Sumber: generatorsource.com
Konsep microgrid telah ada selama bertahun-tahun. Baru belakangan ini mereka mendapatkan daya tarik dan tekanan yang signifikan karena banyak proyek baru menjadi kenyataan dan sedang diproduksi. Bloom Energy baru-baru ini melaporkan 500 microgrid baru sedang dalam proses atau sedang diterapkan pada tahun ini (2019) dan total di seluruh dunia berada dalam kisaran beberapa GW.
Intinya, microgrid adalah miniatur sistem jaringan listrik yang disiapkan untuk mengelola sumber daya energi terdistribusi dan dapat mencakup energi terbarukan (matahari, angin, dan/atau air) dengan sumber tak terbarukan lainnya (seperti generator diesel, turbin gas, dll.). Mikrogrid ini biasanya mengatur beban energi dari beberapa sistem pembangkitan dan juga menggunakan beberapa jenis sistem penyimpanan energi. Mereka bekerja dengan dan mengelola semua ini dengan berbagai jenis perangkat lunak dan sistem kontrol. Mereka dapat diatur untuk beroperasi secara paralel dengan jaringan utilitas dan juga berjalan dalam mode yang berdiri sendiri selama keadaan darurat atau berdasarkan kebutuhan khusus.
Dasar-Dasar Microgrid - Apa itu Microgrid
Departemen Energi AS (DOE) mendefinisikan microgrid sebagai "Sekelompok beban yang saling terhubung dan sumber daya energi terdistribusi dalam batas-batas listrik yang jelas yang bertindak sebagai entitas tunggal yang dapat dikontrol sehubungan dengan grid. Sebuah microgrid dapat terhubung dan terputus dari grid ke mengaktifkannya untuk beroperasi dalam mode grid dan island".
Selain itu, DOE mempertahankan "Microgrid telah diidentifikasi sebagai komponen kunci dari Smart Grid untuk meningkatkan keandalan dan kualitas daya, meningkatkan
efisiensi energi sistem, dan memberikan kemungkinan independensi jaringan ke masing-masing situs pengguna akhir". Manfaat menggunakan teknologi microgrid dapat berupa:
- Terintegrasi dengan jaringan & beberapa teknologi jaringan pintar
- Integrasi energi terdistribusi dan terbarukan, mengurangi beban puncak
- Memastikan energi dipasok ke kompleks dengan kebutuhan daya kritis
Organisasi lain mendefinisikan microgrid dengan cara yang sama, termasuk konsep beban ganda dan pembangkitan pulau. Pembangkitan pulau adalah tenaga yang dipasok oleh angin, matahari, pembangkit tenaga air, atau pembangkit diesel/NG.
Ilustrasi pada grafik pertama adalah microgrid yang menggunakan listrik sebagai sumber utama. Ladang angin dan matahari memberi daya pada bank baterai untuk penggunaan darurat saat listrik mati. Keduanya biasanya terhubung ke jaringan listrik untuk menurunkan biaya pengoperasian fasilitas. Ketika listrik mati, kompleks dialihkan ke tenaga baterai dari instalasi angin dan surya. Generator memulai dan menerima beban dari baterai. Bangunan di sisi beban sirkuit tidak mengalami fluktuasi daya karena desain jaringan distribusi. Ketika daya utilitas dikembalikan, beban dikembalikan ke suplai utilitas dan generator cadangan dimatikan. Ladang angin & surya kembali beroperasi normal.
Banyak faktor yang mempengaruhi desain dan konstruksi microgrid. Kemajuan dalam teknologi pembangkitan dan distribusi daya memungkinkan sistem yang mengurangi konsumsi daya, menggunakan metode pembangkitan ramah lingkungan, dan memenuhi kebutuhan catu daya kritis. Informasi dasar untuk masing-masing sumber daya dan sistem kontrol diuraikan di bawah ini. Konstruksi microgrid ini bersifat fiktif tetapi dimodelkan dalam konsep dari proyek DOE.
