להציל את העולם = לחשמל את העולם! – Electrification כבר כאן
משבר האקלים כבר כאן, ומהנדסים וחוקרים מתגייסים לעזור.
מגה-טרנד שבא לענות על צורך זה ותופס מקום ענק בתעשייה הוא Electrification שכבר זכה לכינוי "המהפכה התעשייתית הרביעית", אשר מניע החלפת טכנולוגיות פחות יעילות לייצור חשמל בטכנולוגיות חדישות וירוקות יותר, ועוזר להשיג עתיד יותר בר-קיימא.
תחום ה-Electrification למעשה כולל בו את כל מה שקשור לייצור, אגירה, העברה וניהול של אנרגיה. בפוסט זה הייתי רוצה לבצע היכרות עם התחום, לראות תחת אילו מוקדים ניתן להילחם בשינויי האקלים בתחום זה וכן לדבר על היישומים העיקריים של ה-Electrification.
עם כל היתרונות של חופשיות הגישה שלנו לחשמל בימים אלו, היום אנו יודעים להגיד שהנוחות הזו שאנו נהנים ממנה בהחלט באה עם מחיר – וכיום מתרחשת מגמת מעבר לחיפוש מקורות אנרגיה ירוקים ממקורות שונים, שאת חלקם נציג בפוסט זה.
תחום ה-Electrification נלחם בשינויי האקלים מ3 כיוונים:
- הורדת התלות בדלק מאובנים
אנרגיה המופקת מדלק מאובנים (נפט, פחם וגז טבעי) זמינה בכמויות מוגבלות, ,ולוקח זמן לחדש אותה. לעומת זאת, מקורות אנרגיה מתחדשים מצויים למשל באנרגיית מים, אנרגיית רוח ואנרגיה סולארית, ומציעים פוטנציאל אדיר שגלום בהם מפני שהאנרגיה מגיעה ממקורות טבעיים שמתחדשים בכל עת.
טמונה כאן נקודת מפתח חשובה ביותר למעבר לשימוש בחשמל בצורה ירוקה – והיום כבר מפותחים מוצרים טכנולוגיים חדשניים ופחות יקרים שמאפשרים להפיק ולשמר אנרגיות ירוקות, מה שהופך אותה למקור כוח חשוב ומבוקש יותר.
וכך אנחנו רואים עלייה בשימוש למשל בפיתוח ובשימוש של כלי תחבורה חשמליים (מישהו אמר טסלה?) או בשימוש במקורות אנרגיה מתחדשים כמו טורבינות רוח ולוחות סולאריים.
פיתוח של כלי תחבורה חשמליים הינו מורכב ודורש שילוב של תתי מערכות מורכבות שונות (חשמליות, בקרה, מידול פיזיקלי ועוד) שעלינו לדאוג לכך שיעבדו בצורה טובה ביחד.
ניתן לערוך את הטסטים שלנו לפני שאנחנו מטמיעים את המערכת על גבי המוצר הסופי באמצעות מידול תתי המערכות של המערכות וכן על ידי הרצת סימולציות מערכתיות.
כך לדוגמא, תוכלו לשמוע בסרטון הבא כיצד השתמשו ב-Simscape למידול ולסמלוץ של המערכת השלמה עבור פיתוח רכב אלקטרוני.
כמובן שלא ניתן להעלות את הרכב לכביש לפני שביצענו את הבדיקות השונות אשר נדרשות לווידוא עמידה בדרישות המערכת. על מנת להתגבר על תקציבים (לא נפתח את החומרה לפני שביצענו סימולציות ברמת המעבדה קודם) וכן על מנת להתגבר על הצורך בבדיקות בזמן-אמת- נוכל לקיים בדיקות HIL (Hardware-in-the-loop). כך נוכל לאבחן את התנהגות המערכת ואת האלגוריתמים שלנו מבלי לבנות אב-טיפוס פיזי.
- הרחבת הנגישות לחשמל
עוד דרך להילחם בשינויי האקלים היא להביא להרחבת הנגישות לחשמל באמצעות שימוש בשיטות שונות לאחסון אנרגיה ולהעברת אנרגיה, וכן באמצעות פיתוח micro-grids חכמים.
