Digitális forradalom a transzformátor-alállomásokban
Nagy nyomás nehezedik az energiaszektorra. A németországi elosztóhálózat-üzemeltetőknek gyorsan fel kell készíteniük infrastruktúrájukat az energetikai átállásra.
2030-ra a villamos energia mintegy 80 százalékát megújuló forrásokból kell előállítani. A naturenergie netze GmbH kísérleti projektje bemutatja, hogyan lehet gyorsabban modernizálni a transzformátor-alállomásokat. Az Eplan és az entegra szoftverszállítókkal együttműködve a dél-németországi elosztóhálózat-üzemeltető egy digitális ikerpár megalkotásán dolgozik, ami nagyban felgyorsítja a transzformátor alállomások tervezését és továbbfejlesztését.
Régebben volt az elosztás. Évtizedeken keresztül az energiát egyszerűen csak egy irányba osztották el – a folyamatosan működő szén- és atomerőművektől a transzformátor alállomásokig, és onnan (a feszültség többszöri levezetése után) a végfelhasználók felé. Közúti közlekedési hasonlattal élve ez a csendes „egyirányú utca” mára egy forgalmas belvárosi úthálózattá vált. Az energiamix napjainkban óránként változik a szél és az időjárás függvényében, így gyakorlatilag már nem létezik a megbízható alapterhelés. A szélerőművek és a napelemes rendszerek üzemeltetői ezenkívül decentralizáltan táplálják be az energiát közép- és kisfeszültségű szinten, így az elektromos hálózatok ma már két irányban működnek. A hőszivattyúk és az e-járművek töltőállomásai magasabb fogyasztást generálnak, így a régóta ismert, kora este tetőző terhelési profilok mára a múlt ködébe vesztek. Az ellátás minőségét, valamint az 50 Hz-es frekvenciát azonban folyamatosan biztosítani kell.
A hálózatüzemeltetők óriási feladat előtt állnak – az összetett követelményeknek megfelelően kell ázalakítaniuk hálózataikat. A naturenergie netze számára ez új építési munkákat, valamint számos meglévő transzformátor-alállomás korszerűsítését jelenti. Az erőműveket a növekvő villamosenergia-igényhez kell igazítani, de nem ez jelenti az egyetlen kihívást. Nagyobb kihívást jelent, hogy az erőműveknek az energiaforrások és -áramlások, valamint a villamos energia pontos szabályozása tekintetében sokkal nagyobb rugalmasságnak kell megfelelniük.
Egy digitális ikerpár
A naturenergie netze (lásd a szövegdobozt) ezekkel a kihívásokkal gyorsan megbirkózott, és jelenleg egy kísérleti projekten dolgozik, amivel az egyik rendszerét modernizálja. A hálózatüzemeltető digitális koncepciót használ a Rheinfelden transzformátor-alállomás átalakításának megtervezéséhez és konfigurálásához. Az új megközelítést már az előmunkálatok során is alkalmazták. A tervezés megkezdése előtt létrehozzuk a transzformátor-alállomás digitális ikerpárját, azaz egy virtuális reprezentációt, ami mind az operatív alkatrészek (az elsődleges technológia), mind a vezérlési szint (a másodlagos technológia), valamint természetesen az épületek és az összes periféria összes adatát tartalmazza – magyarázta Rainer Beck hálózatfejlesztési koordinátor. – Ezt követően a digitális ikerpárra alapozva tervezzük meg az átalakítást.”
A másik ok, amiért ez kihívást jelent, az az, hogy az elsődleges és másodlagos technológiát különböző CAD-szoftvereszközökkel tervezik. Ebben a kísérleti projektben ezt a problémát egy egészen különleges együttműködéssel sikerült áthidalni. A VDE ETG a „Digitális ikerpárok az elektromos energiarendszerekhez” munkacsoport tagjaként két vezető beszállítóval – az Entegra primtech az elsődleges és az Eplan a másodlagos technológiához való szoftvermegoldásával – pontosan azt ajánlotta, amire a naturenergie netze-nek szüksége volt az első (előzetes) tervezési szakaszban, nevezetesen az elsődleges és a másodlagos technológia egyetlen modellben történő kombinálását.
