הקדמה: לחשוב מחדש על הרשת מהקרקע

רשת החשמל שמעצמות הציוויליזציה המודרנית תוכנן במקור למשימה פשוטה: לספק חשמל מתחנות כוח גדולות וממרכזות לבתים, לעסקים ולמפעלים.עבור רוב המאה ה-20, שרחוב אחד בכיוון אחד עבד ללא פגם.אבל הנוף האנרגיה עבר באופן דרמטי לוחות סולאריים על גגות, חוות רוח בתחומים כפריים, אחסון סוללות במוסך - משאבים מבוזרים אלה (DER) מזרימים כוח בחזרה לרשת חשמל אקטיבית יותר, ומשחררת את שני יצרני חשמל יציבים.

הבנה של B-Directional Power Flows: More Than Just Reversing Wires

זרימת הכוח של Bi-directional היא היכולת של חשמל לנסוע בשני הכיוונים על אותם קווי הפצה.ברשת unidirectional מסורתית, כוח נע בין תחנות דור באמצעות קווי שידור גבוהים, ולאחר מכן לרשתות הפצה נמוך יותר, ולבסוף כדי סוף סוף-משתמשי קצה.B-directional פועל ממודל זה ברמת ההפצה: כאשר דור מקומי ממערך סולארי או רוח מעבר לביקוש פנימי, הוא פשוט לחץ על גבי זרם של כוח חיצוני, כלומר, לא יכול להיות מכווץ הרבה יותר ויותר, הוא לחץ על פני השטח של מערכת זמן-זמנית מתקדמת, הוא פשוט לדחוף את רמת כוח.

מרכיבים מרכזיים המאפשרים זרימת חשמל דו-כי-פנית כוללים:

  • (FLT:0) מופנים ואלקטרוניקה כוחית FLT:1 מה שממיר DC מפאנלים סולאריים וסוללות לתוך פילטר AC עם הרשת, ויכול גם לנהל כוח תגובתי.
  • (ב) ,0) מ"מ חכמים" (FLT) 1) אשר מתעדים את הצריכה והדור בשני הכיוונים ומעבירים נתונים לשימושים.
  • (ב) ,0) מערכות ניהול תגמול (DMS) ,R1 , ו- (FLT:2) ,Dimation Distribution Automations ReductionFLT 3, אשר מתאמת מתח, מזין ומאזנות, מדביקות באופן דינמי.
  • (ב) למערכות אחסון של אוררגיה (FLT) 1 (ה) שיכולות לספוג דור עודף כאשר זרימת הזרמים מאיימת להפוך אגרסיבית מדי, ולשחרר אותה כאשר הביקוש עולה.

ההשלכות הטכניות הן עמוקות.איכות כוח, זיהוי תקלות, תיאום הגנה ואייתור כל שינוי כאשר הזרם יכול לזרום מן הקצוות לכיוון המרכז.לדוגמה, הגנה על פני הזרם המסורתית מניחה מקור יחיד במעלה הזרם; זרימה דו-כי-כיונית עלולה לגרום לעיוורון הגנה או אי-מחדש. מהנדסים חייבים לעצב מחדש תוכניות הגנה ולאמץ מתגים מהירים כי חושים ושברומים ללא קשר לכיוון.

אדריכלות גריידית לעומת הביקושים המודרניים

העיצוב המקורי של הרשת היה מערכת מעליות, פסיבית.צמחים גדולים של בסיס - אוויר, גרעיני, הידרו - ראן ליד כל הזמן, בעוד צמחים שיא ירו עד כדי לעמוד בספיציפי יום.צרכנרים לא היה תפקיד בדור, ורשת ההפצה הייתה רחוב חד-כימי, המאפשרת לנפץ את צרכי האנרגיה המשתנים והדחף לדה-פחמיון חשפו את המגבלות של מודל האנרגיה של ארצות הברית, אשר לא הייתה זקוקה כעת לזיהומים מקוונים גמישים, ולצורך להפעיל את צרכיהם.

היתרונות העיקריים של B-Directional Power Flows

חשמל מעורר תנועה בשני הכיוונים מביא קערה של יתרונות עבור שירותים, צרכנים והסביבה.למטה, כל תועלת נבחנת בפירוט.

שיפור יכולת הרשת והגמישות

זרימת הכוח של Bi-directional מאפשרת לרשת לספוג את יכולת העצירה ממקורות מתחדשים יותר בחסד.כאשר ענן עובר על חווה סולארית, סוללות מקומיות או DERs אחרים יכולים להזריק את הירידה מיד – אבל רק אם הזרם יכול להפוך לפצות. בדומה, בזמנים של ביקוש שיא, עודף אנרגיה מאוחסן סוללות בית יכול להיות מועבר בחזרה לרשת, להפחית את הצורך עבור צמחי יוקרה וגלוטריקים.

