Digitális Ikerpárok: az energiatárolás optimalizálása szimulációval

Dorka Tarnai

A Digital Twin-technológia forradalmasította az akkumulátor-rendszerek tervezését. 

A megoldás segítségével részletes modellek készülnek,először még csak a virtuális térben. Így részletes információkhoz jutunk a jövendőbeli energiatárolós rendszerünk várható viselkedéséről, pénzügyi és műszaki paramétereiről, illetve a várható élettartamáról. 

Ez azt jelenti, hogy minden korábbinál pontosabb képet alkothatunk a beruházás gazdasági előnyeiről, a pontos megtérülési mutatókról.

A világ leghíresebb szimulációs megoldása

Röviden emlékezzünk meg arról, milyen utat járt be a szimulációs technológia. A módszer egyik legkorábbi alkalmazása egyben az egyik legismertebb is.

1970 áprilisában a világ egyedülálló mentőakció tanúja volt, amikor az Apollo 13 útjára indult a Hold felé. A küldetést egy katasztrofális robbanás az oxigéntartályokban élet-halál harccá változtatta. Az esemény világszerte felkeltette az emberek figyelmét és aggodalmát. Ahogy a NASA mérnökei 200 ezer mérföldes távolságból szembesültek a technikai problémák megoldásának félelmetes feladatával, egy addig nem ismert megoldást hívtak segítségül: a digitális ikerpárt.

A NASA mérnökei a küldetés keretében elkészítették az Apollo 13 pontos másolatát a Földön, amely tökéletesen tükrözte az űrhajón található bonyolult szoftveres és hardveres rendszereket.

Ez a másolat döntő fontosságú eszköznek bizonyult az idővel való versenyben, lehetővé téve a mérnökök számára, hogy a földi irányítás biztonságából teszteljék és vizsgálják az űrhajó biztonságos visszatérését segítő megoldásokat. Azáltal, hogy aprólékosan lemásolták a valós fizikai rendszereket egy virtuális környezetben, rendkívül hasznos betekintést nyertek, ami segítségükre volt a különböző mentési stratégiák kidolgozásában. Ez jelentősen növelte az űrahjósok esélyeit a biztonságos hazatérésére.

Bár a digitális ikerpár koncepciója a Apollo 13 küldetése során vált ismertté, az Internet of Things (IoT) eljövetele teremtette meg a technológia útját a széles körű elfogadásához.

 Azóta a digitális ikerpárok a korai fizikai szimulációkból virtuális másolatokká fejlődtek, páratlan betekintési lehetőséget nyújtva a komplex és költséges rendszerek viselkedésébe.

Ma már számos területen alkalmazzák a módszert:

  • az gyártóiparban már a gyártósoron létrehozzák a termék digitális ikerpárját, ami az egész életciklus-menedzsment hatékonyságát radikálisan növeli

  • az építőiparban megkönnyíti a tervezési és az építési folyamatot, valósidejű lekövetés révén

  • az egészségügyben is elkezdték alkalmazni, komplex virtuális másolatként kezelve a páciens összesített adatait

  • az autóiparban a fejlesztésben és a közlekedés-szervezésben is használják

Az energiaiparban alkalmazott akkumulátoros rendszerek növekvő népszerűsége és gyors technológiai fejlődése, illetve az új alkalmazási területek megjelenése megköveteli a folyamatos innovációt, a digitális iker egy logikus lépés a hibrid energetikai rendszertervezés történetében.

Csökkenő kockázatok

A digitális ikrek segítségével lehetségessé válik, hogy még a fizikai eszközök telepítése előtt rendkívül részletes digitális modellt készítsünk a rendszer várható viselkedéséről. Az a lehetőség, hogy virtuális környezetben szimuláljuk és elemezzük a várható működést a teljes élettartama alatt, jelentős pénzügyi és műszaki biztonságot jelent a beruházásokban.

Az akkumulátoros rendszerekbe való befektetés a nagy beruházási érték miatt nagy pénzügyi kockázatokat hordozhat magában. A befektetőknek a rendszer várható működését és a beruházáson elérhető megtérülést idáig a gyártók által közölt adatlapokra, korlátozott tapasztalati adatokra és egyszerű elméleti számításokra kellett alapozniuk. Azonban ezek a módszerek gyakran nem képesek kellő pontossággal ábrázolni az energiatároló valós üzemeltetésének részleteit.

