Kraftnäten i de flesta utvecklade länder fortsätter att drivas enligt en centraliserad modell för generering, där elektricitet genereras i stor skala vid anläggningar eldade med fossila bränslen eller kärnkraftverk för distribution till flera slutanvändare genom ett nätverk av överföringsledningar för högspänning1.
Den här modellen används delvis på grund av stordriftsfördelar och delvis för att kunna hantera den snabba industrialiseringen och behovet av effektiv energiförsörjning2. Den ger konstant och tillförlitlig kraft som matchas till efterfrågeprofiler som är väletablerade och förstådda. Detta är viktigt eftersom upprätthållandet av ett stabilt elnät kräver produktion och efterfrågan som är i balans för att undvika frekvensvariationer.
Övergången till decentraliserade energisystem
Energilandskapet håller dock på att förändras. Globala åtgärder för att göra energisystemen koldioxidfria och hantera effekterna av klimatförändringarna resulterar i ökad integrering av nya energitillgångar som exempelvis vindkraft, solceller och grön vätgas. När allt mer strömförsörjning med oregelbunden efterfrågan ansluts till nätet, till exempel elfordon, blir efterfrågan på elektricitet mer utspridd och instabil3.
Detta lägger större fokus på decentraliserade energisystem som kan hantera föränderliga variabler, till exempel sektorkopplade system - där olika energisektorer som industri och elektricitet sammankopplas på ett sätt som gör det möjligt för dem att utbyta energi med varandra4 - och buffring (lagring) för ökad flexibilitet5.
I detta nya decentraliserade energilandskap är kanske det mer traditionella tekniska arbetssättet att skapa stora styrsystem som saknar standardisering i lagret mellan modulleverantörer, systemintegratörer och anläggningsägare inte längre den mest effektiva lösningen. I stället kan en funktionsorienterad metod vara mer effektiv, i form av processmoduler eller utrustning som finns nära de olika elementen för att möjliggöra flexibilitet och buffring. Ur ett OEM-perspektiv måste detta hanteras redan i designfasen.
Ett modulärt synsätt på automation
I stället blir modulära automationssystem allt mer populära som ett effektivt sätt att stötta övergången till decentralisering. Den här typen av tekniska lösningar använder standardiserade och utbytbara moduler – vilket möjliggör förmontering, testning och sömlös integrering i en rad olika system. Detta minskar komplexiteten och kostnaderna i samband med tillverkning och montering6.
Det här uppnås genom MTP (Module Type Package), en standardiserad metod som möjliggör interoperabilitet mellan en modul och ett orkestreringssystem som utvecklats i MTP-ramverket.
I detta scenario utvecklas det distribuerade styrsystemet (DCS) till ett processorkestreringssystem som kan sköta driften av de modulära enheterna. En MTP innehåller all nödvändig information för att integrera en modul i en modulär anläggning, till exempel kommunikation, tjänster, HMI (människa-maskingränssnitt), beskrivning och underhållsinformation.
ABB har lanserat världens första kommersiella modulära processautomationslösning. Lösningen är först med att kombinera ett orkestreringslager och ett modullager integrerat med MTP-tekniken7.
Standarder som VDI/VDE/NAMUR 2658 anger riktlinjer för automatisering av modulära anläggningar, med MTP som det centrala element som skapar ett gränssnitt mellan modulen och processorkestreringslagret. Att dela upp komplexa processer i hanterbara, fristående moduler ökar interoperabiliteten mellan leverantörer, minskar tiden till marknaden och ökar servicebarheten, samtidigt som det möjliggör effektiv konvertering av anläggningar8.
Finland går i täten för grön vätgas
Finland banar väg för den globala energiomställningen genom att utnyttja grön vätgas och Power-to-X (P2X) med elektricitet som råmaterial. Landet har bland den billigaste och mest koldioxidsnåla elektriciteten i Europa, ett kraftfullt elnät och stor potential att bygga ut vindkraft, vilket i sin tur innebär en betydande ökning av produktionskapaciteten för vätgas9.
Finland har det ambitiösa målet att bli koldioxidneutrala till 2035 och producera minst 10 procent av all grön vätgas inom EU till 203010.
