Digitálna revolúcia v transformátorových staniciach
Digitálne dvojča výrazne urýchli plánovanie a ďalší rozvoj transformátorových staníc
Oblasť energetiky je pod veľkým tlakom. Prevádzkovatelia distribučných sústav v Nemecku potrebujú rýchlo transformovať existujúcu infraštruktúru podľa nových podmienok. Do roku 2030 má byť približne 80 % elektriny vyrobených z obnoviteľných zdrojov. Pilotný projekt spoločnosti naturenergie netze GmbH ukazuje, ako sa dajú rýchlo modernizovať transformátorové stanice. V spolupráci s dodávateľom softvéru Eplan a firmou entegra tento prevádzkovateľ distribučnej sústavy v južnom Nemecku teraz prvýkrát pracuje na digitálnom dvojčati, ktoré výrazne urýchli projektovanie a ďalší rozvoj transformátorových staníc.
Projektovanie so softvérom Eplan: Pri modernizácii riadiacej a spínacej techniky elektrických trafostaníc sa spoločnosť naturenergie netze spoľahla na 3D softvér od firmy Eplan.
Samotná distribúcia je minulosťou. Po desaťročia bola energia distribuovaná iba jedným smerom – od nepretržite pracujúcich uhoľných a jadrových elektrární do transformátorových staníc a následne (po niekoľkonásobnom znížení napätia) ku koncovým spotrebiteľom. Ak to prirovnáme k cestnej premávke, z tejto pokojnej „jednosmerky“ sa stala rušná sieť ciest v centre mesta. V súčasnosti sa energetický mix neustále mení podľa zisku energie z vetra a slnka, takže už v podstate neexistuje žiadny spoľahlivý základ. Okrem toho prevádzkovatelia veterných a solárnych elektrární dodávajú energiu do siete decentralizovane, na úrovni nízkeho alebo vysokého napätia, takže energetické siete teraz fungujú v dvoch smeroch. Tepelné čerpadlá a dobíjacie stanice pre elektromobily znamenajú nielen vyššiu spotrebu, ale aj to, že dlho známe záťažové profily s vrcholom v podvečer sa stávajú minulosťou. Kvalita dodávanej elektriny a frekvencia 50 Hz však musia byť zaručené za všetkých okolností.
Prevádzkovatelia distribučných sústav čelia obrovskej úlohe: potrebujú svoju sieť prispôsobiť všetkým novým zložitým požiadavkám. Pre firmu naturenergie netze to znamenalo výstavbu nových zariadení a modernizáciu mnohých existujúcich transformátorových staníc. Rozvodnú sústavu je treba prispôsobiť rastúcemu dopytu po elektrine, ale to nie je jediný problém. Väčšou výzvou je, že musí byť prispôsobená tak, aby zvládla oveľa vyššiu úroveň flexibility, pokiaľ ide o zdroje a toky energie a presnú reguláciu elektriny.
Digitálné dvojča
Spoločnosť naturenergie netze musí tieto problémy riešiť čo možno najrýchlejšie a už teraz pracuje na realizácii pilotného projektu modernizácie jedného zo svojich zariadení. Na projektovanie a konfiguráciu prestavby trafostanice Rheinfelden využíva koncept digitalizácie. Nový prístup uplatňuje dokonca aj pri prípravných prácach. Rainer Beck, koordinátor rozvoja distribučnej siete, vysvetľuje: „Než začneme projektovať, vytvoríme digitálne dvojča transformátorovej stanice, t.j. virtuálnu reprezentáciu so všetkými údajmi pre rozvody a rozvodné zariadenia, ako aj pre riadiacu a spínaciu techniku, a samozrejme pre budovy a všetky periférie. Prestavbu potom plánujeme na základe digitálneho dvojčaťa.“
Ďalším dôvodom, prečo je projektovanie transformačných staníc také náročné, je fakt, že rozvodné zariadenia a riadiaca a spínacia technika sú navrhované rôznymi systémami CAD. V tomto pilotnom projekte teda bolo úlohou zaistiť veľmi špeciálnu spoluprácu. Ako členovia pracovnej skupiny VDE ETG „Digitálne dvojča pre elektrické sústavy“ sa dvaja poprední dodávatelia – entegra so svojím softvérovým riešením primtech pre rozvody a zariadenia elektrických staníc a Eplan pre riadiacu a spínaciu techniku – pripravili presne na to, čo spoločnosť naturenergie netze potrebovala pre prvú (predbežnú) fázu plánovania, a to spojenie rozvodov a rozvodných zariadení a riadiace a spínacie techniky do jedného modelu.
