Energia ja ympäristö

Uusiutuvan energian verkon nykyaikaistaminen

Uusiutuvan energian verkon nykyaikaistaminen


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.

Tyseleyn jäteenergialaitos Birminghamissa [Kuvalähde:Elliott Brown, Flickr]

Monissa maailman maissa, mukaan lukien useat länsimaat, sähköverkko on vanhentunut tekniikalla, joka ulottuu Thomas Edisonin aikaan. Tämä tarkoittaa, että maailmanlaajuisen sähköalan on löydettävä uusia tapoja toimittaa sähköä, erityisesti siten, että vältetään haitallisten kasvihuonekaasujen päästöt, jotka aiheuttavat ilmastonmuutosta tai aiheuttavat haitallista ilmansaasteita tai muita haitallisia ympäristövaikutuksia. Muita huomioita ovat tehokkuuden parantaminen, kustannusten alentaminen ja markkinoiden kasvu. Yhä useammat kansat ympäri maailmaa suosivat uusiutuvaa energiaa fossiilisten polttoaineiden ja ydinvoiman sijaan.

Monet uusiutuvat tekniikat, lukuun ottamatta biomassasta tuotettua biokaasua ja anaerobista hajotusta ja geotermistä, ovat kuitenkin ajoittaisia, riippuen sääolosuhteista. Tästä syystä uusiutuvien energialähteiden tekniikat on sisällytettävä kokonaisvaltaiseen moniteknologiaan perustuvaan uusiutuvien energialähteiden pakettiin energian varastointijärjestelmien, kysynnän vähentämisstrategioiden ja energiatehokkuusjärjestelmien, kuten älykkäiden verkkojen, tuella.

Erityisesti apuohjelmat ovat aloittamassa verkon modernisointia kehittämällä älykkäitä verkkoja, jotka tekevät tieto- ja viestintätekniikoista verkon hallittavampia ja tehokkaampia. Tällaisen strategian onnistuminen edellyttää kuitenkin, että järjestelmät ja laitteet ovat yhteentoimivia keskenään niiden monimutkaisuuden sekä mukana olevien laitteiden lukumäärän ja mittakaavan vuoksi.

Älykkään verkon luominen edellyttää periaatteessa nykyisen sähköverkon "tietokoneistamista". Tämä voidaan saavuttaa asentamalla kaksisuuntainen digitaalinen viestintätekniikka, joka kommunikoi verkon kanssa hallittavien älykkäiden energialaitteiden kanssa, joista kukin voidaan varustaa antureilla tiedon keräämiseksi. Näitä antureita ovat tehomittarit, jänniteanturit, vikailmaisimet ja niin edelleen. Laitteiden ja verkon toimintakeskuksen välillä tulee olemaan myös kaksisuuntainen digitaalinen tiedonsiirto, jonka avulla apuohjelma voi ohjata kutakin laitetta tai jopa miljoonia laitteita yhdestä keskushallintapaikasta.

Tietoliikennetekniikan käyttöönotto luo markkinat, joilla yritykset pyrkivät kehittämään uusia sovelluksia ja ohjelmistoja. Tämä tuottaa merkittäviä etuja, kuten kyberturvallisuuden ja paremman kyvyn integroida uusiutuvan energian tekniikka verkkoon, mukaan lukien vähähiilinen liikenne, kuten sähköajoneuvot.

Yhdysvallat on osallistunut voimakkaasti verkon modernisointiin vuoden 2007 energiariippumattomuutta ja -turvallisuutta koskevan lain (EISA) antamisen jälkeen. Tämä tarjoaa lainsäädännöllistä tukea Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) älyverkkohankkeelle ja perustaa älykkäiden verkkojen neuvoa-antavan komitean ja liittovaltion liittovaltion. Smart Grid -työryhmä tärkeänä osana prosessia. EISA perusti myös älykkäiden verkkojen alueellisen esittelyaloitteen ja ohjasi kansallisen standardointi- ja teknologiainstituutin (NIST) yhdessä DOE: n ja muiden kanssa kehittämään älykkäiden verkkojen yhteentoimivuuskehystä. Rahoitus tapahtuu DOE Federal Matching Fund -sovelluksen kautta älyverkkojen investointikustannuksiin.

Office of Electricity Delivery and Energy Reliability (OE) ottaa johtajan vastuun Yhdysvaltojen sähköverkon muutoksessa avaintoimijoiden avustamana teollisuudessa, korkeakouluissa ja osavaltioiden hallituksissa. Tähän liittyy huomattavia tutkimus- ja kehitysprioriteetteja, joilla pyritään vastaamaan erilaisiin haasteisiin ja nopeuttamaan sähköjärjestelmän muuttumista älykkääksi verkoksi. Tähän liittyy myös uusia liiketoimintamalleja ja sääntelypolitiikkaa.

