Energia i środowisko

Modernizacja sieci dla energii odnawialnej

Modernizacja sieci dla energii odnawialnej


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Zakład przetwarzania odpadów w energię Tyseley w Birmingham [Źródło obrazu:Elliott Brown, Flickr]

W wielu krajach na całym świecie, w tym w kilku stanach zachodnich, sieć elektryczna jest przestarzała, a technologia sięga czasów Thomasa Edisona. Oznacza to, że światowy sektor elektroenergetyczny musi znaleźć nowe sposoby dostarczania energii, w szczególności w taki sposób, aby uniknąć emisji szkodliwych gazów cieplarnianych, które powodują zmiany klimatyczne lub powodują szkodliwe zanieczyszczenie powietrza lub inne niekorzystne skutki dla środowiska. Inne kwestie obejmują poprawę wydajności, redukcję kosztów i wzrost rynku. Narody na całym świecie w coraz większym stopniu preferują energię odnawialną, zamiast paliw kopalnych i atomu.

Jednak wiele technologii odnawialnych, z wyjątkiem biogazu wytwarzanego z biomasy i fermentacji beztlenowej i geotermii, ma charakter przerywany, zależny od warunków pogodowych. Z tego powodu technologie energii odnawialnej będą musiały zostać włączone do ogólnego pakietu energii odnawialnej obejmującego wiele technologii, przy wsparciu ze strony systemów magazynowania energii, strategii redukcji popytu i systemów efektywności energetycznej, takich jak inteligentne sieci.

Szczególnie przedsiębiorstwa użyteczności publicznej zaczynają modernizować sieć poprzez rozwój inteligentnych sieci, które wykorzystują technologie informacyjne i komunikacyjne, aby uczynić sieć bardziej zarządzalną i wydajną. Jednak sukces takiej strategii wymaga, aby systemy i urządzenia były ze sobą interoperacyjne, ze względu na ich złożoność oraz liczbę i skalę zaangażowanych urządzeń.

Stworzenie inteligentnej sieci zasadniczo pociąga za sobą „komputeryzację” istniejącej sieci elektroenergetycznej. Można to osiągnąć, instalując dwukierunkową technologię komunikacji cyfrowej, która komunikuje się z różnymi inteligentnymi urządzeniami energetycznymi zarządzającymi siecią, z których każde może być wyposażone w czujniki w celu gromadzenia informacji. Czujniki te obejmują mierniki mocy, czujniki napięcia, wykrywacze usterek i tak dalej. Dostępna będzie również dwukierunkowa komunikacja cyfrowa między samymi urządzeniami a centrum operacyjnym sieci, co umożliwia narzędziu sterowanie każdym urządzeniem, a nawet milionami urządzeń z jednego centralnego miejsca zarządzania.

Wdrożenie technologii transmisji danych tworzy rynek, na którym firmy walczą o rozwój nowych aplikacji i oprogramowania. Daje to ważne korzyści, takie jak bezpieczeństwo cybernetyczne i zwiększona zdolność do integracji technologii energii odnawialnej z siecią, w tym transportem niskoemisyjnym, takim jak pojazdy elektryczne (EV).

Stany Zjednoczone były mocno zaangażowane w modernizację sieci po uchwaleniu ustawy o niezależności energetycznej i bezpieczeństwie energetycznym (EISA) z 2007 r. Zapewnia to wsparcie prawne dla programu inteligentnych sieci Departamentu Energii USA (DOE), tworząc Komitet Doradczy ds. Smart Grid Task Force jako ważna część procesu. EISA ustanowiła również regionalną inicjatywę demonstracyjną inteligentnych sieci i zleciła Narodowemu Instytutowi Standardów i Technologii (NIST), wraz z DOE i innymi, opracowanie ram interoperacyjności inteligentnych sieci. Finansowanie jest zapewniane przez federalny fundusz dopasowujący DOE dla kosztów inwestycji w inteligentne sieci.

Biuro Dostaw Energii Elektrycznej i Niezawodności Energii (OE) bierze na siebie wiodącą odpowiedzialność za transformację amerykańskiej sieci elektroenergetycznej przy pomocy kluczowych interesariuszy z przemysłu, środowiska akademickiego i rządów stanowych. Wiąże się to ze znacznymi priorytetami badawczo-rozwojowymi, których celem jest sprostanie różnym wyzwaniom i przyspieszenie transformacji systemu elektroenergetycznego w inteligentną sieć. Obejmuje to również nowe modele biznesowe i politykę regulacyjną.

