Ons benodig sterker, slimmer elektriese roosters - nuus oor klimaatsimpak
Die manier waarop ons krag opwek, lewer en gebruik, moet drasties verander as ons in die 21ste eeu se behoeftes voorsien.
Ongeveer 'n halfmiljoen mense is op enige gegewe dag in die Verenigde State vir twee of meer uur sonder krag. Die Noord-Amerikaanse kragnetwerk, wat een keer deur die National Academy of Engineering beskou is as die invloedrykste ingenieursinnovasie van die 20e eeu, werk hoofsaaklik met tegnologie vanaf die 1960's en '70's.
Weerverwante groot uitvalle het toegeneem
In die afgelope dekades het die aantal en frekwensie van weerverwante groot onderbrekings toegeneem. Tussen die 1950's en '80's het stygings elke jaar van twee na vyf toegeneem; van 2008 tot 2012, het die stroomonderbrekings toegeneem tot tussen 70 en 130 per jaar. Intussen groei elektrisiteitsbehoeftes vinnig. Twitter alleen voeg wêreldwyd per jaar meer as 2,500 megawatt-uur se aanvraag by. Daar word voorsien dat die wêreld se elektrisiteitsvoorsiening teen 2050 sal moet verdriedubbel om by te bly met die vraag. Dit sal 'n aansienlike toewyding verg.
In die afgelope dekade het elektrisiteitsrisiko toegeneem as gevolg van verouderde infrastruktuur, 'n gebrek aan investering en beleid wat tot modernisering lei, en die bedreiging wat terrorisme en klimaatsverandering inhou. Namate die klimaat verander, het die veranderlikheid van weersomstandighede toegeneem. Ons gaan meer ekstreme gebeure sien. En ons sal hulle met groter frekwensie sien. Orkaan Sandy blyk 'n voorbeeld hiervan te wees.
In die nasleep van Sandy is vrae gevra oor die herstel van krag in verband met uiterste weer en klimaatsverandering. Dit moet verstaan ​​word dat 'n massiewe, fisieke aanval op die skaal van die orkaan Sandy die kraginfrastruktuur ten minste tydelik sal oorweldig. Geen geld of tegnologie kan onder sulke omstandighede ononderbroke elektriese diens waarborg nie.
Ons het 'n slimmer rooster nodig wat doeltreffend en veilig sal voldoen aan die eise van 'n deurdringende digitale samelewing in die lig van klimaatsverandering en ander uiterste gebeure, terwyl 'n hoë lewensgehalte verseker word en ekonomiese groei aangevuur word. Dit is ook belangrik om te onthou dat die VSA net begin aan te pas by 'n groter spektrum van risiko. Koste-effektiewe beleggings om die netwerk te versterk en die veerkragtigheid te ondersteun, sal afhang van die streek, volgens nut, volgens die betrokke nalatenskapstoerusting, en selfs deur die funksie en ligging van toerusting binne die diensgebied van 'n nutsding.
Elektriese net moet drasties verander
Die elektriese net moet drasties verander. Ons het 'n slimmer rooster nodig wat doeltreffend en veilig kan voldoen aan die eise van 'n deurdringende digitale samelewing in die lig van klimaatsverandering en ander ekstreme gebeure, terwyl 'n hoë lewensgehalte en ekonomiese groei gevoed word. So 'n netwerk sal voldoende transmissievermoë bied om nuwe aardgas-opwekkingsaanlegte, aan wal- of buitelandse windplase, sonkragaanlegte en ander hernubare energie aan kliënte te koppel. Dit sal ook funksioneer as 'n selfgenesende stelsel, deur digitale komponente en intydse kommunikasietegnologieë te gebruik om die elektriese eienskappe te alle tye te monitor en homself voortdurend in te stel sodat dit optimaal funksioneer, probleme voorspel en onderdele vinnig kan isoleer. van die netwerk wat mislukking van die res van die stelsel ondervind om die verspreiding van ontwrigting te voorkom en om vinniger herstel moontlik te maak.
Om ons huidige infrastruktuur in 'n selfgenesende slimnet te omskep, moet verskillende tegnologieë ontplooi en geïntegreer word. Die ideale slim-roosterstelsel bestaan ​​uit microgrids - wat klein, meestal selfvoorsienende kragstelsels is - en 'n sterker, slimmer hoogspanningsnet, wat dien as die ruggraat van die totale stelsel en dit moontlik maak om aansienlik verhoogde hoeveelhede wind en hernubare bronne te integreer. Met 'n sterker en slim netwerk kan 40 persent van ons elektrisiteit in die VSA teen 2030 afkomstig wees van wind, wat gedeeltelik vervang sal word met fossielbrandstowwe wat tans gebruik word vir elektrisiteit en vervoer.
Tradisionele analoog tegnologieë vervang met digitale komponente
Om die netwerkinfrastruktuur op te gradeer vir selfgenesende vermoëns, moet tradisionele analoogtegnologieë vervang word met digitale komponente, sagtewareverwerkers en kragelektronika. Dit moet regdeur 'n stelsel geïnstalleer word sodat dit digitaal beheer kan word, wat die belangrikste bestanddeel van 'n netwerk is wat selfmonitering en selfgenesing is.
Baie van die tegnologie en stelsels se denke agter selfgenesende kragnetwerk kom van die militêre lugvaart-sektor, waar ek 14 jaar gewerk het aan skade-aanpasbare vlugstelsels vir F-15-vliegtuie, die logistiek optimaliseer en die voortbestaan ​​van eskaders bestudeer het en missie-effektiwiteit. In Januarie 1998, toe ek by die Electric Power Research Institute aangesluit het, het ek gehelp om hierdie konsepte na elektrisiteitstelsels en ander kritieke infrastruktuurnetwerke, insluitend energie, water, telekommunikasie en finansies, te bring. Na die September 11, 2001 het terroriste-aanvalle, veerkragtigheid en veiligheid nog belangriker geword.