A digitális ikrek technológiájának felhasználásával már lehetőségünk van létrehozni az akkumulátoros rendszerek virtuális mását, pontos modelleket használva az alkalmazott cellatípusról, elektromos jellemzőiről és az alkalmazás sajátosságairól. Ez a digitális reprezentáció lehetővé teszi számunkra, hogy különböző szcenáriók mentén szimuláljuk és elemezzük a tároló működését. Itt figyelembe vesszük az adott alkalmazásban a fogyasztási profilokat, a töltési és kisülési ciklusokat és az olyan környezeti feltételeket, mint a napelemes termelés adottságai, a rendelkezésre álló csatlakozási kapacitás és a visszatáplálási lehetőségek.

A szimulációkkal értékes betekintést nyerhetünk a várható viselkedésbe, azonosíthatjuk a lehetséges kihívásokat vagy korlátozásokat, és a beruházás előtt optimalizálhatjuk a telepítendő rendszer méretét a beruházói igényeknek megfelelően.

Ez a részletes, legalább 60oldalas, automatikusan generált Energetikai Üzleti Terv jelentősen csökkenti a befektetéssel járó műszaki és pénzügyi kockázatokat. (Nézze meg hogy néz ki egy ilyen elemzés a valóságban, a példadokumentum itt letölthető!)

Modellezési pontosság

A jövő tesztelése

A DimenSim platformunkban minden akkumulátor modellünket moduláris szimulációs környezeten belül építjük fel, cellaszintről kezdve. 

A DimenSim platform egyik legnagyobb előnye, hogy képes modellezni a piacon elérhető akkumulátorbeszállítók cellatípusait és a gyártók által kínált termékportfólió teljesítmény-, és kapacitás-értékeit. 

A különböző akkumulátortípusok modellezéséhez a cellagyártók adatlapjain elérhető adatsorokat vagy saját laboratóriumi méréseink eredményét használhatjuk. Az újabb termékek adatait folyamatosan töltjük fel adatbázisainkba, ahogy elérhetővé válnak. A cellatípusok tulajdonságai használat közben jelentősen változhatnak a degradációnak köszönhetően, így ezekkel is kell számolni a szimuláció során, hogy lehetővé váljon a garantáltan pontos eredmények meghatározása.

A modellezési folyamat MATLAB/Simulink segítségével történik. Ez egy kifejezetten dinamikus rendszerek többcélú analízisére kifejlesztett grafikus programozási környezet. Ide tápláljuk be az akkumulátorok adatait, létrehozva a digitális ikerpárokat. 

A akkumulátor virtuális modelljének működtetéséhez szükséges a konkrét alkalmazáshoz tartozó akkumulátor energiamenedzsment vezérlési logika (EMS) modellezése is. A szimulációs környezeten belül különböző stratégiák alkalmazhatók annak meghatározására, hogy az akkumulátort egy adott pillanatban milyen kívánt teljesítménnyel kell tölteni vagy kisütni: az önfogyasztás optimalizálása mellett a szoftver a csúcslevágás (peak-shaving) és a tőzsdei kereskedelmi arbitrázs felhasználásával is kalkulál. Ez rendkívül komplex, soktényezős számítási feladat, a szimulációk mégis elbírnak vele. Ezután majd ennek megfelelően kell a telepített akkumulátor vezérlő logikáját beállítani, és így a stratégiának megfelelően maximalizálni a profitot.

A szimuláció során akár a teljes életciklusukat, több évtizednyi használatot futattunk le a virtuális térben, másodpercek alatt, sok különböző típussal és konfigurációval.

Az akkumulátor digitális modelljének használata nemcsak a befektetési fázisban csökkenti a műszaki és pénzügyi kockázatokat, hanem értékes információkat nyújt az üzemeltetés során is.

A valós időben monitorozott energiatároló rendszerek folyamatosan frissíthetik a virtuális modell paramétereit, lehetővé téve az eszköz viselkedésének előrejelzését, a várható élettartam folyamatos becslését és a hibák megelőzését.