Daya & Beban Utilitas
Microgrid yang paling umum menggunakan daya utilitas yang dipasok dari perusahaan listrik setempat sebagai suplai utama. Microgrid yang terletak di lokasi terpencil dapat menggunakan pembangkit listrik tenaga air sebagai tenaga utama atau menggunakan pembangkit berbahan bakar fosil sebagai tenaga utama.
Pembangkit listrik menghasilkan listrik tegangan tinggi. Beberapa menggunakan trafo step-up untuk meningkatkan tegangan untuk transfer ke gardu induk. Gardu induk menerima tegangan dari pembangkit listrik melalui saluran tegangan tinggi. Tegangan disesuaikan dengan kebutuhan dan didistribusikan ke pelanggan.
Rumah sakit, lembaga pemasyarakatan negara, dan pusat data adalah beberapa industri yang membutuhkan Sumber Daya Tak Terputus (UPS). Banyak yang memiliki banyak bangunan yang membutuhkan daya konstan. Beberapa bangunan dapat memiliki area yang memerlukan sumber daya terisolasi karena persyaratan voltase, arus listrik, dan/atau frekuensi.
Instalasi ini menghabiskan banyak daya untuk melakukan operasi normal sehari-hari. Mereka menerima daya dari saluran tegangan tinggi di sub-stasiun yang didedikasikan untuk kompleks tersebut. Tegangan disesuaikan ke level yang diinginkan menggunakan transformator step-up atau step-down. Semua daya disalurkan melalui sakelar dan panel kontrol untuk didistribusikan ke seluruh gedung.
Setiap bangunan mewakili beban listrik. Dimungkinkan untuk memiliki lebih dari satu muatan khusus untuk sebuah bangunan. Contoh titik beban sekunder di gedung adalah konverter frekuensi. Satu puncak tegangan positif dan satu puncak tegangan negatif sama dengan satu siklus (Hz). Pasokan umum adalah 50 Hz atau 60 Hz. Beberapa peralatan memerlukan catu daya 400 Hz untuk beroperasi. Konverter frekuensi mengubah 50 Hz atau 60 Hz menjadi 400 Hz. Ada banyak contoh lain dari titik beban sekunder di gedung. Dalam desain microgrid, semuanya dikendalikan dari satu titik.
Daya Generator Cadangan & Permintaan Puncak
Generator cadangan memasok listrik ke jaringan saat listrik mati. Generator terdiri dari mesin dan alternator (ujung generator). Gas Alam (NG) dan mesin bertenaga diesel adalah standar industri. Mesin berbahan bakar NG dapat beroperasi tanpa batas waktu selama pasokan gas utilitas tidak terganggu. Daya cadangan tidak tersedia saat pasokan diamankan.
Generator dengan mesin bahan bakar diesel dapat beroperasi ketika semua infrastruktur gagal, termasuk pasokan gas alam. Tangki pasokan bahan bakar utama harus dipantau dan diisi ulang bila rendah. Sistem otomatis dapat memberi tahu operator saat ketinggian tangki berada pada titik yang telah ditentukan sebelumnya untuk menghindari penghentian karena kekurangan bahan bakar.
Aplikasi Generator Dalam Ruangan
Engine, sistem pendingin, dan ujung generator semuanya dipasang pada selip yang dibuat dari balok baja. Skid dipasang ke lantai bangunan. Dudukan karet digunakan di lokasi utama untuk mengurangi getaran selama pengoperasian.
Genset gaya ini tidak memiliki tangki bahan bakar dan membutuhkan pasokan bahan bakar eksternal. Tangki bahan bakar utama yang besar dapat memasok tangki harian. Mereka harus memiliki knalpot bangunan dan pasokan udara pendingin atau sistem pendingin aftermarket seperti Heat Exchanger (HEX) yang terpasang.
Aplikasi Generator Luar Ruangan
Generator yang digunakan di luar ruangan dipasang di kandang yang tahan cuaca atau tahan cuaca. Banyak penutup suara dilemahkan untuk mengurangi kebisingan pengoperasian. Generator dipasang selip pada tangki bahan bakar berdinding ganda. Generator ini tidak memiliki persyaratan sistem bahan bakar, pembuangan, atau pendinginan eksternal. Sambungkan kabel daya keluaran ke generator, dan siap menerima beban.
