Hajautettu energiahuolto (DER) muuttaa maailmanlaajuista energiaympäristöä siirtämällä sähköntuotantoa suurista kaukovoimaloista pienempiin paikallisiin laitoksiin, jotka ovat suoraan yhteydessä jakeluverkkoon. Nämä resurssit . Näihin kuuluvat kattopaneelit, pienet tuulivoimalat, akkuvarastojärjestelmät ja hallittavat kuormitukset.Näiden käyttöönoton kiihtyessä DER-laitokset muuttavat perusteellisesti sähkön tuotantoa, toimittamista ja kulutusta ja asettavat uusia vaatimuksia perinteiselle jakeluinfrastruktuurille, joka on alun perin suunniteltu yksisuuntaista sähkövirtaa varten.

Mitä hajautetut energiavarat ovat?

Hajautettu energialähde tarkoittaa modulaarista, pienimuotoista sähköntuotantoa ja varastointia, jotka sijaitsevat lähellä kulutuspistettä. Toisin kuin keskitetty tuotanto, joka perustuu muutamaan suurjännitesiirtojohtoihin liitettyyn suureen voimalaitokseen, DER-energia on sijoitettu jakelutasolla.

  • Solaariset aurinkosähköjärjestelmät ... Katto- tai maadoituspaneelit, jotka muuntavat auringonvalon sähköksi ja joiden kapasiteetti vaihtelee muutamasta kilowatista useisiin megawattiin.
  • Tuuliturbiinit[ .
  • akkujen energianvarastointijärjestelmät (BESS)[] . ... ....Litium-ioni, virtaus tai muut akkuteknologiat, jotka varastoivat ylituotantoa myöhempää käyttöä varten, tarjoavat verkkopalveluja, kuten huippuajon ja taajuuden säätelyn.
  • Yhdistetyt lämpö- ja sähköyksiköt[ . Järjestelmät, jotka tuottavat sekä sähköä että hyödyllistä lämpöenergiaa yhdestä polttoainelähteestä, usein maakaasusta tai biomassasta.
  • Sähköiset ajoneuvon (EV) laturit, joiden teho on ajoneuvon ja grid-järjestelmän (V2G) valmius [] . Kaksisuuntaiset laturit, joiden avulla EV-akut voivat viedä tehon takaisin verkkoon.
  • Ohjattavat kuormitukset[ . . Älykkäät laitteet, vedenlämmittimet ja LVI-järjestelmät, joita voidaan kauko-ohjata siirtämään kysyntää verkko-olosuhteiden mukaisesti.

DER:t ovat tyypillisesti yksityisten, yritysten tai kolmansien osapuolten kehittäjien omistuksessa perinteisten yleishyödyllisten palvelujen sijaan. Tämä omistusmalli mahdollistaa kuluttajien valinnanvaran lisäämisen, energiaomavaraisuuden ja sähkömarkkinoille osallistumisen. U.S. Energy Department []:n mukaan jakautunut aurinkokapasiteetti ylitti 40 gigawattia Yhdysvalloissa vuoden 2023 alkuun mennessä, mikä merkitsee dramaattista kasvua viime vuosikymmenen aikana.

Miten DER:t muuttavat perinteistä jakeluinfrastruktuuria

Perinteinen jakeluverkko on suunniteltu yksisuuntaiseen sähkönsiirtoon keskustuotantoasemilta siirtojohtojen, sähköasemien ja syöttölaitteiden kautta loppukuluttajille. DER-järjestelmät tuovat kaksisuuntaisia virtoja, jaksottaista tuotantoa ja vaihtelevia sähkönlaatuolosuhteita. Nämä muutokset luovat sekä mahdollisuuksia että haasteita jakeluverkonhaltijoille.

Keskiverkkoihin kohdistuva kuormitus on vähentynyt

Kun DER tuottaa sähköä paikallisesti, keskussiirto- ja jakeluresurssit kokevat pienempää nettokysyntää auringonpaistehuippujen tai tuulisten jaksojen aikana. Tämä voi lykätä kalliita päivityksiä sähköasemiin ja siirtojohtoihin, vähentää pitkän matkan kuljetuksista aiheutuvia energiahäviöitä ja parantaa järjestelmän yleistä tehokkuutta. Joillakin alueilla suuri DER-käyttö on mahdollistanut sen, että laitokset eivät pysty rakentamaan uusia huippuvoimaloita. Vähentynyt kysyntä merkitsee kuitenkin myös sitä, että volyymiin perustuvaan myyntiin perustuvien yleishyödyllisten laitosten tulot vähenevät.

