Знать, как спроектировать надежное электроснабжение промышленных объектов.

Информация об электротехнике, энергоснабжении и освещении

• Масштабируемые электрические системы, микросети и решения для резервного питания повышают отказоустойчивость, одновременно поддерживая будущий рост производства.
• Ранняя координация энергоснабжения, подробный анализ нагрузки и гибкое распределение электроэнергии помогают предприятиям адаптироваться к более высоким требованиям к электроэнергии.

Респонденты:

• Даррен Рогге, директор Jordan & Skala Engineers Inc., Норкросс, Джорджия
• Майкл П. Уолш, PE, LEED AP, старший директор по производству, IMEG, Цинциннати

Есть ли какие-либо проблемы, уникальные для проектирования электрических и энергетических систем для производственных или промышленных объектов?

Даррен Рогге: Всегда существует несколько способов настройки системы распределения электроэнергии. В крупномасштабных автоматизированных зданиях электрическая система является сердцем здания и должна в первую очередь удовлетворять потребности пользователя. Задача состоит в том, чтобы понять потребности пользователя и разработать масштабируемый, надежный, гибкий дизайн, рассчитанный на будущий рост. Потребности в электричестве сегодня не будут такими же, как потребности в электричестве через пять-десять лет, и проект должен включать положения, которые будут расти вместе с потребностями пользователя.

Координация электроэнергетических компаний также является важнейшим элементом обсуждения проекта. Понимание их ограничений или сроков может повлиять на электрическую конфигурацию здания. Закупка основного электрораспределительного оборудования по-прежнему является более длительным процессом, и его необходимо решить на ранних стадиях проекта, чтобы обеспечить подачу электроэнергии, когда это необходимо, во время строительства и по мере того, как пользователь занимает здание.

Майкл Уолш: Проектирование электрических систем для крупных промышленных объектов представляет собой уникальную задачу, особенно в связи с тем, что исторические профили нагрузки становятся менее надежными. Рост электрификации процессов и внедрение автоматизации приводят к значительно более высоким и более переменным потребностям в мощности, что требует более детального анализа нагрузки на ранних стадиях проектирования.

Доступность электроэнергии также становится все более серьезным ограничением, поэтому координация с коммунальными предприятиями и учет при выборе места имеют решающее значение. В то же время ожидается, что предприятия будут работать десятилетиями, а производственные процессы будут развиваться быстрее. В результате инженеры отдают приоритет масштабируемой и гибкой электрической инфраструктуре, которая может адаптироваться к будущим изменениям без серьезных сбоев.

Какие типы необычных систем резервного, аварийного или резервного электропитания вы указали для промышленных и производственных объектов?

Даррен Рогге: У нас есть клиент, которому требуется здание, полностью резервируемое генератором, для поддержания работы во время сбоя в электроснабжении. Мы разработали конструкцию, включающую центральный генератор, который питает два отдельных распределительных щита с конфигурацией «главная связь-основная». Это позволяет подключать любые нагрузки на объекте к генератору. Распределение ниже по течению разделено для изоляции конкретных нагрузок.

Распределительные щиты имеют встроенные механизмы шунтирующего расцепителя и систему управления нагрузкой, которая автоматически отключает определенные нагрузки при сбое электропитания, а затем также контролирует другие нагрузки и отключает ненужные нагрузки по мере необходимости для поддержания электрической нагрузки здания на уровне возможностей генератора. Это позволяет поддерживать работу предприятия и продолжать выпуск продукции без перебоев.

Как увеличение удельной мощности и электрифицированные процессы меняют конструкцию электрической инфраструктуры?

Даррен Рогге: Зданиям требуется больше электроэнергии, чем когда-либо. Задача состоит в том, чтобы понять использование спроса и спроектировать систему распределения электроэнергии, которая была бы экономически эффективной и удовлетворяла бы потребности предприятия. Кроме того, ограничения инфраструктуры поставщика электроэнергии могут повлиять на электрическую схему здания. Группа разработчиков должна работать в тесном сотрудничестве с поставщиком электроэнергии, чтобы понять любые ограничения, которые необходимо включить.

Какие стратегии используются для повышения устойчивости и надежности электропитания в производственных средах?

Майкл Уолш: Стратегии обеспечения устойчивости электропитания в производственных средах во многом зависят от критичности процесса и его устойчивости к простоям. Для некоторых объектов достаточно поддержания систем управления и мониторинга при кратковременных отключениях с использованием систем бесперебойного питания, что позволяет безопасно перезапустить процессы после восстановления электроснабжения.

