Aktuální vydání

celé číslo

01

2020

Operátorské panely, HMI, SCADA

celé číslo

Programovatelné automaty ABB AC500 pro řízení provozu obnovitelných zdrojů energie

Klimatické změny a obavy veřejnosti z bezpečnosti jaderných elektráren jsou motorem veřejné diskuse o programu zvyšování energetické účinnosti. Rostoucí ceny energií způsobují, že obnovitelné zdroje energie a s tím související inteligentní řízení energetických zdrojů i přenosových soustav hrají stále důležitější roli v uspokojování potřeby energie.
 
Společnost ABB má významné zkušenosti z dodávek obnovitelných zdrojů energie po celém světě z těchto projektů:
  • osmnáct fotovoltaických elektráren připojených do sítě o celkovém špičkovém výkonu 14,4 MW (postaveny i další o výkonu 55,5 MW, dále 131 MW ve výstavbě),
  • tři biodieselové elektrárny, – dvanáct kombinovaných solárně-tepelných elektráren o výkonu 100 MW a další o celkovém výkonu 575 MW ve výstavbě,
  • dvě termosolární elektrárny, každá o výkonu 50 MW.
ABB sice nevyrábí fotovoltaické panely ani polohovací zařízení (tracker), která nastavují panely do optimální polohy, je ale důležitým dodavatelem nízkonapěťových komponent, ochran, střídačů, automatizační techniky a služeb nejvyšší kvality. K důležitým výrobkům určeným k řízení polohovacích zařízení pro solární panely patří i PLC řady AC500 s knihovnou funkčních bloků pro tato zařízení a měniče frekvence řad ACS150 a ACS350 pro pohony os.
 
