W czasach, kiedy sieci telekomunikacyjne są odpowiedzialne za ponad 1% globalnej konsumpcji energii elektrycznej oraz rosnącego zapotrzebowania na dostęp do sieci i szerokopasmową mobilną transmisję danych, operatorzy poszukują wydajniejszego zasilania i możliwości utrzymania sieci.
W krajach rozwiniętych tradycyjne rozwiązania zasilania bazują na sieci energetycznej. Jednak rozwój i rosnący popyt na usługi powoduje konieczność budowy sieci w lokalizacjach bez dostępu do głównej sieci energetycznej, co zmusza dostawców usług telekomunikacyjnych do poszukiwania rozwiązań poza tradycyjnymi źródłami zasilania. Wkrótce nastąpi rozwój systemów hybrydowych, ponieważ koszty energii rosną nieustannie a sieci docierają do wielu odległych lokalizacji. Obecne systemy hybrydowe przestają służyć jedynie dostarczaniu energii a stają się kompleksowymi systemami energetycznymi aktywnie zarządzającymi wieloma źródłami energii.
Taka ewolucja to nie tylko przejaw postępu technologicznego, od elementów zasilania po systemy energetyczne, ale również odzwierciedlenie zmian w celach biznesowych, takich jak zarządzanie TCO (całkowitym kosztem posiadania). Rynek hybrydowy w poszczególnych częściach świata rozwija się szybko i w różnych kierunkach. Dostawcy poszukują różnych rozwiązań pod względem nakładów kapitałowych i operacyjnych, a także możliwości technologicznych dostosowanych do obsługi klientów z konkretnych rynków. Nowo powstała generacja inteligentnych technologii hybrydowych oferuje operatorom rozwiązania zapewniające lepszą widoczność i kontrolę nad sieciami oraz oszczędność kosztów. Opracowano również dobre praktyki przynoszące wymierne korzyści bez konieczności ponoszenia znacznych nakładów inwestycyjnych.
Mając na uwadze powyższe oraz dorobek dwóch dziesięcioleci globalnego doświadczenia w opracowywaniu i zarządzaniu hybrydowymi rozwiązaniami energetycznymi, firma Emerson Network Power przedstawia kilka najważniejszych wniosków i zaleceń dla dostawców planujących wdrożenie technologii hybrydowych i dążących do optymalizacji istniejącej infrastruktury hybrydowej.
Myśl o energii, nie o zasilaniu: W przeszłości klienci, ze względu na osiągalność, łatwy dostęp i niski koszt energii elektrycznej z sieci, utożsamiali zarządzanie energią z zasilaniem. Nowe urządzenia wdrażane w ostatnich latach, takie jak panele słoneczne czy akumulatory głębokiego wyładowania, stanowią elementy systemów energetycznych i muszą być zarządzane jako urządzenia służące produkcji energii, a nie jako urządzenia zasilające. Należy zacząć rozumować w kategoriach bilansu energii dostępnej i energii konsumowanej.
Kolejny krok – poszanowanie energii: Skorzystaj z audytów energetycznych do opracowania oraz wdrażania energooszczędnych rozwiązań i procedur. Ustal kluczowe wskaźniki wydajności i aktywnie zarządzaj poborem energii. Kontroluj efektywności zużycia, a następnie wdróż oszczędne hybrydowe rozwiązania produkcji energii.
Aktywne zarządzanie i inteligentne hybrydy: Kupowanym dotychczas instalacjom hybrydowym towarzyszyły jedynie umowy serwisowe lub gwarancyjne. Jest to akceptowalne rozwiązanie pozwalające na minimalizację bezpośrednich nakładów inwestycyjnych. Jednak dla minimalizacji średnio- i długoterminowych kosztów kapitałowych i operacyjnych oraz maksymalizacji zwrotu z inwestycji, niezbędne są inteligentne rozwiązania hybrydowe, którym towarzyszą umowy o aktywne zarządzanie, pozwalające uzyskać dodatkowe oszczędności. Zaawansowane narzędzia analityczne i zdalnego zarządzania mogą przynieść wymierną poprawę w kategoriach poboru, środowiska i wydajności. Inteligentne rozwiązania potrafią na przykład, ostrzec o ogniwie baterii zagrażającym uszkodzeniu całej instalacji lub o pojedynczym panelu słonecznym ograniczającym wydajność całej macierzy, a następnie zaplanować wymianę lub konserwację baterii. Mogą również dostosowywać wydajność chłodzenia do zmieniających się warunków obciążenia i temperatury, zmienić harmonogram konserwacji dla generatora pracującego poniżej możliwości znamionowych i powiadomić o pogorszeniu jakości paliwa. Zakontraktowanie usług aktywnego zarządzania, zwłaszcza u dostawcy posiadającego doświadczenie w projektowaniu i konfigurowaniu takich technologii infrastrukturalnych, zwróci się w większości przypadków z nawiązką w postaci niższego zużycia paliwa, rzadszych przeglądów konserwacyjnych i dłuższego czasu życia sprzętu.