Významný nárast efektivity práce
Pre tento jedinečný projekt hľadali spoločnosti entegra a Eplan inovatívneho prevádzkovateľa distribučnej sústavy s vhodným pilotným projektom, ktorý by sa do tejto spolupráce zapojil ako tretia strana. Kontakt so spoločnosťou naturenergie netze prišiel v pravý čas – najmä preto, že išlo o zložitý projekt. Rainer Beck vysvetľuje: „Cieľom projektu je zmodernizovať všetku riadiacu a spínaciu časť v súčasnej, veľmi zložitej transformátorovej stanici, a to počas prevádzky.“ Je ľahké pochopiť, prečo bolo zapojenie do tohto projektu také lákavé. „Bežne by projektovanie a realizácia modernizácie trvali dva až tri roky, ale nová metodika projektovania naozaj všetko urýchli.“ Všetci, ktorí sa na projekte podieľali, súhlasia. Matthias Schuy, Business Development Manager spoločnosti entegra, hovorí: „To, čo tu robíme, teda integráciu rozvodných zariadení a riadiacej a spínacej techniky transformátorovej stanice do jedného digitálneho dvojčaťa, sa nikdy predtým nerealizovalo. Prínosy sú však veľmi sľubné.“ Požiadali sme tohto odborníka, aby nám poskytol bližšie detaily. Rainer Beck: „Samozrejme, cieľom je rýchla návratnosť jednorazovej investície. Po prvej fáze projektovania, t.j. po fáze predbežného návrhu projektu, vidíme výraznú úsporu času pri aktuálnej prestavbe transformátorových staníc. Tá sa dá navyše uplatniť v každom projekte.“
Jeden model pre všetkých užívateľov
„V prvej fáze projektu bola trafostanica naskenovaná, boli zhotovené fotografie štítkov zariadenia s menovitými hodnotami a vygenerované údaje o rozvodoch a rozvodných zariadeniach boli porovnané s údajmi zo systému správy zariadení (AMS). Výsledkom je overený, funkčný 3D model transformátorovej stanice, vytvorený v softvéri primtech. Súbory z programu primtech boli následne prostredníctvom rozhrania exportované do prostredia Eplan a použité ako základ pre projektovanie riadiaceho systému a spínacej techniky. Nakoniec boli dáta riadiacej a spínacej techniky integrované do digitálneho dvojčaťa. Práca je takmer hotová. Zdokumentovaním súčasného stavu bol vytvorený základ pre efektívnu výmenu riadiacej a spínacej techniky trafostanice. To je naozaj dôležitý krok. Všetky dáta sú verifikované. V zásade sa riadime zásadou „jediného zdroja pravdy“. Dáta v pôvodných systémoch sú nedotknuté a naviazané na digitálne dvojča. Predchádza sa tak redundanciám, ktoré by sa v budúcnosti mohli ukázať ako problematické,“ vysvetľuje Jan Oliver Kammesheidt, globálny manažér pre vertikálny trh energetiky v spoločnosti Eplan.
Čo sa týka architektúry kombinovaného dátového modelu, zúčastnené strany úplne v súlade s princípom digitálneho dvojčaťa vytvorili špeciálnu infraštruktúru. „Žiadny systém nemá prednosť – namiesto toho existujú iba rôzne pohľady na jeden a ten istý model. Digitálne dvojča otvára okno do systému – napríklad zo softvéru primtech do prostredia Eplan alebo SAP. Digitálne dvojča tak plní jednu zo svojich hlavných funkcií – ponúka centralizovaný prístup ku všetkým dôležitým informáciám o trafostanici,“ vysvetľuje Matthias Schuy.
"Už po fáze predbežného návrhu projektu vidíme, že tento prístup prinesie výraznú úsporu času pri aktuálnej prestavbe transformátorových staníc. Tá sa dá navyše uplatniť v každom ďalšom projekte."
Rainer Beck, naturenergie netze
"Digitálna kombinácia rozvodov, riadiacej a spínacej techniky je unikátna – a výsledky sú sľubné."
