国立エネルギーグリッドレジリエンスインフラの構築コスト評価

グリッドレジリエンスの理解

国家エネルギーグリッドのコンテキストにおけるレジリエンスは、従来の信頼性を超えて行きます。信頼性は、通常の条件の下で動作し、定期的な障害から回復する能力を測定する一方で、レジリエンスは、[]のハイインパクト、低周波数イベント[]を、ハリケーン、サイバー攻撃、地磁気嵐、または物理的なサボタージュに焦点を当てています。弾力性グリッドは、衝撃、衝撃、多次元的資産、および多次元的な制御能力を回復するために、耐力性、物理的なサボタージュアを要求するように設計されています。

米国エネルギー省(DOE)は、グリッドレジリエンスを「条件を変更し、混乱から急速に耐え、回復する能力を準備し、適応させる能力」と定義しています。これを実現するには、高度な監視と自動化を展開し、エネルギー源を多様化し、極端な気象に対する物理的コンポーネントを硬化させる、老化インフラのアップグレード、および増加が含まれます。これらの取り組みのそれぞれは、包括的なフレームワークで評価される必要がある、明確なコストプロファイルを運びます。

主要なコストコンポーネント

インフラのアップグレード

どんな回復力戦略の背骨は、物理的なインフラです。これは、鉄または複合代替品で木棒を交換し、野火力に分散する分布線またはハリケーンゾーンの選択、および洪水に対するサブステーションの補強を含みます。米国民事学会によると、米国運輸および流通システムは、推定値を必要とします ]]] $ 200〜300億 2030 の信頼性と信頼性のギャップに投資することにより、 2030 に比例する。

変電硬化:]] 洪水レベル上の装置を上げ、防火バリアを追加し、冗長トランスを取り付けると、サブステーションごとに30〜50%のコストを増加させることができます。
地下ケーブル:[]]] - ビルイングオーバーヘッドラインは、オーバーヘッド構造の20万ドルから50万ドルと比較して、1マイルあたり$ 1〜3百万ドル、が大幅に下降時間を減らすことができます。
マイクログリッド展開:]コミュニティスケールマイクログリッドは、緊急時の主なグリッドから島を運ぶことができる、サイズと複雑度に応じて1億ドルから10万の範囲。

テクノロジーの統合

デジタルインテリジェンスによるグリッドの近代化は、リアルタイムの状況認識と自動応答に不可欠です。主な技術は次のとおりです。

[ 高度なメーターインフラ(AMI):[[]スマートメーターと通信ネットワークは、インストールしたメーターあたり$ 200〜$ 400を費やしますが、より速い停電検出と負荷管理を有効にします。
[]の分裂自動化:[] 人間の介入なしで障害と再発電力を分離できるセンサー、スイッチ、リモート端末ユニット(RTU)。典型的な自動フィーダアップグレードコスト $ 50,000〜$ 150,000。
蛍光測定ユニット(PMUs):[] - 格子安定性を広い領域にわたって監視する高速センサー。北米シンクロファーザープログラムが、PMUの展開に300万ドル以上投資しました。

再生可能エネルギーの統合

太陽光、風力、貯蔵の多様化する世代別ポートフォリオは、長距離伝送による依存性を減らし、ローカルバックアップを提供することにより、レジリエンスを向上させます。ただし、コストは大きく異なります。

[]ユーティリティスケールソーラー:[0.1-0.110ワット当たり(2023平均)、10〜20%の土地と相互接続コスト。
バッテリーエネルギー貯蔵:[]] リチウムイオンシステムが1kWhあたり350〜600ドルを要するが、水または水流バッテリーは8〜8時間+時間でより経済的にすることができます。
[容量値:[]]]]グリッドは、追加の回転予約やストレージを必要とする、合計システムコストに15〜25%を追加できる、再生可能エネルギーの断続的な性質のために考慮する必要があります。

サイバーセキュリティ対策

グリッドがよりデジタル化されるにつれて、サイバー脅威がエスカレート化されます。運用技術(OT)ネットワークを保護するには、次のことが必要です。

[]ネットワークのセグメンテーション:[]] - 企業ITから制御システムを分離する - 典型的な費用$500,000〜$2百万のユーティリティ。
[侵入検知システム(IDS):[]])異常なトラフィックを監視するためのセンサーと分析プラットフォームを展開し、制御センターごとに年間10万ドル〜500,000ドルをコストダウンします。
[]従業員のトレーニング:[]]]サイバーセキュリティ意識プログラムをオンにし、多くの場合、NERC CIP規格によって管理され、年1回あたり$ 50〜$ 200を追加します。

電力研究所の報告によると、米国の電力セクターが、適切な保護を維持するために、次の10年以上のサイバーセキュリティ対策で7〜10億ドルを毎年消費する必要があると推定した。

トレーニングとメンテナンス

ハードウェアとソフトウェアは、それらを操作する人々と同じくらい効果的です。効果的なレジリエンスプログラムには、

[]シミュレーションベースのトレーニング:[テーブルトップの練習とグリッドスケールのドリルを繰り返して、大規模なユーティリティで年間20万ドルから1億ドルの費用を削減します。
労働力開発:] レジリエンス設計の専門知識を持つエンジニアを募集し、平均10〜20%の給与プレミアム。
予防保守:]ヘリコプターベースのライン検査、熱心なスキャン、および植生管理は、毎年1マイルあたり5,000〜15,000ドルの費用を払うことができます。