Jelentős hatékonyság növekedés
Ehhez az egyedülálló projekthez az entegra és az Eplan egy innovatív elosztóhálózat-üzemeltetőt keresett megfelelő kísérleti projekttel, hogy az harmadik félként kapcsolódjon be az együttműködésbe. A naturenergie netze céggel való kapcsolatfelvétel pontosan a megfelelő időben jött – különösen a kérdéses projekt összetett volta miatt. „A projekt célja az összes másodlagos technológia megújítása egy meglévő, rendkívül összetett transzformátor-alállomáson és a folyamatban lévő üzemelés során – fejtette ki Rainer Beck. – Könnyű megérteni, miért volt vonzó a projektben való részvétel. Általában két-három évbe telne a korszerűsítés megtervezése és megvalósítása, de az új tervezési módszertan lényegesen felgyorsítja a dolgokat.” Ezzel a projektben résztvevők mindegyike egyetért.
„Amit itt csinálunk – a transzformátor-alállomás elsődleges és másodlagos technológiájának egyetlen digitális ikerpárba történő integrálását – még senki sem csinálta meg, de jelentős előnyökkel kecsegtet” – tette hozzá Matthias Schuy, az entegra üzletfejlesztési menedzsere. A résztvevőket megkértük, hogy beszéljenek kicsit részletesebben a várható előnyökről. „Végső soron bizonyítanunk kell az egyszeri befektetés gyors megtérülését – mondta Rainer Beck. – Az első projektfázis – az előzetes tervezés – után jelentős időmegtakarítást tapasztalunk a transzformátor-alállomások tényleges átalakítása során. Mi több, ez minden projektre igaz.”
Egy modell minden felhasználó számára
A projekt első szakaszában megtörtént a transzformátor-alállomás szkennelése, az adattáblákról fényképek készítése, valamint a keletkezett elsődleges technológiai adatok az eszközkezelő rendszer adataival történő összehasonlítása. Az eredmény a transzformátor-alállomás egy valid, működőképes primtech 3D modellje lett. Egy teljesen automatizált folyamat során a primtech-ben létrehozott adatkészleteket egy interfészen keresztül az Eplanba exportálták, és vették alapul az Eplan másodlagos technológiájának megtervezéséhez. Végül a másodlagos technológia adatait integrálták a digitális ikerpárba. Ez a munka is a befejezéshez közeledik. Az aktuális forgatókönyv dokumentálásával megalapozták a transzformátor-alállomás másodlagos technológiájának hatékony cseréjét. „Ez egy nagyon fontos lépésnek számított – magyarázta Jan Oliver Kammesheidt, az Eplan vertikális piacokért felelős globális vezetője. – Minden adatot ellenőriztünk. Alapvetően az „igazság egyetlen forrása” elvét követjük. Az eredeti rendszerekben lévő adatokat érintetlenül hagytuk, és a digitális ikerpárhoz kapcsoltuk. Ez megakadályozza a jövőben potenciális problémákat okozó redundanciák létrejöttét.”
A kombinált adatmodell architektúráját tekintve az érintettek – az ikerpár szemlélethez nagyon is igazodva – egy sajátos infrastruktúrát hoztak létre. „Nincs vezető rendszer – ehelyett pusztán ugyanannak a modellnek különböző perspektívái léteznek – magyarázta Schuy. – A digitális ikerpár ablakot nyit a rendszerekre, például a primtech-ből az Eplan-ra vagy az SAP-re. A digitális ikerpár ezzel teljesíti egyik fő funkcióját – nevezetesen központi hozzáférést ad a transzformátor-alállomás minden lényeges információjához.”
