บ้าน
เกี่ยวกับบริษัท Fuji Electric
เรื่องราว
การพัฒนาแนวหน้าของเทคโนโลยี “อินเวอร์เตอร์ GFM” ใหม่เพื่อส่งเสริมการใช้พลังงานหมุนเวียน

การพัฒนาแนวหน้าของเทคโนโลยี “อินเวอร์เตอร์ GFM” ใหม่เพื่อส่งเสริมการใช้พลังงานหมุนเวียน

ประเด็นสำคัญของบทความนี้

ความท้าทายของโครงข่ายไฟฟ้าและความจำเป็นในการใช้อินเวอร์เตอร์ GFM
ความท้าทายของการทำงานร่วมกันระหว่างแผนกและทีมพัฒนา
มุ่งพัฒนาอินเวอร์เตอร์ GFM ให้สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องแม้เกิดอุบัติเหตุ
บทเรียนที่ได้รับจากการทดสอบรวมเครื่องจักรจริง
การจัดการกับปัญหาทางเทคนิคสำหรับการใช้งานจริง
การมีส่วนสนับสนุนต่อเครือข่ายพลังงานในอนาคต

เนื่องจากการใช้พลังงานหมุนเวียนขยายตัวไปทั่วโลก รัฐบาลญี่ปุ่นจึงส่งเสริมการลดคาร์บอนโดยมุ่งหวังที่จะทำให้พลังงานหมุนเวียนเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าหลัก อย่างไรก็ตาม การนำพลังงานหมุนเวียนมาใช้ในระดับใหญ่ก็มีความท้าทายบางประการ หนึ่งในวิธีแก้ปัญหาก็คือ ความสนใจในเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่จะช่วยรักษาเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้าเพิ่มมากขึ้น
เมื่อไม่นานมานี้ เราได้พูดคุยกับสมาชิกในทีม 3 คนของ Fuji Electric ซึ่งมีส่วนร่วมในการพัฒนาอินเวอร์เตอร์ GFM (อินเวอร์เตอร์สร้างกริด) เกี่ยวกับการนำเทคโนโลยีที่ล้ำสมัยออกสู่เชิงพาณิชย์

ความท้าทายของโครงข่ายไฟฟ้าและความจำเป็นในการใช้อินเวอร์เตอร์ GFM

ไฟฟ้าที่ผลิตจากโรงไฟฟ้าจะถูกขนส่งไปยังบ้านเรือนและโรงงานผ่านเครือข่ายส่งและจำหน่ายไฟฟ้าที่เรียกว่าโครงข่ายไฟฟ้า โครงข่ายไฟฟ้าทำหน้าที่จ่ายไฟฟ้าที่เสถียรโดยรักษาความถี่คงที่ในขณะที่รักษาสมดุลระหว่างอุปทานและอุปสงค์
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนและพลังน้ำ ได้สนับสนุนโครงข่ายไฟฟ้าและใช้ “พลังงานเฉื่อย” ที่ผลิตจากแรงหมุนเพื่อรักษาความถี่ให้คงที่ อย่างไรก็ตาม ไม่มีพลังงานเฉื่อยในการผลิตพลังงานหมุนเวียนที่มีอยู่ในปัจจุบัน หากไฟฟ้าจำนวนมากที่ผลิตจากพลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลมถูกป้อนเข้าโครงข่ายไฟฟ้าโดยตรง ความถี่จะไม่เสถียร และในกรณีเลวร้ายที่สุด อาจทำให้เกิดไฟฟ้าดับเป็นวงกว้างได้

