התפקיד של Smart Grid Technologies בהפצת טביעת רגל

מאמצים גלובליים לצמצום שינויי האקלים דורשים שינוי מהיר, בקנה מידה גדול של איך אנחנו מייצרים, להפיץ ולצרוך חשמל. בין הנימוקים הטכנולוגיים המבטיחים ביותר הוא המודרניזציה של רשת החשמל באמצעות טכנולוגיות רשת חכמות.מערכות אלה מחליפות את הדרך האחת, תשתיות אנלוגיות של המאה העשרים עם שני נתיבים ספציפיים, רשת דיגיטלית שיכולה לחוש, לתקשר ולהגיב בזמן אמת.

מה הם Smart Grid Technologies?

בליבתו, רשת חכמה היא רשת חשמל המשתמשת בתקשורת דיגיטלית, חיישנים מתקדמים, אוטומציה ומערכות בקרה כדי לפקח ולנהל את התחבורה של חשמל מכל הדורות מקורות כדי לענות על דרישות חשמל משתנות של משתמשי קצה ברשת מסתמכות על זרם חד-צדדי של כוח וחשיפה מוגבלת לתנאי מערכת.

מרכיבים מרכזיים של רשת חכמה כוללים:

  • (FLT:0) מ"מ SmartmigFLT:1) - מכשירים דיגיטליים שיאשו את הצריכה בזמן אמת והודעות נתונים בחזרה אל השירות, המאפשרים אותות תמחור ותוכניות אחריות הביקוש.
  • (FLT:0) חיישנים מתקדמים ויחידות מדידה (PMUs)FLT:1 - פרוס על פני קווי שידור ופצה, הם מספקים נתונים ברזולוציה גבוהה על מתח, זרם ותדירות, המאפשרים למפעילים לזהות ולהגיב לאנומליות באופן מיידי.
  • (FLT:0) מערכות ניהול הפצה מופצות 1 (FLT:1) – תוכנה שמתאים מתח וכוח תגובתי, מפחיתה הפסדים ובודדת תקלות לצמצום משך גיל המעבר.
  • (FLT:0Distributed Energy Resources (DER) פלטפורמות ניהוליות 1:1 - לתאם את שילוב של השמש גג, אחסון סוללות, מטען רכב חשמלי, טורבינות רוח קטנות, להבטיח שהם תורמים באופן אמין ליציבות הרשת.
  • (FLT:0) רשתות תקשורתיות (SherFLT:1) - סיבים ייעודיים, אלחוטיים (למשל, LTE, 5G), או מערכות נושאות חשמל נושאות נתונים בין מכשירים למרכזי בקרה מרכזיים.

רשתות חכמות הן לא טכנולוגיה אחת, אלא מערכת אקולוגית של מערכות בין-החלות.המאפיין המגדיר שלהן הוא היכולת לחוש ולהגיב לשינויים בהיצע וביקוש כמעט מיידי, יכולת חיונית לשילוב של נתח גדל והולך של אנרגיה מתחדשת לסירוגין.

כמה חכם גרידות להפחית את פליטות הפחמן

פוטנציאל הפחתת הפחמן של רשתות חכמות עולה ממנגנונים מרובים הפועלים יחד.למטה הוא בחינה מפורטת של המסלולים העיקריים.

שימוש באנרגיה מופחת וצמצום הפסולת

רשתות חכמות חותכות באופן דרסטי את כמות האנרגיה שבזבזה.על ידי ניטור מתמיד של דפוסי הצריכה ותנאי הרשת, הכלים יכולים להתאים לדור ליתר דיוק לביקוש בזמן אמת, הימנעות מהצורך לנפח את צמחי הפסגות של דלק מאובנים הפועלים רק כאשר הביקוש גובר על תוכניות ניהול פחמן-יד פחמן-יד שניתן על ידי מטר חכם מאפשר שירותים לשלוח אותות אנרגיה או הוראות בקרה ישירות כי שינוי עומסים לא קריטיים - כגון חימום מים, או מגבלות חשמל נמוכות יותר, עד 15%, על ידי לחץ חשמליות, על ידי צריכת חשמל, על ידי לחץ דם נמוך יותר, או נמוך יותר, על ידי קיצוץ של עד 15%.

שילוב של אנרגיה מתחדשת משתנה

כוח השמש משתנה באופן מהותי: הם מייצרים חשמל כאשר רוח מתפוצצים או השמש זורחת, לא בהכרח כאשר הצרכנים צריכים את זה.ללא רשת חכמה, חדירה גבוהה של מתחדשים יכול לערער את הרשת, המוביל לצמצום הערות (אנרגיה נקייה) או הסתמכות על תפוקה מהירה של אנרגיה אחורית של חשמל (p) ויציבות גבוהה יותר של מחסנים חכמים (בטווח קצר) של קיבולת גבוהה של אנרגיה מתחדשת של 40) ומגבלות אנרגיה חכמות של מגבלות מהירות של מגבלות מהירות.

