zlokalizowanych w Pentland Firth - cieśninie oddzielającej archipelag Orkadów od północnej Szkocji. Inwestorem jest firma Atlantis, która ma już doświadczenie w wykonywaniu dużych instalacji energii odnawialnej.

Elektrownia wiatrowa

Rys. 2. Schemat farmy wiatrowej

Generatory wykorzystujące energię wiatru to drugie najpopularniejsze źródło energii odnawialnej. Jest ono traktowane jako główne w krajach, gdzie energii słońca nie ma wiele lub są korzystne uwarunkowania klimatyczne sprzyjające wietrznej pogodzie. Instalacje te są bardziej skomplikowane od farm fotowoltaicznych, z uwagi na to, że wykorzystują rozwiązania mechaniczne, są znacznie większe i generują dużą moc. Z tych przyczyn niezbędna infrastruktura zawiera więcej urządzeń z zakresu pomiarów i sterowania (rys. 2).

Jej podstawą jest system monitorowania drgań turbiny, który stanowi podstawę utrzymania w ruchu działania generatora i prognozowania awarii głównych części napędowych (śmigła, przekładni i prądnicy). Do tego celu można wykorzystać kontroler ECU-1801 razem z kartą akwizycji danych ECU-1060.

Oba te elementy zapewniają jednoczesną akwizycję danych z wielu czujników wibracji rozmieszczonych w krytycznych miejscach. Wykorzystuje się tutaj system monitoringu pracy transformatora znajdującego się pomiędzy turbiną a siecią energetyczną, co może zostać wykonane za pomocą modułów I/O (DMU-3010/5010) przeznaczonych do zdalnych pomiarów parametrów, takich jak napięcia i prądy, temperatury oleju itp. Sygnały te są przesyłane do centrum zarządzania farmą wiatrową przez sieć bazującą na Ethernecie.

Centrum zarządzania farmą, a więc grupą turbin rozproszonych na dużym obszarze, odbiera komunikaty z systemów monitoringu zlokalizowanych na turbinach i traktuje je jako dane wejściowe do systemu SCADA (Advantech WebAccess). W ten sposób informacje prezentowane są w syntetycznej i czytelnej formie dla obsługi farmy na monitorach komputerów. Infrastruktura sieci łączącej poszczególne obiekty i urządzenia zawiera switche zarządzalne z serii EKI, komputery UNO-4600 i kontrolery embedded TPC-1070H and UNO-1170A, niemniej konkretna implementacja zależy od lokalnych uwarunkowań.

Advantech Polska
www.advantech.pl

Zobacz również