Grid-kestävyyden ymmärtäminen

Vaikka luotettavuus mittaa kykyä toimia normaaleissa olosuhteissa ja toipua rutiinivirheistä, sietokyky keskittyy [-tehokkaisiin, matalataajuisiin tapahtumiin[[]], kuten pyörremyrskyihin, verkkohyökkäyksiin, geomagneettisiin myrskyihin tai koordinoituun fyysiseen sabotaasiin. Joustava verkko on suunniteltu ennakoimaan uhkia, ottamaan vastaan iskuja, nopeasti palauttamaan toiminnallisuutta ja mukauttamaan rakennettaan tulevaisuuden haavoittuvuuden vähentämiseksi. Tämä moniulotteinen kyky edellyttää investointeja fyysiseen omaisuuteen, digitaaliseen valvontaan, toimintaprotokolliin ja inhimilliseen pääomaan.

Yhdysvaltain energiaministeriö (DOE) määrittelee verkon sietokyvyn ... Kyky valmistautua muuttuviin olosuhteisiin ja sopeutua niihin sekä kestää ja toipua nopeasti häiriöistä.............................................................................................................................................................................................................................

Tärkeimmät kustannuskomponentit

Infrastruktuurin parantaminen

Kaikkien sietokykystrategioiden selkäranka on fyysinen infrastruktuuri. Tähän kuuluu puupylväät korvaaminen teräs- tai komposiittivaihtoehdoilla, valikoitujen jakelulinjojen hautaaminen metsäpalo- tai pyörremyrsky-altistuneiden vyöhykkeiden ja tulvien torjunta-asemien vahvistaminen. Yhdysvaltain kansalaisinsinöörien yhdistyksen mukaan Yhdysvaltain siirto- ja jakelujärjestelmä vaatii arviolta 200 $300 miljardia investointeihin vuoteen 2030 mennessä luotettavuuden ja sietokyvyn puutteiden korjaamiseksi.

  • Asennuksen kovettuminen:[] Laitteiden nostaminen tulvan yli, palonesto esteiden lisääminen ja tarpeettomien muuntajien asentaminen voivat nostaa kustannuksia 30..50% per sähköasema.
  • Maanalainen kaapelit:[ Hautaaminen yläpuolella maksaa $1...3 miljoonaa dollaria maili, kun taas $200.000.500.000 dollaria yläpuolella rakentaminen, mutta voi dramaattisesti vähentää sammumisen kestoa myrskyjen aikana.
  • Mikrogridin käyttöönotto:[ yhteisön mittakaavassa toimivat mikrogridit, jotka voivat saariutua pääverkosta hätätilanteessa, vaihtelevat miljoonasta 10 miljoonaan dollariin koosta ja monimutkaisuudesta riippuen.

Teknologian integrointi

Digitaalisen älykkyyden verkkoa on uudistettava reaaliaikaisen tilannetietoisuuden ja automaattisen reagoinnin kannalta.

  • Advanced Metering Infrastructure (AMI):[] Älymittarit ja viestintäverkot maksavat 200 $400 per mittari asennettuna, mutta mahdollistaa nopeamman sammutuksen havaitsemisen ja kuorman hallinnan.
  • Distribution Automation:[ Anturit, kytkimet ja kaukopääteyksiköt (RTU), jotka voivat eristää viat ja ohjata voiman ilman ihmisen väliintuloa. Tyypillinen automaattinen syöttölaitepäivitys maksaa $50,000.150,000 dollaria.
  • Phasor Measure Units (PMU):[] Suurnopeussensorit, jotka valvovat verkon vakautta eri puolilla laajoja alueita. Pohjois-Amerikan SynchroPhasor-ohjelma on sijoittanut yli 300 miljoonaa dollaria PMU-käyttöön.

Uusiutuvan energian integrointi

Tuotantoportfolioiden monipuolistaminen aurinko-, tuuli- ja varastointitoiminnoilla parantaa sietokykyä vähentämällä riippuvuutta kaukolähetyksestä ja tarjoamalla paikallista tukea.

  • Kohdemittakaavan aurinko: 0,80 $1.10/watti asennettuna (2023 keskiarvo), maa- ja yhteenliittämiskustannukset lisättynä 10..20%.
  • Akun energian varastointi:[ Litium-ionijärjestelmät maksavat 350 $ 600 kWh:ta kohti, mutta pumppuvesi- tai virtausakut voivat olla taloudellisempia 8 tunnin+ kestoa.
  • Valmiusarvo:[] Verkon on vastattava uusiutuvien energialähteiden ajoittaisesta luonteesta, joka edellyttää lisäsynnytinvoimavaroja tai varastointia, mikä voi lisätä 15.25 prosenttia järjestelmän kokonaiskustannuksiin.

