Le griglie di utilità e le microgrid hanno molto in comune. Entrambi hanno la stessa funzione: fornire energia elettrica ai consumatori. Entrambi sono soggetti agli stessi vincoli, garantendo che la generazione elettrica e il carico elettrico siano uguali in ogni momento. I loro componenti, tuttavia, sono diversi.
Le microgrid sono molto più piccole delle griglie di utilità e di conseguenza includono componenti che vengono ridimensionati di conseguenza.
Ecco i componenti principali di una microgrid:
Risorse per la generazione di elettricità all’interno di microgrid
Il cuore pulsante di una microgrid è costituito da un insieme di risorse per la generazione di elettricità. Le risorse tipiche della generazione trovate in microgrids includono i generatori diesel e/o del gas naturale, gli array solari e le turbine eoliche.
Le microgriglie di base sono generalmente costruite attorno a uno o più generatori diesel. Quando il gas naturale è disponibile, generatori di gas sono anche tra le opzioni disponibili. Le microgriglie insulari più vecchie, ad esempio, si basano su una piccola centrale elettrica composta da alcuni motori diesel accoppiati ad alternatori. I generatori sono la scelta predefinita per alimentare una microgrid perché possono coprire un’ampia gamma di carichi e perché possono essere utilizzati come alimentazione di backup. Iniziano rapidamente, sono sensibili alle variazioni di carico e possono funzionare su una varietà di combustibili.
La tecnologia a celle a combustibile sta emergendo come una valida opzione per fornire alimentazione on-demand su microgrid. Le celle a combustibile possono funzionare a gas naturale, idrogeno e altri combustibili meno comuni. Anche se il loro costo rimane troppo alto per essere ampiamente utilizzato, le celle a combustibile a idrogeno sono viste come una potenziale fonte di elettricità su piccola scala senza CO2.
Risorse energetiche intermittenti all’interno di microgrid
Il costo dei pannelli solari è diventato così basso che, in alcune regioni, la loro installazione su case e aziende è un gioco da ragazzi. Campus universitari, impianti industriali e altri dotati di una microgrid possono installare array solari in gran numero, ottenendo così un notevole risparmio sulle loro bollette energetiche. Infatti, molti costruiscono una microgrid appositamente per essere in grado di integrarsi meglio e sfruttare le loro risorse solari.
Accumulo di energia all’interno di microgrids
Molti proprietari di case a volte scelgono di integrare la loro installazione fotovoltaica domestica con un pacco batteria. Allo stesso modo, molti proprietari di microgrid incorporano l’accumulo di energia della batteria nel loro sistema. Con il prezzo delle batterie agli ioni di litio a un minimo storico, i vantaggi di aggiungere una risorsa di accumulo di energia spesso giustificano il costo aggiuntivo.
Per uno, i sistemi di accumulo di energia a batteria forniscono un servizio noto come “time-shifting”. Le batterie time-shifting raccolgono elettricità extra da un sistema solare sovradimensionato durante il giorno e quindi scaricano la batteria dopo che il sole è tramontato per soddisfare le esigenze di carico durante la notte. Allo stesso modo, le batterie possono essere scaricate nei momenti in cui l’uscita dell’array solare non corrisponde ai requisiti di carico, ad esempio brevi periodi di picco della domanda. Ciò consente al proprietario di massimizzare l’utilizzo di risorse intermittenti.
Un altro vantaggio dei sistemi a batteria è la loro capacità di rispondere istantaneamente ai cambiamenti nella domanda di elettricità sulla microgrid. Avere una batteria servire come capacità di standby è spesso molto più conveniente rispetto al minimo un generatore supplementare 24/7 nel caso in cui la domanda aumenta in modo imprevisto. Pensa allo stoccaggio di energia come al grasso sulla microgrid in cui viene immagazzinata l’energia.
Gestione del carico all’interno di microgrid
Alcuni proprietari di microgrid hanno la possibilità di gestire attivamente la domanda di elettricità nello stesso modo in cui gestiscono la produzione di elettricità.
Per impostazione predefinita, quando una grande macchina elettrica si avvia da qualche parte sulla microgrid, i generatori che forniscono la microgrid devono salire rapidamente per soddisfare la domanda aggiuntiva. Le microgrid che gestiscono attivamente la domanda hanno un’altra opzione. Possono diminuire la domanda da qualche altra parte sulla microgrid, ad esempio spegnendo temporaneamente l’AC di un edificio. Il risultato è che la domanda e la generazione vengono nuovamente bilanciate senza aumentare la generazione.
Controllo e comunicazioni all’interno delle microgrid
Le microgrid hanno bisogno di un cervello e di un sistema nervoso per funzionare in modo sicuro ed efficace, quindi devono possedere sofisticati sistemi di controllo delle microgrid.
Le reti di grandi dimensioni servono milioni di consumatori e hanno una notevole inerzia, limitando il potenziale di cambiamenti rapidi e incontrollati. Le microgrid, al contrario, includono meno carichi e risorse e sono più sensibili alle variazioni di carico e generazione. L’avvio di diverse macchine elettriche di grandi dimensioni senza la garanzia che sia disponibile una quantità equivalente di generazione è un modo sicuro per bloccare la microgrid.
Il sistema di controllo di una microgrid comprende tipicamente più controllori e sensori distribuiti sul suo territorio. È inoltre necessario un sistema di controllo e acquisizione dati (SCADA) di supervisione per raccogliere dati e distribuire istruzioni.
Se il sistema SCADA è il sistema nervoso della microgrid, allora il software di gestione dell’energia è il cervello; quel software può essere altamente sofisticato. L’intelligenza artificiale (AI) e le funzionalità di machine learning consentono ai moderni software di gestione dell’energia di imparare ad anticipare meglio il carico da parte dei consumatori sulla microgrid e la generazione da risorse rinnovabili, per ottimizzare il sistema per funzionare nel modo più economico. Massimizzare l’utilizzo di risorse rinnovabili, minimizzare i costi dei combustibili fossili e mantenere l’affidabilità delle apparecchiature e della microgrid, il tutto mentre la spedizione del carico, è tutto curato dal software di gestione dell’energia, entro i parametri specificati dal proprietario della microgrid.
Switchgears, inverter e altre apparecchiature
Infine, microgrids includono altri componenti critici come cavi elettrici, interruttori, trasformatori e altro ancora. Questi componenti sono le ossa, i muscoli e i vasi sanguigni di una microgriglia. Collegano le risorse di generazione ai consumatori e consentono al sistema di controllo della microgrid di apportare modifiche allo stato della microgrid.
Gli interruttori automatici di trasferimento, ad esempio, isolano diversi asset di generazione per garantire che, ad esempio, l’inverter CA associato a un array solare non fornisca elettricità a un generatore diesel. Gli inverter convertono l’alimentazione CC fornita dalle batterie o dai pannelli solari in corrente alternata che è adeguatamente sincronizzata con altre risorse AC sulla microgrid.
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