הערכה של בניית תשתית אנרגיה לאומית

הבנה של עמידות גריידית

עמידות בהקשר של רשת אנרגיה לאומית הולכת מעבר לאמינות המסורתית.בעוד שאמינות מודדת את היכולת לפעול בתנאים רגילים ולהחלים מפגמים שגרתיים, חוסן מתמקד ב-FLT:0-גבוה, אירועים נמוכים- ⁇ FLT:1 כגון הוריקנים, התקפות סייבר, סופות גיאומגנטיות, או חבלה פיזית מתואמת.

מחלקת האנרגיה של ארה"ב מגדירה עמידות רשתית כ"היכולת להתכונן ולהתאים לשינויים בתנאים ולעמוד במהירות משיבושים" "השגת זה כרוכה בשדרוג תשתיות ההזדקנות, פריסת ניטור מתקדם ואוטומציה, צמצום מקורות אנרגיה, ורכיבים פיזיים קשים נגד מזג אוויר קיצוני.

המונחים:

שדרוגים

עמוד השדרה של כל אסטרטגיית החוסן הוא תשתיות פיזיות.זה כולל החלפת קטבים מעץ עם פלדה או חלופות מורכבות, לקבור קווי הפצה נבחרים באזורי הונאה או הוריקן-הוריקן, וחיזוק תת-קרקעיות נגד הצפה.על פי האגודה האמריקאית של מהנדסים אזרחיים, מערכת השידור והפצה של ארה"ב דורשת הערכה של FLT:0200 מיליארד דולר לאמינות של 2030:

• (FLT:0)ההתמדה: FLT:1 , העלאת ציוד מעל רמות הצפה, הוספת מחסומים עמידים באש, והתקנת המשתנים האדומים יכולה להגדיל את העלויות של 30–50% ל substation.
• (FLT:0) הובלת כבלים:FLT:1Buildying overhead line עולה 3 מיליון דולר לקילומטר, בהשוואה ל-200,000 דולר - 500,000 דולר לבנייה מעל פני השטח, אך יכול להפחית באופן דרמטי את משך הזמן במהלך סופות.
• (FLT:0Microgrid הפריסה: FLT:103) מיקרו-grids בקנה מידה קהילתי, אשר יכול לאי מהרשת העיקרית במהלך מקרי חירום, טווח בין מיליון דולר ל-10 מיליון דולר בהתאם לגודל ולמורכבות.

טכנולוגיה

מודרניזציה של הרשת עם אינטליגנציה דיגיטלית חיונית למודעות המצבית בזמן אמת ותגובה אוטומטית.

• (FLT:0) Advanced Metering Infrastructure (AMI): ההרחבה החכמה של מד"ר ורשתות תקשורת עולים 200 $- $ 400 למטר מותקן, אך מאפשרים זיהוי מהיר וניהול עומס.
• (FLT:0)Distribution Automation: FLT:1 חיישן, מתגים ויחידות מסוף מרוחקות (RTUs) שיכולות לבודד תקלות ולנתב מחדש כוח ללא התערבות אנושית.
• (FLT:0) יחידות מדידה (PMUsssib): חיישנים מהירים 1:1 לפקח על יציבות הרשת על פני אזורים רחבים.תוכנית SynchroPhasor בצפון אמריקה השקיעה מעל 300 מיליון דולר בפריסת PMU.

חידוש אינטגרציה אנרגיה

צוואת הדור צודי עם השמש, הרוח והאחסון משפרת את החוסן על ידי צמצום התלות בתמסורת למרחקים ארוכים ולספק גיבוי מקומי.

• (FLT:0) אור שמש בקנה מידה בינוני: FLT:1 ,0.10 $ לוואט מותקן (2023 בממוצע), עם עלויות קרקע וחיבור מוסיפים 10%-20%.
• (FLT:0) אחסון אנרגיה חומרי: FLT:1 מערכות ליתיום-יון עולה 350-600 דולר ל- קילוואטה, אך סוללות הידרו או זרימה מומשות יכולות להיות כלכליות יותר למשך 8 שעות + משך.
• ערך השפע:0 (Capacity Values: FLT:1) הרשת חייבת לקחת בחשבון את האופי לסירוגין של מתחדשים, הדורשים עתודות ספינים או אחסון נוספים, אשר יכולים להוסיף 15-25% עד העלות הכוללת של המערכת.

