摘要：電力供應(yīng)需求由核電站和火電站輕松滿足，并在高峰時期通過天然氣站加以補(bǔ)充，這樣的局面在德國已不復(fù)存在。分布式系統(tǒng)在電網(wǎng)中所占的比例正在不斷增加。無論是基于太陽能、風(fēng)能還是生物能，市場上用于控制可再生能源的系統(tǒng)逐漸成熟，并已開始市場供應(yīng)。開創(chuàng)性遠(yuǎn)動解決方案也是如此，并由位于東德的領(lǐng)先能源供應(yīng)商envia Mitteldeutsche Energie AG(enviaM)與WAGO聯(lián)合推向市場。
enviaM與WAGO共同開發(fā)用于維持網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的遠(yuǎn)程控制解決方案
電力供應(yīng)需求由核電站和火電站輕松滿足，并在高峰時期通過天然氣站加以補(bǔ)充，這樣的局面在德國已不復(fù)存在。分布式系統(tǒng)在電網(wǎng)中所占的比例正在不斷增加。無論是基于太陽能、風(fēng)能還是生物能，市場上用于控制可再生能源的系統(tǒng)逐漸成熟，并已開始市場供應(yīng)。開創(chuàng)性遠(yuǎn)動解決方案也是如此，并由位于東德的領(lǐng)先能源供應(yīng)商envia Mitteldeutsche Energie AG(enviaM)與WAGO聯(lián)合推向市場。
電力網(wǎng)絡(luò)擁有眾所周知的缺陷，那就是他們自身無法儲存能量。專業(yè)的電廠管理應(yīng)運(yùn)而生，能夠確保發(fā)電量與用電設(shè)備使用的輸出量(包括輸送線路中損失的部分)一致。這是因?yàn)槊恳淮喂╇娏坎蛔慊蜻^剩都會造成供電網(wǎng)絡(luò)中的頻率發(fā)生變化。因此，輸電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商密切關(guān)注這個事實(shí)，即能源生產(chǎn)和消耗之間要保持平衡。
通過使用平衡電力(也稱為備用電力)可達(dá)到這個目的。這會涉及兩類能源生產(chǎn)商：一類在供電量不足時暫時加入到供電網(wǎng)絡(luò)中，另一類在供電量過剩時進(jìn)行節(jié)流。此外，可根據(jù)實(shí)際需要增加或減少輸出儲存的用電設(shè)備也發(fā)揮重要作用。
及時可用性成為決定性因素
在討論平衡電力時，會涉及到三種類型的電力輸出，他們之間的一個重要區(qū)別是他們對輸電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的響應(yīng)時間。主要平衡電力約占目前發(fā)電量的2%，而且輸電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商必須能在30秒內(nèi)從它們獲得電力。如果是輔助平衡電力，電廠運(yùn)營商必須在五分鐘之內(nèi)實(shí)現(xiàn)輸電。備用電力必須能在15分鐘之內(nèi)替代主要平衡電力，從而使主要平衡電力能在有需要時再次啟用。此第三種形式的平衡電力也稱作分鐘備用電力，因?yàn)楸仨氃?5分鐘之內(nèi)輸出電力。
enviaM還提供平衡電力來為輔助平衡電力和分鐘備用電力提供保障。enviaM是德國東部一家領(lǐng)先地區(qū)性能源服務(wù)供應(yīng)商，總部位于開姆尼茨，它能夠從50 Hz輸電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商調(diào)控區(qū)域內(nèi)的約150個分散的發(fā)電系統(tǒng)獲取輸電，這對其電力輸出十分有益。這些發(fā)電系統(tǒng)包括熱電聯(lián)產(chǎn)廠、天然氣發(fā)電廠、沼氣系統(tǒng)等等。
為了保證輔助平衡電力和分鐘備用電力能發(fā)揮最佳作用，enviaM和WAGO開發(fā)出能夠統(tǒng)一控制不同制造商制造的各種類型系統(tǒng)的技術(shù)解決方案，從而能可靠地滿足各種要求。
以通過沼氣運(yùn)行的熱電聯(lián)產(chǎn)廠為例，其運(yùn)營商(在enviaM這個案例中，這些運(yùn)營商主要是農(nóng)業(yè)合作社)有機(jī)會將他們?nèi)炕虿糠职l(fā)電量提供給enviaM，成為輔助平衡電力或分鐘備用電力的一部分。
一般情況下，使用沼氣的熱電聯(lián)產(chǎn)廠的發(fā)電量為大約500千瓦(kW)。如果enviaM在輔助平衡電力或分鐘備用電力的形式上所需要的電力，在該沼氣發(fā)電熱電聯(lián)產(chǎn)廠總發(fā)電量中所占比例為40%，運(yùn)營商就能保證在5分鐘或15分鐘內(nèi)分別調(diào)用200 kW。
如果輸電干線頻率降低，則該熱電聯(lián)產(chǎn)廠就能向電網(wǎng)中送入電力。而如果輸電干線頻率升高，系統(tǒng)就會減速，并將沼氣發(fā)電暫時儲存起來。