[Źródło obrazu:Ian Muttoo, Flickr]

Wyzwania

Jednym z głównych problemów z istniejącą siecią w Stanach Zjednoczonych i prawdopodobnie także w innych krajach zachodnich jest ciągłe niedoinwestowanie, zwłaszcza w przesyłanie i dystrybucję. W Stanach Zjednoczonych istnieją setki tysięcy linii przesyłowych wysokiego napięcia, ale od 2000 roku zainstalowano jedynie 668 mil transmisji. Oznacza to, że ograniczenia systemu będą się pogarszać, jeśli problemy nie zostaną rozwiązane. Obecnie przerwy w dostawach i problemy z jakością energii kosztują amerykańskie firmy ponad 100 miliardów dolarów rocznie, aw ciągu ostatnich 40 lat miało miejsce co najmniej pięć masowych awarii. Jednak gdyby sieć była nawet o 5% bardziej wydajna, oznaczałoby to oszczędność energii równoważną emisji paliw i gazów cieplarnianych z 53 milionów samochodów.

Zaostrzeniem problemu jest fakt, że żyjemy w szybko zmieniającym się cyfrowym społeczeństwie. Potrzeba przejścia na nowoczesną gospodarkę odnawialną w celu zwalczania zmian klimatycznych stawia dodatkowe wymagania. Obecnie Stany Zjednoczone wytwarzają 25 procent światowych gazów cieplarnianych, mimo że stanowią tylko 4 procent światowej populacji. Połowa krajowej energii jest nadal wytwarzana przez elektrownie węglowe. W międzyczasie kraje takie jak Niemcy są światowym liderem w rozwoju technologii energii odnawialnej, takich jak energia słoneczna i wiatrowa, podczas gdy Japonia szybko wkracza w rozwój zaawansowanych technologii magazynowania energii, a Unia Europejska (UE) przyjęła „program inteligentnych sieci” w których budynki będą pełnić rolę mini elektrowni.

Według raportu niemieckiej Federalnej Agencji ds. Sieci ze stycznia 2015 r. Europejskie sieci krajowe stoją przed trzema głównymi wyzwaniami, związanymi z nierównomiernym wytwarzaniem energii, połączeniami na dużą skalę i zwiększonym obrotem energią elektryczną.

Nierówne wytwarzanie energii jest spowodowane przerywanym charakterem technologii energii odnawialnej, który może powodować wahania wpływające na stabilność sieci. Ma to wpływ zarówno na główne dalekobieżne linie przesyłowe, jak i na bardziej regionalne sieci dystrybucyjne.

Ponieważ wytwarzanie energii staje się coraz bardziej zdecentralizowane (generacja rozproszona), w dużej mierze dzięki systemom energii odnawialnej, takim jak dachowe panele fotowoltaiczne i farmy wiatrowe, duża liczba instalacji do wytwarzania energii podłącza się do sieci.

Handel energią elektryczną stanowi szczególny problem dla Niemiec ze względu na swoje centralne położenie, co daje im status kraju tranzytowego między rynkami energii elektrycznej Europy Zachodniej i Wschodniej. Oznacza to, że w coraz większym stopniu będzie musiał obsługiwać więcej transgranicznych transakcji energii elektrycznej niż inne kraje UE.

Wymagania inteligentnej sieci

Jak wyjaśnia Departament Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) w swojej książce The Smart Grid: An Introduction z 2010 roku, nowe krajowe sieci będą inteligentne, wydajne, przystosowujące się, motywujące, oportunistyczne, zorientowane na jakość, odporne i ekologiczne. Co to wszystko dokładnie oznacza?

Przez inteligentny, DOE oznacza, że ​​system będzie w stanie wykrywać przeciążenia i przekierowywać moc w celu zapobiegania awariom. Będzie również w stanie działać autonomicznie w tempie szybszym niż to, które może zapewnić ludzka praca fizyczna i współpracując - łącząc przedsiębiorstwa użyteczności publicznej, konsumentów i organy regulacyjne.

To będzie wydajny w tym sensie, że będzie w stanie sprostać zwiększonemu zapotrzebowaniu bez konieczności instalowania dodatkowej infrastruktury.

