Digitální revoluce v transformátorových stanicích
Digitální dvojče výrazně urychlí plánování a další rozvoj transformačních stanic
Do roku 2030 má být přibližně 80 % elektřiny vyráběno z obnovitelných zdrojů. Pilotní projekt společnosti naturenergie netze GmbH ukazuje, jak je možné rychle modernizovat transformátorové stanice. Ve spolupráci s dodavatelem softwaru Eplan a firmou entegra tento provozovatel distribuční soustavy v jižním Německu nyní poprvé pracuje na digitálním dvojčeti, které výrazně urychlí projektování a další rozvoj transformátorových stanic.
Projektování se softwarem Eplan: Při modernizaci řídicí a spínací techniky elektrických trafostanic se společnost naturenergie netze spolehla na 3D software od firmy Eplan.
Pouhá distribuce je minulostí. Po desetiletí byla energie distribuována pouze jedním směrem – od nepřetržitě pracujících uhelných a jaderných elektráren do transformátorových stanic a následně (po několikanásobném snížení napětí) ke koncovým spotřebitelům. Přirovnáme-li to k silničnímu provozu, z této klidné „jednosměrky“ se stala rušná silniční síť v centru města. V současné době se energetický mix neustále mění podle zisku energie z větru a slunce, takže již v podstatě neexistuje žádný spolehlivý základ. Kromě toho provozovatelé větrných a solárních elektráren dodávají energii do sítě decentralizovaně, na úrovni nízkého nebo vysokého napětí, takže energetické sítě nyní fungují ve dvou směrech. Tepelná čerpadla a dobíjecí stanice pro elektromobily znamenají nejen vyšší spotřebu, ale i to, že dlouho známé zátěžové profily s vrcholem v podvečer se stávají minulostí. Kvalita dodávané elektřiny a frekvence 50 Hz však musí být zaručeny za všech okolností.
Provozovatelé distribučních soustav čelí obrovskému úkolu: potřebují svoji síť přizpůsobit všem novým složitým požadavkům. Pro firmu naturenergie netze to znamenalo výstavbu nových zařízení a modernizaci mnoha stávajících transformátorových stanic. Rozvodnou soustavu je třeba přizpůsobit rostoucí poptávce po elektřině, ale to není jediný problém. Větší výzvou je, že musí být přizpůsobena tak, aby zvládla mnohem vyšší úroveň flexibility, pokud jde o zdroje a toky energie a přesnou regulaci elektřiny.
Digitalní dvojče
Společnost naturenergie netze musí tyto problémy řešit co možná nejrychleji a již nyní pracuje na realizaci pilotního projektu modernizace jednoho ze svých zařízení. Pro projektování a konfiguraci přestavby trafostanice Rheinfelden využívá koncept digitalizace. Nový přístup uplatňuje dokonce i při přípravných pracích. Rainer Beck, koordinátor rozvoje distribuční sítě, vysvětluje: „Než začneme projektovat, vytvoříme digitální dvojče transformátorové stanice, tj. virtuální reprezentaci se všemi údaji jak pro rozvody a rozvodná zařízení, tak pro řídicí a spínací techniku, a samozřejmě pro budovy a všechny periferie. Přestavbu potom plánujeme na základě digitálního dvojčete.“
Dalším důvodem, proč je projektování transformačních stanic tak náročné, je fakt, že rozvodná zařízení a řídicí a spínací technika jsou navrhovány různými systémy CAD. V tomto pilotním projektu tedy bylo úkolem zajistit velmi speciální spolupráci. Jako členové pracovní skupiny VDE ETG „Digitální dvojče pro elektrické soustavy“ se dva přední dodavatelé – entegra se svým softwarovým řešením primtech pro rozvody a zařízení elektrických stanic a Eplan pro řídicí a spínací techniku – připravili přesně na to, co společnost naturenergie netze potřebovala pro první (předběžnou) fázi plánování, a to spojení rozvodů a rozvodných zařízení a řídicí a spínací techniky do jednoho modelu.