Finland är väl positionerat att lyckas med detta tack vara flera konkurrensfördelar: ett robust och rent elsystem, möjlighet till konkurrenskraftig förnybar energigenerering, ett överflöd av naturresurser från skogsbruket, biogen koldioxid, metaller och vatten, en stabil affärsmiljö, en stödjande regering, ett högteknologiskt samhälle och befintlig expertis inom branscher som förväntas bli stora leverantörer av teknik och tjänster till både den övergripande vätgasekonomin och användare av vätgas.
Finland har potential att uppfylla över 14 procent av det inhemska RePowerEU-målet (10 miljoner ton/år) till 2030 med grön vätgasproduktion. Ett regionalt nätverk kommer att utvecklas kring industriella kluster till stöd för ny ren tillverkning och industri i hela regionen. Överskott på grön vätgas och vätgasderivat kan också exporteras från Finland till andra platser med hög efterfrågan, framför allt i Centraleuropa.
Kombinerat med nya modulära automationslösningar som har potential att bygga in intelligens i stora industriella vätgaslösningar (se nästa avsnitt om ABB:s samarbetsprojekt med VTT), innebär detta en betydande konkurrensfördel för finska OEM-företag, både i Finland och globalt.
ABB, B&R och VTT: styrkan i partnerskap
Modulariseringens värld utvecklas ständigt. Därför är samarbete mellan konkurrerande teknikleverantörer, OEM-företag och myndighetsorganisationer i syfte att gemensamt utveckla teknik som ökar effektiviteten helt avgörande för att lyckas.
Enligt IEA11 bygger mer än 70 procent av den potentiella årliga produktionen av vätgas med låga utsläpp (38 miljoner ton om året till 2030) på elektrolys och elektricitet med låga utsläpp. Därför är det avgörande att snabba på införande av elektrolyskapacitet12 i stor skala. Ett sätt att uppnå detta är genom att införa ett standardiserat koncept för elektrolys som bygger på kontinuerlig testning, tillsammans med expertkunskaper och delaktighet från alla projektpartner och produkter för att minska kostnaderna och göra produktionen mer effektiv.
ABB och VTT, ett av Europas ledande forskningsinstitut, startade nyligen ett konceptprojekt för att undersöka potentialen hos modulär automation i produktion av grön vätgas. VTT tillhandahöll teknik för elektrolyssystem, medan ABB:s team för maskin- och fabriksautomation fokuserade på modulär automation och MTP med användning av OPC UA för informationsmodellering och kommunikation.
MTP använder OPC UA för att överföra information mellan modulnivå och orkestreringsnivå, där den förstnämnda fungerade som bruksanvisning för hur du kan använda modulen och vilken information som överförs med gränssnittet. Slutmålet var att förstå hur den här bruksanvisningen skulle skrivas för vätgastillämpningen.
Samtliga partners samlade data, byggde och testade koncept för modulär automation och genomförde teknisk implementering av MTP. Projektet syftade också till att förstå och förbättra sammankopplingen mellan OEM-modulleverantörer och systemintegratörer – med målet att tillföra verkligt affärsvärde.
I korthet är samarbetsprojekt som dessa avgörande för att testa effektiviteten och tillförlitligheten hos modulära automationslösningar, med målet att öka elektrolyskapaciteten, stötta övergången till decentraliserade energisystem och bidra till att säkerställa att den gröna vätgasen uppfyller sin potential ienergiomställningen.
Källor
1,3 A digital path to grid code compliance’ - ABB white paper, May 2021
2,5,8 Modular Automation
4 https://www.gridx.ai/knowledge/sector-coupling
6 https://www.ppcanda.com/designing-for-modular-control-automation-systems/
7 https://new.abb.com/control-systems/modular-automation/module-type-package
9, 10 https://h2cluster.fi/wp-content/uploads/2023/06/H2C-H2-Strategy-for-Finland.pdf
11 https://www.iea.org/reports/global-hydrogen-review-2023/executive-summary
12 Setting the standard for cost-effective green hydrogen production
