Nutikas mikrovõrk annab targale tööstuslinnakule uue elu

nov. 9, 2023 | Uudised

Nutikas mikrovõrk annab targale tööstuslinnakule uue elu

Elektrienergia mikrovõrgud ja nn targa linna idee on praeguseks jõudnud Tehnikaülikooli teadlaste töölaudadelt praktikasse kahe näidisprojekti näol Tartu linnas ja Paldiski külje all Pakri tööstuspargis. Muu hulgas aitavad mikrovõrgud paremini ära kasutada praegu suuresti jõude seisvaid tänavavalgustusvõrke.

Projekti käigus soovivad osalised luua elektrisüsteemi, kus toodetakse ise elektrit ja see sealsamas suures osas ka ära tarbitakse. Sellise, sisuliselt ühistulise vormina tegutseva mikrovõrgu üheks rakenduslikuks nurgakiviks võib saada energiaühistu kui sobiv juriidiline vorm.

Tallinna Tehnikaülikooli teadlased asusid energiaühistute olemust, võimalikke ärimudeleid ja nende otstarbekust mõnda aega tagasi ka teaduslikult uurima. Energiaühistute kasutusele võtmine võimaldaks nende sõnul kaasata kodanikke ühistesse taastuvenergia eesmärkide saavutamisse, kasvatades seeläbi nii kodanike kui ametnike teadlikkust energiaküsimustes.

Ühtlasi pakuvad need täiendavat võimalust taastuvenergia osakaalu suurendamiseks tarbitavas energias. Lisaks suurendab kohapeal toodetud ja tarbitud elekter kogukonna energiasõltumatust nii varustuskindluse kui ka hinna osas. Kuna ühistu liikmed otsustavad ise investeeringute tegemise üle, kaasab see nad oma piirkonna energiaküsimuste lahendamises dialoogi, mis aitab probleeme ette näha ja ära hoida.

Esimesed näidisprojektid

Nii Tartu kui ka Pakri pilootalade kontseptsiooni üks väljatöötaja ning eestvedaja on Tallinna Tehnikaülikooli inseneriteaduskonna elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudi vanemteadur Tarmo Korõtko. Tema sõnul soovitakse pilootprojekti elluviimisega rajada konkreetsed ja toimivad näited, kuidas energeetikaalane koostöö praktikas töötada võiks. Kui näidisprojektid osutuvad edukaks, saab seda kopeerida ja enda vajaduste järgi kohendada.

Korõtko leiab, et energiaühistute käima lükkamisel võiksid olla teenäitajaks kohalikud omavalitsused. Selleks peaksid nad võimaldama maa ja võrguühenduse ning andma selged juhised toimingute lihtsustamiseks. Hiljem, kui näited energiaühistutest ja nende tulemuslikkusest olemas, peaksid initsiatiivi haarama juba kodanikud ise.

“Nüüdseks on meil Tartus ja Pakri tööstuspargis välja ehitatud juhitav mikrovõrk. Mõlemasse on paigaldatud energiasalvestid, täiustatud mõõtmisvõimekust ja lisatud juhtimisseadmed, nii et praegu on nende elektrisüsteemide talitus varasemast oluliselt nutikam ja paremini juhitavam,” kirjeldas Tarmo Korõtko kahe pilootala olemust: “Nende alade näol on meil edaspidi hea demonstreerida lisandväärtust, mida selline mikrovõrk saab pakkuda erinevatele omanikele ja huvigruppidele.”

Tartus on üheks oluliseks huvirühmaks kohalik omavalitsus, mille tänavavalgustustaristu külge loodi sealne mikrovõrk. Pakri tööstuspargis keskendutakse aga ärikinnisvara omanikele. Esialgu peetakse silmas tööstusparke. Sama põhimõtte kohaselt võib üles ehitada mikrovõrgu aga ka suurema äri- või tootmishoone tarbeks.

Tänavavalgustusvõrk kui mikrovõrgu alus

Tartus – linnavalitsuse poolt Annelinnas selleks määratud piirkonnas – sidusid teadlased mikrovõrgu loomise põhimõtte olemasoleva ressursi ehk elektrienergia taristu senisest optimaalsema kasutamisega. Tarmo Korõtko selgituse kohaselt on nii Tartu kui ka teiste linnade käsutuses tänavavalgustuse võrkude näol märkimisväärne elektritaristu. Tehnikaülikooli teadlaste uuringu tulemusel selgus, et selliste võrkude ressursikasutus on äärmiselt ebatõhus.