Kedua gaya generator tersedia dengan kontrol elektronik canggih dan dapat dioperasikan secara paralel. Bus generator cadangan terpisah dapat diatur untuk memasok voltase berbeda dalam jumlah besar. Untuk melihat stok generator baru dan bekas kami, buka Sumber Generator. Kami menyediakan layanan genset seperti perawatan, troubleshooting & perbaikan, pemasangan.
Pembangkit Listrik Hijau
Badan Perlindungan Lingkungan (EPA) mendefinisikan tenaga hijau sebagai listrik yang dihasilkan dari sistem tenaga surya, angin, panas bumi, biogas, biomassa & pembangkit listrik tenaga air. Model kami menyertakan tenaga angin dan matahari. Kemungkinan penggunaan dieksplorasi di bawah ini.
Tenaga surya
Panel surya terdiri dari sel fotovoltaik. Sel-sel ini mengubah sinar matahari menjadi listrik Direct Current (DC). Listrik yang tercipta disimpan di bank baterai. Setelah bank baterai terisi penuh, listrik dapat disalurkan kembali menggunakan inverter dan dijual.
Inverter adalah jantung dari sistem UPS. Ketika daya hilang, baterai memasok daya ke sirkuit yang memiliki kebutuhan daya kritis. Inverter mengubah DC menjadi Alternating Current (AC) untuk memasok sirkuit sementara generator cadangan bersiap menerima beban.
Tenaga angin
Angin digunakan untuk memutar turbin. Turbin menghasilkan listrik AC seperti fungsi generator bertenaga diesel dan uap. Turbin angin juga dapat dihubungkan ke jaringan listrik utilitas jaringan cadangan baterai UPS.
Turbin yang terhubung ke jaringan listrik harus sesuai fase dan frekuensinya. Untuk mencocokkan fase dan frekuensi jaringan, daya turbin disalurkan melalui konverter AC ke AC. AC diubah menjadi DC kemudian diperbaiki kembali menjadi AC dengan inverter dan disalurkan ke jaringan listrik. Arus AC dari turbin angin juga dapat disalurkan melalui konverter untuk membantu pengisian baterai.
Tenaga surya dan angin adalah metode yang bagus untuk mengimbangi biaya konsumsi daya gedung, tetapi mereka belum cukup berkembang untuk menerima tugas daya cadangan. Keduanya bergantung pada kondisi cuaca lokal dan bank baterai yang tersedia. Pada hari mendung tanpa angin, bank baterai dapat dengan cepat habis tanpa upaya pengisian daya.
Bank Baterai Cadangan
Solusi daya ramah lingkungan sering menggunakan penggunaan bank baterai cadangan. Bank-bank ini hanya memberikan daya sesaat kepada UPS. Mereka dirancang untuk memberikan daya ketika listrik mati di fasilitas, sementara generator mulai untuk menanggung beban.
Sistem baterai cadangan dapat dibuat dengan tiga gaya berbeda dari bank baterai yang tercantum di bawah ini:
Sel Asam Timbal - Baterai dengan sel asam timbal adalah solusi paling murah. Ini bisa menjadi jawaban off-grid yang bagus untuk aplikasi yang lebih kecil
Lithium Ion - Lebih ringan dan lebih kompak dan bertahan lebih lama dari baterai asam timbal. Namun, harganya lebih mahal
Saltwater - Pendatang baru ini mengandalkan elecytrolytes dalam air asin. Baterai sebagian besar belum teruji tetapi mudah didaur ulang
Bank baterai bertenaga angin diisi oleh konverter yang mengubah AC ke DC. Baterai bertenaga surya tidak memerlukan konverter karena panel surya menghasilkan DC.
Ketika daya utilitas hilang, ada hampir satu milidetik waktu hilangnya waktu untuk respons generator positif.
