Energija i okoliš

Modernizacija mreže za obnovljive izvore energije

Modernizacija mreže za obnovljive izvore energije

Tvornica otpada za energiju Tyseley u Birminghamu [Izvor slike:Elliott Brown, Flickr]

U mnogim zemljama svijeta, uključujući nekoliko zapadnih država, električna mreža je zastarjela, s tehnologijom koja seže u doba Thomasa Edisona. To znači da globalni elektroenergetski sektor mora pronaći nove načine za opskrbu električnom energijom, posebno na način koji izbjegava emisiju štetnih stakleničkih plinova koji uzrokuju klimatske promjene ili uzrokuju štetno zagađenje zraka ili druge štetne utjecaje na okoliš. Ostala razmatranja uključuju poboljšanu efikasnost, smanjenje troškova i rast tržišta. Zemlje širom svijeta sve više favoriziraju obnovljivu energiju, umjesto fosilnih goriva i nuklearne energije.

Međutim, mnoge obnovljive tehnologije, osim bioplina dobivenog iz biomase i anaerobne probave i geotermalne energije, isprekidane su, što ovisi o vremenskim obrascima. Iz tog će razloga tehnologije za obnovljive izvore energije morati biti ugrađene u sveukupni multi-tehnološki paket obnovljive energije uz podršku sistema za skladištenje energije, strategija smanjenja potražnje i sistema energetske efikasnosti kao što su pametne mreže.

Komunalije posebno počinju modernizirati mrežu razvojem pametnih mreža koje koriste informacione i komunikacijske tehnologije kako bi mrežu učinile upravljivijom i efikasnijom. Međutim, uspjeh takve strategije zahtijeva da sustavi i uređaji budu međusobno interoperabilni zbog svoje složenosti i broja i razmjera uključenih uređaja.

Stvaranje pametne mreže u osnovi podrazumijeva 'informatizaciju' postojeće električne mreže. To se može postići instaliranjem dvosmjerne digitalne komunikacijske tehnologije koja komunicira s različitim pametnim energetskim uređajima koji upravljaju mrežom, od kojih svaki može biti opremljen senzorima kako bi prikupio informacije. Ovi senzori uključuju mjerače snage, senzore napona, detektore kvarova i tako dalje. Također će postojati dvosmjerna digitalna komunikacija između samih uređaja i mrežnog operativnog centra koji omogućava uslužnom programu da kontrolira svaki uređaj ili čak milione uređaja s jedne centralne upravljačke lokacije.

Uvođenje tehnologije komunikacije podataka stvara tržište na kojem se kompanije trude da razvijaju nove aplikacije i softver. To generira važne prednosti kao što su kibernetička sigurnost i poboljšana sposobnost integriranja tehnologije obnovljivih izvora energije u mrežu, uključujući transport sa niskim emisijama ugljenika, poput električnih vozila (EV).

Sjedinjene Države su intenzivno angažirane na modernizaciji mreže nakon donošenja Zakona o energetskoj neovisnosti i sigurnosti (EISA) iz 2007. godine. Ovo pruža zakonsku podršku programu pametnih mreža američkog Ministarstva energetike, stvarajući Savjetodavni odbor za pametne mreže i Savezni savez Radna grupa za pametnu mrežu kao važan dio procesa. EISA je također osnovala regionalnu demonstracijsku inicijativu za pametnu mrežu i usmjerila Nacionalni institut za standarde i tehnologiju (NIST), zajedno s DOE i drugima, na razvoj okvira interoperabilnosti pametnih mreža. Financiranje se osigurava putem DOE Federalnog fonda za podudaranje troškova ulaganja u pametne mreže.

Ured za isporuku električne energije i energetsku pouzdanost (OE) preuzima vodeću odgovornost u transformaciji američke električne mreže uz pomoć ključnih aktera iz industrije, akademske zajednice i državnih vlada. To uključuje značajne istraživačke i razvojne prioritete usmjerene na odgovor na različite izazove i ubrzanje transformacije elektroenergetskog sistema u pametnu mrežu. To takođe uključuje nove poslovne modele i regulatornu politiku.

