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電力供給システムは、発電、変換、貯蔵、配電、家庭、企業、産業、公共施設、重要インフラなど幅広い消費者への電力供給に使用される。

電力供給システムは、電気エネルギーを安全、確実、効率的に供給するための中心的な技術システムである。電力は常に必要な量と品質で供給されなければならないため、その建設と運用には厳しい技術的、経済的、法的要件が課されます。

以下では、電力供給システムの仕組み、使用方法、応用分野、この分野における開発と課題の概要に関する情報をご覧いただけます：

電源システムの仕組み

電力供給システムの機能は、いくつかの調整されたサブプロセスに分けることができる：

発電：

電力は、一次エネルギーを電気エネルギーに変換することによって生成される。これにはさまざまな技術が用いられる：

従来の発電：従来の発電：発電所（石炭、ガス、原子力発電所など）では、熱エネルギーが（蒸気タービンを介して）機械エネルギーに変換され、最終的に（発電機を介して）電気エネルギーに変換される。
再生発電：太陽光発電システムは、太陽光を直接電気に変換する。風力発電所は風の運動エネルギーを利用する。
水力発電所は、水の高地エネルギーを利用する。バイオマスや地熱も電気エネルギー源である。
分散型発電：住宅に設置されたソーラーパネルや熱電併給発電所などの小規模なシステムで、消費者の近くで発電する。

電力変換：

発電された電気エネルギーは、輸送や使用に適合させる必要がある：

電圧変換：変圧器は、輸送のために線路損失を最小にするために電圧を上げ（例えば20kVから110～380kV）、使用前に再び電圧を下げる。
交流／直流変換：一部の発電システム（太陽光発電システムなど）は直流を発電し、インバーターによって交流に変換される。

送電：

送電は、階層的に構成された送電網を介して行われる：

220～380kVまたは110kVの超高圧・高圧送電網：発電所と消費センター間の長距離送電用。
10～30kVの中高圧送電網：地域送電網ノードと地域送電網ステーション間の接続。
低圧送電網 400/230 V：一般家庭や中小企業などの最終消費者に供給。

配電：

配電は、中電圧の送電点から最終消費者までのすべてのプロセスをカバーする：

地域の送電網の変圧器が中電圧を低電圧に変換する。
電力はケーブルや電線を通じて配電され、地下（都市部）や架空線（農村部）で送電されることもある。
開閉装置とヒューズ・システムにより、送電網の保護と制御が行われる。

蓄電：

電力はリアルタイムで発電・消費されなければならない。蓄電システムは、その変動を緩衝するのに役立つ：

蓄電池システム（リチウムイオンなど）は、余剰電力を短期間貯蔵する。
揚水発電所は、機械的エネルギー貯蔵の最大の形態である。
Power-to-X技術は、電気を水素、合成燃料、熱に変換し、後で間接的に利用する。

送電網の監視と制御：

送電網の安定性は不可欠である。送電網制御センターが監視と制御を行う：

周波数（50 Hzで一定でなければならない）
電圧
負荷フロー
故障、停電、スイッチング操作
最新のシステムでは、この目的のためにインテリジェント・オートメーション（スマートグリッド）が使用されている。

電力供給システムの用途と応用分野：

1.家庭：
家庭：照明、家電、家庭用電化製品、最近では暖房（ヒートポンプなど）、e-モビリティのための電力供給。
太陽光発電システムによる自給自足は、グリッドへの給電を含め、より広まりつつある。

2.産業：
大口需要家は、機械、生産設備、プロセス、オートメーションに電力を必要とする。
自前の変電所や高圧接続を持つことが多い。
グリッドの品質に対する要求が高い（繊細な生産工程など）。

3.貿易とサービス：
照明、IT、冷房システム、レジシステム、事務機器用の電力。
ケータリング、小売、オフィスビル、ホテルは、常に安定した供給を必要とする。

4.インフラと公共施設
病院、公共機関、教育機関、運輸会社などは、信頼できる電力供給に依存している。
非常用電源（ディーゼル発電機、バッテリーシステムなど）を備えていることが多い。

5.輸送：
鉄道輸送の電化（牽引電流ネットワーク）。
電気自動車の充電インフラは、電力供給構造の不可欠な一部となりつつある。
観点：グリッド安定化のための双方向充電（ビークル・ツー・グリッド）。

電力供給システム分野の進展と課題：

分散化とプロシューマー・モデル：
消費者は同時に生産者になりつつある（例：太陽光発電システムと蓄電池）。
グリッド計画、フィードバック、制御に対する新たな要件。
デジタル化とスマートグリッド：
デジタル化により、正確な制御と自動負荷分散が可能になる。
スマートメーターとコントロールボックスは、柔軟な料金体系、負荷管理、グリッドに優しい行動の基礎を作る。
再生可能エネルギーのグリッド統合：
風力発電や太陽光発電からの電力供給が変動することは、送電網にとって課題となる。
負荷シフトと同様に、柔軟化と蓄電が不可欠になっている。
安定供給：
変動が大きくなっているにもかかわらず安定した電力供給には、インテリジェントな制御、予知保全、緊急時のコンセプトが必要である。
送電網のボトルネックと再派遣対策が増加している。

電力供給システムは、あらゆる現代社会のバックボーンである。電力供給システムは、生産者と消費者を複雑で緊密に連結された送電網でつないでいる。その任務は、単に電力を供給するだけでなく、安定性、効率性、持続可能性を確保することである。分散化、電化、デジタル化の進展に伴い、その必要性はますます高まっている。同時に、より高い安定供給、経済効率、気候保護に向けた新たな機会も生まれつつある。