מיקרו-גריד זהו תחום הולך וגדל שמאפשר לייצר רשת חשמל אוטונומית בצורה חסכונית, שיכולה לעמוד בדרישות אספקת האנרגיה המשתנות באופן תדיר.
תכנון, מידול, סמלוץ והטמעה של מערכות מיקרו-גריד נעשית אפשרית באמצעות Simscape Electrical, ותוכלו לשמוע עוד על הנושא בסרטון הבא.
נקודה שחשוב לשים עליה דגש היא שהרבה פעמים רשת המיקרו-גריד נסמכת על מקורות אנרגיה ירוקים כמו רוח או שמש, ולכן יתכנו מצבים בהם הצורך באספקת חשמל לא עונה על הדרישה בחשמל.
הפתרון במקרים אלו הוא לדאוג לאחסון האנרגיה, ואת זה אפשר להשיג למשל על ידי סוללות – שיכולות לאגור אנרגיה באופן חכם, ולספק את האנרגיה רק ברגעים בהם היא דרושה.
צריך לקחת בחשבון שפיתוח מערכי סוללות זוהי משימה מורכבת בפני עצמה הדורשת תכנון, מידול, וביצוע סימולציות וטסטים שונים ברמת המערכת מראש.
בסדרת סרטונים זו, תוכלו להיחשף לכלי Simscape Battery, שבא לענות על צורך זה, וללמוד דרך דוגמאות פרקטיות כיצד ניתן לפתח מערכות ממונעות סוללות ולבצע ניהול של מערכות סוללות מורכבות (BMS).
למידע יותר מעמיק בנושא תוכלו לעיין ב-E book הבא אשר מציע קריאה מפורטת על כל אחד מהשלבים השונים בתכנון ופיתוח של מערכות סוללות, כולל לינקים והפניות לסרטונים ולדוגמאות פרקטיות.
- שיפור השימוש בחשמל (EMS)
בנוסף כל מה שקשור לתכנון והניהול של אספקת החשמל גם הכרחי במשימות אלו – אנו צריכים להחליט מתי לקחת חשמל ממקור אחד למקור אחר, מתי להפעיל רכיבים מסוימים, מתי להתחבר למערכת החשמל וכו'. השיקולים לכל החלטה כזו הם רבים ויש גם הרבה צורך בביצוע אופטימיזציות כשאנחנו ניגשים לבעיות מסוג זה.
להשגת מערכות ניהול חכמות הרבה פעמים משלבים במערכת גם יכולות מעולמות הנדסיים וורטיקליים נוספים כגון בינה מלאכותית, אחזקה חזויה.
לדוגמא, תוכלו לשמוע בסרטון הבא על השימוש ברשתות נוירונים לביצוע ניטור מצב המיסבים של טורבינות רוח בגישת אחזקה חזויה (Predictive Maintenance)
כמו כן, מזמינה אתכם להצטרף לסרטון הבא בו מנכ"ל חברת Monarch Tractor כיצד הם שילבו AI לטרקטור האוטונומי החשמלי שהם פיתחו.
בשורה התחתונה, חשוב להבין שככל שהעולם מתקדם לעתיד מחושמל יותר ויותר, אנחנו רואים כמה שהטכנולוגיות החדשניות הללו משלבות יכולות ממגוון תעשיות ויישומים שונים.
אם גם אתם משלבים במוצרים אותם אתם מפתחים מערכות חשמליות מורכבות – נשמח לעזור ולראות יחדיו כיצד נוכל לתת לכם את המענה המלא לפיתוח המוצר שלכם מקצה לקצה.
אם הייתי מנסה לסכם את חשיבות הנושא בשורה אחת, הייתי אומרת שאפשר לארוז הכל לנוסחה אחת מאוד פשוטה:
אם נייצר יותר חשמל ממקורות מתחדשים + נשתמש בחשמל כמקור האנרגיה הראשי שלנו = נוכל לחשמל את העולם ולהבטיח עתיד יותר ירוק לדורות הבאים!