“Uurisime Tartus, kuidas neid ressursse kasutatakse. Selgus, et need on suurel määral alakasutatud. Kuigi tarbitav võimsus on märkimisväärne, siis tegelikult kasutatakse olemasolevast lepingulisest liitumisvõimsusest 80 protsendil juhtudest ära vaid 15 protsenti või veelgi vähem,” selgitas Korõtko.

Piltlikult võib olla võimalik liitumispunkti kaudu on võimalik tarbida näiteks 15 kW, mis on fikseeritud liitumislepingus ning piiratud liitumiskilbi peakaitsme suurusega. Enamikel juhtudel tarbitakse selles liitumispunktis aga vaid umbes 2 kW. Sisuliselt tähendab see vanemteaduri sõnul seda, et vähese vaevaga on võimalik tagada toide kuni 12 kW nimivõimsusega tarbijale.

“See on näiteks piisav, et anda toide elektriautode kodulaadija tarbeks. Arvestades, et selliseid liitumispunkte on linnas keskeltläbi iga 0,5 kilomeetri raadiuses, siis on tegu juba täiesti arvestatava ressursiga,” lisas Korõtko.

Teine vaba ressurss on seotud kilbist tänavavalgustuse maEstide juurde jooksvate kaablitega. Uuringus ilmnes, et kõikide uuritud kaablite läbilaskevõime oli alla viie protsendi. Teisisõnu on paigaldatud kaablid on liiga jämedad. Korõtko sõnul on sellel tegelikult üsna ratsionaalne põhjus. Hädapärasest suurema ristlõikega kaabli paigaldamine mõjutab kogu projekti maksumust ülivähe. Samas maandatakse niimoodi tehnilisi riske ja tagatakse võimalus süsteemi tulevikus laiendada.

Tänavavalgustuse taristu kuulub linnale, mis on ühendatud suuremasse elektri jaotusvõrku. “Kuna tänavavalgustusvõrk on kõikides linnades juba olemas, on selle näol tegu kogu linna hõlmava taristuga, kus on ka märkimisväärselt kasutamata ressursse. Linn saab seda ressurssi väärindada, pakkudes kohalikele elanikele ja ettevõtetele võimalust seda kasutada.Näiteks kui ettevõte soovib pakkuda linnaelanikele avalikku teenust, mis vajab elektri püsitoidet, saab linna selle hõlpsasti tagada läbi tänavavalgustuse taristu,” selgitas Tarmo Korõtko.

See võimaldaks laiendada linnas oluliselt teenuste pakkumise võimalusi. Tartu näidisprojekti raames pakutakse avaliku teenusena elektriautode laadimist, mida toetatakse läbi akupanga. “Võimalusi on aga palju ja eripalgelisi,” lisas vanemteadur.

Korõtko arvates võiks uute rajatavate tänavavalgustuse võrkude puhul võiks kaableid veelgi rohkem üle dimensioneerida. Seejuures võiks juba eos eeldada, et  tulevikus leiavad need rakendust ka muul moel, kui ainult tänavate valgustamiseks. “Tänavavalgustus on vaid üks paljudest avalikest teenustest. Miks peaks taristu olema vaid eksklusiivselt ühe teenuse jaoks, kui selle kaudu saab toetada ka muid?” ütles vanemteadur.

Sobilikke lahendusi on nii tööstusele kui ka kogukonnale

Avalikult kasutatava ja linnale kuuluva tänavavalgustusvõrgu ristkasutuse kujundamisel peaksid selle külge n-ö poogitavad teenused olema  teadlaste sõnul mõeldud avalikuks kasutamiseks. Kas ja kuidas seda tehakse, jääb linnavalitsuse otsustada. Põhimõtteliselt on tegu avalike teenuste elektrisüsteemiga, mille üks tarbija on tänavavalgustus, aga millele saab liita ka teisi tarbijaid, mis on mõeldud avalike teenuste pakkumiseks.

“Katseprojektiga soovimegi näidata, et sellised lahendused on võimalikud ja neil on üsna palju praktilisi väljundeid,” ütles Korõtko: “Suurem taotlus on aga kohalikes inimestes ja ettevõtjates n-ö edumeelsuse tunde tekitamine, et nad mõistaksid – ka sellistes keerulistes lahendustes nagu energeetika, on võimalik tegelikult väga palju ise näiteks oma kogukonnaga ära teha.”

Korõtko sõnul tuleks arvestada lahenduse arendamise käigus ka sellega, kes ja kuidas mikrovõrku opereerima asub. Võrgu opereerimine võib osutuda arendajatele ja kinnisvara omanikele oluliseks lisandväärtuseks ning võimaluseks jaotada kohapeal toodetud energia arendusesiseselt. Ühtlasi aitaks see täita rohepöörde eesmärkidest tulenevaid nõudeid.