[Kuvalähde:Ian Muttoo, Flickr]

Haasteet

Yksi suurimmista ongelmista nykyisessä verkossa Yhdysvalloissa ja luultavasti myös muissa länsimaissa on, että erityisesti siirtoon ja jakeluun on tehty jatkuvaa alinvestointia. Yhdysvalloissa on satoja tuhansia korkeajännitteisiä siirtolinjoja, mutta vuodesta 2000 lähtien on asennettu vain 668 ylimääräistä mailia siirtoa. Tämä tarkoittaa, että järjestelmän rajoitukset pahenevat edelleen, jos ongelmiin ei puututa. Tällä hetkellä seisokit ja sähkönlaatuongelmat maksavat amerikkalaisille yrityksille yli 100 miljardia dollaria vuodessa, ja viimeisen 40 vuoden aikana on ollut ainakin viisi massiivista sähkökatkosta. Jos verkosta tehtäisiin jopa 5 prosenttia tehokkaampi, se merkitsisi energiansäästöä, joka vastaa 53 miljoonan auton polttoaine- ja kasvihuonekaasupäästöjä.

Ongelmaa pahentaa se, että elämme nopeasti muuttuvassa digitalisoidussa yhteiskunnassa. Tarve siirtyä nykyaikaiseen uusiutuvaan talouteen ilmastonmuutoksen torjumiseksi lisää ylimääräisiä vaatimuksia. Tällä hetkellä Yhdysvallat tuottaa 25 prosenttia maailman kasvihuonekaasuista, vaikka sillä on vain 4 prosenttia maailman väestöstä. Puolet maan energiasta tuottaa edelleen hiilivoimala. Samaan aikaan Saksan kaltaiset maat johtavat maailmaa uusiutuvien energialähteiden, kuten auringon ja tuulen, kehittämisessä, kun taas Japani on siirtymässä nopeasti edistyneen energian varastointiteknologian kehittämiseen ja Euroopan unioni (EU) on hyväksynyt älykkään verkon suunnitelman jossa rakennukset toimivat minivoimalaitoksina.

Saksan liittovaltion verkkoviraston tammikuussa 2015 julkaiseman raportin mukaan Euroopan kansallisilla verkoilla on kolme suurta haastetta, erityisesti epätasainen sähköntuotanto, laajamittainen liitäntä ja lisääntynyt sähkökauppa.

Epätasainen sähköntuotanto johtuu uusiutuvan energian tekniikan ajoittaisesta luonteesta, joka voi aiheuttaa vaihteluita, jotka vaikuttavat verkon vakauteen. Tämä vaikuttaa sekä tärkeimpiin kaukopuhelinlinjoihin että alueellisempiin jakeluverkkoihin.

Kun energiantuotannosta tulee hajautetumpaa (hajautettu tuotanto), lähinnä uusiutuvien energialähteiden järjestelmien, kuten aurinkopaneelien katolla sijaitsevien aurinkopaneelien ja tuulipuistojen kautta, suuri määrä sähköntuotantolaitoksia on yhteydessä verkkoon.

Sähkön kauppa on Saksalle erityinen ongelma sen keskeisen sijainnin vuoksi, mikä antaa sille länsi- ja itä-Euroopan sähkömarkkinoiden välisen kauttakulkumaan aseman. Tämä tarkoittaa sitä, että sen on yhä useammin käsiteltävä enemmän rajat ylittäviä sähkökauppoja kuin muissa EU: n maissa.

Älykkään verkon vaatimukset

Kuten Yhdysvaltain energiaministeriö (DOE) selittää vuoden 2010 kirjassaan Älykäs verkko: Johdanto, uudet kansalliset verkot ovat älykkäitä, tehokkaita, mukautuvia, motivoivia, opportunistisia, laatupainotteisia, joustavia ja vihreitä. Mitä tämä kaikki tarkalleen tarkoittaa?

Tekijä älykäs, DOE tarkoittaa, että järjestelmä pystyy havaitsemaan ylikuormituksen ja reitittämään virtaa katkosten estämiseksi. Se kykenee myös toimimaan itsenäisesti nopeammin kuin ihmisen manuaalinen työ ja yhteistoiminta - yhteydenpito laitosten, kuluttajien ja sääntelyviranomaisten välillä.