以下に、電源システムを購入する際に注意すべき最も重要な基準の概要を示します：

電源システムを購入する際には、技術的、質的、経済的な要素を慎重に考慮する必要があります。根拠のある選択は、これらのシステムの動作安全性、耐用年数、メンテナンスフリーを実現する上で極めて重要です。電力供給システムの分野では様々なコンポーネントが提供されているため、発電システムを購入する際に考慮すべき例を以下に示します。

提案の依頼や入札を行う前に、正確な要件分析と目標の定義が不可欠である：
供給目的：システムは自家発電、非常用電源、系統への給電のいずれに使用されるのか？
運転モード：系統との並列運転か、オフグリッド（独立運転）か、ハイブリッドか。
必要電力：連続電力（kW/MW）、ピーク負荷、冗長性（該当する場合）の要件は？
ランタイムと運転時間：連続運転ソリューション（CHPなど）が必要か、散発的に使用するシステム（ディーゼル非常用発電機など）が必要か。
適切な発電技術の選択は非常に重要であり、場所、負荷プロファイル、燃料の入手可能性、戦略的目標によって異なります：
ディーゼル／ガスエンジン発電機：非常用電源や、高い信頼性を備えた中長期運転に最適。
熱電併給プラント（CHP）：電力と熱の複合発電 - 熱の同時消費で特に経済的。
太陽光発電システム天候や日射量にもよるが、通常はグリッドと並行して、日中に自家発電を行う。
風力発電所：適切な場所に設置できるが、認可や送電網の管理が複雑。
水力発電、バイオマス発電、地熱発電：より複雑な認可が必要な特別な長期プロジェクト向け。
燃料電池、マイクロガスタービン、スターリングエンジン：特殊な用途、小出力、高効率の要件向け。
経済効率と総所有コスト。純粋な購入価格は、多くの場合、経済的真実のほんの一部でしかない。
燃料費：燃料はどの程度安定して入手可能か？長期供給は保証されているか？
効率：効率レベルが高ければ、運転コストは恒久的に削減される。
メンテナンス間隔とコスト：点検頻度、交換サイクル、消耗部品。
補助金と固定価格買取制度：投資補助金、減税、固定価格買取制度は利用可能か。
償却期間：システムが元を取るまでにかかる期間は？
ライフサイクルコスト分析（総所有コスト）は、常に投資決定の一部であるべきである。
技術的特徴は、性能、運転の信頼性、柔軟性を決定する：
オーバーサイジングを避ける：大きすぎるシステムは、部分負荷運転において効率が悪く、コストが高くなる。
起動時の挙動と動力学：非常用電源の用途では重要である。
系統の摂動と高調波：例えば、同期発電機やインバータを使用する必要があるか？
電圧、周波数、位相の要件：発電電流は特に安定している必要があるか？
モジュール性と拡張性：後日システムを拡張できるか？
製造業者は、VDE、IEC、またはISOの認定を受けている必要があり、コンポーネントは業界標準に従って製造されている必要があります。
また、技術的に適切なシステムは、サイトとインフラ要件に適合していなければならない：
スペース要件：スペース要件：設置、メンテナンス、エア・ルーティングに十分なスペースがあるか？
騒音対策：騒音防止コンセプトを計画する必要があるか？
排ガス経路と空気供給：内燃機関の場合は特に重要。
グリッド接続：系統運用者との協議が必要な場合がある（キーワード：フィードインマネジメント）。
安全設備：防火設備、出入管理、接地、過電圧保護。
最後に、建築許可の状況もチェックする必要がある。例えば、室外機や排出ガスを伴うシステムの場合。
長期的な運用の安全性を確保するためには、資格のあるプロバイダーが不可欠です：
技術的専門知識：同等のプロジェクトで経験を積んだメーカーまたはシステムインテグレーター。
サービスコンセプト：レスポンスタイム、スペアパーツの有無、リモートメンテナンスなど、サポート体制はどうなっているか。
トレーニングと引継ぎ：運転要員に包括的な指導が行われているか。
参照プロジェクト：サプライヤーは同等のシステムの導入に成功しているか？
今日、発電システムは、システム全体にインテリジェントに統合されていなければならない：
エネルギー管理システム：エネルギー管理システム：負荷制御、可視化、データ分析のための接続。
自動制御：オンデマンドでのスタート／ストップ、負荷追従運転、非常用電源への移行。
通信インターフェース：Modbus、BACnet、CAN、Ethernetなどのプロトコルをサポート。
蓄電ソリューションとの互換性：より高い自己消費率やピーク負荷管理のための蓄電池システムとの組み合わせ。
これらのインターフェイスを将来を見据えて計画することで、その後の拡張が容易になり、エネルギー使用の透明性が高まります。
専門的な購買部門は、法的、規範的、および安全要件に精通し、これを遵守する必要があります：
グリッド接続規制系統接続規制：VDE-AR-N 4105（低電圧）、VDE-AR-N 4110（中電圧）など。
労働安全衛生規則（BetrSichV）：検査義務、運転者の責任
エミッション保護：TA Luft、騒音ガイドライン、必要に応じてBImSchGによる認可。
承認と証明書CEマーキング、機器安全証明書、適合宣言書。
保険と賠償責任：リスクは保険や保守契約でカバーされるか？

電源システムを購入する際には、技術的な重要数値だけではなく、要件、技術、費用対効果、統合性などを総合的に理解することが重要です。これらの側面に一貫した注意を払う者だけが、持続可能で安全かつ経済的に賢明な決定を下すことができる。成功のためには、優れた計画、現実的な運用分析、経験豊富なプロバイダーとのパートナーシップに基づく協力が欠かせない。

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