Jednoosá polohovací zařízení zvýší účinnost fotovoltaických panelů o 20 %, dvouosá dokonce o více než 35 % v porovnání s pevně instalovanými panely. Přitom náklady na výstavbu polohovacích zařízení rychle klesají s tím, jak postupuje jejich vývoj. Stejně tak klesají i náklady na řídicí část. Je tomu tak, protože:
  • ceny PLC se dnes velmi blíží zákaznickým hardwarovým systémům,
  • PLC mají delší životní cyklus, jelikož jde o vyzkoušená běžně používaná zařízení s nenákladnou údržbou a otevřeným programováním,
  • PLC je možné flexibilně upravit pro řízení polohovacích zařízení podle nejrůznějších požadavků, přičemž cílem je dosáhnout co nejefektivnějšího provozu,
  • PLC mívají certifikáty pro průmyslové prostředí, takže není zapotřebí podstoupit náročný legislativní proces.
PLC řady ABB AC500 a AC500-eCo mají velmi příznivý poměr ceny a výkonu a využívají flexibilní modulární architekturu s jednotným inženýrským prostředím a programováním podle normy IEC 61131. Mezi jejich přednosti patří široká paleta komunikačních rozhraní, obsáhlé knihovny funkčních bloků, OPC server a zabudované hodiny reálného času se synchronizací po síti LAN. K vizualizaci se používá buď integrovaný vizualizační software, přímo webový server v samotném PLC nebo také operátorské panely – např. z řady CP400, a nově i HMI SCADA DigiVis 500 pro PC.
Další výhody řešení s automaty AC500:
  • standardní funkční bloky pro výpočet trigonometrických a cyklometrických funkcí: sinus, cosinus, arcus sinus i arcus cosinus a standardní bloky pro polohování fotovoltaických panelů,
  • přesnost polohování panelu podle algoritmu od 0,5° do 0,001°,
  • pulzní vstup pro bezpečnostní funkce pro případ silného větru, sněhu, ztráty spojení apod.,
  • nezávislé ovládání každého polohovacího zařízení pro dodržování energetických diagramů,
  • rychlé a jednoduché uvádění do provozu,
  • současná obsluha několika polohovacích zařízení jednou řídicí jednotkou AC500,
  • škálovatelný koncept systému AC500,
  • rychlé čítačové vstupy pro inkrementální nebo absolutní snímače polohy,
  • analogové vstupy pro anemometry, pyranometry apod.,
  • analogové výstupy pro měniče frekvence,
  • integrované hodiny reálného času a možnost snadno integrovat otevřené sběrnice pro zapojení do systémů DCS nebo SCADA (Modbus RTU, Modbus TCP, Ethernet, UDP, OPC, IEC 61870-4-105), – velký počet komunikačních protokolů a sběrnic: CS31, Profibus-DP, Profinet, DeviceNet, CANopen, EtherCat apod.,
  • standardní a otevřené programovací prostředí.
Pro dodavatelské firmy i koncové uživatele jsou klíčovými prvky výrazně snižujícími náklady na vývoj aplikace standardní
knihovna Solar control pro PLC AC500 a AC500-eCo a tyto vyzkoušené varianty typických algoritmů pro polohování solárních panelů na bázi funkčních bloků pro různé případy použití:
  • pro standardní pole solárních panelů s polohováním: polohovací algoritmus SUNT1 ve spojení s PLC typu AC500 PM573 ETH (s integrovaným Ethernetem) nebo AC500-eCo; s přesností 0,3° vyhovuje požadavkům NOAA (Národní agentura pro oceán a atmosféru USA),
  • pro pole solárních panelů s polohováním 3G: polohovací algoritmus SUNT2 var. 1 ve spojení s PLC typu AC500 PM573 ETH; s přesností 0,3° vyhovuje rozšířeným požadavkům NOAA (vyžaduje měření teploty a tlaku),
  • pro termosolární elektrárny: algoritmus SUNT2 ve spojení s PLC typu AC500 PM583; základem je algoritmus NRELSPA s přesností 0,001° (vyžaduje měření teploty a tlaku).
Zajímavý způsob polohování panelů byl zvolen ve fotovoltaické elektrárně Totana (Španělsko) o špičkovém výkonu 1 MW, která byla v roce 2008 dodána tzv. na klíč během šesti měsíců. Ročně vyrobí 2,2 GW·h elektrické energie, což sníží emise skleníkových plynů o 1 350 tun. Společnost ABB dodala kompletní zařízení nízkého i vysokého napětí včetně stejnosměrných a střídavých rozváděčů, transformátorů, rozvoden a fotovoltaických střídačů. Součástmi dodávky byla i optimalizace polohovacích zařízení a ochrana panelů, aplikace SCADA i stavební práce. Partner dodával fotovoltaické panely. Zkušenosti z provozu dokazují, že koeficient výnosu PR je větší než 80 % (oproti běžnému přibližně 75 %).
 
Současná ekonomická situace nutí všechny výrobce i spotřebitele nejen k optimalizaci výrobních postupů, ale i k novému vnímání hodnoty vlastnictví použitých automatizačních prostředků. Proto roste význam jednoduché provozní údržby, zvláště v rozsáhlých provozech se stovkami instalovaných PLC.
 
Zákazníci oceňují zejména tyto prvky:
  • kartu SD pro uchování programu,
  • propracovanou standardní diagnostiku,
  • výměnné I/O moduly pro instalaci bez použití nářadí,
  • programovací nástroj PS501, umožňující „na jedno kliknutí“ nahrát do více než 1 000 jednotek PLC stejný uživatelský aplikační program včetně sekvenční části,
  • nahrání programu za běhu.
Uživatelé PLC AC500 dosáhnou lepší produktivity a zároveň maximální efektivity vynaložených nákladů. PLC typu AC500 od ABB jsou dobrou volbou k dosažení efektivity a výborného výkonu fotovoltaických elektráren.
Ing. Grzegorz Zahraj,
David Caron, ABB
 
Obr. 1. Typizovaný rozváděč pro řízení dvouosého polohovacího zařízení s instalovanými PLC AC500 a měniči frekvence – ACS350 (vlevo), pohonná jednotka OEM s motory ABB (vpravo)
Obr. 2. Vytvoření úrovně funkčního bloku pro výpočet polohy Slunce
Obr. 3. Integrace informací ze střídačů a z atmosférického i energetického měření (vlevo); snímek z vizualizace (vpravo)
Obr. 4. Přehled střídačů ABB pro fotovoltaické elektrárny