CHLB ĐỨC – Cân bằng tải cao điểm và bù công suất phản kháng, cả hai đều có thể đạt được thông qua lưới điện một chiều (DC) công nghiệp và giúp ổn định nguồn cấp điện. Điều này đã được chứng minh qua các dự án PHI-Factory, dẫn đầu bởi viện PTW (1) thuộc hiệp hội Công nghệ Sản xuất CHLB Đức – WGP, tại đại học Kỹ thuật Darmstadt.
(1) PTW (Production Management, Technology and Machine Tools ): Viện quản lý sản xuất, công nghệ và máy công cụ.

So với các lưới điện xoay chiều (AC) thông thường, việc áp dụng lưới điện một chiều (DC) công nghiệp giúp tiết kiệm 20% năng lượng và 40% vật liệu. Viện FAPS (2) (thuộc hiệp hội WGP) tại thành phố Erlangen, hiện đang phát triển một công cụ cho các công ty muốn sử dụng lưới điện một chiều (DC).
(2) FAPS (Factory Automation and Production Systems): Viện nghiên cứu hệ thống sản xuất và tự động hóa nhà máy.

Đến nay, lưới điện xoay chiều (AC) vẫn được sử dụng phổ biến. Tuy nhiên, lưới điện một chiều (DC) có rất nhiều lợi thế. Ví dụ, mạng DC giúp giảm CO2, vì sự dao động tự nhiên của các nguồn năng lượng tái tạo được quản lý tốt hơn. Ngoài ra, đầu tư vào các đơn vị cung cấp điện và bộ chuyển đổi được loại bỏ và tổn thất chuyển đổi được giảm thiểu. Dự án DC/hyPASim với hơn 30 đối tác công nghiệp với mục đích khai thác công nghệ của mạng DC hoặc cấu trúc lai lưới DC và AC. Dẫn đến việc tiết kiệm đến 20% năng lượng so với mạng điện truyền thống. Đối với vật liệu đồng và vật liệu cách nhiệt, có thể tiết kiệm tới 40%.

Công cụ ứng dụng thực tế
Tuy nhiên, việc chuyển sang các mạng năng lượng hiện tại có những thách thức. Đặc biệt, các vấn đề phát sinh khi lựa chọn các thiết bị và kết nối với lưới điện xoay chiều. Do đó, việc lập kế hoạch chi tiết khai thác triệt để lợi thế công nghệ là rất quan trọng để đạt được mức tiết kiệm tối đa. Đầu tiên, cần đặt ra câu hỏi: Khi nào việc chuyển đổi sang dòng điện một chiều là kinh tế? Làm thế nào mạng điện một chiều có thể được ghép nối hiệu quả với mạng điện xoay chiều? Có những biện pháp an toàn nào và làm thế nào để các mạng có thể được lên kế hoạch tối ưu?

Là một phần của dự án “DC|hyPASim”, đã thắng cuộc trong dự án AiF “Công nghệ hàng đầu cho quá trình chuyển đổi năng lượng”, các nhà nghiên cứu tại viện FAPS (thuộc hiệp hội WGP) đang kiểm tra cách các nhánh dòng điện trực tiếp kết nối với lưới điện công nghiệp, đảm bảo tiết kiệm năng lượng và chi phí. Với mục đích này, các mô hình kỹ thuật số đang được phát triển, dựa trên bản sao kỹ thuật số cũng như sự kết hợp giữa mô phỏng lưới điện DC và nhà máy sản xuất. Công cụ kết quả cho phép các công ty lập kế hoạch, thiết kế và phân tích mạng DC cho hoạt động sản xuất của họ. Các số liệu quan trọng về kinh tế và kỹ thuật được tính toán riêng giúp dễ dàng hơn trong việc quyết định đầu tư vào khoản nào và cách thiết kế mạng cùng các thành phần bảo vệ một cách tối ưu (xem Hình 2).

Tổng quan về kiến ​​trúc mô phỏng của mạng năng lượng.

Khu vực mô phỏng đang được xây dựng
Để chứng minh việc sản xuất giảm phát thải CO2, một khu vực sản xuất tự động đang được xây dựng và sẽ đưa vào hoạt động năm 2025, trong đó người tiêu dùng, máy phát điện và kho lưu trữ được kết nối thông qua lưới điện một chiều. Trong mô hình này, máy phát điện là nguồn năng lượng tái tạo từ mặt trời và gió. Pin và tụ điện hiệu suất cao, đại diện cho các thiết bị lưu trữ năng lượng và người tiêu dùng là thiết bị công nghiệp điện một chiều DC và kết cấu sạc của xe điện.

Khu vực mô phỏng gần như là một bản sao kỹ thuật số song sinh và hoạt động như một đối tượng xác thực. Đồng thời, mô phỏng cho phép thiết kế các thành phần tối ưu và an toàn, cũng như phát hiện các nguồn lỗi thông qua vận hành ảo.

Rủi ro kinh tế thấp hơn trong quá trình chuyển đổi
Rủi ro kinh tế đối với các công ty muốn chuyển đổi là giảm đáng kể, do không phải triển khai cơ sở tốn kém. Ngoài ra, có thể tránh được sai sót và có thể thiết kế tối ưu các quy trình và thành phần. Ví dụ, trong các thành phần bảo vệ và quản lý năng lượng của nhà máy sản xuất.

Hơn nữa, các công ty muốn sử dụng kết quả nghiên cứu trong tương lai, không chỉ giảm chi phí điện thông qua mạng DC được trang bị thêm, mà còn nhận được hỗ trợ kỹ thuật cũng như hướng dẫn lập kế hoạch chuyển giao kết quả và cơ hội thử nghiệm các thành phần DC. Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, họ có thể đóng góp vào quá trình chuyển đổi năng lượng.

Các nhà nghiên cứu tại viện FAPS của dự án DC | hyPASim (từ trái sang phải: Benjamin Gutwald, Martin Barth, Eva Russwurm) 

Cách tiếp cận chung và phối hợp
Trong dự án “Lập kế hoạch kỹ thuật số và mô phỏng lưới điện hybrid AC/DC trong các nhà máy sản xuất tự động hóa”, công cụ lập kế hoạch cũng như trình diễn cơ sở sẽ được phát triển từ nguyên mẫu và phát triển sản phẩm của các thành viên tham gia, bao gồm các công ty và viện nghiên cứu. Để đảm bảo sự liên kết bền vững và phối hợp chặt chẽ giữa các hoạt động nghiên cứu và phát triển với các dự án khác, chủ tịch viện FAPS (đại diện cho FAU Erlangen-Nuremberg) là thành viên sáng lập liên minh Open Direct Current Alliance (ODCA) (3). Trong nhóm làm việc này, được thành lập bởi ZVEI eV (Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie eV), kinh nghiệm tổng hợp được sử dụng để phát triển các quy định và tiêu chuẩn trong hệ sinh thái dòng điện một chiều và công nghệ dòng điện một chiều.
(3) Liên minh Open Direct Current Alliance (ODCA): Mục tiêu của liên minh là xây dựng một hệ sinh thái dòng điện một chiều trên toàn thế giới và thiết lập công nghệ dòng điện một chiều trên các ứng dụng. Nhằm mang lại một số lợi ích cho lưới điện công nghiệp hiện đại: tích hợp hiệu quả năng lượng tái tạo, tiêu thụ tài nguyên thấp hơn, giảm nguồn cấp điện, lưới điện ổn định và hệ thống mở cho người dùng.

Để xem các tin bài khác về “Điện một chiều”, hãy nhấn vào đây.

 

(Nguồn: EMO Hannover)