Významný nárůst efektivity práce
Pro tento jedinečný projekt hledaly společnosti entegra a Eplan inovativního provozovatele distribuční soustavy s vhodným pilotním projektem, který by se do této spolupráce zapojil jako třetí strana. Kontakt se společností naturenergie netze přišel v pravý čas – zejména proto, že šlo o složitý projekt. Rainer Beck vysvětluje: „Cílem projektu je zmodernizovat veškerou řídicí a spínací část ve stávající, velmi složité transformátorové stanici, a to za provozu.“ Je snadné pochopit, proč bylo zapojení do tohoto projektu tak lákavé. „Běžně by projektování a realizace modernizace trvaly dva až tři roky, ale nová metodika projektování skutečně vše urychlí.“ Všichni, kdo se na projektu podíleli, souhlasí. Matthias Schuy, Business Development Manager společnosti entegra, říká: „To, co zde děláme, tedy integraci rozvodných zařízení a řídicí a spínací techniky transformátorové stanice do jednoho digitálního dvojčete, se nikdy předtím nerealizovalo. Ovšem přínosy jsou velmi slibné.“ Požádali jsme tohoto odborníka, aby nám poskytl bližší detaily. Rainer Beck: „Samozřejmě, cílem je rychlá návratnost jednorázové investice. Po první fázi projektování, tj. po fázi předběžného návrhu projektu, vidíme výraznou úsporu času při aktuální přestavbě transformátorových stanic. Tu je navíc možné uplatnit v každém projektu.“
Jeden model pro všechny uživatele
„V první fázi projektu byla trafostanice naskenována, byly pořízeny fotografie štítků zařízení se jmenovitými hodnotami a vygenerované údaje o rozvodech a rozvodných zařízeních byly porovnány s údaji ze systému správy zařízení (AMS). Výsledkem je ověřený, funkční 3D model transformátorové stanice, vytvořený v softwaru primtech. Soubory z programu primtech byly následně prostřednictvím rozhraní exportovány do prostředí Eplan a použity jako základ pro projektování řídicího systému a spínací techniky. Nakonec byla data řídicí a spínací techniky integrována do digitálního dvojčete. Práce je téměř hotova. Zdokumentováním současného stavu byl vytvořen základ pro efektivní výměnu řídicí a spínací techniky trafostanice. To je opravdu důležitý krok. Všechna data jsou verifikována. V zásadě se řídíme zásadou „jediného zdroje pravdy“. Data v původních systémech jsou nedotčena a navázána na digitální dvojče. Předchází se tak redundancím, které by se v budoucnu mohly ukázat jako problematické,“ vysvětluje Jan Oliver Kammesheidt, globální manažer pro vertikální trh energetiky ve společnosti Eplan.
Co se týče architektury kombinovaného datového modelu, zúčastněné strany zcela v souladu s principem digitálního dvojčete vytvořily speciální infrastrukturu. „Žádný systém nemá přednost – místo toho existují pouze různé pohledy na jeden a týž model. Digitální dvojče otevírá okno do systému – například ze softwaru primtech do prostředí Eplan nebo SAP. Digitální dvojče tak plní jednu ze svých hlavních funkcí – nabízí centralizovaný přístup ke všem důležitým informacím o trafostanici,“ vysvětluje Matthias Schuy.
„Již po fázi předběžného návrhu projektu vidíme, že tento přístup přinese výraznou úsporu času při aktuální přestavbě transformátorových stanic. Tu je navíc možné uplatnit v každém dalším projektu.“
Rainer Beck, naturenergie netze
"Digitální kombinace rozvodů, řídicí a spínací techniky je unikátní – a výsledky jsou slibné."