定向開關(guān)
enviaM通過使用緊湊型交鑰匙控制柜為調(diào)節(jié)輸出所必需的遠(yuǎn)程控制提供保障。該控制柜主要包含WAGO-I/O-SYSTEM 750、一個WAGO電源和一個INSYS MoRoS VPN路由器。
為了能夠控制現(xiàn)場的可再生能源發(fā)電設(shè)備的輸出，enviaM與WAGO聯(lián)合開發(fā)了緊湊型解決方案。
重點(diǎn)在于如何選擇供應(yīng)商：長期的合作關(guān)系對于來自enviaM的(左 起)SvenPapst、Gunar Deitert和KristianLeibrich來說都十分重要。
這個裝置的任務(wù)就是查詢熱電聯(lián)產(chǎn)廠當(dāng)前電量的輸出情況，從而獲得按計劃可供輸出電力的規(guī)模?！靶枰嗌匐娏繒r可以開啟，輸入多少電量后能關(guān)閉，這才是關(guān)鍵所在，”enviaM能源服務(wù)部的Kristian Leibrich開門見山地說。實(shí)際上，整個過程都是通過模擬信號來執(zhí)行的，模擬信號對應(yīng)的是發(fā)電系統(tǒng)的目標(biāo)輸出，這在事先已與運(yùn)營商約定。通過這種方法，位于馬爾克萊貝爾格的enviaM控制中心能夠在需要平衡電力時將熱電聯(lián)產(chǎn)廠加入到供電行列中。該裝置通過WAGO-I/O-SYSTEM附加的輸入端收集故障和準(zhǔn)備就緒信息。?“通過這種方式，我就能了解我們所控制的系統(tǒng)中是不是至少有一個能夠調(diào)用的，”Leibrich解釋稱。
創(chuàng)建操作簡便的界面
雖然在頻率為50Hz的范圍內(nèi)有150多個耦合的分布式系統(tǒng)，但卻可通過惟一一個控制系統(tǒng)控制全部系統(tǒng)。這種關(guān)系很快證明了現(xiàn)場的系統(tǒng)控制器和位于enviaM控制中心的中央系統(tǒng)之間的界面所面臨的是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。
可以假設(shè)enviaM要求系統(tǒng)運(yùn)營商保持特定的標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以判斷供應(yīng)商是否能夠連接到平衡電力系統(tǒng)。但是，enviaM采取的商業(yè)政策是，作為能源服務(wù)供應(yīng)商，他們要調(diào)整自己來適應(yīng)客戶所采用的異構(gòu)系統(tǒng)，而不是反過來讓客戶來適應(yīng)他們?！拔覀冋?wù)摰目墒强蛻魸M意度，”能源服務(wù)專家Gunar Deitert談到了重點(diǎn)。
借助WAGO-I/O-SYSTEM 750，這家位于開姆尼茨的服務(wù)供應(yīng)商使用的解決方案可以輕松地收集、處理和打包任何數(shù)量的信號或通信協(xié)議，并依照IEC-60870-5-104將它們發(fā)送到路由器。再由路由器將其安全地傳送到WAGO的數(shù)據(jù)集中器中。數(shù)據(jù)集中器WAGO PLC集中管理WAGO分站，即客戶系統(tǒng)中的控制器。它們是控制系統(tǒng)的連接組件，并且是使用IEC-60870-5-101協(xié)議的冗余式連接。這可以提高IT安全性并能夠大幅度降低故障風(fēng)險。
借助于WAGO，我們找到了一個非常好的解決方案，它能夠自由編程，為我們提供了多種可能。
“與WAGO一起，我們找到了一個非常好的解決方案，借此能夠自由編程和組合不同I/O模塊，為我們提供了多種可能”，Deitert解釋說，他還贊揚(yáng)了他們的協(xié)作水平， 我們需要能夠在關(guān)鍵時刻幫助我們的合作伙伴。如果一個解決方案在投入使用前需要耗費(fèi)我們幾個月的時間，那么這個解決方案對我們毫無幫助。”他的團(tuán)隊(duì)組成非常精簡，因此選擇供應(yīng)商十分重要，他們希望“聯(lián)系人能夠在出現(xiàn)問題時提供實(shí)實(shí)在在的幫助，而不僅僅是提供精美的小冊子。服務(wù)提供商不必立即答復(fù)，但他們必須給予關(guān)注，我們必須要感受到供應(yīng)商確實(shí)對我們的問題很上心，并且能夠提供適當(dāng)?shù)姆答?。如果我們發(fā)現(xiàn)符合條件的供應(yīng)商，則將很樂意與這些業(yè)務(wù)伙伴長期合作。
結(jié)論
enviaM的解決方案實(shí)際展示了，能源轉(zhuǎn)型的復(fù)雜問題可以借助控制與通信層面的標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)技術(shù)加以解決?？稍偕茉窗l(fā)電系統(tǒng)具有一定的特殊性，而使用開放接口連接各種I/O模塊可為適應(yīng)這種特殊性打下基礎(chǔ)，而且不會帶來巨額的工程費(fèi)用。
（轉(zhuǎn)載）