שילוב אנרגיה מתחדשת

ללא זרימה דו-כי-פנית, כל דור עודף של השמש גג פשוט יהיה מבוזבז (או מחוספס) כי הרשת אינה יכולה לקבל כוח הפוך. לעומת זאת, רשת המיועדת לזרימה דו-כי-כית יכולה לארח כמויות גדולות של השמש והרוח מבוזרים ללא צמצום.המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) מודל תרחישים שבהם גבוהה של DERs דורשות מתקדמות והגנתיים דו-מסלולאריים ל-מתקני אבטחה, אשר כוללים דוגמאות של אנרגיה מתקדמות להגדלת יעילות (R) של אבטחה).

אנרגיה יעילה וצמצום ההפסדים

העברת כוח על פני מרחקים ארוכים אובדן קו. כאשר האנרגיה נוצרת מקומית (למשל, גג השמש) ונצרכת בקרבת מקום, הפסדים אלה נופלים באופן דרמטי.זרימים עקיפים מאפשרים התאמה מקומית יותר של אספקה וביקוש, צמצום הנטל על קווי עומס השידור.יתר על פני זמניים מחוץ לפס, כלי רכב יכולים לאחסן דור עודף מתחדשים בסוללות בקנה מידה רשתי או אפילו בסוללות בבעלות הלקוח ולאחר מכן, כדי למנוע את האופטימיזציה יעילה זו.

עמידות נגד OUTS AND OUTS

כאשר הרשת הראשית יורדת בשל סערה, אש, או כשל בציוד, מערכות המסוגלות לזרום דו-כי-כי-פי יכול אי לתוך מיקרוגריד. לדוגמה, שכונה עם לוחות סולאריים ואחסון סוללות יכול להתנתק מהרשת הרחבה ולהמשיך לספק את כוחו.עם יכולת דו-כי-כיונית, מיקרוגרידים אלה יכולים גם לשלוח כוח חירום לאזורים הסמוכים או למתקנים קריטיים כמו בתי חולים ותחנות אנרגיה של רשת יציבה במיוחד.

העצמה לצרכנים ותומכים

זרמים עקיפים הופכים את הצרכנים מפני עומס פסיבי למשתתפים פעילים - תורמים.בית ועסקים יכולים ליצור, לאחסן ולמכור חשמל.דמוקרטיזציה זו של אנרגיה יוצרת זרמי הכנסות חדשים ומעודד השקעה בטכנולוגיות מתחדשות ואחסון. בתורו, דור מבוזר יותר מקטין את הצורך בתחנות כוח חדשות מסיביות וקווי שידור, תוך צמצום העלות הכוללת של תוכניות התרחבות.

פתרונות יישום ופתרונות אסטרטגיים

למרות היתרונות ברורים, פריסה נרחבת של זרימת כוח דו-כי-כי-פיית אינה ללא מכשולים.אתגרים אלה משתרעים על הטכנולוגיה, הרגולציה והמודלים העסקיים.

תשתיות ושינויים קשים

מהפךי ההפצה הקיימים, הרגולטורים המתחים, ומגיגים קו נועדו לכוח חד-צדדי.רבים אינם מדורגים לזרימה הפוכה, מה שמוביל להתחממות יתר או תקלה.הדרגות לציוד מקבילה דו-צדדי – כולל מפגעים מתקדמים, מתגים והופכים – נדרשים גם השקעה משמעותית בבירה. Utilities חייבים להתקין מערכות ניטור ובקרה בזמן אמת כדי לנהל ותדירות הנגרמת על ידי זרימה הפוכה.

(FLT:0) Solution: Utilities יכול לאמץ אסטרטגיה שדרוג בשלב ממוקד באזורי תפוצה גבוהה קודם.Incentives כמו אשראי מס ההשקעה (ITC) לאחסון והוראות IRA יכולות להוריד עלויות. Standardizing פרוטוקולים בין-אופציונליות (למשל, IEEE 1547-2018 עבור מופנים) להבטיח כי ציוד חדש יכול לטפל בבטחה על ידי זרימת רצף.

מחסומים וגדרות שוק

מודלים עסקיים רבים תועלתיים ותקנות המדינה הוקמו על הנחת מכירות כוח חד-צדדי.מדיניות Net מטרינג יכולה להיות מסתפקת כאשר הערך של כוח סולארי מייצא נדונה; כמה שירותים טוענים כי הם לא לפצות די הוגן עבור עלויות תחזוקה רשת.בנוסף, חוקי שוק סיטונאי עדיין לא יכולים לזהות DERs מצטברים כמו משאבים לגיטימיים, הגבלת ההכנסות כי פרוסמומטרים יכולים להרוויח.

