Спосіб генерації, доставки та використання енергії повинен кардинально змінитися, якщо ми хочемо задовольнити потреби 21st століття.
У будь-який день у США близько півмільйона людей перебувають без влади протягом двох і більше годин. Колись Національна академія інженерії була визнана найбільш впливовою інженерною інновацією 20-го століття, енергосистема в Північній Америці працює з технологіями в основному з 1960 та 70.
Основні наслідки, пов'язані з погодою, зросли
В останні десятиліття кількість та частота погодних аварій, пов'язаних з погодою, зросли. Між 1950 і 80s відключення збільшувались з двох до п'яти щороку; від 2008 до 2012, відключення збільшувались між 70 і 130 на рік. Тим часом потреби в електроенергії швидко зростають. Тільки Twitter додає більше, ніж попиту 2,500 мегават-годин у світі в рік. За прогнозами, світовому постачанню електроенергії потрібно буде втричі перевищити 2050, щоб не відставати від попиту. Для цього знадобиться значна прихильність.
За останнє десятиліття ризик виникнення електроенергії збільшився через старіння інфраструктури, відсутність інвестицій та політики, що сприяє модернізації, та загрозу, яку становлять тероризм та зміни клімату. У міру зміни клімату мінливість погодних явищ зростала. Ми будемо бачити більш екстремальні події. І ми побачимо їх з більшою частотою. Ураган Сенді, схоже, є прикладом цього.
Після Сенді було порушено питання відновлення електроенергії стосовно екстремальної погоди та зміни клімату. Потрібно розуміти, що масовий, фізичний напад за шкалою урагану Сенді повинен принаймні тимчасово перекрити енергетичну інфраструктуру. Жодна сума грошей чи технологій не може гарантувати безперебійне електрообслуговування за таких обставин.
Нам потрібна розумна сітка, яка ефективно та надійно відповідатиме вимогам всебічно цифрового суспільства в умовах зміни клімату та інших екстремальних подій, забезпечуючи при цьому високу якість життя та стимулюючи економічне зростання. Важливо пам’ятати, що США тільки починається адаптуватися до більш широкого спектру ризику. Економічні інвестиції для зміцнення мережі та стійкості підтримки залежать від регіону, корисності, старого обладнання та навіть функціонування та розташування обладнання на території служби комунального підприємства.
Електрична сітка повинна суттєво змінитися
Електрична мережа повинна кардинально змінитися. Нам потрібна розумніша сітка, яка ефективно та надійно відповідатиме вимогам всебічно цифрового суспільства в умовах змін клімату та інших екстремальних подій, забезпечуючи при цьому високу якість життя та стимулюючи економічне зростання. Така електромережа забезпечить достатню пропускну спроможність для зв'язку нових споживачів природного газу, прибережних або морських вітроелектростанцій, сонячних установок та інших відновлюваних джерел енергії до споживачів. Він також буде функціонувати як система самолікування, використовуючи цифрові компоненти та комунікаційні технології в режимі реального часу для моніторингу його електричних характеристик у будь-який час та постійно налаштовуючись, щоб він працював у оптимальному стані, передбачив проблеми та міг швидко ізолювати частини мережі, яка відчуває відмову від решти системи, щоб уникнути поширення зривів та забезпечити більш швидке відновлення.
Для перетворення нашої нинішньої інфраструктури в інтелектуальну сітку, що самолікується, необхідно розгорнути та інтегрувати декілька технологій. Ідеальна система розумної сітки складається з мікросетки - це невеликі, в основному самодостатні енергосистеми, - і потужніша, розумніша високовольтна енергосистема, яка служить опорою для загальної системи та дає можливість інтегрувати значно більшу кількість вітру та відновлюваних ресурсів. Завдяки більш потужній та розумній електромережі до 40 року 2030% нашої електроенергії в США може надходити від вітру, який частково замінить викопне паливо, яке в даний час використовується для електроенергії та транспортування.
Заміна традиційних аналогових технологій цифровими компонентами
Оновлення інфраструктури мережі для можливостей самолікування вимагає заміни традиційних аналогових технологій цифровими компонентами, програмними процесорами та технологіями енергетичної електроніки. Вони повинні бути встановлені у всій системі, щоб її можна було контролювати цифровим шляхом, що є ключовим компонентом сітки, яка є самоконтролем та самолікуванням.
Значна частина технологій та систем, що стоять за енергосистемами самолікування, походить із сектору військової авіації, де я працював протягом 14 років над пошкодженими пошкодженнями польотними системами літаків F-15, оптимізуючи логістику та вивчаючи виживання ескадрильї та ефективність місії. У січні 1998, коли я приєднався до Науково-дослідного інституту електроенергетики, я допоміг принести ці концепції в електроенергетичні системи та інші критичні інфраструктурні мережі, включаючи енергію, воду, телекомунікації та фінанси. Після вересневих 11, 2001, терористичні атаки, стійкість та безпека стали ще більш важливими.
