ثورة رقمية في محطات المحول الفرعية
يتعرض قطاع الطاقة للكثير من الضغط. ويحتاج مشغلو شبكة التوزيع الألمانية إلى إعداد بنيتهم التحتية لتحويل الطاقة بسرعة.
بحلول 2030، سيتم توليد 80 في المائة من الطاقة تقريبًا من مصادر متجددة. ويظهر مشروع تجريبي في شركة نيتشر إنرجي نتزي المحدودة كيف يمكن تحديث محطات طاقة المحول الفرعية بشكل أسرع. وبالتعاون مع موفري البرامج إيبلان وإنتيجرا، يعمل مشغل شبكة التوزيع في جنوب ألماني الآن لأول مرة على توأم رقمي من شأنه أن يزيد من سرعة التخطيط بشكل كبير بالإضافة إلى تطوير شبكات المحول الفرعية.
كان هناك توزيع في الماضي. ولعقود، كانت الطاقة تُوزع ببساطة في اتجاه واحد – من محطات الطاقة التي تعمل بالفحم وبالطاقة النووية باستمرار إلى محطات المحول الفرعية، ثم إلى المستهلكين النهائيين (بمجرد خفض الجهد عدة مرات). لاستخدام تشبيه حركة المرور على الطرق، فقد أصبح هذا الشارع "أحادي الاتجاه" شبكة من الطرق المزدحمة في وسط المدينة. في الوقت الحاضر، يتغير مزيج الطاقة كل ساعة بتغير الرياح والطقس، وبالتالي لم يعد هناك حمل أساسي يمكن الاعتماد عليه. أضف إلى ذلك أن مشغلي مزرعة الرياح والنظام الشمسي يقومون بتغذية الطاقة بشكل لا مركزي على مستويات الجهد المتوسط والمنخفض، وبالتالي تعمل شبكات الطاقة الآن في اتجاهين. إن مضخات الحرارة ومحطات شحن المركبات الكهربائية تعني ارتفاع الاستهلاك، في حين أن ملفات الأحمال المألوفة منذ فترة طويلة والتي تبلغ ذروتها في وقت مبكر من المساء أصبحت الآن من الماضي. ومع ذلك، يجب ضمان جودة الإمداد وتردد الـ50 هرتز في جميع الأوقات.
يواجه مشغلو الشبكة مهمة ضخمة – فهم بحاجة إلى جعل شبكاتهم مناسبة لهذه المتطلبات المعقدة. وبالنسبة لنيتشر إنرجي نتزي، يتضمن هذا عمل إنشائي جديد بالإضافة إلى تحديث عدد من محطات المحول الفرعية الحالية. ويجب أن تتكيف المحطات لتتناسب مع الطلب المتزايد على الكهرباء، إلا أن هذا ليس هو التحدي الوحيد. فالتحدي الأكبر يتمثل في الحاجة إلى التكيف للتعامل مع مستوى أكبر من المرونة من حيث مصادر الطاقة وتدفقاتها والتحكم الدقيق في الكهرباء.
التوأم الرقمي
سارعت نيتشر إنرجي نتزي (انظر المربع الحواري) إلى معالجة هذه التحديات وتعمل حاليًا على مشروع تجريبي حيث تقوم بتحديث أحد أنظمتها. يستخدم مشغل الشبكة مفهوم رقمي لتخطيط وتهيئة تحويل محطة محول راينفيلدن الفرعية. وينطبق النهج الجديد حتى على العمل التمهيدي. يشرح راينر بيك، منسق تطوير الشبكة، قائلاً "قبل البدء في التخطيط، نقوم بإنشاء توأم رقمي من محطة المحول الفرعية، أي عرض تقديمي افتراضي بكافة بيانات المكونات المشحونة بالطاقة (التكنولوجيا الرئيسية) ومستوى التحكم (التكنولوجيا الفرعية) والمباني وجميع الأجهزة الطرفية بالتأكيد. ثم نقوم بتخطيط التحول استنادًا إلى هذا التوأم الرقمي".
ثمة سبب آخر لكون هذه المهمة صعبة وهو تخطيط التكنولوجيا الرئيسية والفرعية باستخدام أدوات مختلفة في برنامج CAD. وفي هذا المشروع التجريبي، تم حل هذه المشكلة بتعاون خاص جدًا. حيث استعد أعضاء من قوة المهام في VDE ETG "توائم رقمية لأنظمة الطاقة الكهربائية"، واثنان من رواد الموردين – إنتيجرا باستخدام حلها البرمجي primtech للتكنولوجيا الرئيسية وإيبلان للتكنولوجيا الثانوية - على وجه التحديد لما تحتاجه نيتشر إنرجي نتزي لمرحلة التخطيط الأولى (التمهيدية)، أي الجمع بين التكنولوجيا الرئيسية والثانوية في نموذج واحد.