(FLT:0) Solution: FLT:1 קובעי מדיניות צריך ליישם עיצובים של קצב המשקפים את הערך האמיתי של הדור מבוזר (כולל הימנעות מהפסדי שידור, פליטות מופחתות, והטבות חוסן) צו 2222 בארצות הברית הוא צעד ציוני דרך: זה מאפשר ggregregations של DERs להשתתף בשווקים סיטונאיים, לכפות ארגוני שידור אזוריים (RTO) לפתח כללים חדשים כי הם שילוב של אוסטרליה.

מורכבות ובטיחות

ניהול רשת עם אלפי צמתים דו-צדדיים הוא הרבה יותר מורכב מאשר הפעלת מערכת רדיונית.אועדים חייב להבטיח כי זרמי אשמה ניתן להפריע ללא קשר לכיוון, כי מתח נשמר בתוך גבולות ANSI, וכי אי מכוון (שם גנרטורים מבוזרים ממשיכים לנרץ קו de-energized) הוא גם סיכון בטיחות עבור עובדים קו שעשוי לצפות קו כדי להיות מוקרן עדיין על ידי מערכת השמש.

(FLT:0) Solution: ניהול רשת מודרנית מסתמכ על מערכות ניהול הפצה מתקדמות (ADMS), יחידות מדידה phasor (PMUs), ורשתות תקשורת מהירות גבוהה. פרוטוקולים נגד-הההההתמונים שנבנו לפולשים חכמים באופן אוטומטי מנותק כאשר הרשת יורדת, הבטחת בטיחות עובדים.

חששות בנושא אבטחת מידע ואבטחת סייבר

זרימת Bi-directional תלויה בחילופי נתונים נרחבים בין DERs, מטרים ומרכזי בקרת כלי רכב. שכבת תקשורת זו פותחת וקטורים חדשים להתקפות סייבר – תוקף עלול לפגוע במתח או לגנוב נתוני דור הלקוחות.

(FLT:0) Solution: FLT:1 אימוץ מסגרות אבטחת סייבר כגון NIST SP 800-82 וליישם הצפנה מקצה לקצה עבור מערכות ניהול משאבי אנרגיה מבוזרות (DERMS) הם קריטיים. פריסות בקנה מידה של שימוש צריך לדרוש התקנים כדי לעמוד בסטנדרטים אבטחה כמו 1547.1 פרוטוקולים.

יישומים אמיתיים ומקריות

זרימת הכוח הדו-כי-פנית אינה מושג תיאורטי – הם כבר בשימוש ברחבי העולם.הדוגמאות הבאות ממחישות כיצד הטכנולוגיה מספקת יתרונות מוחשיים.

צמחים וירטואליים באוסטרליה

מפעל הכוח הווירטואלי של טסלה (VPP) בדרום אוסטרליה מקשר אלפי מערכות סולאריות וסוללה לבית משאב הנשלט על ידי ענן יחיד.כאשר הביקוש עולה, הפרשות VPP מאוחסנים אנרגיה בחזרה לרשת, מונעות שחורים וצמצום ההסתמכות על צמחי דלק מאובנים.יותר מ-50,000 בתים השתתפו, והתוכנית הוכיחה כי זרימת דו-כי-כי-כי-כי-כי-כיבית מצטברת יכולה להתחרות עם צמחים מסורתיים עלות ועלות מהירות ומהירות.

מיקרוגרידים למתקנים קריטיים

שבט חוות האגם הכחול בקליפורניה פועל מיקרוגרידי עם סולרית, אחסון סוללות, וטכנולוגיה דו-כי-בימוי של מופנית. במהלך 2019 כוח בטיחות הציבור נסגר (PS), האי המיקרוגרריד והמשיך לשירותי חירום כוח, מלון, ומתקני חיוני במשך ימים.המערכת יכולה גם לייצא דור נוסף לרשת הראשית כאשר היא פעילה, מתן הכנסות וחוסנות בו-זמנית.

הצלחה ברשת בארצות הברית

מדינות כמו קליפורניה, ניו ג'רזי ומסצ'וסטס יש חדירה גבוהה של השמש גג בחלקה הודות למדיניות מדנן נטו שמסתמך על מד-ידי-על-ידי-ידי-התוכניות האלה מוכיחות כי כאשר לקוחות מפצה דיה על כוח מייצא, אימוץ של השמש והאחסון מאיצה - אכילת מחזור רוטט המפחית את עלויות המערכת הכוללות של קליפורניה.

