智能电网背后的概念正在不断发展,以应对在其存在的130年左右的时间里几乎没有变化的电网系统。退一步说,现代化的努力还有很大的空间。更新后的电网将能够更好地利用智能计量和管理数据和信息,并能够更好地优化来自更广泛来源的能源。
但随着智能电网的发展,将风能和太阳能等间歇性的可再生资源纳入电力系统的一个重大挑战是储存这些能源的能力。在这种现代化的努力中,还有什么比使用150年历史的直流技术更好的方法来解决这个和其他难题呢?
湿电池虽然是基于旧的设计,但现在用先进的化学物质和智能负载进行了升级,以提供多兆瓦的容量。和UniEnergy技术UET公司在西雅图附近的工厂生产高可扩展的下一代湿电池,需要一个高可扩展的自动控制系统来配合。
UET拥有它的大学。标准20英尺集装箱的系统,以保持低制造成本,并保持其物理模块堆叠和易于运输。容器内部是循环钒水电解质的水箱,外加电极堆、控制装置和电子设备。这些大型电池的模块化架构(一个装满电解液的容器重达40吨)使得用户可以很容易地增加他们所需的容量,扩展的方式与今天的计算机系统增加数据存储的方式大致相同。
这种电池有几个优点,包括没有容量衰减,没有易燃部件,没有热失控的风险,而且它们是完全可重复使用和可回收的。它们可以根据需要提供各种持续时间的近乎即时的能量响应——短时间内(毫秒到秒),以帮助调节交流电压和频率;中等持续时间(分钟),以帮助太阳能发电厂处理路过的云层;或者更长时间(小时),以帮助公用事业转移大量能源,以优化能源使用,在电网负荷低时发电高峰时储存能源,在负荷高峰时排放能源。
UET电气工程主管David Ridley指出,要将UET从美国能源部太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory)获得许可的钒电解质化学材料商业化,需要创建一个与电池本身一样可扩展的控制架构。他表示:“这样一来,如果客户想再增加兆瓦的发电量,没问题。”“我们的控制需要易于伸缩,所以一旦我们交付了另一个容器并将其连接起来,我们只需在软件中增加1兆瓦计数器,客户就可以开始运行。”
UET还希望保持一切尽可能简单,以确保其客户的可用性和可服务性。当然,为了让我们的服务业务盈利,我们需要通过最大化正常运行时间来最小化服务调用,如果出现问题,我们要能够尽可能地远程排除故障并修复它们。”
UET确定的解决方案是从西门子全集成自动化(TIA)的投资组合,包括通过TIA门户的软件工程,西门子WinCC SCADA软件和小型西门子变频驱动器。“西门子真正突出的是它的全产品线能力。它拥有从plc到I/O,从工业计算机到HMIs,再加上完整的SCADA软件,”Ridley说。此外,它有变频驱动器,断路器和电源,电机启动器和其他齿轮。此外,该公司庞大的能源部门还参与了世界各地的大型公用事业项目。”
TIA门户,西门子的软件工程框架,也是UET决定的关键。Ridley说:“TIA Portal的代码库处理通信协议、分布式I/O、与泵驱动器的接口等问题,所以我们不需要在这些方面花费宝贵的时间。”你拖放代码,硬件就自动配置好了。给它分配一个IP地址,它就可以为你的代码准备好了。”
数以百计的西门子客户可以通过TIA portal节省30%的开发和调试时间,有些客户甚至可以节省60%。Ridley说:“有了TIA Portal和Siemens TIA控制平台,我们可以忘记所有的协议、驱动程序和内存管理问题,我们必须进行编码,然后编译、测试、调试、重新编译等等。”
大学。系统的控制和电解液泵浦系统采用了西门子的多个组件,包括Simatic S7-1500 PLC、Simatic WinCC开放式架构SCADA、Simatic Comfort Panel HMI和Scalance X-200 Profinet工业以太网交换机。在每个20英尺的容器中使用两个Sinamics G120变频驱动器来驱动电解液泵,从而实现电解液流量和效率的优化。Simatic ET 200SP分布式I/O允许UET对所有的模拟和数字连接使用相同的I/O。Ridley说:“我们可以一遍又一遍地使用同一种20英尺的盒子,这提高了我们的生产效率。”
Ridley估计,西门子的解决方案帮助UET将上市时间缩短了一半。除了在开发Uni时节省的时间外。他还预计,西门子控制系统即插即用的可扩展性将有助于降低现场特定工程成本,使其低于客户项目成本的10%。他说:“对于其他大型电池系统,现场工程可能占总成本的30%到50%。”“但使用西门子控制系统,一旦集装箱交付并安置在客户现场,我们在集装箱之间只连接一根以太网电缆。”