Nii on tema hinnangul ka ettevõtjatel võimalik mõnigi energeetikateemaline probleem omal jõul ära lahendada. “Eks siiani ole takistuseks olnud teadmatus, riskikartus ja ebakindlus. Kui KOV võtab teerajaja rolli ja ehitab näidislahenduse valmis, vähendab see ebaselgust ning innustab kodanikke ja ettevõtjaid, et olge teie nüüd sama tublid ja tehke järele,” märkis Tarmo Korõtko.

Mikrovõrgu ABC

  • Mikrovõrgu kontseptsiooni idee hakkas elujõuliseks muutuma siis, kui hakkas levima energia hajustootmine.
  • Üks eesmärke võiks peituda selles, et sellised lokaalsed tootmisüksused saaksid võrgust eralduda ning mingi aja vältel toimida iseseisvalt, varustades elektriga näiteks mingit kindlat objekti, taristut või piirkonda.
  • See on oma olemuselt lokaalne elektrivõrk või -süsteem, millel on kindlad omadused.
  • Esiteks peab sel olema oma mikrovõrgu sisene juhtimissüsteem.
  • Üks omadus on näiteks see, et mikrovõrgul peab olema energia tootmisvõimekus.
  • Mikrovõrgu sees peaks olema ka võimalus tarbimist kas juhtida või suunata.
  • Täiuslikus mikrovõrgus on ka oma salvestusvõimekus.
  • Lokaalsele autonoomsusele vaatamata on mikrovõrgud loodud töötama siiski nii, et neil on ühendus madalpinge jaotusvõrguga.
  • Samas võiksid sellised võrgud olla võimelised töötama ka siis, kui võrguühendus mingil põhjusel puudub.
  • Mikrovõrgu võib ehitada jaotusvõrgu mingi osa peale, aga sellele võib lisada ka oma liinivõrgu, mis on näiteks tööstuspargi või kontorihoone sisene.
  • Suurema mikrovõrgu puhul võib asutada ka oma võrgupiirkonna, mil on eraldi operaator.
  • Põhilise energiatootmise viisina nähakse praegu päikeseparke, aga kõne alla võib tulla ka mõne teise energiaallika (biogaasijaam, tuulegeneraator) kasutamine.
  • Mikrovõrku saab arendada lihtsamast keerulisemaks – sel võib olla üks omanik, kes toodab, tarbib ja müüb, aga võimatu pole korraldada ka mikrovõrgu sisest energiakaubandust jne.

Töö valmis mikrovõrkude pilootprojekti tulemina, mille viis läbi Tallinna Tehnikaülikooli juurde loodud FinEst Targa linna tippkeskus ning mida rahastas Euroopa Regionaalarengu Fond ja Eesti haridus- ja teadusministeerium.

Originaal artikkel https://novaator.err.ee/1609159360/nutikas-mikrovork-annab-alakasutatud-tanavavalgustustaristule-uue-elu

The smart microgrid gives a new life to a smart industrial city

nov. 9, 2023 | News

The smart microgrid gives a new life to a smart industrial city
Electricity microgrids and the concept of a smart city have now transitioned from the work tables of Tallinn University of Technology researchers to practical implementation in two pilot projects in Tartu and the Pakri Smart Industrial City near Paldiski. Among other things, microgrids help better utilize currently largely idle street lighting networks.

During the project, participants aim to create an electricity system where electricity is produced on-site and largely consumed there as well. One practical cornerstone of such a cooperative microgrid could be the energy cooperative as a suitable legal form.

Researchers from Tallinn University of Technology have been studying the nature of energy cooperatives, possible business models, and their viability for some time. According to them, the adoption of energy cooperatives would allow citizens to contribute to achieving renewable energy goals, thereby increasing awareness of energy issues for both citizens and officials.

They also provide an additional opportunity to increase the share of renewable energy in consumed energy. In addition, locally produced and consumed electricity increases community energy independence in terms of both supply reliability and cost. Since cooperative members decide on investment themselves, it engages them in a dialogue about solving and preventing energy issues in their area.

First pilot projects

One of the developers and initiators of the concept for both the Tartu and Pakri pilot areas is Tarmo Korõtko, senior researcher at the Institute of Electrical Power Engineering and Mechatronics at the School of Engineering of Tallinn University of Technology. According to him, the goal of the pilot project is to create specific and functional examples of how energy collaboration could work in practice. If the pilot projects prove successful, they can be replicated and adjusted according to local needs.