מחאות ירוקות חכמות אירופיות

כוח המשימה של האיחוד האירופי "Smart Grids Task Force" מימן הפגנות רבות המציגות כיצד זרמי כוח דו-כי-כיוניים מאפשרים חדירה מתחדשת גבוהה יותר.לדוגמה, האי הדני של Bornholm מפעיל רשת דו-כי-כיונית מלאה שבה טורבינות רוח, טעינה EV וחום מחוזי בצורה חלקה.הפרויקט הוכיח כי 70% חדירה מתחדשת היא אפשרית עם שליטה דו-צדדית אינטליגנטית, תוך שמירה על אמינות מעל 99.9%.

הדרך קדימה למודרניזציה גריידית

זרימת הכוח של Bi-directional אינה יעד סופי – הם מאפשרים טרנספורמציה גדולה יותר.רשת העתיד תהיה פלטפורמה לשירותי אנרגיה, שבו כל מכשיר – ממכוניות חשמליות ועד משאבות חום ועד למכוניות תעשייתיות – יכול גם לצרוך וגם לספק כוח.

  • (FLT:0) ו-Grid (V2G) אינטגרציה:Felo:Felo: 1 כמו מיליוני כלי רכב חשמליים (EVs) באים באינטרנט, סוללות שלהם מייצגות משאב אחסון מבוזר מסיבי.V2G טכנולוגיה מאפשר EVs להאכיל את הכוח בחזרה לרשת כאשר חסון, החלקה שיאים ומחירים מפרשים.
  • (FLT:0) חומרים מתקדמים וטכנולוגיית גריד-פורמינג: FLT:1 הדור הבא של מופנים יכול ליצור הפניה יציבה של מתח אפילו ללא גנרטור סינכרוני מסורתי.אלה "משחררים" אלה הם חיוניים לרשתות עם חדירה גבוהה של DER שבו צמחים תרמיים גדולים כבר פרשו.
  • (FLT:0Blockchain ו Peer-to-Peer Energy Trading Trading Tradingization: FLT:1 Platforms המשתמשים ב-Modergers מבוזרים יכולים לבצע באופן אוטומטי עסקאות בין פרוזמרס המבוססים על נתוני זרימה דו-כי-כיופניים בזמן אמת.
  • (FLT:0) האבולוציה של האבולוציה לקראת מלוא תמחור מרג'ינאל: FLT:1 נע ממטר נטו פשוט לתמחור גריניטארי יותר - שבו מחיר הכוח משתנה על ידי מיקום וזמן - ישלחו את האותות הנכונים לבעלי נכסים דו-כיוניים.זה מיישר השקעה עם איפה הרשת צריכה תמיכה ביותר.

המודרניזציה של רשת החשמל היא מאמץ רב-דה-אקדמי, אך המאפשר זרימת חשמל דו-כי-כיונית היא ככל הנראה השינוי הטכני החשוב ביותר הנדרש. Utilities, קובעי מדיניות, וספקי טכנולוגיה חייבים לשתף פעולה כדי לפרוס מפגעים חכמים, לשדרג רשתות הפצה, ותקנות שוק הרפורמה.הסוכנות האנרגיה הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת (IRENA) הדגישה כי ללא תשתית דו-צדדית, השגת 100% מתחדשים על ידי חשמל בלתי-אפשרי.

מסקנה

זרימת הכוח הדו-כיונית מייצגת שינוי פרדיגמטי באופן שבו אנו מייצרים, מפיץ וצורכים חשמל.הם פותחים את מלוא הפוטנציאל של משאבי האנרגיה המופץ, משפרים את יציבות הרשת, משפרים את היעילות, ומתכננים עמידות לתוך הבד של מערכת האנרגיה שלנו.בעוד אתגרים הקשורים לתשתיות, רגולציה, ובטיחות, פתרונות מוכחים ופרויקטים של טייסים ברחבי העולם מוכיחים אלה הם בלתי ניתנים לשגשגים ככל שימשיכו להתקדם, ולהגדיל את היכולת הדמוקרטית, והעוצמה, אשר תהיה יעילה יותר, אשר תהיה יעילה יותר, יעילה יותר, יעילה יותר, והיא תגבירה, יעילה יותר, כיום, והיא תתפתחת, ותתפתח, ותאיכהונה, ותאימתנה יותר, ותאימתיחתת, ותתפתח, ותאיכהונה, ותתפתח, ותתפתח, ותאיל יותר, בעתיד, היא יעילה יותר, ותגרום יותר, לשגשגת, ליציבות גבוהה יותר, ליציבות, לשגשגה, להגדלת יכולת הרחבה יותר, ליציבות, לשגשגה, יעילה יותר, ליציבות של פתרונות ותאפשר, לשגשגה, לשגשוגה, ליציבות גבוהה יותר, לשגשגת, ליציבות גבוהה יותר, ליציבות גבוהה יותר, ליציבות גבוהה יותר, ליציבות