درک قابلیت انعطاف پذیری Grid

انعطاف پذیری در زمینه یک شبکه انرژی ملی فراتر از قابلیت اطمینان سنتی است، در حالی که قابلیت اطمینان سنجی توانایی کار در شرایط عادی و بازیابی از خطاهای روزمره را اندازه می گیرد، انعطاف پذیری بر روی بالا، رویدادهای کم فرکانسی [FLT 1] مانند طوفان، حملات سایبری، طوفان های ژئومغناطیسی، یا خرابکاری فیزیکی هماهنگ شده است.

وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) انعطاف پذیری شبکه را به عنوان "توانایی آماده سازی و انطباق با شرایط در حال تغییر و مقاومت و بازیابی سریع از اختلالات" تعریف می کند. دستیابی به این شامل ارتقاء زیرساخت های پیری، استقرار نظارت پیشرفته و اتوماسیون، تنوع منابع انرژی و سخت کردن اجزای فیزیکی در برابر آب و هوا شدید است.

عمده هزینه های

توسعه زیرساخت

ستون فقرات هر استراتژی انعطاف پذیری، زیرساخت های فیزیکی است که شامل جایگزینی قطب های چوبی با جایگزین های فولادی یا کامپوزیت، دفن خطوط توزیع انتخاب شده در مناطق آتش سوزی یا مناطق تحت پوشش طوفان و تقویت زیر جنگل ها در برابر سیل است. [۱] با توجه به جامعه آمریکایی از مهندسان عمران، ایالات متحده انتقال و سیستم توزیع نیاز به یک شکاف تخمین زده شده (FLT:۰٫۰۰-۳۰۰ میلیارد دلار)

  • سخت کردن ایستگاه: افزایش تجهیزات بالاتر از سطح سیل، اضافه کردن موانع مقاوم در برابر آتش، و نصب ترانسفورماتور اضافی می تواند هزینه های 30 تا 50٪ در هر ایستگاه را افزایش دهد.
  • کابل های زیر زمینی: خطوط مرزی با ارتفاع 1 تا 3 میلیون دلار در هر مایل هزینه می کنند، در مقایسه با 2000000 تا 500.000 دلار برای ساخت و ساز سربار، اما می تواند به طور چشمگیری کاهش مدت زمان قطع در طول طوفان.
  • استقرار میکروشبکه: میکروشبکه های اجتماعی مقیاس، که می تواند از شبکه اصلی در زمان های اضطراری، از 1 میلیون دلار به 10 میلیون دلار بسته به اندازه و پیچیدگی.

ادغام تکنولوژی

مدرن سازی شبکه با هوش دیجیتال برای آگاهی از وضعیت واقعی و پاسخ خودکار ضروری است.

  • ] زیرساخت پیشرفته متر مربع (AMI): متر هوشمند و شبکه های ارتباطی هزینه 200-400 دلار در هر متر نصب، اما قادر به تشخیص سریع تر و مدیریت بار.
  • اتوماسیون خودکار: سنسورها، سوئیچ ها و واحدهای ترمینال از راه دور (RTUs) که می تواند خطاهای و قدرت مسیریابی بدون دخالت انسان را جدا کند.
  • واحد اندازه گیری (PMUs): سنسورهای سرعت بالا که نظارت بر ثبات شبکه در مناطق گسترده است.برنامه SynchroPhasor آمریکای شمالی بیش از 300 میلیون دلار در استقرار PMU سرمایه گذاری کرده است.

ادغام انرژی های تجدید پذیر

تنوع نمونه کارها نسل با خورشیدی، باد و ذخیره سازی با کاهش وابستگی به انتقال از راه دور و ارائه پشتیبان گیری محلی، انعطاف پذیری را بهبود می بخشد.

  • در مقیاس خورشید؛ 0.80 دلار - 10 دلار در هر وات نصب (2023 میانگین)، با هزینه های زمینی و اتصال اضافه کردن 10-20٪.
  • ] ذخیره سازی انرژی باتری: سیستم های لیتیوم یون هزینه 350-600 دلار در هر کیلووات ساعت، اما باتری های آبی یا جریان پمپ شده می تواند برای 8 ساعت + مدت بیشتر اقتصادی باشد.
  • ارزش سرمایه داری: شبکه باید طبیعت متناوب از انرژی های تجدید پذیر را در نظر بگیرد، نیاز به ذخایر چرخش اضافی یا ذخیره سازی، که می تواند 15 تا 25 درصد به کل هزینه سیستم اضافه کند.