מדדי אבטחת סייבר

ככל שהרשת הופכת ליותר דיגיטלית, איומים ברשת עולים על הטכנולוגיה התפעולית (OT) דורשים:

• (FLT:0Network Sclementation:0Network) : ⁇ 1:1 ,Isolating מערכות בקרה מ- IT תאגידי - מחיר טיפוסי של 500,000 $ 2 מיליון דולר לכל תועלת.
• מערכות זיהוי חדירה (IDS): ההרחבה 1 (FLT:0) , מינוף חיישנים ופלטפורמות ניתוח כדי לפקח על תנועה בלתי-אטומית, בעלות של 100,000 $- 500,000 דולר בשנה למרכז הבקרה.
• (FLT:0) ניהול עובדים: תוכניות מודעות אבטחת סייבר מתמשך, לעתים קרובות מקודמות על ידי תקני CIP של NERC, להוסיף $ 50-200 לעובד בשנה.

דו"ח של מכון המחקר של חשמל חשמלאי מעריך כי המגזר החשמלי בארה"ב יצטרך להוציא את ה-FLT:0 מיליארד דולר בשנה 10 מיליארד דולר בשנהFLT:1 על אמצעי אבטחת סייבר בעשור הבא כדי לשמור על הגנה נאותה.

אימון ותחזוקה

תוכנות קשיחות ותוכנה יעילות רק כאנשים המפעילים אותן.

• (FLT:0) הכשרה מבוססת סייג: FLT:1 , Recurring Tabletop תרגילים ו- Network-scale תרגילים עולים 200 אלף דולר - מיליון דולר בשנה עבור שירות גדול.
• פיתוח כוח העבודה:0 (FLT:1 גיוס ושימור מהנדסים עם ידע מיוחד בעיצוב חוסן - פרמיות שכר טיפוסיות של 10-20% מעל הממוצע.
• (FLT:0) תחזוקה מקדימה: 1FLT:1 פיקוח קו מבוסס הליקופטר, סריקה תרמוגרפית וניהול צמחייה יכול לעלות 5,000 $ לקילומטר בשנה.

שיטות אסטיגמציה

Top-Down vs. Bottom-Up Accesses

מחקרים מובילים, כגון אלה על ידי קבוצת ה- DOE או קבוצת Brattle, מעריכים את סך צרכי ההשקעה של החוסן על ידי regregregating נתונים בתעשייה כולה.לדוגמה, המחקר "Cost of Power Interruptions" לשנת 2021 קובע את העלות השנתית של זרמים בארה"ב ב- 70–150 מיליארד דולר, המספק בסיס לגישות חד-צדדית, בניגודיות ספציפיות לצמצום (התקציב) הן ברמה נמוכה יותר מלמטה.

ניתוח מחזור חיים (LCCA)

השקעות חוסן יש לעתים קרובות תקופות של תגמול ארוכות.LCCA חשבונות עבור הון ראשוני, תפעול, תחזוקה, ובסופו של דבר ביטול עלויות.לדוגמה, $ 5 מיליון microgrid עשוי לעלות 200 אלף דולר בשנה בתחזוקה, אבל להימנע מ 2 מיליון דולר בהפסדים מחוץ לשכר שנתי על פני 20 שנים חיים. Net Present Value (NPV) ויחסי עלות תועלת (BCR) הם סטנדרטיים של המכון הלאומי של התקנים וטכנולוגיה (N) מספק כלי מותאמים ל-RIST).

הערכת סיכונים Probabilistic Risk Assessment

בהתחשב באי הוודאות של אסונות, הערכות עלות ⁇ אינן מספיקות.שיטות פרוביביליסטיות מבססות את הסיכויים לתרחישים שונים של סיכונים (למשל, הוריקן מסוג 5 מכה את יוסטון פעם בכל 50 שנה) והפסדים השנתיים הצפויים.הסימולציות מונטה קרלו משמשים בדרך כלל. גישה זו סייעה לועדת השירות הציבורי של ניו יורק להצדיק 1.3 מיליארד דולר בהשקעות קשות לאחר סופת העל סנדי.