Для более важных операций проекты могут включать более высокие уровни резервирования, аналогичные средам центров обработки данных, включая создание резервных копий, резервные системы распределения и, в некоторых случаях, микросети или хранилища энергии. Инженеры все чаще работают с владельцами над подбором стратегий обеспечения устойчивости, основанных на операционных рисках, балансирующих между надежностью, стоимостью и сложностью системы.

Даррен Рогге: Каждое место реализации проекта и поставщик электроэнергии создают свои специфические проблемы. Стратегии обеспечения устойчивости и надежности электроснабжения будут различаться в зависимости от страны. При обсуждении проекта необходимо сопоставить терпимость пользователя к потерям мощности с затратами, связанными с обеспечением систем резервного питания. Мы видим микросети и системы хранения энергии на Западном побережье, где поставщики коммунальных услуг не могут обеспечить необходимые потребности в электроэнергии, и происходят веерные отключения электроэнергии. В других районах страны резервные генераторы на местах более распространены на случай редких перебоев в подаче электроэнергии.

Какие проектные факторы учитываются при проектировании систем освещения для сооружений такого типа? Есть ли какие-либо технические преимущества, которые необходимо учитывать?

Даррен Рогге: Благодаря светодиодному освещению есть светильники, подходящие для большинства помещений. Высота здания и высота в свету являются факторами, которые следует учитывать при выборе мощности светильника. Некоторые из проблем связаны с роботизированными конструкциями и транспортными средствами, которые проникают в здание, а также с эффектом затенения, который они могут вызвать. Освещение должно учитывать эти препятствия и обеспечивать необходимое освещение на уровне пола для выполнения операций и выхода.

Майкл Уолш: Сегодня светодиодное освещение является стандартом на промышленных объектах, но соображения дизайна выходят далеко за рамки выбора светильников. Владельцы сосредоточены на достижении надлежащего уровня освещенности для безопасности и производительности, одновременно внедряя элементы управления, соответствующие эксплуатационным потребностям, такие как определение присутствия, зонирование и интеграция с системами объекта.

Также возобновился интерес к стратегиям дневного освещения, включая мансардные окна и конструкции пилообразных крыш, для улучшения видимости и снижения энергопотребления. С технической точки зрения инженеры должны сбалансировать эффективность, контроль бликов и однородность, особенно в многоярусных помещениях, обеспечивая при этом безопасность систем освещения и долгосрочную гибкость по мере развития планировок объектов.

Опишите микросети, которые вы разработали для производственных/промышленных зданий и кампусов.

Майкл Уолш: Мы поддержали внедрение микросетей, направленное на повышение отказоустойчивости и операционной эффективности в производственных средах. Одним из примеров является система, объединяющая локальные когенерационные и фотоэлектрические батареи, подключенные к системе распределения среднего напряжения на объекте, с расширенными средствами управления для управления приоритетом нагрузки и автономной работой.

Эти системы предназначены для оптимизации использования генерации на месте, снижения зависимости от сети и поддержания работы во время сбоев. Ключевым аспектом этих проектов является координация источников генерации, средств контроля и межсетевого взаимодействия для создания цельной системы, которая соответствует как операционным целям, так и требованиям коммунальных предприятий.

Даррен Рогге: Мы разработали микросетевое решение для проекта на Западном побережье. Поставщик электроэнергии не смог обеспечить необходимую мощность для поддержки проекта, и пройдет около двух лет, прежде чем их инфраструктура будет модернизирована на объекте. Микросетевое решение мощностью 8 мегаватт (МВт) было реализовано для обеспечения электроэнергией в первый день, а также было подключено параллельно с начальной мощностью коммунальной сети мощностью 4 МВт, которая станет доступной в какой-то момент после эксплуатации объекта. Инфраструктура поставщика электроэнергии позже будет модернизирована для обеспечения всех запрашиваемых 8 МВт мощности, а затем микросеть может стать резервным источником питания, источником для снижения пиковой нагрузки или может быть удалена.

Включали ли недавние разработки аккумуляторные системы хранения энергии (BESS)?

Даррен Рогге: Системы BESS обсуждались в нескольких проектах, но не были реализованы из-за нехватки места и стоимости.

Публикация «Как спроектировать надежное электроснабжение промышленных объектов»