Matthias Schuy, entegra
Štandardizácia riadiacej a spínacej techniky
Túto spoluprácu troch strán – spoločností entegra, Eplan a prevádzkovateľa distribučnej siete – umožnilo, alebo prinajmenšom uľahčilo, rozhodnutie prijaté pred dvoma rokmi. Vtedy začala spoločnosť naturenergie netze používať softvérové riešenia Eplan Electric P8 a Eplan Pro Panel na projektovanie riadiacej a spínacej techniky. Za výber bol zodpovedný Simon Rümmele, ktorý bol a stále je vedúcim projektu rozvoja distribučnej sústavy. „Vďaka systému Eplan sme mohli pokročiť v štandardizácii a efektívnejšom navrhovaní riadiacej a spínacej techniky – a tiež v ucelenej tvorbe digitálnej projektovej dokumentácie, ktorú môžeme využiť aj počas prevádzky na preventívnu údržbu a generálne opravy.“
Poučenie zo strojného inžinierstva
Projekt dokazuje, že užívatelia v elektroenergetike môžu využiť skúsenosti a riešenia z oblasti strojárstva. V tomto odvetví, v ktorom spoločnosť Eplan pôsobí už desiatky rokov, je štandardizácia a „industrializácia“ zariadení na výrobu rozvádzačov a rozvodných zariadení pevne zakotvená. Čo sa týka tohto kroku pri transformátorových staniciach, máme ešte veľa čo doháňať, ale musíme sa do toho pustiť. „Doteraz sa trafostanice projektovali prípad od prípadu a stavali sa jednotlivo. To však veľmi sťažuje posúdenie potreby modernizácie alebo novej výstavby, ktorá vzniká v dôsledku požiadaviek energetickej transformácie. Odvetvie potrebuje oveľa väčšiu štandardizáciu ako v minulosti. To podporujeme a sme radi, že sme v spoločnosti naturenergie netze našli inovatívneho partnera. Spoločné digitálne dvojča pre rozvody a rozvodné zariadenia aj riadiacu a spínaciu techniku tento proces výrazne urýchľuje, a navyše je oveľa spoľahlivejšie,“ vysvetľuje Jan Oliver Kammesheidt.
"Vďaka systému Eplan sme mohli pokročiť v štandardizácii a k efektívnejšiemu návrhu riadiacej a spínacej techniky."
Simon Rümmele, naturenergie netze
"Priemysel potrebuje štandardizáciu. Sme radi, že sme v spoločnosti naturenergie netze našli inovatívneho partnera.“
Jan Oliver Kammesheidt, EPLAN
entegra a Eplan úzko spolupracujú na vytvorení „šablóny projektu“. To pomáha zaistiť, aby sa rozvodné siete mohli rozširovať aj v budúcnosti – s vysokou efektivitou inžinierskej práce.
Silní partneri pre energetickú transformáciu
Ako vysvetľuje Simon Rümmele, práve to chce firma naturenergie netze dosiahnuť. „Chceme a musíme sa viac digitalizovať, pretože veríme, že nám to v budúcnosti otvorí nové možnosti a uľahčí prácu. Preto v našej transformátorovej stanici v Rheinfeldene skúšame najnovšie technológie a projektujeme ďalšie pilotné projekty. Navyše vďaka spoločnosti Rittal, sesterskej spoločnosti firmy Eplan, máme silného partnera aj na konverziu „hardvéru“, inými slovami všetky techniky rozvádzačov.“
Aj spoločnosť naturenergie netze už nejaký čas plánuje štandardizáciu – a základom pre ňu bude aj spoločné digitálne dvojča vytvorené spoločnosťami entegra a Eplan. Rainer Beck hovorí: „Môžeme si predstaviť použitie dvoch štandardných konceptov pre sieť s primárnym napätím 110 kV a na ich základe vytvárať konkrétne varianty. Pracujeme na tom aj s hlavnými dodávateľmi. To skráti aj dobu potrebnú na projektovanie. A to je zásadné, pretože budeme nútení prispôsobiť väčšinu našich trafostaníc novým požiadavkám. V tom nám pomôže digitálne dvojča a prípravné práce, ktoré vykonávajú spoločnosti entegra a Eplan. Vďaka partnerstvu a spolupráci prichádzame so skutočnou inováciou, ktorá nám pomôže rozvíjať naše distribučné sústavy a efektívne ich prispôsobiť budúcnosti.“
Z projektu však nebude mať prospech iba spoločnosť naturenergie netze. Jan Oliver Kammesheidt, Eplan: „Na rozdiel od strojárstva prevádzkovatelia distribučných sústav otvorene zdieľajú informácie, pretože si navzájom nekonkurujú. Už teraz je o to veľký záujem. Som presvedčený, že mnoho prevádzkovateľov rozvodných sústav bude schopných prevziať to, čo robíme tu a v pracovnej skupine VDE, a všetko následne využiť na rýchle projektovanie a realizáciu vlastných projektov modernizácie a novej výstavby.“
©Foto (Rittal a Eplan)
Na stiahnutie
Naturenergie netze GmbH je prevádzkovateľom siete v Južnom Bádensku. Spoločnosť vytvára elektrické siete a komunálnu energetickú infraštruktúru vhodnú pre budúcnosť a zabezpečuje spoľahlivé dodávky elektrickej energie. Modernizáciou a rozvojom príslušnej infraštruktúry podporuje prechod na novú energetiku.
Jej sieťová oblasť pokrýva región južne od Freiburgu po Vysoký rýn na západe a siaha od Bodamského jazera po severne od Villingen-Schwenningen na východe. naturenergie netze GmbH je súčasťou nemecko-švajčiarskej spoločnosti naturenergie holding AG.