Matthias Schuy, entegra
Standardizace řídicí a spínací techniky
Tuto spolupráci tří stran – společností entegra, Eplan a provozovatele distribuční sítě – umožnilo, nebo přinejmenším usnadnilo, rozhodnutí přijaté před dvěma lety. Tehdy začala společnost naturenergie netze používat softwarová řešení Eplan Electric P8 a Eplan Pro Panel pro projektování řídicí a spínací techniky. Za výběr byl odpovědný Simon Rümmele, který byl a stále je vedoucím projektu rozvoje distribuční soustavy. „Díky systému Eplan jsme mohli pokročit ve standardizaci a efektivnějším navrhování řídicí a spínací techniky – a také v ucelené tvorbě digitální projektové dokumentace, kterou můžeme využít i během provozu pro preventivní údržbu a generální opravy.“
Poučení ze strojního inženýrství
Projekt dokazuje, že uživatelé v elektroenergetice mohou využít zkušenosti a řešení z oblasti strojírenství. V tomto odvětví, ve kterém společnost Eplan působí již desítky let, je standardizace a „industrializace“ zařízení pro výrobu rozváděčů a rozvodných zařízení pevně zakotvena. Co se týče tohoto kroku u transformátorových stanic, máme ještě hodně co dohánět, ale musíme se do toho pustit. „Doposud se trafostanice projektovaly případ od případu a stavěly se jednotlivě. To však velmi ztěžuje posouzení potřeby modernizace nebo nové výstavby, která vzniká v důsledku požadavků energetické transformace. Odvětví potřebuje mnohem větší standardizaci než v minulosti. To podporujeme a jsme rádi, že jsme ve společnosti naturenergie netze našli inovativního partnera. Společné digitální dvojče pro rozvody a rozvodná zařízení i řídicí a spínací techniku tento proces výrazně urychluje, a navíc je mnohem spolehlivější,“ vysvětluje Jan Oliver Kammesheidt.
"Díky systému Eplan jsme mohli pokročit ve standardizaci a k efektivnějšímu návrhu řídící a spínací techniky."
Simon Rümmele, naturenergie netze
"Průmysl potřebuje standardizaci. Jsme rádi, že jsme ve společnosti naturenergie netze našli inovativního partnera."
Jan Oliver Kammesheidt, EPLAN
entegra a Eplan úzce spolupracují na vytvoření „šablony projektu“. To pomáhá zajistit, aby se rozvodné sítě mohly rozšiřovat i v budoucnu – s vysokou efektivitou inženýrské práce.
Silní partneři pro energeticku transformaci
Jak vysvětluje Simon Rümmele, právě toho chce firma naturenergie netze dosáhnout. „Chceme a musíme se více digitalizovat, protože věříme, že nám to v budoucnu otevře nové možnosti a usnadní práci. Proto v naší transformátorové stanici v Rheinfeldenu zkoušíme nejnovější technologie a projektujeme další pilotní projekty. Navíc díky společnosti Rittal, sesterské společnosti firmy Eplan, máme silného partnera i pro konverzi „hardwaru“, jinými slovy veškeré techniky rozváděčů.“
Společnost naturenergie netze také již nějakou dobu plánuje standardizaci – a základem pro ni bude i společné digitální dvojče vytvořené společnostmi entegra a Eplan. Rainer Beck říká: „Můžeme si představit použití dvou standardních konceptů pro síť s primárním napětím 110 kV a na jejich základě vytvářet konkrétní varianty. Pracujeme na tom i s hlavními dodavateli. To také zkrátí dobu potřebnou pro projektování. A to je zásadní, protože budeme nuceni přizpůsobit většinu našich trafostanic novým požadavkům. V tom nám pomůže digitální dvojče a přípravné práce, které provádějí společnosti entegra a Eplan. Díky partnerství a spolupráci přicházíme se skutečnou inovací, která nám pomůže rozvíjet naše distribuční soustavy a efektivně je přizpůsobit budoucnosti.“
Z projektu však nebude mít prospěch pouze společnost naturenergie netze. Jan Oliver Kammesheidt vysvětluje: „Na rozdíl od strojírenství provozovatelé distribučních soustav otevřeně sdílejí informace, protože si navzájem nekonkurují. Již nyní je o to velký zájem. Jsem přesvědčen, že mnoho provozovatelů rozvodných soustav bude schopno převzít to, co děláme zde a v pracovní skupině VDE, a vše následně využít k rychlému projektování a realizaci vlastních projektů modernizace a nové výstavby.“
©Foto (Rittal and Eplan)
Ke stažení
naturenergie netze GmbH je provozovatelem distribuční sítě v Jižním Bádensku. Společnost zajišťuje modernizaci a rozvoj elektrických sítí a obecní energetické infrastruktury, aby byly připraveny na budoucnost, a současně zajišťuje spolehlivou dodávku elektřiny. Aktivně přispívá k energetické transformaci modernizací a rozšiřováním související infrastruktury.
Oblast její sítě zahrnuje region jižně od Freiburgu po Rýn na západě a táhne se od Bodamského jezera až na sever od města Villingen-Schwenningen na východě. Společnost naturenergie netze GmbH je součástí německo-švýcarské společnosti naturenergie holding AG.
