Az energiatermelés, -szállítás és -felhasználás módjának drasztikusan meg kell változnia, ha eleget akarunk tenni az 21st század igényeinek.
Az Egyesült Államok bármelyik napján körülbelül fél millió ember nincs hatalom alatt két vagy több órán keresztül. Miután a Nemzeti Mérnöki Akadémia az 20. Század legbefolyásosabb mérnöki innovációjaként üdvözölte, az észak-amerikai villamosenergia-hálózat elsősorban az 1960 és az „70” technológiával működik.
Az időjárással kapcsolatos jelentősebb kiesések nőttek
Az utóbbi évtizedekben az időjárással kapcsolatos jelentős kimaradások száma és gyakorisága nőtt. Az 1950 és az 80 között az áramkimaradások évente kétről ötre növekedtek; 2008-ről 2012-ra, az áramkimaradások évente 70 és 130 közé növekedtek. Eközben az áramszükséglet gyorsan növekszik. A Twitter önmagában évente világszerte több mint 2,500 megawatt-órás keresletet jelent. Az előrejelzések szerint a világ villamosenergia-ellátásának az 2050-kel megháromszorozódnia kell, hogy lépést tartson a kereslettel. Ehhez jelentős elkötelezettségre van szükség.
Az elmúlt évtizedben az elektromos áram kockázata megnőtt az infrastruktúra elöregedése, a modernizációt elősegítő beruházások és politikák, valamint a terrorizmus és az éghajlatváltozás fenyegetése miatt. Az éghajlatváltozás következtében az időjárási események változékonysága megnőtt. Szélsőségesebb eseményeket fogunk látni. És nagyobb gyakorisággal látjuk őket. Úgy tűnik, hogy a Sandy hurrikán példa erre.
Sandy utáni kérdések merültek fel az energia helyreállításáról a szélsőséges időjárási viszonyok és az éghajlatváltozás kapcsán. Meg kell érteni, hogy a Sandy hurrikán súlyos, fizikai támadása legalábbis átmenetileg elárasztja az energiainfrastruktúrát. Ilyen körülmények között semmilyen pénz vagy technológia nem garantálja a folyamatos villamos szolgáltatást.
Szükségünk van egy okosabb hálózatra, amely hatékonyan és biztonságosan megfelel az áthatóan digitális társadalom igényeinek az éghajlatváltozással és más szélsőséges eseményekkel szemben, miközben biztosítja a magas életminőséget és serkenti a gazdasági növekedést. Fontos figyelembe venni azt is, hogy az Egyesült Államok csak most kezdődik. alkalmazkodni kell a kockázatok szélesebb spektrumához. A hálózat hatékonyabbá tételére és az ellenálló képesség támogatására irányuló költséghatékony beruházások régiónként, hasznosságonként, a szóban forgó örökölt berendezéseknél, valamint a berendezések működésétől és elhelyezkedésétől függően eltérhetnek a közüzem szolgáltatási területén.
Az elektromos hálózatnak drasztikusan meg kell változnia
Az elektromos hálózatnak drasztikusan meg kell változnia. Okosabb hálózatra van szükségünk, amely hatékonyan és biztonságosan megfelel az áthatóan digitális társadalom igényeinek az éghajlatváltozással és más szélsőséges eseményekkel szemben, miközben biztosítja a magas életminőséget és serkenti a gazdasági növekedést. Egy ilyen hálózat elegendő átviteli kapacitást biztosítana az új földgáztermelő erőművek, a parti vagy tengeri szélerőművek, a napenergia-erőművek és más megújuló energiaforrások összekapcsolásához az ügyfelekkel. Öngyógyító rendszerként működne, digitális komponenseket és valós idejű kommunikációs technológiákat használva, hogy mindenkor figyelemmel kísérje elektromos jellemzőit, és folyamatosan hangoljon úgy, hogy optimális állapotban működjön, előre jelezze a problémákat és képes legyen alkatrészek gyors elkülönítésére. a hálózat többi részén, amely meghibásodást tapasztal a rendszer többi részén, hogy elkerülje a zavarok terjedését és lehetővé tegye a gyorsabb helyreállítást.
A jelenlegi infrastruktúránk öngyógyító intelligens hálóvá történő átalakításához számos technológiát kell telepíteni és integrálni. Az ideális intelligens hálózati rendszer a következőkből áll: microgrids - amelyek kicsi, többnyire önellátó villamosenergia-rendszerek - és erősebb, intelligensebb nagyfeszültségű elektromos hálózat, amely az egész rendszer gerincét képezi, és lehetővé teszi a szél és a megújuló erőforrások jelentősen megnövekedett mennyiségének integrálását. Erősebb és intelligensebb hálózattal az USA-ban villamos energiánk 40 százaléka 2030-ra a szélből származhat, amely részben a jelenleg villamos energiához és szállításhoz használt fosszilis tüzelőanyagokat helyettesíti.
A hagyományos analóg technológiák cseréje digitális alkatrészekkel
Az öngyógyító képességű hálózati infrastruktúra korszerűsítéséhez a hagyományos analóg technológiákat digitális alkatrészekkel, szoftverprocesszorokkal és erőelektronikai technológiákkal kell felváltani. Ezeket a rendszer egészében telepíteni kell annak érdekében, hogy digitálisan vezérelhető legyen, amely az önellenőrző és öngyógyító rács kulcsfontosságú összetevője.
