Stromnetze und Microgrids haben viel gemeinsam. Beide haben die gleiche Funktion – die Stromversorgung der Verbraucher. Beide unterliegen den gleichen Einschränkungen – um sicherzustellen, dass Stromerzeugung und elektrische Last zu jeder Zeit gleich sind. Ihre Komponenten sind jedoch unterschiedlich.
Microgrids sind in einem viel kleineren Maßstab als Versorgungsnetze und enthalten daher Komponenten, die entsprechend verkleinert sind.
Hier sind die Hauptkomponenten eines Microgrids:
Stromerzeugungsressourcen in Microgrids
Das schlagende Herz eines Microgrids besteht aus einer Reihe von Stromerzeugungsressourcen. Typische Erzeugungsressourcen in Microgrids sind Diesel- und / oder Erdgasgeneratoren, Solaranlagen und Windkraftanlagen.
Die grundlegendsten Microgrids werden normalerweise um einen oder mehrere Dieselgeneratoren herum gebaut. Wenn Erdgas verfügbar ist, gehören auch Gasgeneratoren zu den verfügbaren Optionen. Ältere Insel-Microgrids basieren beispielsweise auf einem kleinen Kraftwerk, das aus wenigen Dieselmotoren besteht, die an Lichtmaschinen gekoppelt sind. Generatoren sind die Standardwahl für die Stromversorgung eines Mikronetzes, da sie eine Vielzahl von Lasten abdecken und als Notstromversorgung verwendet werden können. Sie starten schnell, reagieren auf Laständerungen und können mit einer Vielzahl von Kraftstoffen betrieben werden.
Die Brennstoffzellentechnologie zeichnet sich als gültige Option für die bedarfsgerechte Stromversorgung von Microgrids ab. Brennstoffzellen können mit Erdgas, Wasserstoff und anderen weniger gebräuchlichen Kraftstoffen betrieben werden. Obwohl ihre Kosten nach wie vor zu hoch sind, um weit verbreitet zu sein, werden Wasserstoffbrennstoffzellen als potenzielle Quelle für CO2-freien Strom in kleinem Maßstab angesehen.
Intermittierende Energieressourcen in Microgrids
Die Kosten für Sonnenkollektoren sind so niedrig geworden, dass ihre Installation in Privathaushalten und Unternehmen in einigen Regionen ein Kinderspiel ist. Universitätsgelände, Industrieanlagen und andere mit einem Mikronetz ausgestattete Einrichtungen können Solaranlagen in großer Zahl installieren und so erhebliche Einsparungen bei ihren Energiekosten erzielen. Tatsächlich bauen viele ein Mikronetz speziell, um ihre solaren Ressourcen besser integrieren und nutzen zu können.
Energiespeicherung in Microgrids
Viele Hausbesitzer entscheiden sich manchmal dafür, ihre Photovoltaik-Anlage zu Hause mit einem Batteriepack zu ergänzen. Ebenso integrieren viele Microgrid-Besitzer Batteriespeicher in ihr System. Da der Preis für Lithium-Ionen-Batterien auf einem Allzeittief liegt, rechtfertigen die Vorteile des Hinzufügens einer Energiespeicherressource häufig die zusätzlichen Kosten.
Zum einen bieten Batteriespeichersysteme einen Service, der als „Zeitverschiebung“ bezeichnet wird. Time-Shifting-Batterien sammeln tagsüber zusätzlichen Strom aus einer übergroßen Solaranlage und entladen die Batterie dann, nachdem die Sonne untergegangen ist, um die Lastanforderungen über Nacht zu erfüllen. In ähnlicher Weise können Batterien zu Zeiten entladen werden, in denen die Solaranlagenleistung nicht den Lastanforderungen entspricht, z. B. bei kurzen Spitzenbedarfsperioden. Dies ermöglicht es dem Eigentümer, die Nutzung seiner Ressourcen zu maximieren.