コスト見積り方法論

トップ‐ダウン対ボトムアップアプローチ

DOEやBradle Groupの研究者らが、業界全体のデータを集計することで、総レジリエンス投資ニーズを推定するなど、トップ・ダウン・リサーチは2021年「電力インタールプションのコスト」の研究では、米国で年間費用を$ 70〜$ 150億に抑え、正当な投資のためのベースラインを提供します。ボトムアップのアプローチは、対照的に、特定のプロジェクト(例えば、特定のサブステーションの洪水壁)から始まり、両方の政策を上回ります。

ライフサイクルコスト分析(LCCA)

レジリエンス投資は、多くの場合、長期返金期間を持っています。初期資本、運用、メンテナンス、およびイベントの廃炉コストのLCCAアカウント。例えば、$ 5百万のマイクログリッドは、メンテナンスで$ 200,000を費やすかもしれませんが、年間20〜年間の寿命を経る損失で$ 2百万を回避します。ネット現在の値(NPV)と利益率(BCR)は、標準的なメトリックです。ナショナルインスティテュート標準技術(NIST)は、レジリエンスのインフラに適したLCCAツールを提供します。

確率的リスク評価

災害の不確実性を与えられた, 決定的なコスト見積りは不十分です. 確率的方法は、異なる危険シナリオに確率を割り当てます (例えば, 部門 5 ハリケーンは、毎回ヒューストンを打つ) 予想される年間損失. モンテカルロシミュレーションが一般的に使用されます. このアプローチは、ニューヨーク公共サービス委員会は正当に助けました $1.3 後に嵐の硬化投資 Superstorm Sandy.

コスト評価における課題

データ制限

多くのユーティリティは、停電コストを厳格に追跡しません。顧客割込みコストは、セクター(住宅対産業)と期間(a 1〜1時間の停電対3〜1日ブラックアウト)によって変わります。高解像データなしで、コスト - 利点分析は、拡大の注文によってオフすることができます。 [のような努力は、DOE Grid Resilience StateとTribal Formula Grantsは、より良いデータ収集として、より優れたデータ収集として、より優れた評価を得ることができる。

技術的に不確実性

ソリッドステートトランス、グリッドフォーミングインバータ、または機械学習に基づく高度な分析などの新興技術は、パフォーマンスとコストの軌跡を実証しています。今日は1つの技術に投資する決定は、より安価な代替が明日に現れた場合、ストランドされる可能性があります。適応計画とモジュール設計は、このリスクを軽減することができますが、初期の柔軟性が必要です。

政策と規制のルール

コスト回復メカニズムは、状態によって変化します。いくつかの規制当局は、他の人が通常の費用としてそれらを処理しながら、レジリエンス投資のリターンを獲得するためにユーティリティを可能にします。 FERCオーダー2222(卸売市場に参加する分散エネルギーリソースを許可)は、機会とコストの複雑さの両方を作成することができます。さらに、政治的サイクルは長期計画を退去することができます - カリフォルニアの野火緩和計画の不均等な進行でレッスンの明らか。

国家レジリエンス投資事例

テキサス州 – ウィンターストーム・ユリ (2021)

テキサス州の政策立案者は、数千万もの電力を消費し、冬化とグリッドの改善のために承認された。テキサス州の電力信頼性評議会(ERCOT)による包括的なコスト評価によると、回避された経済損失(推定$ 25億)は、単一のイベント内で投資を正当化したと見なしました。この州のアプローチは、必須の気象基準と新しい天然ガスインフラを含みます。

プエルトリコ – ポスト‐マリアの復興

ハリケーン・マリアが島のグリッドの80%を破壊した後、プエルトリコ電力局(PREPA)は、完全な再建のために連邦の資金で1億3億ドルを固定しました。 [国家再生可能エネルギー研究所(NREL)]]は、マイクログリッドベースのソリューションで伝統的な硬化を比較した詳細なコスト効果分析を行いました。この研究では、分散された再生可能エネルギーの収穫量が30%削減されたことを、従来のシステムと比較して30%削減しました。

震災と津波の備え

福島災害後、日本におけるグリッドレジリエンスプログラムでは、東京(毎マイル4億ドルの費用で)地下1階のケーブル(FLT:0)が導入されました。このプログラムでは、日本の恒例のグリッドレジリエンスが平均6億ドルを消費し、M9の地震による回避被害は50億ドルを超えると推定されています。

コンテンツ

国家エネルギーグリッドレジリエンスインフラストラクチャの構築は、単純なライン・イテムの費用ではありません。それは継続的な戦略的コミットメントです。コスト評価は、物理的な硬化、デジタルインテリジェンス、再生可能エネルギーの多様化、サイバーセキュリティ、および人的能力を考慮しなければなりません。ライフサイクルコスト分析や確率リスク評価などの方法論は、厳格なパートナーシップを提供しますが、データギャップや規制の断片などの課題は、攻撃者である必要があります。テキサス、プエルトリコ、および日本からのケーススタディは、前方コストが高騰している間、社会的に関与するリスク評価は、規制の低減や、予測のリスクの低減に大きな影響を及ぼす必要があります。