مكاسب كبيرة من حيث الكفاءة
بالنسبة لهذا المشروع الفريد، بحثت إنتيجرا وإيبلان عن مشغل شبكة توزيع مبتكر لديه مشروع تجريبي مناسب للمشاركة كطرف ثالث في هذا التعاون. وقد جاء التواصل مع نيتشر إنرجي نتزي في الوقت المناسب تمامًا – وخاصةً لأن المشروع محل الدراسة كان معقدًا. وحسب تفسير راينر بيك: "الهدف من المشروع تجديد التكنولوجيا الفرعية بالكامل في محطة المحول الفرعية الحالية والمعقدة للغاية – وذلك أثناء العمليات الجارية". يسهل فهم سبب جاذبية المشاركة في هذا المشروع. ويردف راينر قائلاً: "عادةً ما يستغرق الأمر سنتين إلى ثلاث سنوات لتخطيط وتنفيذ التحديث، إلا أن منهجية التخطيط الجديدة ستزيد من وتيرة سير الأشياء". ويوافق كل من يشارك في المشروع على ذلك. يشرح ماتياس تشوي، مدير التطوير التجاري في إنتيجرا، قائلاً: "إن ما نفعله هنا – دمج التكنولوجيا الرئيسية والثانوية لمحطة المحول الفرعية في توأم رقمي – أمر لم يحدث من قبل، ولكنه يعد بفوائد كثيرة". وسألناه إن كان بإمكانه الكشف عن المزيد من التفاصيل. فأجاب راينر بيك قائلاً: "بالطبع، فنحن بحاجة إلى إثبات أن الاستثمار لمرة واحدة سيؤتي ثماره بسرعة. وبعد المرحلة الأولى من المشروع – التخطيط التمهيدي – نلاحظ وفورات كبيرة في الوقت أثناء التحول الفعلي لمحطات المحول الفرعية. والأكثر من ذلك، أن هذا ينطبق على كل مشروع".
نموذج واحد لجميع المستخدمين
خلال المرحلة الأولى من المشروع، تم فحص محطة المحول الفرعية، والتقطت الصور للوحات التصنيف، وتمت مقارنة بيانات التكنولوجيا الرئيسية الناتجة ببيانات من نظام إدارة الأصول. وكانت النتيجة نموذج primtech ثلاثي الأبعاد الصالح والعملي لمحطة المحول الفرعية. أثناء عملية الأتمتة الكاملة، تم تصدير مجموعات البيانات التي أُنشئت في primtech بعد ذلك إلى إيبلان عن طريق واجهة واستخدمت كأساس لتخطيط التكنولوجيا الثانوية في إيبلان. وأخيرًا، تم دمج البيانات من التكنولوجيا الثانوية في التوأم الرقمي. لقد أوشك هذا العمل على الانتهاء. فبتوثيق السيناريو كما هو الآن، توفر الأساس لاستبدال التكنولوجيا الثانوية لمحطة المحول الفرعية على نحوٍ فعال. ويشرح أوليفر كامشيدت، مدير السوق الرأسي العالمي للطاقة في إيبلان، قائلاً: "لا شك في أن هذه خطوة مهمة. فقد تم التحقق من جميع البيانات. ونتبع في الأساس مبدأ 'المصدر الوحيد للحقيقة'. حيث لا نمس البيانات الموجودة في الأنظمة الأصلية ونربطها بالتوأم الرقمي. مما يمنع التكرارات التي قد تكون بمثابة مشكلة في المستقبل".
من حيث بنية نموذج البيانات المجمعة، فقد قامت الأطراف المشاركة – بما يتماشى إلى حدٍ كبير مع نهج التوأم – بإنشاء بنية تحتية خاصة. ويشرح تشوي قائلاً: "لا يوجد نظام رائد – وإنما توجد وجهات نظر مختلفة لنفس النموذج. والتوأم الرقمي يفتح نافذة على الأنظمة – على سبيل المثال، من primtech إلى إيبلان أو إس أيه بي. وبالتالي، فإن التوأم الرقمي يؤدي إحدى وظائفه الرئيسية – وتحديدًا توفير الوصول المركزي إلى كل المعلومات ذات الصلة بمحطة المحول الفرعية".