Se tulee olemaan tehokas siinä mielessä, että se pystyy vastaamaan lisääntyneeseen kysyntään tarvitsematta asentaa lisäinfrastruktuuria.

Älykäs verkko pystyy majoittaa energia mistä tahansa polttoainelähteestä, erityisesti uusiutuvan energian tekniikoiden, kuten auringon ja tuulen, osalta. Se pystyy tekemään niin nopeasti ja tehokkaasti ja pystyy integroimaan uuden sukupolven tekniikat järjestelmään, kun niitä kehitetään uusien energian varastointitekniikoiden tukemana.

Järjestelmä auttaa motivoida kuluttajia kohti tehokkaampaa sähköntoimitusta tarjoamalla parempaa viestintää kotitalouksien ja sähköä tarjoavien sähkölaitosten välillä. Tämä tarkoittaa sitä, että he pystyvät räätälöimään energiankulutuksensa tarkasti vaatimustensa mukaan hinta- ja / tai ympäristöongelmien mukaan.

Älyverkko luo uuden mahdollisuudet ja markkinoiden kautta, mikä luo työpaikkoja ja myötävaikuttaa merkittävästi kansalliseen ja maailmantalouteen.

Se tulee olemaan laatuun keskittynyt siinä mielessä, että se kykenee toimittamaan virtaa ilman virtapiikkejä, piikkejä tai muita häiriöitä. Se pystyy tukemaan digitalisoitua yhteiskuntaamme kaikilla monilla laitteillaan tietokoneista pelikonsoleihin älylaitteisiin ja muuhun edistyneeseen elektroniikkaan.

Uudet sähköverkot tulevat olemaan joustava, pystyy torjumaan luonnonkatastrofien tai verkkorikollisten hyökkäykset älykkään verkon suojaustekniikan avulla.

Lopuksi, järjestelmä tulee olemaan vihreä - torjua maailmanlaajuista ilmastonmuutosta ja tehdä elämästämme nykyistä huomattavasti kestävämpi.

DOE luokittelee uuden älyverkon komponentit viiden erityisen tekniikan mukaan. Nämä ovat: integroitu tiedonsiirto, tunnistaminen ja mittaaminen, edistyneet komponentit, edistyneet ohjaimet ja parannetut käyttöliittymät.

Apuohjelmat käyttävät visualisointitekniikkaa jo reaaliaikaiseen kuormituksen seurantaan ja kuormituksen kasvun suunnitteluun. Tällä tekniikalla ei kuitenkaan yleensä ole mahdollisuutta integroida tietoa useista eri lähteistä tai näyttää tietoja eri käyttäjille. Tarkennetun mittausinfrastruktuurin (AMI) tarkoituksena on integroida kuluttajat älykkääseen verkkoon antamalla heille kyky hallita sähkönsaantia tehokkaammin. Sen avulla apuohjelmat voivat havaita ongelmat nopeammin ja käyttää järjestelmiä tehokkaammin. Hintasignaalit välitetään älylaitteille ja älykkäille kotiohjaimille ja termostaateille. Nämä laitteet käsittelevät sitten tietoja kuluttajien vaatimusten perusteella. Tämä jatkuu taustalla, ja ihmisen toiminnan on oltava vähäistä, mikä puolestaan ​​tuottaa merkittäviä kustannussäästöjä. Phasor Management Units (PMU) -näytteet ottavat jännitteen ja virran tietyissä paikoissa mittaamalla 2-4 sekunnin välein ja mahdollistavat siten järjestelmän tilannetietoisuuden ja estävät sähkökatkoksia.

Kaiken toteuttaminen käytännössä

Useat Yhdysvaltojen osavaltiot ovat nyt ottaneet käyttöön uusiutuvien energialähteiden standardin (RPS), jossa asetetaan tavoitteet uusiutuvien energialähteiden integroinnille, ja äskettäinen Pariisin sopimus ilmastonmuutoksen torjumisesta merkitsee sitä, että yhä useammat maailman maat alkavat lisätä uusiutuvaa energiaa infrastruktuuri sopusoinnussa uusien globaalien uusiutuvien energiamarkkinoiden kanssa.