Kondycjonowanie zasilania: Część urządzeń pracuje w miejscach zasilanych z zawodnej lub niskiej jakości sieci zasilania. Koniecznością staje się zapewnienie odpowiednich technologii chroniących aktywne urządzenia w miejscu instalacji. Stosowanie izolacji i stabilizacji napięcia jest efektywnym kosztowo rozwiązaniem. Jednak większe korzyści przynoszą zaawansowane technologie, takie jak dobór fazy, filtrowanie, łączenie źródeł zasilania i inne metody. Inteligentne rozwiązania hybrydowe z aktywnym zarządzaniem energią skracają czas pracy generatora i zapewniają lepsze warunki ładowania akumulatorów optymalizując w ten sposób koszty operacyjne i wydłużając cykl życia inwestycji.
Generator: Stosowanie generatorów stanowiących element hybrydowego rozwiązania energetycznego (w przeciwieństwie do generatorów pracujących jako zwykłe urządzenia rezerwowe) będzie bardziej opłacalne, jeżeli zostaną one odpowiednio zwymiarowane i będą inteligentnie zarządzane pod kątem kosztów operacyjnych. Automatyczne włączanie/wyłączanie generatora pomaga redukować koszty, ale nie gwarantuje optymalnych cyklów serwisowania, maksymalnego okresu eksploatacji i wydajności akumulatorów oraz nie uwzględnia takich czynników jak położenie Słońca. Inteligentne rozwiązania hybrydowe dokonują pomiaru energii, obciążenia i warunków pracy instalacji oraz określają najbardziej odpowiednią moc generatora, typ prądnicy, źródło paliwa i środki bezpieczeństwa, etc. Dodatkowo, dzięki aktywnemu zarządzaniu inteligentną instalacją hybrydową, można optymalizować okresy serwisowania generatora oraz zużycie paliwa zależnie od zmian warunków miejsca instalacji i obciążenia.
Ogniwa paliwowe: Małe ogniwa paliwowe zasilane wodorem stanowią pewną opcję z punktu widzenia ochrony środowiska; a różne stosowane rozwiązania pozwalają na wydłużenie czasu pracy w trybie czuwania. Przeszkodą we wdrożeniu i zarządzaniu operacyjnym ogniwami paliwowymi jest kwestia dostawy paliwa. Konieczne staje się wdrożenie programów bezpieczeństwa gwarantujących dostępność paliwa i serwisu technicznego oraz procedur konserwacji obiektu w przypadku nieplanowanych zdarzeń takich jak huragany, grad i przerwy w zasilaniu prądem elektrycznym.
Akumulatory: W tradycyjnych rozwiązaniach telekomunikacyjnych akumulatory pełnią rolę zasilania rezerwowego. Są ciągle dostępne, ale rzadko używane. Są źródłem taniej energii w nagłych przypadkach i stanowią wystarczające rozwiązanie dla systemów hybrydowych zaprojektowanych wyłącznie w celu ograniczenia poboru prądu z sieci zasilającej.
Wraz z nadejściem inicjatyw zielonej sieci zasilającej i pojazdów elektrycznych szybko rozwijają się systemy zarządzania oraz technologie akumulatorów o częstych cyklach ładowania-rozładowania czy akumulatorach głębokiego rozładowania. Takie zaawansowane technologicznie akumulatory stanowią idealne rozwiązanie dla zastosowań hybrydowych, w których energia może być przechowywana i wykorzystywana do zasilania urządzeń niekorzystających lub niezależnych od sieci zasilającej. Po uniezależnieniu się od sieci zasilającej, akumulatory stają się istotnym elementem niezawodnego rozwiązania hybrydowego. Wybór technologii ich wykonania, rozmiarów, wydajności na znaczenie dla niezawodności, trwałości i poziomu kosztów operacyjnych. Dobór typu akumulatora powinien być związany z kapitałem i celami operacyjnymi firmy.
Aktywne zarządzanie akumulatorami, w większym stopniu niż jakikolwiek inny element systemu, zapewni długi okres użytkowania, minimalne koszty instalacji i maksymalny czas podtrzymania.