เพื่อปูทางไปสู่การลดคาร์บอน จำเป็นต้องคิดหาวิธีการใช้พลังงานหมุนเวียนที่ปราศจากความเฉื่อยในโครงข่ายไฟฟ้าให้มีเสถียรภาพ
คุณอูเอมูระจากแผนก R&D ได้ทำการศึกษาวิจัยเทคโนโลยีเพื่อจัดการกับพลังงานเฉื่อยที่ลดลง เขาเล่าว่าเมื่อเขาพบเอกสารจากต่างประเทศที่อธิบายถึงอินเวอร์เตอร์ GFM เขาก็คิดทันทีว่า "นี่แหละคือมัน!"
ตามผลการค้นพบของเรา Fuji Electric ได้ทำงานในการพัฒนาอินเวอร์เตอร์ GFM มาตั้งแต่ช่วงครึ่งหลังของปี 2010 อินเวอร์เตอร์ GFM ใช้ซอฟต์แวร์ควบคุมเพื่อเลียนแบบคุณลักษณะของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส มีจุดมุ่งหมายเพื่อมีส่วนสนับสนุนในการปรับปรุงอัตราการใช้พลังงานหมุนเวียนโดยการจ่ายพลังงานเฉื่อยในลักษณะเดียวกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและโดยการรักษาเสถียรภาพความถี่ของกริด

อินเวอร์เตอร์ GFM ที่อยู่ระหว่างการพัฒนาในปัจจุบันจะใช้เป็นระบบปรับสภาพพลังงาน (PCS) สำหรับแบตเตอรี่สำรอง
ภาพถ่ายแสดงแบตเตอรี่สำรอง PCS สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่

ความท้าทายของการทำงานร่วมกันระหว่างแผนกและทีมพัฒนา

คุณโคชิบะ ฝ่ายโซลูชั่นโซเชียล กลุ่มการขายอิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้า

คุณโคชิบะรับผิดชอบฝ่ายขายและการตลาด และสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีสาขาวิทยาศาสตร์ งานของเขาคือการระบุความต้องการของลูกค้าและเผยแพร่ข้อมูลภายในบริษัท เนื่องจากมักต้องใช้ความรู้เฉพาะทางในสาขาการขาย เขาจึงกล่าวว่าสิ่งที่เขาเรียนรู้จากบัณฑิตวิทยาลัยได้ช่วยเขาไว้
เขากล่าวว่า “อินเวอร์เตอร์ GFM ของเรานั้นเป็นเพียงต้นแบบสำหรับการสาธิต ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจำนวนมาก ดังนั้นลูกค้าจึงอยากลองผลิตภัณฑ์ต่างๆ ดังนั้น ลูกค้าจึงมีความต้องการในรายละเอียดมากเป็นธรรมดา หน้าที่ของผมคือการประสานงานความต้องการเหล่านี้เพื่อให้สามารถตอบสนองความต้องการได้ เมื่อความต้องการนั้นไม่เพียงแค่มีข้อกำหนดทางเทคนิคเท่านั้น แต่ยังรวมถึงราคาและเวลาในการจัดส่งด้วย การขายจึงเข้ามามีบทบาท!”

Mr. Oka, Power & Energy Management Department, Energy Business Group

คุณโอกะ ฝ่ายบริหารไฟฟ้าและพลังงาน กลุ่มธุรกิจพลังงาน

นายโอกะจากแผนกการจัดการพลังงานและไฟฟ้าใช้ข้อมูลที่ได้รับจากนายโคชิบะเพื่อสร้างข้อมูลจำเพาะสำหรับการจำหน่ายอินเวอร์เตอร์ GFM เขาเข้าร่วมบริษัทหลังจากสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาโท และปัจจุบันกำลังศึกษาอยู่ปีที่ 3 ปัจจุบันเขารับผิดชอบการประสานงานแผนกเทคนิค
เขากล่าวว่า “ฉันจัดระเบียบปัญหาทางเทคนิคและปรึกษากับแผนกที่เกี่ยวข้อง เช่น แผนกออกแบบและแผนกวิจัยและพัฒนา แผนกออกแบบ แผนกผลิตและแผนกทดสอบมีหน้าที่รับผิดชอบในรายละเอียด แต่เพื่อให้บรรลุการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ จำเป็นต้องประสานงานกระบวนการทั้งหมด”
คุณอูเอมูระเป็นวิศวกรระดับกลางที่มีปริญญาเอก ซึ่งรับผิดชอบด้านการพัฒนาและปรับปรุงเทคโนโลยีหลัก เขากล่าวว่า “แม้ว่าจะยังมีปัญหาที่ต้องแก้ไขอยู่บ้าง แต่เรากำลังทำงานอย่างหนักในโครงการนี้ เนื่องจากโครงการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการบรรลุสังคมที่ปลอดคาร์บอน”

