海藻屋:在外表利用活海藻發電

海藻屋:用海藻發電

挑戰

  • 結合海藻生長的各種創新技術及現代建築技術

解決方案

結果

  • CompactLogix 控制器在編程軟體、控制器及 I/O 模組之間提供無縫整合
  • 加速初始開發時間,並降低試運轉及營運成本
  • 以控制系統的標籤型架構簡化編程程序
  • 易於使用的 FactoryTalk View 圖形功能、易於監控的系統及分析程序,可真實檢視所有程序
  • 軟體也讓使用者能夠迅速回應錯誤警示及警報

Rockwell Automation 遠端控制技術連結大樓技術與創新的生物反應器

背景

全球首座採用生物反應器外牆的建築,於 2013 年由 Internationale Bauausstellung (IBA) 在德國漢堡興建落成。微藻類在建築外牆生長,利用光合作用及太陽能產生生物質及熱能。這項專案最大的挑戰之一,就是將培育微海藻的技術,與現代建築技術連結在一起。Rockwell Automation 提供控制元件,將所有獨立技術整合在單一系統之中,同時實現一整年的自動化運作。

位於漢堡的 IBA 為自己設定目標:打造 21 世紀的未來城市。該公司為此開發多項專案,以各種創新及永續的方式,回應現今都市發展的各種問題。IBA 以 BIQ 為名,在 2013 年於漢堡的威爾海姆斯堡 (Wilhelmsburg) 區打造能源自給自足的房屋。這座建築採用全球首創的生物反應器外牆,其中於板狀玻璃槽培育微海藻,利用太陽能及光合作用產生生物質及熱能。前述熱能將送往熱交換器,提供給建築做為暖氣。海藻可定期採收,做為產生生質氣體的原材料。綠色外牆讓建築展現原始外觀,並獲得「海藻屋」的綽號。

海藻將定期採收,做為產生生質氣體的原材料。

海藻屋為方塊形的五層樓被動建築,包含 15 間公寓。這座建築是由奧地利格拉茲 (Graz) 的建築事務所 Splitterwerk 負責設計,其概念在 IBA 舉行的建築比案之中獲勝。外牆系統是由 SSC Strategic Science Consult GmbH、Arup Deutschland GmbH 和 Colt International GmbH 共同開發,其中使用 Rockwell Automation 的自動化產品及解決方案,與 Strategic Alliance 合作夥伴 Endress+Hauser 的測量及程序技術緊密整合。

挑戰

生物反應器外牆覆蓋 200 m2 區域,形成能源系統的核心。外牆是由 2.6 m 高 70 cm 寬 2 cm 深的玻璃槽製造,容量約 24 公升。玻璃槽裝入培養液,其中富含營養鹽,提供微藻類最佳的生長條件。壓縮空氣確保海藻一定能夠移動,而 CO2 則持續送入反應器,進一步促進生長;CO2 是由燃氣鍋爐提供。海藻未使用的陽光也用於加熱反應器液體。至於太陽能系統的熱能,則分離進入能源單元用於做為建築暖氣。

SSC Strategic Science Consult GmbH 董事總經理 Martin Kerner 博士表示:「先導專案最大的挑戰,就是結合海藻生長的各種創新技術,以及現代建築技術。這是在微海藻外牆支援暖氣及生物質生產等各項功能的唯一方式,同時也確保建築的隔音及燈光保護。我們以海藻屋這座世界首創的建築實現目標。」

解決方案

自動化技術是整體系統的重要一環,以便讓系統一整年都能自動運作。Allen-Bradley CompactLogix™ 控制器是由 Rockwell Automation 供應,形成自動化系統核心,在編程軟體、控制器及 I/O 模組之間無縫整合,協助加速初始開發時間,並減少試運轉及營運成本。

其他連接 CompactLogix 控制器的裝置包括熱交換器等建築技術系統,以及將生物質變為生質氣體的海藻切割器及轉換裝置。PLC 也控制引導反應器朝向陽光的所有幫浦。遠端 I/O 透過 EtherNet/IP 連接控制器,在所有建築樓層提供分散式控制,實現強大的即時網路連線,及高速獨立控制。有別於其他網路會持續更改網路設計因應工業應用需求,EtherNet/IP 可協助確保整體系統的高度適用性及一致性,以強化即時功能。

整體系統是由 SSC Strategic Science Consult GmbH 專家操作,使用 Rockwell Software FactoryTalk® View 視覺化軟體。易於使用的圖形功能,可讓使用者真實檢視所有程序,易於監控系統及分析程序,而軟體也讓使用者能快速回應錯誤警示及警報。如有必要,使用者也能直接介入程序,透過視覺化軟體修改預先定義的控制參數。因此 FactoryTalk View 是生物反應器運作無錯誤的必要要素。

海藻屋是由奧地利格拉茲 (Graz) 的建築事務所 Splitterwerk 負責設計,其概念在 IBA 舉行的建築比案之中獲勝

Endress+Hauser 有流量計及分析儀器等多項測量裝置連接 Allen-Bradley 控制器,檢查反應器模組之中的液位,以及生長媒介的酸鹼值、氧氣和硝酸鹽濃度。光度計則用於界定何時應採收海藻,這樣也能自動控制生物質的移除作業。

系統最初是設計為原型,但 Rockwell Automation 準備在全世界實作,並添加四種程式設計語言。視當地技術人員背景而定,系統可利用梯形邏輯、結構化文字、功能計畫或順序函數圖編程。此外,控制系統採用以標籤為基礎的架構,可簡化編程程序。

海藻屋實現分散式系統的首次測試,一方面供應建築暖氣及電力,一方面則產生高品質的生物質能源,此外也能減少溫室氣體 CO2。SCC GmbH 公司在為期兩年的監控專案之中編譯生產和效能資料,而漢堡的港口城市大學 (HafenCity University) 則負責收集此專案的資訊,了解新技術獲得接受的程度。

SSC Strategic Science Consult GmbH 的 Kerner 博士表示:「此項正確資料分析及評估的目標,視讓我們未來能在更大規模的系統之中實作此項技術,實現更節能經濟的建築方法。」

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