Розумніша сітка дозволить економити мільярди на рік
Розумніша електромережа зменшить витрати на відключення приблизно на $ 49 мільярдів на рік та зменшить рівень СО2 викиди на 12 – 18 відсотків на 2030.
Вартість розумнішої мережі залежатиме від того, скільки інструментів ви фактично використовуєте, таких як магістраль зв'язку, підвищений рівень безпеки та підвищена стійкість. Загальна ціна коливається приблизно від 340 до 480 млрд. Дол. США, що за 20-річний період становило б від 20 до 25 млрд. Дол. США на рік. Але відразу ж вигоди становлять 70 мільярдів доларів на рік у підвищенні ефективності та зменшенні витрат на відключення, а в рік, коли буває багато ураганів, крижаних штормів та інших хвилювань, ця користь йде ще далі. В даний час відключення з усіх джерел коштують американській економіці від 80 до 188 млрд доларів щороку. Розумніша мережа зменшить витрати на відключення приблизно на 49 мільярдів доларів на рік та зменшить CO2 викиди на 12 – 18 відсотків на 2030. Крім того, це збільшить ефективність системи на понад 4 відсотків - це ще $ 20.4 мільярдів на рік.
Витрати покривають найрізноманітніші вдосконалення для приведення системи подачі електроенергії до рівнів продуктивності, необхідних для розумної мережі. Вони включають інфраструктуру для інтеграції розподілених енергоресурсів та досягнення повного зв’язку з замовниками, але не включають витрати на виробництво, витрати на розширення передачі для додавання відновлюваних джерел енергії та для задоволення зростання навантаження, або витрати клієнтів на готову смарт-мережу прилади та пристрої. Незважаючи на витрати на впровадження, інвестування в електромережу значною мірою окупиться. При фактичних інвестиціях за кожен долар прибуток становить приблизно $ 2.80 до $ 6 для широкої економіки. І ця цифра дуже консервативна.
Але це також стосується 1) підвищення кібер / ІТ-безпеки та загальної енергетичної безпеки, а безпека вбудована в дизайн як частина шаруватої архітектури оборонної системи та 2) створення робочих місць та економічні вигоди. Дійсно, на мій погляд, наша цифрова економіка 21st століття залежить від того, як ми будемо робити ці інвестиції, незалежно від прогнозу настання більш екстремальної погоди у міру зміни клімату.
Втрачені роки 15 сперечаються про роль влади
Ми витрачали 15 років, сперечаючись про ролі державного та приватного секторів, в той час як наші глобальні конкуренти адаптуються та впроваджують інновації. Як доказ економічного аргументу, врахуйте урядовий стимул 2009 Американського закону про відновлення та реінвестування та відповідну підтримку комунальних послуг та приватний сектор у програмах інвестиційного гранту Smart Grid та демонстрації Smart Grid. Станом на березень 2012, загальна вкладена вартість у розмірі $ 2.96 млрд для підтримки проектів інтелектуальної мережі отримала щонайменше $ 6.8 мільярдів у загальному обсязі економічного виробництва. В цілому, близько 47,000 еквівалентних робочих місць на повний робочий день підтримали інвестиції. На кожні прямі витрати у розмірі 1 мільйонів доларів ВВП збільшувався на $ 2.5 мільйонів до 2.6 мільйонів доларів.
Ми витрачали 15 років, сперечаючись про ролі державного та приватного секторів, а наші глобальні конкуренти адаптуються та впроваджують інновації. Нам потрібно відновити державно-приватне партнерство, скоротити бюрократію та зменшити хмару невизначеності щодо рентабельності інвестицій в модернізацію інфраструктури. Коли в минулому нація брала на себе такі стратегічні зобов'язання, окупність була величезною. Подумайте про систему міждержавного шосе, проект місячного посадки та Інтернет.
Вирішення кожного з цих викликів призвело до зростання світового економічного зростання за рахунок комерції, розвитку технологій та їх поєднання. У процесі роботи ми створили висококваліфіковану, адаптивну робочу силу. Тепер ми повинні вирішити, чи будувати інфраструктуру електроенергетики та енергетики, яка підтримує цифрове суспільство 21st століття, чи залишатись позаду як промислова реліквія 20 ст.
Ця стаття спочатку з'явилася на Ensia
про автора
Массуд Амін виконує функції кафедри HW Sweatt в галузі технологічного лідерства, керуючи ним Інститут технологічного лідерства (TLI) і є Викладач викладача університету і професор електротехніки та комп'ютерної інженерії в університеті Міннесоти. Він працює над створенням інтелектуальної, безпечної та стійкої інфраструктури. Він веде великі проекти в розумних сітках, є головою правління IEEE Smart Grid, і вважається батьком розумної сітки.