تدابیر امنیت سایبری

از آنجایی که شبکه دیجیتال سازی می شود، تهدیدات سایبری افزایش می یابد و شبکه های حفاظت از تکنولوژی عملیاتی (OT) نیاز به:

  • تقسیم بندی شبکه: سیستم های کنترل از IT شرکت - هزینه های معمول $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ 50 - 2 میلیون در هر ابزار.
  • سیستم های تشخیص نفوذ (IDS): سنسورهای و سیستم عامل های تجزیه و تحلیل را برای نظارت بر ترافیک غیر عادی، هزینه $ 100،000 - 500،000 $ در هر مرکز کنترل.
  • آموزش استخدام: برنامه های آگاهی از امنیت سایبری، اغلب توسط استانداردهای CIP NERC، اضافه کردن 50 - $ 200 در هر کارمند در سال.

گزارش سال 2023 توسط موسسه تحقیقات برق الکتریکی برآورد می کند که بخش برق ایالات متحده باید برای حفظ حفاظت کافی، 7 تا 10 میلیارد دلار در سال هزینه کند.

آموزش و نگهداری

سخت افزار و نرم افزار تنها به اندازه افرادی که آنها را کار می کنند موثر است.

  • آموزش مبتنی بر تنظیم: تمرین های جدول بالا و مته های مقیاس شبکه هزینه 2000000 تا 1 میلیون دلار در سال برای یک ابزار بزرگ است.
  • توسعه نیروی کار: استخدام و حفظ مهندسان با دانش تخصصی در طراحی انعطاف پذیری - حق بیمه حقوق معمول 10-20٪ بالاتر از متوسط.
  • نگهداری پیش از اختراع: بازرسی خط مبتنی بر هلیکوپتر، اسکن حرارتی و مدیریت پوشش گیاهی می تواند هزینه 5000 تا 15،000 دلار در هر مایل در سال.

روش برآورد هزینه

بالا پایین در مقابل. پایین-Up Approaches

مطالعات بالا به عنوان مثال، مانند مطالعات DOE یا گروه Brattle، تخمین کل نیازهای سرمایه گذاری انعطاف پذیری را با جمع آوری داده های گسترده صنعت برآورد می کنند، به عنوان مثال، مطالعه 2021 "هزینه قدرت Interruptions" هزینه سالانه قطع برق در ایالات متحده را در 70 تا 150 میلیارد دلار، ارائه یک پایه برای سرمایه گذاری قابل اطمینان، روش های کاهش بالا، و خاص است.

تحلیل هزینه های چرخه عمر (LCCA)

سرمایه گذاری های انعطاف پذیر اغلب دوره های بازپرداخت طولانی دارند. LCCA برای سرمایه اولیه، عملیات، تعمیر و نگهداری و هزینه های نهایی کاهش هزینه های جبران خسارت هزینه می کند.به عنوان مثال، یک شبکه 5 میلیون دلاری ممکن است هزینه 200 هزار دلار در سال در تعمیر و نگهداری داشته باشد، اما از ضررهای قابل تحمل سالانه بیش از یک عمر 20 ساله Net Present Value (NPV) و نسبت های استاندارد موسسه فناوری LCIST (استاندارد) برای استاندارد استاندارد های استاندارد استاندارد استاندارد استاندارد است.

ارزیابی ریسک احتمالی

با توجه به عدم قطعیت فاجعه، برآورد هزینه های تعیین کننده کافی نیست. روش های احتمالی برای تعیین احتمالات در سناریوهای مختلف خطر (به عنوان مثال، یک طوفان دسته 5 که هر 50 سال به هیوستون ضربه می زند) و تخمین زده می شود که شبیه سازی های سالانه مونت کارلو معمولا استفاده می شود.این رویکرد به کمیسیون خدمات عمومی نیویورک کمک کرد تا 1.3 میلیارد دلار در سرمایه گذاری های سخت طوفانی پس از Superstorm را توجیه کند.

چالش های ارزیابی هزینه

محدودیت های داده

بسیاری از خدمات هزینه های قطع هزینه را به طور دقیق پیگیری نمی کنند.هزینه های وقفه مشتری توسط بخش (مداخله در مقابل صنعتی) و مدت زمان (یک قطع کننده 1 ساعته در مقابل یک خاموشی 3 روزه) بدون داده های با وضوح بالا، تجزیه و تحلیل هزینه می تواند با سفارشات از تلاش مانند DOE انعطاف پذیر و فرمول [مالیات 1] جمع آوری بهتر از داده ها به عنوان یک وضعیت جمع آوری منابع مالی نیاز دارد.