צמצום ההקצאות וההפצה

ברשתות קונבנציונליות, 5-10 אחוזים של חשמל אבוד כמו חום כפי שהוא נוסע דרך קווי חשמל והופכים.רשתות חכמות להפחית את ההפסדים האלה על ידי אופטימיזציה של מתח וזרימת כוח תגובתי. בקרת מתח דינמי, למשל, יכול להוריד את המתח על מפיצים במהלך תקופות עומס אור, חיתוך הפסדים תוך מתן טיפול נאות.וולפסציה ואופטימיזציה (VO) משולבת עם מערכות ניהול הפצה הוכח לחתוך על ידי ירידה של 3 עד 06% לעומת מערכת ההפעלה באופן ישיר של צריכת חשמל נמוכה יותר מ לינוקס.

שילוב רכב חשמלי (EV)

חשמל (חשמל) הוא אבן הפינה של פחמן, אבל טעינה לא מומן יכול לטעון רשתות מקומיות, לכפות שדרוגים כי מוטבע פחמן בתשתיות וצריכת דלק מאובן ממושכת אם צמחים חדשים שיאים נבנו.רשתות חכמות לספק טעינה מנוהלת (V1G) ו- רכב- to-grid (V2G) יכולות להפחתה של 15 מעלות צלזיוס בלבד.

יישום פעולות פחמן-אזהרות

תוכנת רשת חכמה יכולה כעת לשלב נתונים אינטנסיביים של פחמן בזמן אמת מהרשת - לדוגמה, ממקורות כמו FLT:0) חשמלאריות מפותFLT:1 - ולתאם פעולות בהתאם למרכזי נתונים, מתקנים תעשייתיים ואפילו מערכות ניהול אנרגיה ביתי יכולות להשתנות עומס עד פעמים כאשר הרשת מסופקת על ידי מטה נתונים נקיים יחסית.

היתרונות של הסביבה והחברה

בעוד שהפחתה בטביעת טביעת רגל פחמן היא היתרון של הכותרת, רשתות חכמות מספקות קבוצה רחבה בהרבה של הישגים סביבתיים וחברתיים המחזקים אחד את השני.

שיפור אחריות וגמישות

רשתות חכמות יכולות לזהות תקלות ובאופן אוטומטי לנתב כוח, למזער את משך הזמן והאזור של blackouts. זה מקטין את הצורך גנרטורים גיבוי המופעלים דיזל במהלך בחוץ, שהם מקור משמעותי של זיהום אוויר מקומי ו- CO2. יותר רשתות גמישות גם לתמוך בחשמל של חימום ותחבורה, מה שהופך את מערכת האנרגיה כולה פחות פגיעת לזעזועים של דלק מאובנים.

עלויות תפעול נמוכות וחסכון צרכני

השימושים לחסוך בדלק, תחזוקה, השקעות הון מופרכות כאשר הביקוש לפסגה מופחת ונכסים משמשים ביעילות רבה יותר. חלק מהחיסכון הזה מועבר לצרכנים באמצעות חשבונות חשמל מופחתים.זמן-של שימוש ותוכניות תמחור חכמות אחרות נותנים לצרכנים שליטה ישירה על עלויות האנרגיה שלהם, תוך גם עלייה של שימור אנרגיה.

שיפור איכות האוויר והבריאות הציבורית

מכיוון שרשתות חכמות מסלקות את הכוח מתחנות פסגות דלק מאובנים ומפחיתות את הצמצום של מתחדשים, הן מורידות את פליטות הפחמן לא רק CO2 אלא גם ממזהמים משותפים כגון דו-חמצני (SO2), תחמוצות חנקן (NOx), והן מורידות את החומר לא רק CO2 אלא גם מ-PM2, מחלות לב וכלי דם מוקדמים ל-A מחקר שנערך על ידי המועצה האמריקאית למניעת מחלות חכמות של 2,000 מעלות צלזיוס (PM) על ידי פריסהשנה שעברה יכולות לשפר את איכות אווירית של אנרגיה עד שנת 2030.

כוח הצרכנים והקהילות

מונים חכמים ותצוגה בבית נותנים לצרכנים משוב בזמן אמת על השימוש בחשמל שלהם, עידוד שינויים התנהגותיים המפחיתים את הפסולת.רשתות חכמות בקנה מידה הקהילה (מיקרוגרידים) יכולים לפעול באופן עצמאי במהלך הפסקות הראשיות, מתן שירותים קריטיים כמו תאורה, קירור וציוד רפואי עם אנרגיה מתחדשת מקומי.

אתגרים ו-Outlook עתידיים

למרות היתרונות ברורים שלהם, רשתות חכמות להתמודד עם מכשולים טכניים, כלכליים ורגולטוריים משמעותיים שיש להתגבר עליהם כדי לממש את מלוא הפוטנציאל שלהם.