มุ่งพัฒนาอินเวอร์เตอร์ GFM ให้สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องแม้เกิดอุบัติเหตุ

คุณอูเอมูระ ฝ่ายวิจัยระบบควบคุมพลังงาน ห้องปฏิบัติการนวัตกรรมดิจิทัล

การพัฒนาอินเวอร์เตอร์ GFM ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าที่บริษัท Fuji Electric ได้พัฒนามาตลอดหลายปี คุณ Koshiba ให้ความเห็นว่า “จุดแข็งที่สำคัญของเราคือความสามารถทางเทคโนโลยีในการพัฒนาทุกอย่างตั้งแต่ฮาร์ดแวร์อินเวอร์เตอร์ไปจนถึงซอฟต์แวร์ควบคุมภายในบริษัทอย่างสม่ำเสมอ”
ความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญประการหนึ่งในการพัฒนาอินเวอร์เตอร์ GFM คือการปรับปรุงความสามารถ Fault Ride Through (FRT)
นายอูเอมูระกล่าวว่า “เราตั้งเป้าที่จะพัฒนาอินเวอร์เตอร์ GFM ที่สามารถทำงานต่อเนื่องได้แม้จะมีปัญหา เช่น ความถี่หรือความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า เราต้องการทำสิ่งนี้โดยใช้ประโยชน์จากฟังก์ชันป้องกันกระแสไฟเกินที่เป็นกรรมสิทธิ์ของเรา (ดูหมายเหตุ) สำหรับอินเวอร์เตอร์ GFM หากการพัฒนาประสบความสำเร็จ จะไม่เพียงแต่ทำให้ผลิตภัณฑ์ของ Fuji Electric ได้เปรียบทางการแข่งขันเท่านั้น แต่ยังช่วยรักษาเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้าที่ติดตั้งอินเวอร์เตอร์ GFM อีกด้วย”

(บันทึก) ฟังก์ชั่นป้องกันกระแสไฟเกิน = เทคโนโลยีที่ควบคุมปริมาณกระแสไฟเพื่อป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ภายในไหม้เนื่องจากกระแสไฟไหลเกิน

บทเรียนที่ได้รับจากการทดสอบรวมเครื่องจักรจริง

สมาชิกในทีมสามคนกำลังสนทนาเกี่ยวกับเทคโนโลยีที่กำลังอยู่ระหว่างการพัฒนา

ขณะทดสอบการทำงานภายใต้สภาวะอุบัติเหตุ ทีมงานได้เผชิญกับความยากลำบากที่ไม่คาดคิด วันสุดท้ายของการทดสอบที่ยาวนานสามสัปดาห์เหลือเวลาอีกเพียงสามวันเท่านั้น
การทดสอบดำเนินการภายใต้เงื่อนไขที่รุนแรงมาก ซึ่งแรงดันไฟฟ้าที่ด้านกริดลดลงเหลือศูนย์ เป็นการทดสอบที่รอคอยมายาวนาน แต่อินเวอร์เตอร์
ซึ่งควรจะใช้งานได้ในขั้นตอนการออกแบบ แต่กลับใช้งานไม่ได้ด้วยเหตุผลบางประการ คุณอูเอมูระและคุณโคชิบะได้เดินทางมายังสถานที่ทดสอบอุปกรณ์จริง โดยกล่าวว่า “นี่คือวันสำคัญ” เมื่อคุณอูเอมูระตรวจสอบสถานการณ์ เขาพบว่าสาเหตุที่อินเวอร์เตอร์ไม่ทำงานก็คือเบรกเกอร์บนแผงที่เชื่อมต่อกับกริดเกิดการสะดุด เราจึงทำงานร่วมกับนักออกแบบระบบและผู้ทดสอบทันทีเพื่อแก้ไขปัญหา
“เราได้เรียนรู้บทเรียนสำคัญว่าจำเป็นต้องทำให้อินเวอร์เตอร์ทำงานเป็นส่วนประกอบของระบบทั้งหมดโดยทำงานร่วมกับแผงควบคุมที่เชื่อมต่อกับกริดและแผงควบคุมและการควบคุมการทำงาน แทนที่จะเป็นหน่วยที่ทำงานแบบแยกเดี่ยว” (คุณอูเอมูระ)