Ein weiterer Vorteil von Batteriesystemen ist ihre Fähigkeit, sofort auf Änderungen des Strombedarfs im Mikronetz zu reagieren. Eine Batterie als Standby-Kapazität zu haben, ist oft viel kostengünstiger als einen zusätzlichen Generator 24/7 im Leerlauf zu betreiben, falls die Nachfrage unerwartet steigt. Stellen Sie sich Energiespeicher als das Fett auf dem Mikronetz vor, in dem Energie gespeichert wird.
Lastmanagement innerhalb von Microgrids
Einige Microgrid-Eigentümer haben die Möglichkeit, den Strombedarf auf die gleiche Weise wie die Stromerzeugung aktiv zu steuern.
Wenn eine große elektrische Maschine irgendwo auf dem Mikronetz startet, müssen die Generatoren, die das Mikronetz versorgen, standardmäßig schnell hochfahren, um den zusätzlichen Bedarf zu decken. Microgrids, die die Nachfrage aktiv steuern, haben eine andere Option. Sie können den Bedarf an anderer Stelle im Mikronetz verringern, indem sie beispielsweise die Klimaanlage eines Gebäudes vorübergehend abschalten. Das Ergebnis ist, dass Nachfrage und Erzeugung wieder ausgeglichen werden, ohne die Erzeugung zu erhöhen.
Steuerung und Kommunikation innerhalb von Microgrids
Microgrids benötigen ein Gehirn und ein Nervensystem, um sicher und effektiv zu arbeiten.
Weitflächige Stromnetze dienen Millionen von Verbrauchern und haben eine beträchtliche Trägheit, was das Potenzial für schnelle, unkontrollierte Änderungen begrenzt. Microgrids hingegen enthalten weniger Lasten und Ressourcen und reagieren empfindlicher auf Last- und Erzeugungsschwankungen. Das Anfahren mehrerer großer elektrischer Maschinen ohne die Gewissheit, dass eine äquivalente Menge an Erzeugung verfügbar ist, ist ein sicherer Weg, um das Mikronetz zum Absturz zu bringen.
Das Steuerungssystem eines Microgrids umfasst typischerweise mehrere Controller und Sensoren, die über sein Territorium verteilt sind. Ein SCADA-System (Supervisory Control and Data Acquisition) ist ebenfalls erforderlich, um Daten zu sammeln und Anweisungen zu verteilen.
Wenn das SCADA-System das Nervensystem des Microgrids ist, dann ist die Energiemanagement-Software das Gehirn; diese Software kann sehr anspruchsvoll sein. Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelle Lernfunktionen ermöglichen es moderner Energiemanagementsoftware, die Last der Verbraucher auf dem Mikronetz und die Erzeugung aus erneuerbaren Ressourcen besser zu antizipieren, um das System für den kostengünstigsten Betrieb zu optimieren. Die Maximierung der Nutzung erneuerbarer Ressourcen, die Minimierung der Kosten für fossile Brennstoffe und die Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit der Ausrüstung und des Microgrids während der Verteilung der Last werden von der Energiemanagementsoftware innerhalb der vom Eigentümer des Microgrids festgelegten Parameter übernommen.
Schaltanlagen, Wechselrichter und andere Geräte
Schließlich umfassen Microgrids andere kritische Komponenten wie elektrische Kabel, Leistungsschalter, Transformatoren und mehr. Diese Komponenten sind die Knochen, Muskeln und Blutgefäße eines Mikronetzes. Sie verbinden Erzeugungsressourcen mit Verbrauchern und ermöglichen es dem Steuerungssystem des Mikronetzes, Änderungen am Zustand des Mikronetzes vorzunehmen.
Automatische Umschalter isolieren beispielsweise verschiedene Erzeugungsanlagen, um sicherzustellen, dass beispielsweise der einer Solaranlage zugeordnete Wechselrichter keinen Dieselgenerator mit Strom versorgt. Wechselrichter wandeln den von Batterien oder Sonnenkollektoren gelieferten Gleichstrom in Wechselstrom um, der ausreichend mit anderen Wechselstromressourcen im Mikronetz synchronisiert ist.
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