Kyberturvallisuustoimenpiteet

Verkko digitalisoituu, verkkouhkat lisääntyvät. Operatiivisen teknologian (OT) suojelu edellyttää:

  • Verkkosegmentti:[ Eristäminen yrityksen IT . Tyypillinen kustannus $500,000... 2 miljoonaa dollaria / hyötyosuus.
  • Tunnistusjärjestelmät (IDS):[] Käyttöönotto anturit ja analytiikka alustat seurata poikkeavaa liikennettä, maksaa $100,000.500.000 dollaria vuodessa per ohjauskeskus.
  • Työntekijöiden koulutus:[ Jatkuvat kyberturvallisuustietoisuusohjelmat, usein NERC CIP standardien valtuuttamana, lisäävät $50.200 dollaria työntekijää kohti vuodessa.

Sähkövoimalaitoksen vuonna 2023 laatimassa raportissa arvioidaan, että Yhdysvaltain sähköalan on käytettävä vuosittain 7...10 miljardia dollaria kyberturvallisuustoimenpiteisiin seuraavan vuosikymmenen aikana riittävän suojan ylläpitämiseksi.

Koulutus ja huolto

Laitteisto ja ohjelmistot ovat vain yhtä tehokkaita kuin ihmiset, jotka käyttävät niitä. Tehokkaita selviytymiskykyohjelmia ovat:

  • Simulointipohjainen koulutus:[ Toistuvat tabletop harjoitukset ja ruudukko-mittakaavat maksavat 200 000 dollaria vuodessa isolle hyödykkeelle.
  • Työvoimakehitys:[] Rekrytointi ja insinöörien pitäminen erityisosaamisena selviytymiskyvyn suunnittelussa .
  • Ennakoiva huolto:[ Helikopteripohjaiset linjatarkastukset, lämpökuvaus ja kasvillisuuden hallinta voivat maksaa $5000.15.000 dollaria mailia vuodessa.

Kustannusten arviointimenetelmät

Ylä-alas vs. ala-alas-lähestymistavat

Esimerkiksi vuoden 2021 sähkönsiirron leikkauksen . ... tutkimuksessa asetettiin Yhdysvaltain vuotuiset käyttökatkosten kustannukset 70...150 miljardiin dollariin, mikä tarjoaa perustan oikeutetuille investoinneille. Alhaalta ylöspäin suuntautuvat lähestymistavat sen sijaan alkavat erityishankkeilla (esim. erityisellä tulvaseinällä) ja mittakaavalla ylöspäin. Molemmat menetelmät ovat tarpeen: ylhäältä alaspäin politiikan ajamiseen, alhaalta ylöspäin budjettia jaettaessa.

Elinkaarikustannusten analyysi (LCCA)

Resilience-investoinneilla on usein pitkät takaisinmaksuajat. LCCA:n osuus alkupääomasta, käytöstä, kunnossapidosta ja käytöstä poistamisesta aiheutuvista kustannuksista on pitkä. Esimerkiksi 5 miljoonan dollarin mikrogrid-mikrogridi voi maksaa ylläpitoon 200 000 dollaria vuodessa, mutta välttää 2 miljoonan dollarin käyttökatkosten tappiot vuosittain 20 vuoden aikana. Nykyarvo (NPV) ja hyöty-kustannussuhteet (BCR) ovat standardimittareita. National Institute of Standards and Technology (NIST) tarjoaa LCCA-työkalun, joka on räätälöity infrastruktuurin sietokyvyn mukaan.

Probabilistinen riskinarviointi

Koska epävarmuus katastrofeista, deterministiset kustannusarviot ovat riittämättömiä. Probabilistinen menetelmät antavat todennäköisyyksiä eri vaara skenaarioita (esim., kategoria 5 hurrikaani iskee Houston kerran 50 vuodessa) ja laskea odotettavissa vuotuisia tappioita. Monte Carlo simulaatiot käytetään yleisesti. Tämä lähestymistapa auttoi New York Public Service Commission oikeuttaa $1,3 miljardia myrsky kovettumisen investointeja jälkeen Superstorm Sandy.