Tehát a szimulációt nem csak az előzetes tervezés során érdemes használni! A valódi működés során keletkező adatokkal frissítve folyamatosan juthatunk egyre pontosabb eredményekhez és előrejelzésekhez az újabb szimulációk során. Ahogy telik az idő, módosul a tevékenység, az eszközpark, így a létesítményben elkezdenek változni a fogyasztási adatok. A piaci árak mellett a rendszer által gyűjtött további adatok és felhasználási szokások alapján olyan személyre szabott, új szimulációk építhetők, amik még pontosabb képet adnak az adott üzem aktuális energetikai karakteréről.

A virtuális környezet lehetővé teszi a tárolók különböző működtetési stratégiáinak tesztelését is. Nem kell becslésekre és elképzelésekre hagyatkozni. Egy üzem, egy cég, egy ipari létesítmény folyamatosan változik, az évek során az energiafelhasználási szokások kisebb-nagyobb léptékben módosulnak.

Ezekhez a változásokhoz igazodni lehet a frissebb fogyasztási adatokkal megismételt szimulációja során.

Az üzemeltetők szimulálhatják és értékelhetik a különböző igénybevételek hatásait, például a töltési és kisütési profilokat, vagy a tároló különböző kisütési mélységének hatását a működésre azzal a céllal, hogy időnként újra és újra optimalizálják a vezérlési beállításokat, vagyis az energiatároló rendszer teljesítményét és jövedelmezőségét.

A szimuláció képességei folyamatosan bővülnek, a lehetőségek gyarapodnak. A DimenSim fejlesztési tervei között például ilyen funkciók szerepelnek:

nem csupán “zöldmezős” beruházásokhoz, hanem meglévő napelemes rendszerre is lefuttatható a szimuláció, kiszámítva, hogy milyen akkumulátor-kapacitás lenne mellé az optimális

egyedi fogyasztási adatsor összeállítására alkalmas felület

még több akkumulátor-gyártó termékei lesznek elérhetők az adatbázisban, a kínálat folyamatosan bővül

“szakértői” adatbeviteli mezők a szimulációkhoz, ahol meg lehet adni a napelem panelek típusát, dőlésszögét, tájolását, finomhangolni lehet a vissz-wattos vezérlés paramétereit, tőzsdei árakhoz indexált energiaszerződést is lehet majd beállítani

új bevételi források modellezése: peak-shaving (csúcs-levágás), tőzsdei energia arbitrázs.

A digitális ikertestvér a szimulált eszköz működtetése során is folyamatosan átfogó képet nyújt az aktuális teljesítményről, műszaki állapotáról és hátralévő élettartamáról, lehetővé téve a proaktív karbantartást és eszközmenedzsmentet. Rendkívül izgalmas lehetőség ez az energia- és egyéb ipari területeken már most is, és a közeljövőben még többet fogunk hallani róla.

Ezeket se hagyja ki

A naperőmű parkok tulajdonosai az elmúlt években jelentős kihívásokkal néztek szembe. A villamosenergia-piac volatilitása, a turbulens a kiegyenlítőenergia-árak és az új csatlakozási lehetőségek szűkössége arra ösztönzik a tulajdonosokat, hogy új bevételi források után nézzenek.
Ahhoz, hogy a DimenSim pontos eredményeket adjon, elengedhetetlen a gondosan előkészített fogyasztási profil (T-görbe Excel) feltöltése. Ismerd meg, milyen követelmények vonatkoznak a fájlokra, hogyan kezelheted a különleges eseteket, és mit tehetsz, ha valami mégsem működik! Ez az útmutató minden kérdésedre választ ad.
A Planergy által kifejlesztett szoftveres szimulációs környezet alkalmas ipari napelemes és akkumulátoros rendszerek komplex szimulációjára. Ennek köszönhetően bármilyen telephely számára könnyedén kiszámítja az oda tökéletesen illeszkedő energetikai beruházás paramétereit, vagyis azt, hogy milyen kapacitású napelemekre és akkumulátorokra van szükség. Az akkumulátorok esetében a konkrét modellre is javaslatot tesz.
Ebben a cikkben összefoglaljuk, hogy a speciális Planergy-módszertan szerint hogyan jutunk el az adott körülmények között optimális ipari napenergia-rendszer kapacitásának és vezérlésének pontos meghatározásáig.

Vegye fel velünk a kapcsolatot

Kérdése van? Vegye fel velünk a kapcsolatot az alábbi űrlap kitöltésével, és kollégáink hamarosan felkeresik Önt. Sürgős? Keressen minket telefonon:

Kapcsolatfelvételi űrlap