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太陽光発電所の信頼性と管理性の最大化



バックグラウンド

化石燃料から再生可能エネルギーへの移行は、世界各国で加速しています。世界的に見ても、石炭と天然ガスを合わせたものよりも、クリーンな資源を使用する発電所の稼働数の方が多いです。最新エネルギーの中で太陽光発電は、特に強風と大きな川がない地域では特に注目されています。

チリの北部には、アタカマ砂漠があります。このアタカマ砂漠は、湿気がほとんど殆どなく、年間を通して日照量が多いため、太陽光発電所の建設には理想的な場所です。セロドミナドールと名付けられた新しい110メガワットのプラントは、高さ243フィートの中央タワーに太陽光を反射するために円形に配置された10,600個のミラー(ヘリオスタット)を利用する集光型太陽光発電(CSP)施設です。

塔内の化学塩を加熱して溶かすことにより、溶融塩の温度は摂氏500度以上に達する可能性があります。水は気化され、蒸気がタービンを駆動して発電します。発電した電力を蓄えるように設計されており、24時間電力を供給できます。

ただし、各ヘリオスタットは、中央に配置されたサーバーに接続し、サーバーによって制御する必要があります。これには、データ通信に関して多大な労力が必要です。


チャレンジ

エネルギー生産を維持するために、太陽光発電所は、太陽光が利用できる時はいつでもノンストップで稼働できなければなりません。プラントの効率と収益性は、タワーに焦点を合わせたままの日射量に依存します。化学塩の温度が下がると発電量が低下するため、ヘリオスタットが常に太陽と塔に正しく位置合わせされていることが重要です。

ヘリオスタットの位置調整は自動化されており、コントロールセンターのエンジニアリングクルーによって監視されています。ヘリオスタットコントロールボックス(HCB)は、中央サーバーから太陽の位置情報を受信し、コントロールセンターから送信されたコマンドに基づいて、その時点でヘリオスタットアレイの角度を決定します。生産性を最大化し、コストのかかるプラントのダウンタイムが発生する可能性を最小限に抑えるために、この相互接続されたシステムには、セットアップと管理が容易な冗長で経済的で堅牢なイーサネットソリューションが必要です。予算の制約により、マネージドイーサネットスイッチを施設全体で使用することはできません。提供されるソリューションには、パフォーマンスを犠牲にすることなく、マネージドスイッチとアンマネージドスイッチを組み合わせる必要がありました。
更に、アタカマ砂漠の気温は、日中は約104°F(40°C)の最高気温に達する可能性がありますが、夜は41°F(5°C)以下の気温に下がります。このような過酷な条件で稼働する施設のネットワークインフラストラクチャは、急激な温度変化に対して強化する必要があります。

アプリケーション要件

  • フェイルオーバー時間が短いネットワーク冗長性
  • ヘリオスタットコントロールボックスへの信頼性の高い接続
  • 極端な温度変化に耐えられるハードウェアであること

 


ソリューション

EtherWANは、700ヘクタール(1730エーカー)の大規模施設内の全てのデバイスを接続できる、信頼性の高いデータ通信ネットワークの構築を委託されました。EtherWANのフィールドアプリケーションエンジニアは、アプリケーション要件を理解するためにプラント設計者と緊密に協力し、提案されたネットワークアーキテクチャを設計とテストしました。

ハードウェアとソフトウェアの最適な組み合わせ
長年の経験と独自の技術の両方を備えたEtherWANは、主要な技術目標である、太陽光発電所に設置された10,000以上のHCBから制御室のサーバーや担当者への信頼性の高いデータ伝送を完全に実現するハイパフォーマンスソリューションを提供しました。各HCBは、電源とリンク障害のリレーアラームを備えたEX43000産業用アンマネージドスイッチに接続されています。EX43000スイッチは、複雑なネットワークに冗長性を提供するように設計されたEtherWANによって作成された自己修復テクノロジーであるAlphaチェーンに配置されています。他の冗長プロトコルと相互運用可能なAlpha-chainは、ユーザー定義のタイムアウトカウントに従って高速な障害回復を提供します。

各Alphaチェーンは、EX61000A産業用マネージドスイッチのペアにリンクされ、EX27000オールファイバーインターフェイスマネージドスイッチと相互接続されてAlphaリングになります。Alpha-Ringは、リング内のコンポーネントに障害が発生した場合に15ミリ秒以内のフェイルオーバー時間を提供する独自のEtherWANテクノロジーです。アルファリングを介して、制御室サーバーは冗長化されたバックボーン接続されています。

システム内部と外部を完全に保護
この堅牢なトポロジは、完全なブロードキャストストーム保護によって強化されています。ブロードキャストストームは、ブロードキャストネットワークトラフィックの過剰な蓄積によって引き起こされます。チェックを外したままにすると、ブロードキャストストームによってネットワークがクラッシュする可能性があります。EtherWANは、採用されているマネージドスイッチとアンマネージドスイッチの両方でブロードキャストストーム保護を提供し、ブロードキャストトラフィックが設定されたしきい値を超えると、ブロードキャストフレームが自動的に除外されるようにします。これにより、必要な送信のために帯域幅が確保できます。

このソリューションで採用されているEtherWANスイッチの3つのモデルは全て過酷な温度に対して対応されており、全範囲のデータ負荷でのノンストップデータ伝送に長年耐えられるように設計されています。

 

結論

太陽エネルギーへの移行に伴い、ネットワークの設計と実装に新たな課題をもたらします。何万台もの機器がリンクされていても、最大の稼働時間は依然として不可欠です。更に、単一障害点が制御メカニズムの中断を引き起こすことは許されません。最大の生産性を確保し、太陽光発電への移行のメリットを最大限に享受するには、システムの中断を防ぐために、強化された高品質の産業用ネットワークコンポーネントをチェーンとリングの冗長性を備えたトポロジに実装する必要があります。これらの要素が正しく実行されると、世界をクリーンでグリーンな未来へ導くのに役立ちます。


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