توحيد معايير التكنولوجيا الثانوية
أصبح هذا التعاون بين الأطراف الثلاث – إنتيجرا وإيبلان ومشغل شبكة التوزيع - ممكنًا، أو على الأقل أكثر سهولة، بسبب قرار اتخذ منذ سنتين. كان ذلك عندما بدأت نيتشر إنرجي نتزي في استخدام Eplan Electric 8 وحلول Eplan Pro Panel البرمجية لتخطيط التكنولوجيا الثانوية، أي تكنولوجيا التحكم الخاصة بها. وقد كان سيمون روميل، قائد مشروع تطوير الشبكة، مسؤولاً عن ذلك ولا يزال مسؤولاً حتى الآن. يقول سيمون روميل: "بفضل إيبلان، يمكننا المضي قدمًا في توحيد معايير التكنولوجيا الثانوية وهندستها بمزيد من الكفاءة – فضلاً عن التخطيط الشامل الذي يمكننا استخدامه أيضًا أثناء مرحلة التشغيل للصيانة الوقائية وعمليات الإصلاح".
الدروس المستفادة من الهندسة الميكانيكية
يظهر هذا المشروع أن المستخدمين في صناعة الكهرباء يستفيدون من الخبرة والحلول من الهندسة الميكانيكية. ففي هذا القطاع – أحد القطاعات الذي نشطت فيه إيبلان لعقود - أصبح توحيد المعايير و"تصنيع" معدات تصنيع اللوحات والمفاتيح الكهربائية أمرًا راسخًا. وفيما يتعلق بهذه الخطوة بالنسبة لمحطات المحولات الفرعية، لا يزال هناك الكثير مما يتعين القيام به – إلا أنه يجب حدوثه. ويفسر كامشيدت قائلاً: "حتى الآن، يتم تخطيط وبناء محطات المحول الفرعية على حدة. مما يزيد من صعوبة الحكم بالحاجة إلى التحديث وبناء المحطات الجديدة الناشئة عن تحول الطاقة. ويحتاج القطاع إلى توحيد المعايير أكثر مما كان عليه في الماضي. ونقوم بتقديم الدعم ويسعدنا العثور على شريك مبتكر في نيتشر إنرجي نتزي. فبفضل التوأم الرقمي المشترك للتكنولوجيا الرئيسية والثانوية، نزيد من سرعة العملية بشكل كبير ونجعلها أكثر موثوقية أيضًا".
شركاء أقوياء للتحول
كما يوضح روميل، هذا هو بالضبط ما تسعى نيتشر إنرجي نتزي إلى تحقيقه. حيث يقول: "نريد ونحتاج إلى المزيد من الرقمنة، لأننا نعتقد أن ذلك سيفتيح الفرص ويجعل الأشياء أكثر سهولة في المستقبل. وهذا هو سبب تجربتنا أحدث التقنيات والتخطيط لمزيدٍ من المشروعات التجريبية في محطة المحول الثانوية الخاصة بنا في راينفيلدن. الأكثر من ذلك، أنه بوجود شركة ريتال، الشركة الشقيقة لإيبلان، يوجد لدينا أيضًا شريكًا قويًا لتحول 'الأجهزة'، بمعنى آخر، كل التكنولوجيا المضمنة".
تخطط نيتشر إنرجي نتزي أيضًا إلى توحيد المعايير منذ بعض الوقت – وسيعمل التوأم الرقمي المشترك الذي أنشأته إنتيجرا وإيبلان على توفير الأساس لذلك. يقول راينر بيك: " يمكن تصور استخدام مفهومين ومباني قياسية في نطاق 110 كيلو فولت وإنشاء متغيرات على هذا الأساس. كما نعمل على ذلك مع الموردين الرئيسيين. سيعمل ذلك أيضًا على تقليل المدة الزمنية والتخطيط اللازمين. وهو أمر حيوي، لأننا سنضطر إلى تكييف أغلبية محطات المحول الفرعية للالتزام بالمتطلبات الجديدة. وسيساعدنا التوأم الرقمي والعمل التمهيدي الذي تقوم به إنتيجرا وإيبلان على القيام بذلك. فمن خلال التعاون والشراكة، سنخلص إلى ابتكار حقيقي من شأنه أن يساعدنا على تطوير شبكاتنا وجعلها مناسبة للمستقبل بشكلٍ فعال".
ومع ذلك، لن تكون نيتشر إنرجي نتزي وحدها المستفيدة من هذا المشروع. يقول كامشيدت: "على عكس قطاع الهندسة الميكانيكية، يقوم مشغلو الشبكة بتبادل المعلومات بشكلٍ مفتوح، بسبب عدم وجود تنافس بينهم. وهناك الكثير من الفائدة بالفعل. وأنا مقتنع بأن العديد من مشغلي الشبكة سيتمكنون من أخذ ما نفعله هنا وفي قوة مهام VDE واستخدامها لتخطيط وتنفيذ مشاريع التحويل والبناء الجديدة الخاصة بهم بسرعة.
www.eplan-software.com