Korõtko believes that local governments could be trailblazers in launching energy cooperatives. To do this, they should allow land and network connection and provide clear guidelines for simplifying procedures. Later, once examples of energy cooperatives and their effectiveness exist, citizens themselves should take the initiative.

“We have now established a controllable microgrid in Tartu and the Pakri Industrial Park. Energy storage devices have been installed in both locations, measurement capabilities have been improved, and control devices have been added. Currently, their electricity systems are significantly smarter and more manageable than before,” described Tarmo Korõtko the nature of the two pilot areas. “These areas will be good examples in the future to demonstrate the added value that such a microgrid can offer to different owners and interest groups.”

In Tartu, a significant interest group is the local government, for whom a microgrid was created for the street lighting infrastructure. In the Pakri Industrial Park, the focus is on commercial property owners. Initially, industrial parks are considered. Following the same principle, a microgrid can also be built for larger commercial or production buildings.

Street lighting network as the basis for the microgrid

In Tartu, in the area designated by the city government in Annelinn, researchers linked the creation of a microgrid to the more optimal use of existing resources, namely the electricity infrastructure. According to Tarmo Korõtko, both Tartu and other cities have a significant electricity infrastructure in the form of street lighting networks. The results of the research by the university’s researchers revealed that the use of such networks is extremely inefficient.

“We examined how these resources are used in Tartu. It turned out that they are largely underused. Although the consumed power is significant, in reality, the existing contracted connection power is used only in 80 percent of cases, at 15 percent or even less,” explained Korõtko.

Figuratively speaking, it may be possible to consume, for example, 15 kW through a connection point, which is fixed in the connection agreement and limited by the main fuse size on the connection board. In most cases, however, only about 2 kW is consumed at this connection point. Essentially, this means that with little effort, it is possible to provide power for up to a 12 kW rated load.

“For example, this is sufficient to provide power for the home charger of electric cars. Considering that such connection points are available in the city approximately every 0.5 kilometers, this is already a completely significant resource,” added Korõtko.

Another free resource is related to the cables running from the switchboard to the street lighting masts. The study revealed that the throughput of all examined cables was less than five percent. In other words, the installed cables are too thick. According to Korõtko, this actually has a quite rational reason. Installing a larger cross-section cable than urgently needed has very little effect on the project’s cost. At the same time, technical risks are mitigated, and the possibility of expanding the system in the future is ensured.

The street lighting network belongs to the city, which is connected to a larger electricity distribution network. “Since the street lighting network is already present in all cities, it is a city-wide infrastructure with significantly unused resources. The city can capitalize on this resource, offering local residents and businesses the opportunity to use it. For example, if a company wants to provide a public service to city residents that requires a constant power supply, the city can easily provide it through the street lighting infrastructure,” explained Tarmo Korõtko.

This would significantly expand the possibilities of offering services in the city. As part of the Tartu pilot project, electric car charging is offered as a public service, supported by an energy storage system. “There are many and diverse possibilities,” added the senior researcher.

Korõtko believes that for new street lighting networks to be created, cables could be oversized even more. In this case, it could be assumed from the outset that these will find application in ways other than just illuminating streets. “Street lighting is just one of many public services. Why should the infrastructure be exclusively for one service when it can support others as well?” said the senior researcher.

Suitable solutions for both industry and the community

When designing the cross-use of publicly used and city-owned street lighting networks, the services hooked onto it should be intended for public use, according to the researchers. Whether and how this is done is up to the city government to decide. In principle, it is a public service electricity system, one consumer of which is street lighting, but which can also connect other consumers intended for the provision of public services.

“With the pilot project, we want to show that such solutions are possible and have quite a few practical applications,” said Korõtko. “The larger goal, however, is to create a sense of progress in local people and entrepreneurs, that they understand that even in such complex solutions as energy, it is actually possible to do a lot with your community.”

During the development of the solution, Korõtko believes it should be taken into account who and how will operate the microgrid. Operating the network may prove to be a significant added value for developers and property owners, an opportunity to distribute locally produced energy internally. At the same time, it would help fulfill the requirements arising from green transformation goals.

In his opinion, entrepreneurs could also solve some energy-related issues on their own. “So far, ignorance, fear of risk, and uncertainty have been obstacles. If the local government takes on a pioneering role and builds a sample solution, it reduces ambiguity and encourages citizens and entrepreneurs to be just as capable and replicate it,” said Tarmo Korõtko.

Original article https://novaator.err.ee/1609159360/nutikas-mikrovork-annab-alakasutatud-tanavavalgustustaristule-uue-elu