Isossa-Britanniassa tuoreet leikkaukset uusiutuvan energian teknologioille ovat kuitenkin asettaneet kysymysmerkin konservatiivisen hallituksen kyvylle ja / tai halukkuuteen investoida uuteen älyverkkoon tai siirtyä siihen uuteen älyverkkoon, joka pystyy integroimaan täysin uusiutuvan energian tekniikan. Toukokuussa 2015 Ison-Britannian aurinkoenergiasektorin kauppajärjestön, Solar Trade Associationin (STA), oli kehotettava hallitusta tekemään enemmän investoimaan verkon nykyaikaistamiseen uusiutuvan energian integroimiseksi. Tällä hetkellä Yhdistynyt kuningaskunta kärsii ikääntyvästä infrastruktuurista, joka rajoittaa maan kykyä saavuttaa erilaiset ilmastonmuutosta ja uusiutuvaa energiaa koskevat tavoitteensa. Kuusi vuotta sitten Midlandsin, Lounais-Englannin ja Walesin piiriverkko-operaattorin Western Power Distribution (DNO) piti sulkea verkko uusille uusiutuvan energian hankkeille, erityisesti Cornwallissa, Devonissa, Somersetissa ja Dorsetissa kehitettäville. Sillä välin osilla Itä- ja Kaakkois-Englannissa ei ole juuri mitään käyttämätöntä kapasiteettia UK Power Networksin mukaan.

Yhdistyneen kuningaskunnan on EU: n jäsenenä velvoitettava tuottamaan vähintään 15 prosenttia energiasta uusiutuvista energialähteistä vuoteen 2020 mennessä, mutta sen kyky tehdä niin on yhä enemmän huolissaan. Kansallisten tilastojen toimisto (ONS) ilmoitti helmikuussa 2015, että Ison-Britannian on yli kaksinkertaistettava uusiutuva sähkö 30 prosenttiin, jos se haluaa saavuttaa vuoden 2020 yleiset tavoitteensa.

"Ruudukko on nyt paikoin skleroottinen ja siellä on jopa vaatimattomia aurinkokatoja, jotka eivät voi saada verkkoyhteyksiä", sanoi STA: n entinen ulkoasioiden päällikkö Leonie Green. "Yritämme saada DNO: t toimimaan aktiivisemman liiketoimintamallin mukaan, mutta vuonna 2023 ennustettu aurinkomäärä on pienempi kuin tänään. Meiltä puuttuu perustiedot, koska meillä ei ole arviota siitä, kuinka paljon todellista kapasiteettia on jäljellä ja mitä tarvitaan vuoden 2020 tavoitteiden saavuttamiseksi. Uudella ulkoministerillä ei ole aikaa hukkaan saada verkko raiteilleen, jos haluamme vähän hiilidioksidia käyttävän sähköjärjestelmän. "

Energy UK: n mukaan Yhdistyneen kuningaskunnan verkon nykyaikaistaminen ja älykkään verkon standardien mukauttaminen maksaa noin 30 miljardia puntaa.

[Kuvalähde:Wikimedia Commons]

Johtopäätös

Uusiutuvan energian kriitikot kertovat teille, että uusiutuvien energialähteiden tekniikoiden jaksottaisuus johtaa meidät vähitellen sarjaan massiivisia, uhkaavia sähkökatastrofeja lähitulevaisuudessa, mutta tämä on vain muutakin kuin propagandaa. Jos verkkoa modernisoidaan tehokkaasti, mikä sen on oltava, tällaisiin ongelmiin voidaan puuttua tehokkaasti. Lyhyesti sanottuna uusiutuvan energian tulevaisuuden huomioon ottamiseksi koko energiaverkko on muutettava kokonaan. Hyvä uutinen on, että juuri näin tapahtuu nyt.

"Tulevat muutokset, kuten sähköajoneuvot, kuten uusiutuva energia, eivät todellakaan pysty vastaamaan olemassa oleviin verkkoihin", sanoi riippumaton energiakonsultti John Scott puhuessaan The Guardianille kesäkuussa 2015. Herra Scott on myös SmartGridGB-foorumi, jossa keskustellaan ja edistetään älyverkkojen kehittämistä Isossa-Britanniassa. "Joten sen sijaan, että verkkoa suurennettaisiin ... älykkäät tekniikat antavat sinun saada paljon enemmän irti jo olemassa olevasta."

Manchesterin yliopiston älykkäiden jakeluverkkojen vanhempi luennoitsija tohtori Luis Nando Ochoa sanoo, että joko Yhdistyneen kuningaskunnan on maksettava miljoonia puntaa nykyisen verkon vahvistamiseksi tai sen on omaksuttava älykäs tekniikka. Jälkimmäisen vaihtoehdon avulla asioita voidaan hallita tehokkaammin samalla infrastruktuurilla, joka käyttäytyy paljon älykkäämmin.

Asiat todellakin muuttuvat nopeasti, mutta siellä heidän on jälleen tarvittava. Olemme odottaneet liian kauan, ja muutos on jo kauan.


Katso video: Uusiutuva energia Taalerilla (Joulukuu 2022).