Децентралізовані енергоресурси (DERs) трансформуються в глобальний енергетичний ландшафт шляхом перекачування електроенергії з великих, дистанційних електростанцій до менших, локальних установок, підключених безпосередньо до розподільної сітки. Ці ресурси – включаючи дахові сонячні панелі, невеликі вітрогенератори, системи зберігання акумуляторів та керовані навантаження – швидко зростає як у житлових, так і в комерційних галузях. Як їх прийняття прискорює, ДЕРС є фундаментально зміною, як виробляється електрика, доставляється, і споживається, розміщення нових вимог на традиційному розподільній інфраструктурі, яка була спочатку призначена для одного потоку живлення.

Що таке децентралізовані енергетичні ресурси?

Децентралізовані енергоресурси відносяться до модульних, малих і середніх технологій генерації та зберігання, які розташовані поблизу точки споживання. На відміну від централізованого покоління, яка спирається на кілька великих електростанцій, підключених до високовольтних ліній передачі, DERs розміщуються на рівні розподілу—типично на підприємствах замовника або в межах локальних комунальних мереж. Загальні типи включають:

  • Солярні фотоелектричні (PV) системи – Rooftop або наземні панелі, які перетворюють сонячне світло в електрику, з потужностями від декількох кВт до декількох мегаватів.
  • Вінд турбін – Рівні турбіни (подовжені до 100 кВт) встановлюються на будинки, ферми, або комерційні властивості.
  • Системи зберігання енергії (BESS) – Літієв-іон, потік, або інші технології акумулятора, які зберігають надлишок покоління для подальшого використання, забезпечуючи послуги сітки, такі як пікова гоління і регулювання частоти.
  • Комп’ютерні тепло- та енергоблоки (CHP) – Системи, які генерують як електрику, так і корисні теплові енергії з джерела палива, часто природний газ або біомаса.
  • Електричний автомобіль (EV) зарядні пристрої з можливістю авто-поїзда (V2G)] - Бірежеві зарядні пристрої, які дозволяють EV батареї експортувати живлення назад в сітку.
  • Управляючі навантаження – Смарт-пристрої, водонагрівачі, системи HVAC, які можуть бути дистанційно керовані для зміни попиту у відповідь на стани сітки.

ДЕРЖАВИ, як правило, належать фізичним особам, підприємствам, або стороннім розробникам, а не традиційними комунальними послугами. Ця модель власності дозволяє більший вибір споживачів, енергетична незалежність, а також участь у ринках електроенергії. За даними U.S. Відділ енергетики], розподілена сонячна потужність, тільки перевищує 40 гігаватів у Сполучених Штатах на початку 2023 року, що представляє драматичне збільшення за останні десятиліття.

Як змінюють традиційні інфраструктури розподілу

Розширювальна сітка Legacy була призначена для одностороннього потоку живлення — від центральних генеруючих станцій через лінії передачі, підстанції та годівниці для кінцевих споживачів. DERs впроваджують двосторонні витрати, міжміцеве покоління та змінні умови якості живлення. Ці зміни створюють як можливості та виклики для операторів системи розподілу.

Зменше навантаження на центральні сітки

Коли DERs генерувати потужність локально, центральні передачі та розподілу активів відчувають низький попит чистоти під час пікових сонячних променів або вітрових періодів. Це може деферно економічно модернізувати підстанції та лінії передачі, зменшити втрати енергії від тривалого транспорту, і підвищити загальну ефективність системи. У деяких регіонах високий рівень DER дозволило утилітам уникнути побудови нових пікерних рослин. Однак, зниження попиту також перекладається на нижчий дохід для комунальних послуг, які спираються на обсяги продажів - фінансовий виклик, який повинен звернутися до бізнес-моделі.

Управління життєздатністю та напругою

Висока проникнення змінних відновлюваних джерел енергії - особливо сонячне ПВ - може викликати коливання напруги, зворотні витрати живлення на розподільчих комбайнів, а також потенційні умови перенапруги при генерації перевищує місцеве навантаження. Системи розподілу не були спочатку розроблені для таких сценаріїв. Розширені інверторні технології з інтелектуальним зв'язком сітки можуть допомогти пом'якшити ці ефекти, забезпечуючи реактивну підтримку, регулювання напруги та управління ремонтом. Тим не менш, без належного планування та активного управління, утиліти можуть зіткнутися питання надійності, таких як відхилення частоти та проблеми з координацією.

Необхідність оновлення інфраструктури

Для безпечного інтегрування великих обсягів DER, розподільчих мереж вимагають модернізації. Основні оновлення включають:

  • Рекондиторинг комбікормів для обробки підвищеної потужності та двонаправлених потоків.
  • Встановлення регуляторів напруги та конденсаторів для підтримки якості потужності.
  • Deploying Sensors and Communications для моніторингу та контролю в режимі реального часу.
  • Інтеграція розподілених систем управління енергоресурсами (DERMS) для узгодження тисяч малих генераторів.