Fasilitas dan kompleks seperti rumah sakit, pusat data, dan kotamadya memiliki toleransi nol untuk kehilangan daya. Mereka mengandalkan bank baterai untuk memasok daya untuk sementara saat listrik mati. Ini adalah solusi jangka pendek yang bagus, tetapi bank baterai memiliki keterbatasan.
Baterai dengan kemampuan menerima beban listrik mahal untuk pembelian awal. Baterai timbal-asam memiliki elektrolit yang merupakan cairan dalam sel baterai. Tingkat elektrolit dan berat jenis harus sering diperiksa. Bahkan dengan perawatan yang hati-hati, masa pakai baterai ini hanya 5 hingga 15 tahun.
Biaya Energi Terbarukan & Sistem Penyimpanan Energi
Sumber daya energi terbarukan seperti ladang angin, ladang surya, dan pembangkit listrik tenaga air memiliki label harga pembelian awal yang besar. Teknisi berpengalaman dan kru konstruksi diharuskan memasang peralatan yang dibeli. Setelah instalasi, pengujian, dan commissioning peralatan harus dipelihara. Seringkali tenaga pemeliharaan penuh waktu diperlukan untuk menjaga agar peralatan tetap berjalan sesuai spesifikasi.
Penyimpanan energi berkembang pesat dan akan menjadi pemain kunci di masa depan jaringan mikro. Ini bisa menjadi subjek yang sangat kompleks dan membutuhkan insinyur dan perencanaan, dan biayanya tergantung pada kebutuhan Anda. Microgrid Knowledge memiliki artikel terbaru yang bagus tentang beberapa perkembangan terbaru dalam penyimpanan energi dari konferensi 2019 untuk menyelami di sini. Mereka merinci jalur menuju GW tujuan penyimpanan energi dan berita terbaru dari perusahaan dan kebijakan FERC yang sekarang sedang didorong.
Stasiun Kontrol
Stasiun kontrol memberi operator kemampuan kontrol dan pemantauan. Setiap sistem dapat dibagi menjadi sub-sistem yang memiliki peralatan tersendiri di dalamnya.
Panel Distribusi dan Kontrol - Menerima voltase input dari semua sumber dan mendistribusikan daya ke sirkuit yang dibutuhkan.
Generator Cadangan - Monitor perangkat lunak stasiun kontrol dan memiliki kemampuan untuk mengubah konfigurasi pengoperasian generator untuk memasok daya ke sirkuit kritis.
Green Power - Bank baterai UPS dipantau. Input tenaga surya ke bank baterai dan jaringan dipantau. Statistik turbin angin dipantau. Kemampuan untuk beralih ke turbin angin atau bank baterai yang redundan.
Pada dasarnya, stasiun kontrol menyediakan solusi perangkat lunak untuk memelihara, memantau, dan mengontrol semua perangkat keras yang terkait dengan konfigurasi microgrid. Mungkin ada banyak perangkat lunak yang mendukung operasi grid.
Redundansi adalah prinsip utama dalam desain sistem ini. Redundansi adalah memiliki peralatan yang siap siaga jika terjadi kegagalan peralatan utama. Generator, turbin angin, dan bank baterai adalah contoh sistem yang dapat memiliki peralatan utama dan pendukung yang berlebihan.
Beberapa peralatan redundan secara otomatis menjalankan tugas dari peralatan utama yang ditugaskan dan memberi tahu operator tentang suatu masalah. Operator stasiun kontrol kemudian memberi tahu pemeliharaan tentang masalah tersebut sehingga dapat diperbaiki. Peralatan redundan memenuhi persyaratan yang sama dengan peralatan utama. Seringkali peralatan utama dan redundan ditukar oleh operator untuk pengujian terjadwal.
Microgrid adalah sebuah konsep. Desainnya bisa sebesar atau sekecil yang diperlukan untuk pemasangan. Ini adalah konsep lama yang akan tetap ada. Seiring meningkatnya teknologi pembangkit listrik, penggunaan microgrid juga akan meningkat.