Ruuduston vakaus ja jännitteen hallinta

Suuri levinneisyys vaihteleva uusiutuvat DERs. erityisesti aurinko PV.Voivat aiheuttaa jännitevaihteluja, käänteisiä tehovirtoja jakelusyöttimien, ja potentiaaliset ylijänniteolosuhteet, kun tuotanto ylittää paikallisen kuormituksen. Jakelujärjestelmiä ei alun perin suunniteltu tällaisia skenaarioita. Edistyneet invertteri teknologiat älykkään verkon viestintä voi auttaa lieventämään näitä vaikutuksia tarjoamalla reaktiivinen teho tuki, jännitesääntely, ja asematason ohjaus. Kuitenkin ilman asianmukaista suunnittelua ja aktiivista hallintaa, apuohjelmat voivat kohdata luotettavuus kysymyksiä, kuten taajuuspoikkeamat ja suojaus koordinointi ongelmia.

Infrastruktuurin kehittämistarpeet

Jotta suuret määrät DER-yhdisteitä voidaan turvallisesti integroida, jakeluverkot vaativat nykyaikaistamista.

  • Johtuvat syöttölaitteet[, joilla voidaan käsitellä lisääntynyttä kapasiteettia ja kaksisuuntaisia virtoja.
  • Värityssäätimien ja kondensaattorien asentaminen tehon laadun ylläpitämiseksi.
  • Asentimet ja tietoliikenneverkot [ reaaliaikaista seurantaa ja valvontaa varten.
  • Hajautettujen energianhallintajärjestelmien (DERMS) integrointi tuhansien pienten generaattorien koordinoimiseksi.

National Renewable Energy Laboratory (NREL) on julkaissut laajan tutkimuksen, joka osoittaa, että ennakoiva verkkouudistaminen pikemminkin kuin reaktiiviset korjaukset .

Grid modernisointi ja älykkäät verkkotekniikat

Jakeluinfrastruktuurin nykyaikaistaminen älykkäillä verkkoteknologioilla on olennaisen tärkeää, jotta DER-järjestelmien koko potentiaali voidaan hyödyntää samalla kun säilytetään luotettavuus. Älykkäät verkot mahdollistavat kaksisuuntaisen viestinnän apulaitteiden ja DER-laitteiden välillä, mikä mahdollistaa automaattiset vastaukset muuttuviin olosuhteisiin.

Kehittyneet mittausinfrastruktuurit

Älymittarit tarjoavat rakeista, aikasynkronoitua tietoa kulutuksesta ja tuotannosta. Tämän tiedon avulla apuohjelmat voivat toteuttaa aika-käyttöasteita, havaita sammumiset nopeammin ja todentaa nettomittaushyvitykset. AMI tukee myös kysynnänohjausohjelmia, jotka siirtävät kuormitusta vastaamaan uusiutuvan energiantuotannon huippuja.

Jakeluautomaatio

Automaattiset kytkimet, rekkalukijat ja vikapaikannusjärjestelmät voivat eristää katkokset ja konfiguroida syöttölaitteet manuaalisesti mahdollisimman pienellä määrällä. DER-saarekeominaisuuksiin yhdistettynä nämä järjestelmät voivat luoda mikrogridejä, jotka jatkavat kriittisten kuormien palvelemista verkon laajuisten sähkökatkosten aikana. IEEE-standardi 1547-2018 antaa ohjeita DER-järjestelmien yhteenliittämisestä ja yhteentoimivuudesta jakeluautomaation kanssa.