Energia słoneczna: Wraz ze wzrostem cen energii elektrycznej i paliw, energia solarna staje się opłacalnym źródłem zasilania dla węzłów telekomunikacyjnych na całym świecie. Fundamentem prawidłowego wykorzystania energii słonecznej jest zrozumienie intensywności nasłonecznienia i zmian sezonowych oraz zaprojektowanie instalacji dostosowanej do unikalnych warunków fizycznych. Najefektywniejsze zastosowanie, panele słoneczne znajdą na terenach, gdzie poziom promieniowania słonecznego jest wyższy od 1.101 kWh/m² rocznie, czyli w Europie południowej i centralnej. Mogą być one również wydajnym rozwiązaniem na obszarach położonych bardziej na północ.
Przy ich stosowaniu należy, oprócz poziomów nasłonecznienia, wziąć również pod uwagę inne kwestie praktyczne:
– Słońce jest źródłem energii o niskiej intensywności dostarczającym poniżej 150 W/m2. W środowiskach komercyjnych, w których czas gromadzenia i magazynowania energii jest ograniczony, kluczowym czynnikiem będzie efektywne rozplanowanie instalacji i w tym celu należy:
- wydzielić przestrzeń dla paneli solarnych i elementów konstrukcji oraz odpowiednio je rozmieścić względem siebie,
- zapewnić odpowiednią ekspozycję na Słońce,
- opracować plan architektury krajobrazu uwzględniający zacienienie przez kolejne 10 lat,
- uwzględnić inne czynniki regionalne lub miejscowe, takie jak możliwość odśnieżania paneli.
– Należy również zaplanować konserwacje okresowe, zabezpieczyć panele przed kradzieżą, a także mieć na uwadze ich pracę poniżej wydajności nominalnej z powodu zanieczyszczenia. Aktywnie zarządzany inteligentny system hybrydowy może przyczynić się do minimalizacji kosztów obsługi serwisowej i ograniczyć ją jedynie do czynności czyszczenia lub naprawy.
I chociaż słońce wschodzi codzienne, to energia słoneczna jest nadal mało stabilnym źródłem energii.
Wiatr: Energia wiatrowa najlepiej sprawdza się w przypadku dużych farm turbin dostarczających duże ilości energii do niezawodnej sieci zasilającej. Wielkość instalacji i jej rozplanowanie umożliwia ekonomiczne zarządzanie farmą i dostosowanie do warunków wiatru. Korzystając z turbin wiatrowych należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak: akceptacja lokalnej społeczności, zdolność do bezobsługowej pracy w każdych warunkach oraz nieuniknione dni bezwietrzne.
Podobnie jak w przypadku energii solarnej, istnieją narzędzia pozwalające na przeprowadzenie oceny dostępności wiatru. Podczas wdrażania energii wiatrowej należy wybrać lokalizację gwarantującą brak przeszkód, gdzie przeciętna prędkość wiatru wynosi ponad 6 m/s. Czynnikiem przemawiającym za wyborem tego rozwiązania są oferowane programy wsparcia finansowego. Często lepszym rozwiązaniem będzie podłączenie turbiny wiatrowej po stronie sieci zasilającej prądem zmiennym (rozliczenia netto lub taryfy gwarantowane) niż bezpośrednio do magistrali prądu stałego centrum telekomunikacyjnego.
W przypadku pojedynczych instalacji, obiektów telekomunikacyjnych niepodłączonych do sieci zasilającej, efektywne wykorzystanie wiatru jako źródła energii może być problematyczne ze względu na koszty i ilość wytwarzanej energii, ale w niektórych lokalizacjach może być stosowane z powodzeniem.
Rozwiązania systemowe: Pojęcie hybryda stało się popularnym terminem marketingowym określającym wiele zastosowań i produktów. Jednak w rozwiązaniach telekomunikacyjnych systemy hybrydowe zarządzają i efektywnie bilansują różne źródła energii oraz gwarantują ich opłacalność. Każdy obiekt jest inny i wymaga innowacyjnych rozwiązań oraz technologii. Dzięki odpowiednim badaniom i planowaniu można uzyskać rozwiązania hybrydowe dostosowane do miejskich lub odległych centrów sieciowych, które umożliwią dostawcom usług telekomunikacyjnych zbilansowanie nakładów kapitałowych przy jednoczesnej redukcji kosztów operacyjnych. A stosując aktywne zarządzanie i inteligentne systemy hybrydowe dostawcy mogą być pewni, że nie tylko zainstalowali najlepsze rozwiązanie, ale w miarę rozwoju sieci uzyskają również dodatkowe oszczędności operacyjne.
Marek Piwoni, System Engineer Specialist, DC Power z firmy Emerson Network Power
