naturenergie netze: rivoluzione digitale nelle cabine di trasformazione

In passato, l'energia veniva semplicemente distribuita. Per decenni, l'energia veniva distribuita in un'unica direzione: dalle centrali a carbone e nucleari, sempre in funzione, alle cabine di trasformazione e, da lì (dopo che la tensione era stata abbassata più volte), ai consumatori finali.

Per usare un'analogia con il traffico stradale, questa tranquilla "strada a senso unico" è ora diventata una trafficata rete stradale in centro città. Oggi il mix energetico cambia di ora in ora a seconda del vento e delle condizioni meteorologiche, per cui di fatto non esiste più un carico di base affidabile. Inoltre, i gestori di parchi eolici e impianti solari immettono energia in modo decentralizzato a livelli di media e bassa tensione, per cui le reti elettriche ora funzionano in entrambe le direzioni.

Le pompe di calore e le stazioni di ricarica per veicoli elettrici comportano un aumento dei consumi, mentre i profili di carico a cui eravamo abituati, con picchi nelle prime ore della sera, appartengono ormai al passato. Tuttavia, sia la qualità dell'erogazione che la frequenza di 50 Hz devono essere garantite in ogni momento.

I gestori delle reti devono affrontare un compito titanico: devono adeguare le reti a questi requisiti complessi. Per naturenergie netze, ciò comporta sia nuovi lavori di costruzione sia l'ammodernamento di diverse cabine di trasformazione esistenti.

Gli impianti devono essere adeguati per far fronte alla crescente domanda di energia elettrica, ma questa non è l'unica sfida. Una sfida ancora più grande è rappresentata dalla necessità di adattarle per far fronte a un livello molto più elevato di flessibilità in termini di fonti e flussi energetici e di controllo preciso dell'energia elettrica.

naturenergie netze (vedi riquadro) ha affrontato tempestivamente queste sfide e sta attualmente lavorando a un progetto pilota nell'ambito della modernizzazione di uno dei suoi sistemi. Il gestore di rete utilizza un concetto digitale per pianificare e configurare la conversione della cabina di Rheinfelden. Il nuovo approccio vale già per le attività preliminari. Rainer Beck, coordinatore dello sviluppo della rete, spiega: "Prima di iniziare la pianificazione, creiamo un gemello digitale della cabina di trasformazione, ovvero una rappresentazione virtuale che include tutti i dati relativi sia ai componenti in tensione (la tecnologia primaria) sia al livello di controllo (la tecnologia secondaria) e, naturalmente, agli edifici e a tutte le periferiche. Successivamente, progettiamo la conversione sulla base di questo gemello digitale."

Un altro motivo per cui si tratta di un compito impegnativo è che la tecnologia primaria e quella secondaria vengono progettate utilizzando strumenti software CAD diversi. In questo progetto pilota, il problema è stato risolto grazie a una collaborazione davvero speciale. In qualità di membri del gruppo di lavoro VDE ETG "Digital twins for electrical energy systems", due fornitori leader, entegra con la sua soluzione software di primtech per la tecnologia primaria ed Eplan per la tecnologia secondaria, avevano preparato esattamente ciò di cui naturenergie netze aveva bisogno per la prima fase (preliminare) di progettazione, ovvero la combinazione della tecnologia primaria e secondaria in un unico modello.

Per questo progetto unico nel suo genere, entegra ed Eplan erano alla ricerca di un gestore di rete di distribuzione innovativo con un progetto pilota adeguato da coinvolgere come terza parte in questa collaborazione. Il contatto con naturenergie netze è avvenuto proprio al momento giusto, soprattutto perché il progetto in questione era particolarmente complesso.

Come spiega Rainer Beck: "L'obiettivo del progetto è rinnovare tutta la tecnologia secondaria in una cabina di trasformazione esistente e altamente complessa, senza interrompere le operazioni in corso". È facile capire perché partecipare a questo progetto fosse così interessante. "Normalmente ci vorrebbero dai due ai tre anni per pianificare e attuare la modernizzazione, ma la nuova metodologia di pianificazione accelererà notevolmente i tempi." Tutti i soggetti coinvolti nel progetto sono d'accordo.

Matthias Schuy, Business Development Manager presso entegra, spiega: "Quello che stiamo facendo qui, integrare la tecnologia primaria e secondaria di una cabina di trasformazione in un unico gemello digitale, non è mai stato fatto prima, ma promette grandi vantaggi". Gli abbiamo chiesto se potesse fornirci qualche dettaglio in più. Rainer Beck: "Certo. In definitiva, dobbiamo dimostrare che questo investimento una tantum si ripagherà rapidamente. Dopo la prima fase del progetto, quello della pianificazione preliminare, registriamo un notevole risparmio di tempo durante la conversione vera e propria delle cabine di trasformazione. E non solo: vale per ogni progetto."

Durante la prima fase del progetto, la cabina di trasformazione è stata scansionata, sono state scattate foto delle targhette dati e i dati di tecnologia primaria generati sono stati confrontati con quelli del sistema di gestione degli asset. Il risultato è stato un modello 3D di primtech valido e funzionale della cabina di trasformazione. In un processo completamente automatizzato, i set di dati creati in primtech sono stati poi esportati in Eplan tramite un'interfaccia e utilizzati come base per la pianificazione della tecnologia secondaria in Eplan.