Energian varastointiin integroituminen

Akun varastointi toimii puskurina jaksottaiselle DER-tuotolle, tasaavalle vaihtelulle ja nopealle reagoivalle kapasiteetille. Varastojärjestelmät voivat absorboida ylisuurta aurinkotuotantoa keskipäivän aikana ja vapauttaa iltahuippujen aikana, siirtäen uusiutuvaa energiaa tehokkaasti korkeamman arvon hetkiin. Apuohjelmat kytkevät yhä enemmän aurinkoa jakelun yhteydessä, jotta voidaan lykätä päivityksiä ja parantaa luotettavuutta. [DOE.s Solar Energy Technologies Office[ korostaa varastointia keskeisenä mahdollistajana korkea-aktiivisuuden uusiutuville sähköverkoille.

Taloudelliset ja sääntelyyn liittyvät näkökohdat

DER:ien taloudellinen elinkelpoisuus riippuu esimerkiksi nettomittauksesta, syöttötariffien käyttöönotosta, verokannustimista ja markkinoille pääsystä.

Nettomittaukseen ja tariffimalleihin liittyvät mallit

Nettomittaus mahdollistaa DER-omistajien saada luottoa ylituotanto syötetään takaisin verkkoon. Kun DER levinneisyys kasvaa, jotkut yleishyödylliset väittävät, että nettomittaus siirtää kustannuksia muille kuin osallistujille, mikä johtaa keskusteluihin korkouudistus. Vaihtoehtoisia tariffirakenteita. Vaihtoehtoisia tariffirakenteet . Kuten nettolaskutus, buy-all-all-all-all-järjestelyt, tai kiinteät maksut. Kokeillaan paremmin yhdenmukaistaa korvausta arvoon DER palvelut. Huolellinen suunnittelu on tarpeen säilyttää tasapuolisen kustannusten takaisinsaamisen ja säilyttää kannustimia puhtaan energian käyttöönottoa.

Markkinaosuus ja markkinoiden yhdistäminen

Yksittäiset DER-yritykset ovat liian pieniä osallistumaan suoraan tukkumarkkinoihin. Aggregatoijat.Kolmannen osapuolen yritykset, jotka yhdistävät tuhansia DER-yrityksiä, voivat tarjota näitä resursseja tarjotakseen kapasiteettia, energiaa ja oheispalveluja markkinoille. Yhdysvaltain energia-alan sääntelykomissio (FERC) Tilaus 2222 avasi nämä markkinat yhdistetyille jaetuille resursseille, mikä on virstanpylväs, jota alueelliset siirto-organisaatiot edelleen toteuttavat. Tämä sääntelyn muutos antaa kuluttajille mahdollisuuden ansaita tuloja DER-markkinoiltaän ja tarjota samalla verkkopalveluja, jotka parantavat luotettavuutta.

Tulevaisuuden näkymät

DER:ien integrointi ei ole ohimenevä suuntaus vaan perustavanlaatuinen muutos kohti hajautettua, vähähiilistä ja digitalisoitua energiajärjestelmää. Aurinko-, tuuli- ja akkukustannusten laskun myötä sähköajoneuvojen lisääntyessä vaikutukset jakeluinfrastruktuuriin syvenevät.

  • Mikrogridien laajentaminen[ . Yhteisö ja kampuksen mikrogridit toimivat yhä enemmän sekä verkkoon yhteydessä että saarilla, mikä edellyttää kehittyneitä valvontatoimia ja paikallisia energiamarkkinoita.
  • Tekoäly ja koneoppiminen[ ... ....................................................................................................................................................................................................................................
  • Sähköinen ajoneuvon integrointi[ . V2G-kelpoiset autot voivat tulla liikkuviksi varastoiksi, mutta ne vaativat merkittäviä jakelupäivityksiä latauksen käsittelemiseksi.
  • Politiikan kehityksen[ . Valtion ja liittovaltion politiikkojen on kehityttävä tasavertaisen pääsyn, verkon luotettavuuden ja kustannusten kohdentamisen tueksi. [IEEE Smart Grid -yhteentoimivuusstandardit luovat perustan tekniselle ja sääntelylliselle johdonmukaisuudelle.

Politiikantekijöiden, yleishyödyllisten palvelujen, teknologian tarjoajien ja kuluttajien on tehtävä yhteistyötä tulevaisuuden suunnittelussa, jossa DER-järjestelmät vahvistavat verkon toimintaa eivätkä rasita sitä. Infrastruktuuri-investoinnit, päivitetyt asetukset ja verkkotietoinen käyttöönotto voivat tehdä haasteista mahdollisuuksia.