การจัดการกับปัญหาทางเทคนิคสำหรับการใช้งานจริง

อินเวอร์เตอร์ GFM แบบเน้นระบบกริดยังมีความท้าทายอีกประการหนึ่ง อินเวอร์เตอร์ GFM เองยังคงสามารถทำงานได้แม้ในกรณีที่ไฟฟ้าดับ แต่ภายใต้กฎเกณฑ์ปัจจุบัน จะต้องปิดระบบเพื่อวัตถุประสงค์ด้านความปลอดภัยเมื่อระบบไฟฟ้าระดับบนเกิดไฟฟ้าดับ
ลักษณะเด่นประการหนึ่งของการวิจัยและพัฒนาของ Fuji Electric คือสภาพแวดล้อมการทดสอบที่ครอบคลุมโดยใช้อุปกรณ์จริง เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว ทีมพัฒนาจึงดำเนินการจำลองและทดสอบอย่างละเอียดโดยใช้อุปกรณ์จริงซ้ำแล้วซ้ำเล่า คุณโอกะกล่าวว่า “ด้วยการใช้แนวทางทั้งทางทฤษฎีและปฏิบัติ เราจึงสามารถพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่เชื่อถือได้มากขึ้น”

The three team members wrote short messages to students. (From left: Mr. Koshiba, Mr. Uemura, Mr. Oka)

สมาชิกในทีมทั้งสามคนเขียนข้อความสั้นๆ ถึงนักศึกษา (จากซ้าย: คุณโคชิบะ คุณอูเอมูระ คุณโอกะ)
“การสร้างความสัมพันธ์อย่างต่อเนื่องกับลูกค้าถือเป็นเรื่องสำคัญ เหนือสิ่งอื่นใด การดูแลสุขภาพของคุณก็เป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน” (คุณโคชิบะ)
“คุณจะไม่มีวันรู้ผลลัพธ์ได้เลยหากคุณไม่ลอง ดังนั้นลองดูสิ!” (คุณอูเอมูระ)
“เนื่องจากผมเพิ่งทำงานที่บริษัทได้แค่ปีที่สาม ดังนั้นผมจึงมองว่าทุกอย่างเป็นความท้าทาย!” (คุณโอกะ)

การมีส่วนสนับสนุนต่อเครือข่ายพลังงานในอนาคต

คุณอูเอมูระ กล่าวว่า “ที่บริษัท ฟูจิ อิเล็คทริค กิจกรรมทางธุรกิจของเรามีส่วนช่วยแก้ไขปัญหาสังคม ดังนั้น การแก้ไขปัญหาเฉพาะหน้าจึงเป็นการมีส่วนสนับสนุนต่อสังคมโดยตรง”
ความท้าทายที่สมาชิกทีมทั้งสามต้องเผชิญคือการใช้งานอินเวอร์เตอร์ GFM ในทางปฏิบัติ หากประสบความสำเร็จ ก็จะช่วยส่งเสริมการนำพลังงานหมุนเวียนมาใช้ และมีส่วนสนับสนุนอย่างมีนัยสำคัญในการสร้างสังคมที่ปลอดคาร์บอน