Inteligentna sieć będzie w stanie pomieścić energia z dowolnego źródła paliwa, szczególnie w odniesieniu do technologii energii odnawialnej, takiej jak energia słoneczna i wiatrowa. Będzie w stanie to zrobić szybko i efektywnie, a także będzie w stanie zintegrować z systemem technologie nowej generacji w miarę ich opracowywania przy wsparciu nowych technologii magazynowania energii.

System pomoże motywować konsumentów w kierunku bardziej efektywnego zarządzania dostawami energii elektrycznej poprzez zapewnienie lepszej komunikacji między gospodarstwami domowymi a dostawcami energii. Oznacza to, że będą w stanie precyzyjnie dostosować swoje zużycie energii w zależności od ich dokładnych wymagań, zgodnie z ceną i / lub troską o środowisko.

Inteligentna sieć stworzy nowe możliwości i rynków, tworząc tym samym miejsca pracy i wnosząc istotny wkład w gospodarkę krajową i światową.

To będzie nastawiony na jakość dzięki temu będzie w stanie dostarczać moc bez ryzyka spadków mocy, skoków napięcia lub innych zakłóceń. Będzie w pełni w stanie wesprzeć nasze zdigitalizowane społeczeństwo z całym jego mnóstwem urządzeń, od komputerów po konsole do gier, inteligentne urządzenia i inną zaawansowaną elektronikę.

Nowe sieci energetyczne będą sprężystyzdolne do odpierania ataków przed klęskami żywiołowymi lub cyberprzestępcami dzięki wykorzystaniu technologii bezpieczeństwa inteligentnych sieci.

Wreszcie system będzie Zielony - przeciwdziałanie globalnym zmianom klimatycznym i uczynienie naszego życia o wiele bardziej zrównoważonym niż jest obecnie.

DOE klasyfikuje komponenty nowej inteligentnej sieci według pięciu konkretnych technologii. Są to: zintegrowana komunikacja, wykrywanie i pomiary, zaawansowane komponenty, zaawansowane sterowanie i ulepszone interfejsy.

Technologia wizualizacji jest już wykorzystywana przez przedsiębiorstwa użyteczności publicznej do monitorowania obciążenia w czasie rzeczywistym i planowania wzrostu obciążenia. Jednak tej technologii brakuje zwykle możliwości integrowania informacji z wielu różnych źródeł lub wyświetlania informacji różnym użytkownikom. Zaawansowana infrastruktura pomiarowa (AMI) ma na celu zintegrowanie konsumentów z inteligentną siecią poprzez zapewnienie im możliwości bardziej efektywnego zarządzania dostawami energii elektrycznej. Umożliwia także przedsiębiorstwom użyteczności publicznej szybsze wykrywanie problemów i wydajniejszą obsługę systemów. Sygnały cenowe będą przekazywane do inteligentnych urządzeń i inteligentnych kontrolerów domowych i termostatów. Te urządzenia będą następnie przetwarzać informacje w oparciu o wymagania konsumentów. Będzie się to odbywać w tle przy minimalnych wymaganiach dotyczących interwencji człowieka, co z kolei przyniesie znaczne oszczędności kosztów. Jednostki zarządzania wskazówkami (PMU) próbują napięcie i prąd w poszczególnych lokalizacjach, wykonując pomiary co 2-4 sekundy, umożliwiając w ten sposób orientację sytuacyjną systemu i zapobiegając awariom.

Wszystko to w praktyce

Liczne stany w USA przyjęły obecnie standard portfela odnawialnego (RPS), który wyznacza cele w zakresie integracji energii odnawialnej, a niedawne porozumienie paryskie w sprawie działań na rzecz przeciwdziałania zmianom klimatu oznacza, że ​​jeszcze więcej krajów na świecie zacznie zwiększać swoją energię odnawialną infrastruktury w harmonii z nowym globalnym rynkiem energii odnawialnej.