Національна лабораторія відновлюваної енергетики (NREL) опублікував великі дослідження, що проактивна модернізація сітки — порівняно з реактивними фіксаторами, значно знижує витрати на інтеграцію та покращує стійкість системи.

Технології та інтелектуальні Grid

Модернізація інфраструктури розподілу з інтелектуальними мережами є важливим для розблокування повного потенціалу учасників під час збереження надійності. Смарт-мережі дозволяють двосторонній зв’язок між комунальними та пристроями DER, що дозволяють автоматизовано реагувати на зміни умов.

Розширена інфраструктура вимірювання (AMI)

Смарт-метри забезпечують гранульовані, часові синхронізовані дані про споживання та генерування. Дані дають можливість утилітам здійснювати часові ставки, швидше виявлення вихідних коштів та перевірки кредитних коштів. Крім того, AMI підтримує програми реагування, які зрушують навантаження на вирівнювання з вершинами генерації відновлюваних джерел.

Автоматизація розподілу

Автоматичні вимикачі, блоки, системи розташування несправностей можуть ізолювати відходи та реконфігурувати корми з мінімальним ручним втручанням. При поєднанні з островуванням DER ці системи можуть створювати мікрополоси, які продовжують служити критичними навантаженнями під час загальномережних відключень. IEEE Standard 1547-2018 забезпечує рекомендації для підключення та взаємоз’єднання DER з автоматизації розподілу.

Інтеграція з енергоблоками

Зберігання акумулятора діє як буфер для проміжного виходу DER, розгладжування варіабельності та забезпечення швидкозношувальної ємності. Системи зберігання можуть поглинати надлишок сонячного покоління протягом середини дня та розряду під час вечірних піків, ефективно зрушуючи відновлювану енергію до часу більш високої вартості. Комунальні послуги все частіше попарюють зберігання з сонячними на розподільних підстанціях для оновлення та підвищення надійності. DOE'S Solar Energy Technologies Office виділяється зберігання як ключовий увімкувач для високоточне відновлювані сітки.

Економічні та нормативні характеристики

Економічна життєздатність учасників залежить від політики, таких як чистий метрінг, тарифи, податкові стимули та ринковий доступ. Зміни до цих політик можуть різко впливати на темпи розгортання та фінансове здоров’я як комунальних, так і просумнів.

Чистий вимірювальний та тарифний дизайн

Чистий метринг дозволяє власникам DER отримувати кредит на надлишок покоління, що повернулися до сітки. Як пуск ріст, деякі комунальні послуги стверджують, що чистий метринг зсуву витрати на непартициди, що призводить до дебатів про реформу швидкості. Альтернативні тарифні структури - так само як чистий рахунок, купуйте всі / продажі-всі композиції, або фіксовані витрати, які пілотуються для кращого вирівнювання компенсації з вартістю послуг DER. Ретельний дизайн необхідний для підтримки відповідальності відновлення витрат при збереженні стимулів для чистого енергозатвердження.

Участь у ринку та агрегатація

Приватні DERs є занадто малими для участі безпосередньо на оптових ринках. Агрегатори - компанії, що пул тисячі DER-виключають ці ресурси для участі в потужностях, енергії та допоміжних ринках обслуговування. Федеральна комісія з регулювання енергії (FERC) Замовлення 2222 у Сполучених Штатах відкривали ці ринки для сукупних розподілених ресурсів, вершник, який все ще реалізується регіональними організаціями передачі. Цей нормативний зсув надає споживачам можливість заробляти дохід від своїх DERs при наданні послуг сітки, які покращують надійність.

Майбутнє Outlook

Інтеграція DERs не є перехідною тенденцією, але фундаментальним зміном до децентралізованої, декарбонізованої та дигітизованої енергетичної системи. Як витрати продовжують падіння на сонячні, вітрові та акумулятори, а також як електротранспортні засоби, що проліферують, вплив на інфраструктуру розподілу буде глибоким. Ключові розробки, щоб дивитися включають:

  • Мікрогрідне розширення – Мікрогруди спільноти та кампусу все частіше працюють як сітчасті, так і острівні, які вимагають розширених контрольних та місцевих енергетичних ринків.
  • Артальний інтелект і машинне навчання – AI підвищить ДЕРМІВ шляхом прогнозування генерації, навантаження та несправностей для оптимізації операцій.
  • Електрична інтеграція транспортних засобів] – V2G здатні автомобілі можуть стати рухомими активами зберігання, але вимагатиме суттєвих модернізацій для обробки зарядних навантажень.
  • Policy еволюція – Державні та федеральні політики повинні розвиватися для підтримки відповідальності доступу, надійності сітки та розподілу вартості. , EEE Smart Grid міжоперабельності стандарти, що забезпечують фундамент технічної та нормативної консистенції.

Аналітики, комунальні послуги, постачальники технологій та споживачі повинні співпрацювати з дизайном майбутнього, де DERs зміцнюють, а не проціджують сітку. Інфраструктурні інвестиції, оновлені правила та розгортання мереж може перетворювати виклики на можливості — відведення очищувача, більш пружної та більш доступної електроенергії для всіх.