A másodlagos technológia szabványosítása
A három fél – az entegra, az Eplan és az elosztóhálózat-üzemeltető – együttműködését egy két évvel ezelőtti döntés tette lehetővé, vagy legalábbis könnyítette meg. Ekkor kezdte el a naturenergie netze az Eplan Electric P8 és az Eplan Pro Panel szoftvermegoldásokat használni a másodlagos technológia, azaz a vezérlési szint megtervezéséhez. Simon Rümmele grid fejlesztési projektvezető akkoriban is és most is a projekt felelősének számít; „Az Eplannal a másodlagos technológia szabványosítását és hatékonyabb megtervezését, valamint a teljes körű tervezést mozdíthatjuk elő, amit az üzemeltetési fázisban is felhasználhatunk megelőző karbantartásra és nagyjavításra.”
A mechanikai tervezésből leszűrt tanulságok
A projekt annak bizonyítéka, hogy a villamosenergia-iparban működő felhasználók is profitálnak a gépgyártás tapasztalataiból és megoldásaiból. Ebben a szektorban – amelyben az Eplan évtizedek óta tevékenykedik – a panel- és kapcsolóberendezés-gyártó berendezések szabványosítása és „iparosítása” szilárd alapokon nyugszik. Ami a transzformátor-alállomásokra vonatkozó munkát illeti, ezen a téren még sok a tennivaló – de el kell végezni. „Mindeddig eseti alapon tervezték és egyedileg építették meg a transzformátor-alállomásokat – magyarázta Kammesheidt. – Ez azonban nagyon megnehezíti annak megítélését, hogy az energetikai átállás következtében milyen korszerűsítésre és új konstrukciókra van szükség. Az ágazatnak sokkal többet kell szabványosítania, mint a múltban. Támogatást adunk és örülünk, hogy a naturenergie netze cégben egy innovatív partnerre leltünk. Az elsődleges és másodlagos technológia közös digitális ikerpárjával jelentősen felgyorsítjuk a folyamatot, és megbízhatóbbá is tesszük azt.”
Erős partnerek az átalakításhoz
Rümmele magyarázata szerint a naturenergie netze pontosan ezt akarja elérni: „Többet szeretnénk és többet is kell digitalizálnunk, mert hiszünk abban, hogy ez lehetőségeket nyit meg és megkönnyíti a munkánkat a jövőben. Éppen ezért a legújabb technológiákat próbáljuk ki, és további kísérleti projekteket tervezünk a rheinfeldeni transzformátor-alállomásunkon. Az Eplan testvérvállalata, a Rittal ráadásul a hardver, vagyis az összes ház technológia átalakításában is erős partnert jelentett.”
A naturenergie netze egy ideje már a szabványosítást is fontolgatja – az entegra és az Eplan közös digitális ikerpárja pedig ehhez is jó alapot ad. Rainer Beck: „Két sztenderd koncepció és épület 110 kV-os tartományban való felhasználását, valamint ezek alapján variációk létrehozását tudjuk előirányozni. A fő elsődleges beszállítókkal ezeken is dolgozunk, lerövidített tervezési idővel. Ez kulcsfontosságú, mert transzformátor alállomásaink többségét az új követelmények mentén leszünk kénytelenek átalakítani. Ebben a digitális ikerpár, valamint az entegra és az Eplan által végzett előkészítő munka is segítségünkre lesz. Partnerségünk és együttműködésünk révén egy valódi innovációval állunk elő, ami segít fejleszteni a hálózatainkat és kellő hatékonysággal vértezi fel azokat a jövő-kompatibilis működéshez.”
A projektből azonban nem csak a naturenergie netze profitál. Kammesheidt: „A gépiparral ellentétben a hálózatüzemeltetők nyíltan osztanak meg információkat, mert nem versenyeznek egymással. Már most nagy az érdeklődés. Meggyőződésem, hogy sok hálózatüzemeltető képes lesz átvenni azt, amit itt és a VDE munkacsoportban csinálunk, és felhasználni azt saját átalakítási és új építésű projektjeik gyors megtervezésére és megvalósítására.”
www.eplan-software.com
További információkért kérem forduljon …