[Izvor slike:Ian Muttoo, Flickr]

Izazovi

Jedan od glavnih problema sa postojećom mrežom u SAD-u, a vjerovatno i drugim zapadnim zemljama, jest da je došlo do kroničnog nedovoljnog ulaganja, posebno u prijenos i distribuciju. Postoje stotine hiljada visokonaponskih dalekovoda širom SAD-a, ali od 2000. instalirano je samo 668 dodatnih milja prijenosa. To znači da će se sistemska ograničenja i dalje pogoršavati ako se problemi ne riješe. Trenutno prekidi i problemi s kvalitetom električne energije koštaju američka preduzeća više od 100 milijardi dolara godišnje, a posljednjih 40 godina bilo je najmanje pet masovnih zastoja. Međutim, ako bi mreža postala čak 5 posto efikasnija, to bi predstavljalo uštedu energije ekvivalentnu emisiji goriva i stakleničkih plinova od 53 miliona automobila.

Problem pogoršava činjenica da živimo u brzom digitaliziranom društvu. Potreba za tranzicijom na modernu obnovljivu ekonomiju u cilju borbe protiv klimatskih promjena dodaje dodatne zahtjeve. Trenutno SAD proizvode 25 posto stakleničkih plinova na svijetu, uprkos tome što imaju samo 4 posto svjetske populacije. Polovinu energije u zemlji i dalje generiraju postrojenja za ugljen. U međuvremenu, države poput Njemačke vode u svijetu u razvoju tehnologija obnovljivih izvora energije kao što su solarna i vjetar, dok Japan brzo kreće u razvoj napredne tehnologije skladištenja energije, a Europska unija (EU) usvojila je „program pametne mreže“ u kojima će zgrade djelovati kao mini elektrane.

Prema izvještaju Njemačke savezne mrežne agencije iz januara 2015. godine, europske nacionalne mreže suočavaju se s tri glavna izazova, a to su neravnomjerna proizvodnja električne energije, povezivanje velikih razmjera i povećana trgovina električnom energijom.

Neujednačena proizvodnja električne energije uzrokovana je isprekidanom prirodom tehnologije obnovljivih izvora energije koja može prouzrokovati fluktuacije koje utječu na stabilnost mreže. To utječe i na velike dalekovode i na više regionalnih distributivnih mreža.

Kako proizvodnja energije postaje decentraliziranija (distribuirana proizvodnja), uglavnom putem sistema obnovljivih izvora energije, kao što su krovni solarni PV i vjetroelektrane, velik broj instalacija za proizvodnju električne energije povezuje se s mrežom.

Trgovina električnom energijom poseban je problem za Njemačku zbog njenog centralnog smještaja, što joj daje status tranzitne zemlje između zapadne i istočne Evrope. To znači da će se sve više morati nositi s više prekograničnih transakcija električne energije u odnosu na druge zemlje u EU.

Zahtjevi pametne mreže

Kao što američko Ministarstvo energetike (DOE) objašnjava u svojoj knjizi „Pametna mreža: uvod“ iz 2010. godine, nove nacionalne mreže biće inteligentne, efikasne, prilagodljive, motivirajuće, oportunističke, fokusirane na kvalitet, elastične i zelene. Šta sve ovo tačno znači?

By inteligentan, DOE znači da će sistem biti sposoban osjetiti preopterećenja i preusmjeriti snagu kako bi se spriječili prekidi. Takođe će moći da radi autonomno bržim tempom od onog koji može pružiti ljudski fizički rad i kooperativno - povezujući komunalne usluge, potrošače i regulatore.

Biti će efikasan u smislu da će moći zadovoljiti povećanu potražnju bez potrebe za instaliranjem dodatne infrastrukture.

Pametna mreža će moći smjestiti energija iz bilo kojeg izvora goriva, posebno s obzirom na tehnologije obnovljivih izvora energije, poput sunca i vjetra. To će biti u mogućnosti to učiniti brzo i efikasno i moći će integrirati tehnologije nove generacije u sistem kako se razvijaju podržane novim tehnologijama za skladištenje energije.

Sistem će vam pomoći motivirati potrošači ka efikasnijem upravljanju njihovim opskrbom električnom energijom pružajući bolju komunikaciju između domaćinstava i komunalnih preduzeća koja pružaju električnu energiju. To znači da će moći fino prilagoditi svoju potrošnju energije, ovisno o njihovim preciznim zahtjevima, u skladu s cijenom i / ili ekološkim problemima.

Pametna mreža stvorit će novo mogućnosti i tržišta, stvarajući tako radna mjesta i značajno doprinoseći nacionalnoj i globalnoj ekonomiji.