עלויות השקעה גבוהות

חלוקת מטר חכם, חיישנים, רשתות תקשורת ותוכנה מתקדמת דורשת הוצאה משמעותית של הון. עבור שירותים רבים, במיוחד במדינות בעלות הכנסה נמוכה ובינונית, העלות יכולה להיות אסורה ללא סובסידיות ממשלתיות או מימון בינלאומי. עם זאת, את סך כל היתרונות במחזור החיים - כולל הימנעות מהוצאה של דלק מאובנים, מופחתת עלויות הזכאות, ומדידות תשתית מופרכות - בדרך כלל עולה על עלויות למעלה בתוך 5-10 שנים, כפי שהתגלתה על ידי ניתוחי של משרד הבריאות האירופי.

סיכוני אבטחת סייבר ואבטחת מידע

הקישוריות המוגברת של רשתות חכמות מרחיבה את פני השטח של התקפות עבור שחקנים זדוניים. A פריצת יכולה לשבש את אספקת החשמל או להתפשר על נתוני צרכנים. Robust Cyber מסגרות - כולל הצפנה, אימות רב-ספקי, ו ניטור רציף - הם גם פיתוח סטנדרטים כדי להבטיח פרטיות הצרכנים, במיוחד כמו מטר חכם לאסוף נתונים מפורטים של צריכת משק בית.

אפשרויות וסטנדרטים

עבור רשתות חכמות לפעול בצורה חלקה על פני אזורים ומערכות אקולוגיות של ספקים, פרוטוקולי תקשורת נפוצים ומודלים נתונים נדרשים. ארגונים כגון הנציבות האלקטרונית הבינלאומית (IEC) והמכון למהנדסי חשמל ואלקטרוניקה (IEEE) פועלים על סטנדרטים (למשל, IEC 61 850, IEEE 1547-2018) כדי להבטיח מכשירים מיצרנים שונים יכולים להתערב.

בעיות עיצוב ושיווק

מודלים עסקיים מסורתיים של תועלת מבוססים על מכירת יותר קילווואט-שעה; רשתות חכמות המפחיתות את צריכת האנרגיה או מאפשרות להתחדשות עצמית מציבות אתגר ישיר למודל זה.תחומים רבים הם תקנות לפירוק הכנסות של תועלת מהמכירה הסובייקטיבית ובמקום זאת יעילות תגמול, אמינות והפחתה של פחמן.

כיוונים טכנולוגיים עתידיים

במבט קדימה, כמה טכנולוגיות מתפתחות יגבירו את ההשפעה של פחמן חיסכון של רשתות חכמות:

  • (FLT:0) אינטליגנציה מלאכותית ולמידה של מכונות למידה 1FLT) אלגוריתמים מתקדמים יכולים לצפות לתפוקה מתחדשת עם דיוק רב יותר מתמיד, אופטימיזציה של סוללה, לזהות כשלים בציוד בלתי אפשרי לפני שהם גורמים לבלוטות.
  • (FLT:0) Blockchain מבוסס אנרגיה מסחרFLT:1 - פלטפורמות Peer-to-peer מאפשרות ל-Prosumers (consumers אשר גם מייצרים אנרגיה) למכור עודף כוח סולארי ישירות לשכנים, עקיפה של שירותים מרכזיים וצמצום אובדן השידור.
  • (FLT:0) Ubiquitous Network-edgeFial Reduction 1) - מכשירי מחשוב Edge יפעילו ניתוח מקומי, יפחיתו את השקיפות ואת דרישות רוחב הפס תוך מתן מענה אוטונומי מהיר יותר לאירועים ברשת.
  • (FLT:0) מערכות אפס פחמן משולבות אפס-פחמן (FLT:1) - רשתות חכמות יהפכו לעמוד השדרה של ההפיכה המגזרית, תיאום ייצור חשמל עם הדור הירוק של מימן, משאבות חום תעשייתיות, והובלת חשמל כבדה כדי למקסם את יעילות המערכת הכוללת ואת הדה-קרבן.

תמיכה במדיניות היא מאיצה את המגמות הללו.תוכנית הפעולה של האיחוד האירופי "ההפרסום של מערכת האנרגיה" וחוק ההשקעות והמשרות של ארה"ב מקצה מיליארדי דולרים למודרניזציה ברשת חכמה.סין, שכבר יש לה את הרשת החכמה הגדולה בעולם מבחינת חדירת מטר חכם, ממשיכה להשקיע בתפוצה רבה כחלק מאסטרטגיה של שילוב אנרגיה מתחדשת.

מסקנה

טכנולוגיות רשת חכמות אינן רק שדרוג מצטבר לתשתיות חשמל ישנות במאה - הן מאפשרות בסיסית של מעבר האנרגיה הנקייה העולמית.על ידי אופטימיזציה של אנרגיה, שילוב של אנרגיה מתחדשת בקנה מידה, צמצום אובדן שידור, והעצמת צרכנים, הן חותכות ישירות פליטות פחמן תוך שיפור האמינות הפחמן ואיכות האוויר.