عدم قطعیت تکنولوژی

فن آوری های نوظهور، مانند ترانسفورماتورهای جامد دولت، اینورتر شبکه یا تجزیه و تحلیل های پیشرفته بر اساس یادگیری ماشین، عملکرد نامشخص و هزینه های هزینه دارند.یک تصمیم برای سرمایه گذاری به شدت در یک تکنولوژی امروز ممکن است در صورتی که یک جایگزین ارزان تر فردا ظهور کند، برنامه ریزی تطبیقی و طراحی مدولار می تواند این خطر را کاهش دهد، اما نیاز به انعطاف پذیری اولیه دارد.

سیاست و تنظیم مقررات Hedles

مکانیسم های بازیابی هزینه توسط دولت متفاوت است.برخی از تنظیم کنندگان اجازه می دهند تا به سرمایه گذاری های انعطاف پذیر بازگردند، در حالی که دیگران آنها را به عنوان هزینه های عادی درمان می کنند. سفارش FERC 2222 (اجازه می دهد منابع انرژی توزیع شده برای شرکت در بازارهای عمده فروشی) هر دو فرصت و پیچیدگی های هزینه ایجاد می کند.علاوه بر این، چرخه های سیاسی می تواند برنامه های بلند مدت را از بین ببرد - یک درس آشکار در پیشرفت نابرابر برنامه های کاهش آتش سوزی در کالیفرنیا.

مطالعات موردی در سرمایه گذاری ملی انعطاف پذیر

تگزاس - طوفان زمستانی Uri (20۲۱)

پس از یخبندان فاجعه بار که میلیون ها نفر را بدون قدرت برای روزها ترک کرد، سیاستگذاران تگزاس به 2.5 میلیارد دلار برای زمستان سازی و بهبود شبکه اجازه دادند.ارزیابی هزینه ای جامع توسط شورای اطمینان الکتریکی تگزاس (ERCOT) نشان داد که زیان های اقتصادی اجتناب شده (که در 25 میلیارد دلار تخمین زده می شود) سرمایه گذاری را در یک رویداد توجیه کرد.این رویکرد دولت در حال حاضر شامل استانداردهای آب و هوا و زیرساخت های جدید گاز طبیعی است.

پورتوریکو - بازسازی پس از مرگ

پس از طوفان ماریا 80 درصد از شبکه جزیره را ویران کرد، اداره برق پورتوریکو (PREPA) 13 میلیارد دلار در صندوق های فدرال برای بازسازی کامل، صندوق های فدرال را تأمین کرد. ] آزمایشگاه انرژی تجدید پذیر ملی (NREL) یک تجزیه و تحلیل دقیق هزینه های دقیق را انجام داد که سخت شدن سنتی با یک راه حل مبتنی بر میکروشبکه را مقایسه کرد که یک روش ذخیره سازی طولانی مدت آن با کاهش یافته است.

ژاپن - زلزله و سونامی آماده

برنامه انعطاف پذیری شبکه ژاپن، پس از فاجعه فوکوشیما در سال 2011 شتاب داده شده است، شامل کابل کشی زیرزمینی در توکیو (با هزینه 4 میلیون دلار در هر مایل)، بخش های خودکار و ذخیره سازی باتری گسترده با توجه به آژانس بین المللی انرژی ، میانگین هزینه های انعطاف پذیری شبکه سالانه ژاپن 6 میلیارد دلار، اما از آسیب های یک زلزله به 50 میلیارد دلار تجاوز می کند.

نتیجه گیری

ساخت یک زیرساخت انعطاف پذیری شبکه انرژی ملی هزینه ساده ای نیست؛ این یک تعهد استراتژیک مداوم است.ارزیابی هزینه باید برای سخت شدن فیزیکی، هوش دیجیتال، تنوع تجدید پذیر، امنیت سایبری و ظرفیت انسانی باشد؛ روش های انعطاف پذیری مانند تجزیه و تحلیل هزینه های چرخه عمر و ارزیابی ریسک احتمالی، سخت افزار را فراهم می کند، اما چالش هایی مانند داده ها و شکاف های نظارتی، ادامه می یابد.