Slimmer rooster sal miljarde per jaar bespaar
'N Slimmer rooster sal die koste van onderbrekings met ongeveer $ 49 miljard per jaar verlaag en CO verlaag2 emissies met 12 – 18 persent met 2030.
Die koste van 'n slimmer netwerk hang af van hoeveel instrumente u eintlik insit, soos die kommunikasie-ruggraat, verhoogde sekuriteit en verhoogde veerkragtigheid. Die totale prysetiket wissel tussen $ 340 miljard en $ 480 miljard, wat gedurende 'n tydperk van 20 jaar ongeveer $ 20 miljard tot $ 25 miljard per jaar sou beloop. Maar dadelik is die voordele $ 70 miljard per jaar aan verhoogde doeltreffendheid en laer koste weens onderbrekings, en in 'n jaar waarin daar baie orkane, ysstorms en ander steurnisse is, strek die voordeel nog verder. Tans kos onderbrekings uit alle oorde die Amerikaanse ekonomie jaarliks ​​tussen 80 en 188 miljard dollar. 'N Slimmer netwerk sal die koste van onderbrekings met ongeveer $ 49 miljard per jaar verminder en die CO verminder2 emissies met 12 – 18 persent met 2030. Boonop sal dit die doeltreffendheid van die stelsel met meer as 4 persent verhoog - dit is nog $ 20.4 miljard per jaar.
Die koste dek 'n wye verskeidenheid verbeterings om die kragleweringstelsel tot die prestasievlakke te bring wat benodig word vir 'n slim rooster. Dit bevat die infrastruktuur om verspreide energiebronne te integreer en om volledige kliëntverbinding te bewerkstellig, maar sluit nie die opwekkingskoste, die koste van transmissie-uitbreiding in om hernubare energie by te voeg en om belastinggroei te dek, of die koste van kliënte vir slim-rooster gereed nie toestelle en toestelle. Ondanks die koste verbonde aan implementering, sou die belegging in die netwerk grootliks vir homself betaal. Met die werklike belegging, vir elke dollar, is die opbrengs ongeveer $ 2.80 tot $ 6 vir die breër ekonomie. En hierdie syfer is baie konserwatief.
Maar dit gaan ook oor 1) verhoogde kuber- / IT-sekuriteit, en algehele energiesekuriteit, met sekuriteit wat ingebou is in die ontwerp as deel van 'n gelaagde verdedigingstelselargitektuur, en 2) werkskepping en ekonomiese voordele. Inderdaad, volgens my mening, hang die 21-eeuse digitale ekonomie daarvan af dat ons hierdie beleggings maak, ongeag die voorspelling dat die meer ekstreme weer sal kom namate ons klimaatsverandering verander.
Gemors 15 Jaar oor die rol van die regering
Ons het 15-jare gemors met argumente oor die rol van die openbare en private sektor, terwyl ons wêreldwye mededingers aanpas en innoveer. As 'n bewys vir die ekonomiese argument, oorweeg die 2009 American Recovery and Reinvestment Act regeringsstimuleringsplan befondsing en gepaardgaande ondersteuning van nutsdienste en die private sektor in die Smart Grid Investment Grant en Smart Grid Demonstration Project-programme. Vanaf Maart 2012 het die totale beleggingswaarde van $ 2.96 miljard om slim-netprojekte te ondersteun, ten minste $ 6.8 miljard in die totale ekonomiese produksie opgelewer. Oor die algemeen is ongeveer 47,000 voltydse werkgeleenthede deur beleggings ondersteun. Vir elke $ 1 miljoen direkte besteding het die BBP met $ 2.5 miljoen tot $ 2.6 miljoen gestyg.
Ons het 15 jaar gemors met die argumente oor die rol van die openbare en private sektor terwyl ons internasionale mededingers aanpas en innoveer. Ons moet publiek-private vennootskappe hernu, burokratiese rompslomp sny en die wolk van onsekerheid oor die opbrengs op belegging van modernisering van infrastruktuur verminder. As die nasie in die verlede sulke strategiese verpligtinge gemaak het, was die uitbetalings geweldig groot. Dink aan die snelwegstelsel, die maanlandingsprojek en die internet.
Om aan al hierdie uitdagings te voldoen, het wêreldleidende ekonomiese groei opgelewer deur handel, tegnologie-ontwikkeling en 'n mengsel van die twee moontlik te maak. In die proses het ons 'n hoogs opgeleide, aanpasbare arbeidsmag ontwikkel. Nou moet ons besluit of ons elektriese krag en energie-infrastruktuur wil bou wat 'n digitale samelewing van die 21ste eeu ondersteun, of as 'n industriële relikwie van die 20e eeu agtergelaat word.
Massoud Amin dien as die HW Sweatt-leerstoel in tegnologiese leierskap Tegnologiese Leierskapsinstituut (TLI) en is 'n Universiteits-onderskeidende onderwysprofessor en 'n professor in elektriese en rekenaaringenieurswese aan die Universiteit van Minnesota. Hy werk daaraan om slim, veilige en veerkragtige infrastruktuur moontlik te maak. Hy lei uitgebreide projekte in slim roosters, is die voorsitter van die IEEE slim rooster, en word beskou as die vader van slim rooster.