Jednak w Wielkiej Brytanii niedawne cięcia dotacji na technologie energii odnawialnej postawiły pod znakiem zapytania zdolność i / lub chęć konserwatywnego rządu do inwestowania w nową inteligentną sieć zdolną do pełnej integracji technologii energii odnawialnej lub przejścia na nią. W maju 2015 r. Organizacja handlowa sektora energii słonecznej w Wielkiej Brytanii, Solar Trade Association (STA), musiała wezwać rząd do podjęcia większych inwestycji w modernizację sieci w celu integracji energii odnawialnej. Obecnie Wielka Brytania cierpi z powodu starzejącej się infrastruktury, która ograniczy zdolność kraju do sprostania różnym celom związanym ze zmianą klimatu i energią odnawialną. Sześć lat temu firma Western Power Distribution, District Network Operator (DNO) dla Midlands, południowo-zachodniej Anglii i Walii, musiała zamknąć sieć dla nowych projektów energii odnawialnej, szczególnie tych rozwijanych w Kornwalii, Devon, Somerset i Dorset. Tymczasem, według UK Power Networks, części wschodniej i południowo-wschodniej Anglii nie mają prawie żadnych wolnych mocy produkcyjnych.

Wielka Brytania jest zobowiązana, jako członek UE, do produkowania co najmniej 15% swojej energii z odnawialnych źródeł energii do 2020 r., Ale rosną obawy co do jej zdolności do tego. Urząd Statystyk Krajowych (ONS) powiedział w lutym 2015 r., Że Wielka Brytania będzie musiała podwoić swoją energię ze źródeł odnawialnych do 30 procent, jeśli chce osiągnąć ogólne cele na 2020 r.

„Siatka jest teraz sklerotyczna w niektórych miejscach i istnieją nawet skromne dachy słoneczne, które nie mogą uzyskać połączenia z siecią”, powiedziała Leonie Green, była szefowa ds. Zewnętrznych w STA. „Staramy się, aby DNO działały w ramach bardziej aktywnego modelu biznesowego, ale ilość energii słonecznej przewidywana na 2023 r. Jest mniejsza niż obecnie. Brakuje nam podstawowych informacji, ponieważ nie mamy oceny, jaka pozostała rzeczywista pojemność i co jest potrzebne do osiągnięcia celów na 2020 r. Nowy sekretarz stanu nie ma czasu do stracenia, aby uruchomić sieć, jeśli chcemy niskoemisyjnego systemu elektroenergetycznego ”.

Według Energy UK modernizacja brytyjskiej sieci i dostosowanie jej do standardów inteligentnych sieci będzie kosztować około 30 miliardów funtów.

[Źródło obrazu:Wikimedia Commons]

Wniosek

Krytycy energii odnawialnej powiedzą ci, że sporadyczność technologii energii odnawialnej stopniowo prowadzi nas wszystkich do serii ogromnych, zbliżających się katastrof energetycznych w najbliższej przyszłości, ale to niewiele więcej niż propaganda. Jeśli sieć zostanie skutecznie zmodernizowana, a tak musi być, wówczas takie problemy można skutecznie rozwiązać. Krótko mówiąc, aby dostosować się do przyszłości energii odnawialnej, cała sieć energetyczna musi zostać całkowicie przekształcona. Dobra wiadomość jest taka, że ​​dokładnie to się dzieje teraz.

„Zmiany, które nadchodzą, takie jak pojazdy elektryczne, takie jak energia odnawialna, naprawdę nie mogą być dostosowane do istniejących sieci” - powiedział niezależny konsultant ds. Energii, John Scott, w rozmowie z The Guardian w czerwcu 2015 r. Pan Scott jest również członkiem Forum SmartGridGB, które omawia i promuje rozwój inteligentnych sieci w Wielkiej Brytanii. „Zamiast więc powiększać i powiększać sieć… inteligentne technologie pozwalają uzyskać znacznie więcej z tego, co już masz”.

Według dr Luisa Nando Ochoa, starszego wykładowcy inteligentnych sieci dystrybucyjnych na Uniwersytecie w Manchesterze, Wielka Brytania albo będzie musiała zapłacić miliony funtów za wzmocnienie swojej obecnej sieci, albo będzie musiała przyjąć inteligentną technologię. Ta ostatnia opcja umożliwia skuteczniejsze kontrolowanie rzeczy przy użyciu tej samej infrastruktury, która zachowuje się znacznie inteligentniej.

Rzeczy rzeczywiście szybko się zmieniają, ale znowu muszą. Czekaliśmy zbyt długo, a zmiany są spóźnione.


Obejrzyj wideo: Energia odnawialna w ciepłownictwie. Technologie które zmienią rzeczywistość w najbliższej dekadzie. (Może 2022).