Infine, i dati della tecnologia secondaria sono stati integrati nel gemello digitale. Questo lavoro è quasi concluso. Documentando lo scenario attuale, è stata creata la base per sostituire in modo efficiente la tecnologia secondaria della cabina di trasformazione. "Questo è un passaggio davvero importante. Tutti i dati sono verificati. Seguiamo sostanzialmente il principio della singola fonte di verità. I dati nei sistemi originali rimangono inalterati e vengono collegati al gemello digitale. Ciò evita ridondanze che potrebbero rivelarsi problematiche in futuro", spiega Jan Oliver Kammesheidt, Global Vertical Market Manager Energy presso Eplan.

Per quanto riguarda l'architettura del modello dati combinato, le parti coinvolte, in linea con l'approccio del gemello digitale, hanno creato un'infrastruttura dedicata. "Non esiste un sistema dominante; ci sono semplicemente diverse prospettive di uno stesso modello. Il gemello digitale apre una finestra sui sistemi, ad esempio da primtech a Eplan o SAP. Il gemello digitale svolge quindi una delle sue funzioni principali, ovvero offrire un accesso centralizzato a tutte le informazioni rilevanti per la cabina di trasformazione," spiega Schuy.

Questa collaborazione tra le tre parti, ovvero entegra, Eplan e il gestore della rete di distribuzione, è stata resa possibile, o quantomeno più semplice, da una decisione presa due anni fa. È allora che naturenergie netze ha iniziato a utilizzare le soluzioni software Eplan Electric P8 e Eplan Pro Panel per pianificare la tecnologia secondaria, cioè la tecnologia di controllo. Simon Rümmele, Grid Development Project Leader, è il responsabile del processo, allora e ancora oggi. "Con Eplan possiamo portare avanti la standardizzazione e rendere più efficiente la progettazione della tecnologia secondaria, oltre a una pianificazione dall'inizio alla fine che possiamo usare anche nella fase operativa per la manutenzione preventiva e le revisioni," afferma.

Il progetto sta dimostrando che gli operatori del settore elettrico stanno traendo vantaggio dall'esperienza e dalle soluzioni offerte dall'ingegneria meccanica. In quel settore, in cui Eplan opera da decenni, la standardizzazione e l'"industrializzazione" della costruzione di quadri elettrici e delle attrezzature per la produzione di apparecchiature di commutazione sono ormai consolidate.

Per quanto riguarda questo passo avanti nel settore delle cabine di trasformazione, c'è ancora molta strada da fare, ma è un passo che va compiuto. "Finora le cabine di trasformazione sono state progettate caso per caso e realizzate come pezzi unici. Tuttavia, questo rende molto difficile valutare il fabbisogno di modernizzazione e di nuove costruzioni che emerge con la transizione energetica.

Il settore deve standardizzarsi molto più di quanto abbia fatto in passato. Stiamo fornendo supporto e siamo lieti di aver trovato un partner innovativo in naturenergie netze. Con il gemello digitale congiunto per tecnologia primaria e secondaria, stiamo accelerando notevolmente il processo e lo rendiamo anche più affidabile," spiega Kammesheidt.

Come spiega Rümmele, è proprio questo che naturenergie netze intende ottenere. "Vogliamo e dobbiamo digitalizzare di più, perché crediamo che questo aprirà nuove opportunità e renderà tutto più semplice in futuro. Per questo stiamo sperimentando le tecnologie più recenti e pianificando ulteriori progetti pilota presso la cabina di trasformazione di Rheinfelden. "Inoltre, con Rittal, la consociata di Eplan, abbiamo al nostro fianco anche un partner solido per la conversione dell'hardware, ovvero tutta la tecnologia relativa agli armadi", afferma.

naturenergie netze pianifica la standardizzazione già da tempo e il gemello digitale congiunto creato da entegra ed Eplan fornirà la base anche per questo. Rainer Beck: "Possiamo prevedere di utilizzare due modelli e strutture standard nella gamma dei 110 kV e di creare varianti sulla base di questi. Stiamo inoltre collaborando su questo aspetto con i principali fornitori primari.

Ciò consentirà anche di ridurre i tempi e lo sforzo di pianificazione necessari. Ed è fondamentale, perché saremo costretti ad adeguare la maggior parte delle nostre cabine di trasformazione per rispettare i nuovi requisiti. Il gemello digitale e il lavoro preliminare svolto da entegra ed Eplan ci aiuteranno in questo. "Grazie alla partnership e alla collaborazione, stiamo dando vita a un'autentica innovazione che ci aiuterà a sviluppare le nostre reti e a renderle efficienti e orientate al futuro."

Tuttavia, non sarà solo naturenergie netze a beneficiare del progetto. Kammesheidt: "A differenza del settore dell'ingegneria meccanica, i gestori di rete condividono apertamente le informazioni, poiché non sono in concorrenza tra loro. C'è già molto interesse. Sono convinto che molti gestori di rete potranno riprendere ciò che stiamo facendo qui e nella task force del VDE e usarlo per pianificare e realizzare rapidamente i propri progetti di conversione e di nuova costruzione.

©Images (Rittal and Eplan)©Immagini (Rittal ed Eplan)