אתגרים ב- Cost Assessment

הגבלת נתונים

שירותים רבים אינם עוקבים אחר עלויות הזכאות של הלקוח באופן חריג, עלויות משתנות על ידי מגזר (העברה נגד התעשייה) ומשך (שעה 1 שעה אחת לעומת 3 ימים שחור ללא נתונים עתירי גבוה, ניתוחי עלות-תועלת יכול להיות כבוי על ידי פקודות של גודל.

חוסר ודאות טכנולוגית

טכנולוגיות מתפתחות, כגון ממירי מדינה מוצקה, משווקים ברשת או ניתוח מתקדם המבוסס על למידת מכונה, יש ביצועים לא בטוחים ועלויות מסלול. החלטה להשקיע בכבדות בטכנולוגיה אחת היום עלולה להיות מחוספסת אם חלופה זולה יותר מופיעה מחר. תכנון הסתגלות ועיצוב מודולרי יכול להקטין את הסיכון הזה אבל דורש גמישות ראשונית.

מדיניות ושיקום הידרדרים

מנגנוני שיקום עולים משתנים על ידי המדינה.כמה רגולטורים מאפשרים שירותים להרוויח החזר על השקעות חוסן, בעוד אחרים מתייחסים אליהם כהוצאות רגילות.המסדר FERC 2222 (אפשרות מקורות אנרגיה מבוזרים להשתתף בשווקים סיטונאיים) יוצרות הן הזדמנויות והן עלות מורכבות.בנוסף, מחזורים פוליטיים יכולים לפגוע תוכניות לטווח ארוך - שיעור ניכר בהתקדמות של הקטנת שריפות בר בקליפורניה.

מחקרים ב-National Resilience Investment

סופה חורף אוארי (2021)

בעקבות הקפאה הקטסטרופלית שהשאירה מיליוני דולרים ללא חשמל במשך ימים, קובעי המדיניות בטקסס אישרו 2.5 מיליארד דולר לחורף ושיפורי רשת.הערכה מקיפה של עלות של מועצת האחריות החשמלית של טקסס (ERCOT) כי ההפסדים הכלכליים המנמנעים (התמונים ב-125 מיליארד דולר) הצדיקו את ההשקעה בתוך אירוע יחיד.

פורטו ריקו - Post-Maria Reשיקום

לאחר שהוריקן מריה הרס 80% מהרשת של האי, רשות הכוח של פורטו ריקו (PREPA) הבטיחה 13 מיליארד דולר בכספים פדרליים לשיקום מלא.ה-FLT:0 National Renewable Energy Laboratory (NREL)FLT:1 ביצע ניתוח עלות מפורטת של עלויות-תועלת השוואת קשיחות מסורתית עם פתרון מבוסס מיקרוגריד.

יפן – רעידת אדמה וטסונומי היכונו

תוכנית החוסן של רשת יפן, המואצת לאחר אסון Fukushima משנת 2011 כוללת כרובה תת-קרקעית בטוקיו (מחיר של 4 מיליון דולר לקילומטר), מקטעים אוטומטיים ואחסון סוללות נרחב.על פי FLT:0 Energy AgencyreaFLT:1, רשת החוסן השנתית של יפן מוציאה בממוצע 6 מיליארד דולר, אך נמנעה מנזקים מ-M9 הם מעל רעידת אדמה של 50 מיליארד דולר.

מסקנה

בניית תשתית החוסן של רשת האנרגיה הלאומית אינה הוצאה פשוטה של קו; היא מחויבות אסטרטגית מתמשכת.ערכת העלות חייבת לקחת בחשבון את ההקשה הגופנית, האינטליגנציה הדיגיטלית, הניתוק מחדש, אבטחת הסייבר, והיכולת האנושית.מתודולוגיות כגון ניתוח עלות מחזור חיים והערכה פרוביולוגית חייבת לספק קשיחות, אך אתגרים כמו פערי השקעות ופירוק רגולטוריות נמשך.