Kustannusten arvioinnin haasteet

Tietojen rajoitukset

Monet palvelut eivät seuraa keskeytyskustannuksia rakeisesti. Asiakas keskeytyskustannukset vaihtelevat sektoreittain (asuin- ja teollisuuskustannukset) ja kestoittain (1-tuntinen keskeytys vs. kolmen päivän sähkökatkos). Ilman korkean resoluution tietoja kustannus-hyötyanalyysit voidaan poistaa suuruusluokan mukaan. [DOE-verkkotukijärjestelmän ja heimotason Formula Avustukset[ edellyttävät parempaa tiedonkeruuta rahoituksen edellytyksenä.

Tekniikan epävarmuus

Kehittyvällä teknologialla, kuten solid-state muuntajilla, verkkoa muokkaavilla inverttereilla tai koneoppimiseen perustuvilla kehittyneillä analytiikoilla, on epävarmoja tuloksia ja kustannustrejektoreja. Päätös investoida voimakkaasti yhteen teknologiaan voi olla hukkautunut, jos huomenna syntyy halvempi vaihtoehto. Mukautuva suunnittelu ja modulaarinen suunnittelu voivat lieventää tätä riskiä mutta edellyttää alkujoustoa.

Politiikka ja sääntely

Kustannusten kattamismekanismit vaihtelevat valtioittain. Jotkut sääntelyviranomaiset antavat yleishyödyllisille laitoksille mahdollisuuden ansaita tuottoa häiriönsietokykyä koskevista investoinneista, kun taas toiset kohtelevat niitä tavanomaisina kuluina. FERC-määräys 2222 (jaettujen energiavarojen salliminen osallistua tukkumarkkinoihin) luo sekä mahdollisuuksia että kustannuskompleksisuutta. Lisäksi poliittiset syklit voivat suistaa raiteilta pitkän aikavälin suunnitelmat .

Tapaustutkimukset kansallisissa elvytysinvestoinneissa

... Talvimyrsky Uri (2021)

Sen jälkeen katastrofaalisen jäätymisen, joka jätti miljoonia ilman sähköä päiväkausiksi, Texas päätöksentekijät hyväksyivät 2,5 miljardia dollaria talvehtimiseen ja verkon parantamiseen. Sähkön luotettavuusneuvoston (ERCOT) kattava kustannusarvio totesi, että vältetyt taloudelliset tappiot (arviolta 125 miljardia dollaria) oikeuttivat investoinnin yhden tapahtuman aikana. Valtion lähestymistapa sisältää nyt pakolliset sääolojen standardit ja uuden maakaasuinfrastruktuurin.

Puerto Rico ... Marian jälkeen

Kun Maria-pyörremyrsky tuhosi 80 prosenttia saaren verkosta, Puerto Rico Electric Power Authority (PREPA) varmisti 13 miljardia dollaria liittovaltion varoja täydelliseen uudelleenrakennukseen. National Renewable Energy Laboratory (NREL)[] teki yksityiskohtaisen kustannus-hyötyanalyysin, jossa verrattiin perinteistä koventumista mikrogrid-pohjaiseen ratkaisuun. Tutkimuksessa todettiin, että hajautettu, uusiutuvan energian käyttö vähentää pitkän aikavälin kustannuksia 30 prosenttia verrattuna vanhan järjestelmän jälleenrakentamiseen.

Japani ... Maanjäristys ja tsunamivalmius

Japani.Sanotaan Kansainvälinen energiavirasto[, Japani.Sen vuotuinen verkko-hillintämeno keskimäärin 6 miljardia dollaria, mutta yhden M9 maanjäristyksen aiheuttamien vahinkojen arvioidaan ylittävän 50 miljardia dollaria.

Päätelmät

Kustannusarvion on vastattava fyysisen kovenemisen, digitaalisen älykkyyden, uusiutuvan energian monipuolistumisen, kyberturvallisuuden ja ihmisten kapasiteetin varaan. Menetelmät, kuten elinkaarikustannusanalyysi ja probabilistinen riskien arviointi, eivät ole yksinkertaisia, vaan haasteita, kuten datakuilu ja sääntelyn pirstoutuminen, ovat edelleen olemassa. Tapaustutkimukset Texasista, Puerto Ricosta ja Japanista osoittavat, että vaikka alkukustannukset ovat korkeat, vältetyt taloudelliset ja sosiaaliset häiriöt tuottavat tyypillisesti voimakkaan tuoton investoinneille. Poliittisten päättäjien ja laitosten on jatkettava kustannusarvioiden ja muuttuvien geopoliittisten toimintaympäristöjen kehittämistä ja saatava aikaan liittovaltion rahoitusohjelmia (esim. ]) ja hyväksyttävä mukautuva suunnittelu, jotta varmistetaan, että verkko pystyy selviytymään muuttuvan ilmaston ja kehittyvän geopoliittisen ympäristön uhkista.