Az öngyógyító villamosenergia-hálózatok mögött gondolkodó technológiák és rendszerek nagy része a katonai repülési ágazatból származik, ahol 14 évekig dolgoztam az F-15 repülőgépek sérülékenység-adaptív repülési rendszerein, optimalizálva a logisztikát, tanulmányozva a századok túlélését és a küldetés hatékonyságát. Januárban a 1998, amikor csatlakoztam a Villamosenergia-kutatási Intézethez, segített segíteni ezeket a koncepciókat a villamosenergia-rendszerekben és más kritikus infrastruktúra-hálózatokban, beleértve az energiát, a vizet, a távközlést és a pénzügyeket. A szeptember 11, 2001 után a terrorista támadások, az ellenálló képesség és a biztonság még fontosabbá vált.
Az intelligens rács évente milliárdot takaríthat meg
Az okosabb hálózat évente körülbelül 49 milliárd dollárval csökkentené a leállások költségeit, és csökkentené a CO-t2 kibocsátás 12 – 18 százalékban 2030 szerint.
Az intelligensebb hálózat költsége attól függ, hogy ténylegesen mennyi műszert fektet be, például a kommunikációs gerincet, a fokozott biztonságot és a megnövelt rugalmasságot. A teljes árcédula 340 és 480 milliárd dollár között mozog, ami 20 éves periódus alatt évi 20-25 milliárd dollár lenne. De rögtön az előnyök évente 70 milliárd dollár a megnövekedett hatékonyság és a leállások miatt csökkentett költségek miatt, és egy olyan évben, amikor rengeteg hurrikán, jégvihar és egyéb zavar van, ez az előny még tovább megy. Jelenleg az összes forrásból származó kiesések évente 80–188 milliárd dollárba kerülnek az Egyesült Államok gazdaságának. Az intelligensebb hálózat évente körülbelül 49 milliárd dollárral csökkentené a kiesések költségeit, és csökkentené a CO-t2 kibocsátás 12 – 18 százalékban 2030 szerint. Ezenkívül több mint 4 százalékkal növeli a rendszer hatékonyságát - ez egy újabb 20.4 milliárd dollár évente.
A költségek a fejlesztések széles skáláját fedezik, amelyekkel az energiaellátó rendszert az intelligens hálózathoz szükséges teljesítményszintre állítják. Ide tartoznak az elosztott energiaforrások integrálásának és a teljes fogyasztói összeköttetésnek az eléréséhez szükséges infrastruktúra, de nem tartalmazzák a termelés költségeit, a megújuló energiaforrások bevezetésének és a terhelés növekedésének fedezésére szolgáló átvitel kibővítésének költségeit, valamint az intelligens hálózatra kész ügyfelek költségeit. készülékek és eszközök. A megvalósítás költségei ellenére a hálózatba történő befektetés nagymértékben megtérítené magát. A tényleges befektetés mellett minden dollár esetében a hozam körülbelül 2.80 - 6 dollár lesz a tágabb gazdaság számára. És ez a szám nagyon konzervatív.
De ez az 1) megnövekedett kiber / informatikai biztonságáról és az általános energiabiztonságról szól, a biztonságba a többrétegű védelmi rendszer architektúrájának részeként a tervezésbe beépítve, valamint az 2) munkahelyteremtéssel és gazdasági előnyökkel. Valóban, véleményem szerint, az 21st századi digitális gazdaságunk attól függ, hogy végrehajtjuk-e ezeket a beruházásokat, függetlenül attól, hogy az éghajlatváltozás következtében milyen szélsőséges időjárási idő várható.
Elpazarolt 15 évek, amelyek a kormány szerepéről szólnak
Elpazaroltunk az 15 éveket azzal, hogy vitatkozunk a köz- és a magánszektor szerepéről, miközben globális versenytársaink alkalmazkodnak és innoválnak. magánszektor a Smart Grid beruházási támogatások és az Intelligens Rács demonstrációs projekt programjai között. 2009 március óta az intelligens hálózati projektek támogatására elért 2012 milliárd dolláros teljes befektetett érték legalább 2.96 milliárd dollárt eredményez a teljes gazdasági outputban. Összességében körülbelül 6.8 teljes munkaidős egyenértékű munkahelyet támogattak beruházásokkal. Minden közvetlen 47,000 millió dolláros közvetlen kiadással a GDP 1 millió dollárral nőtt, 2.5 millió dollárra.
Elvesztegettük az 15 éveket azzal, hogy vitatkoztunk a köz- és a magánszektor szerepéről, miközben globális versenytársaink alkalmazkodnak és innoválnak. Megújítanunk kell a köz- és magánszféra partnerségét, csökkentenünk a bürokráciát és csökkentenünk kell a bizonytalanság felhőjét az infrastruktúra korszerűsítésének beruházások megtérülése tekintetében. Amikor a nemzet ilyen stratégiai kötelezettségvállalásokat tett a múltban, a kifizetések óriási voltak. Gondolj az államközi autópálya-rendszerre, a holdi leszállási projektre és az internetre.
Mindezen kihívások teljesítése a világ vezető gazdasági növekedését eredményezte, lehetővé téve a kereskedelmet, a technológiai fejlesztést és a kettő keverékét. A folyamat során magasan képzett, adaptív munkaerőt fejlesztettünk ki. Most el kell döntenünk, hogy olyan villamosenergia- és energiainfrastruktúrát építünk-e, amely támogatja az 21st század digitális társadalmát, vagy el kell hagyni az 20. Századi ipari emlékként.
Ez a cikk eredetileg megjelent Ensia
A szerzőről
Massoud Amin a HW Sweatt elnöke a technológiai vezetés területén, és az igazgatótanács irányítja Technológiai Vezető Intézet (TLI) és a Egyetemi neves oktatóprofesszor valamint a Minnesota Egyetem elektromos és számítógépes mérnökének professzora. Az intelligens, biztonságos és rugalmas infrastruktúrák lehetővé tételén dolgozik. Az intelligens hálózatok terén széles körű projekteket vezet, a. Elnöke IEEE Smart Grid, és az intelligens hálózat atyjának tekintik.