Biti će usmjerena na kvalitet na taj način što će biti sposoban isporučivati ​​energiju bez rizika od padova snage, skokova ili drugih poremećaja. Bit će u potpunosti u mogućnosti podržati naše digitalizirano društvo sa svim svojim mnoštvom uređaja od računara do igraćih konzola do pametnih uređaja i druge napredne elektronike.

Nove električne mreže će biti otporan, sposoban da odbije napade od prirodnih katastrofa ili cyber kriminalaca upotrebom pametne sigurnosne tehnologije.

Konačno, sistem će biti zelena - suzbijanje globalnih klimatskih promjena i čineći naš život mnogo održivijim nego što su oni danas.

DOE kategorizira komponente nove pametne mreže prema pet specifičnih tehnologija. To su: integrirana komunikacija, senzacija i mjerenje, napredne komponente, napredne kontrole i poboljšani interfejsi.

Komunalne usluge već koriste tehnologiju vizualizacije za nadzor opterećenja u stvarnom vremenu i planiranje rasta opterećenja. Međutim, ovoj tehnologiji obično nedostaje sposobnost integriranja informacija iz mnoštva različitih izvora ili prikazivanja informacija različitim korisnicima. Napredna mjerna infrastruktura (AMI) ima za cilj integriranje potrošača u pametnu mrežu pružajući im mogućnost da efikasnije upravljaju svojim opskrbom električnom energijom. Takođe omogućava komunalnim uslugama da brže otkriju probleme i efikasnije upravljaju svojim sistemima. Signali cijena prenijet će se na pametne uređaje i pametne kućne kontrolere i termostate. Ovi uređaji će zatim obrađivati ​​informacije na osnovu zahtjeva potrošača. To će se odvijati u pozadini s minimalnim zahtjevima za ljudskom intervencijom, što će zauzvrat generirati značajne uštede troškova. Jedinice za upravljanje fazorima (PMU) uzorkuju napon i struju na određenim lokacijama, vršeći mjerenja svake 2-4 sekunde i na taj način omogućujući svjesnost o situaciji u sistemu i sprečavajući nestanke struje.

Sve to u praksi

Brojne države u SAD-u sada su usvojile Standard portfelja obnovljivih izvora (RPS) koji postavlja ciljeve za integraciju obnovljivih izvora energije, a nedavni Pariški sporazum o akcijama za borbu protiv klimatskih promjena značit će da će još više zemalja u svijetu početi povećavati svoju obnovljivu energiju infrastruktura u skladu s novim globalnim tržištem obnovljivih izvora energije.

Međutim, u Velikoj Britaniji, nedavni rezovi subvencija za tehnologije obnovljivih izvora energije postavili su znak pitanja sposobnosti i / ili spremnosti konzervativne vlade da investira u novu pametnu mrežu koja je u stanju u potpunosti integrirati tehnologiju obnovljive energije. U maju 2015. trgovačko tijelo za britanski sektor solarne energije, Solar Trade Association (STA) moralo je pozvati vladu da učini više kako bi investirala u modernizaciju mreže kako bi integrirala obnovljivu energiju. Trenutno Velika Britanija pati od starenja infrastrukture koja će ograničiti sposobnost zemlje da ispuni svoje različite ciljeve vezane za klimatske promjene i obnovljive izvore energije. Prije šest godina, Western Power Distribution, okružni mrežni operater (DNO) za Midlands, jugozapadnu Englesku i Wales, morao je zatvoriti mrežu za nove projekte obnovljive energije, posebno one koji se razvijaju u Cornwallu, Devonu, Somersetu i Dorsetu. U međuvremenu, dijelovi istočne i jugoistočne Engleske nemaju jedva rezervnih kapaciteta prema podacima UK Power Networks.

Velika Britanija je dužna kao članica EU proizvesti najmanje 15 posto svoje energije iz obnovljivih izvora energije do 2020. godine, ali postoji sve veća zabrinutost zbog njene sposobnosti da to učini. Ured za nacionalnu statistiku (ONS) rekao je u februaru 2015. da će Velika Britanija morati više nego udvostručiti svoju obnovljivu električnu energiju na 30 posto ako želi postići sveukupne ciljeve za 2020. godinu.

"Mreža je mjestimice sklerotična, a postoje čak i skromni solarni krovovi koji ne mogu dobiti mrežne veze", rekla je Leonie Green, bivša šefica vanjskih poslova STA. „Pokušavamo postići da DNO rade na aktivnijem poslovnom modelu, ali količina sunca koja se predviđa za 2023. godinu manja je od one koju imamo danas. Nedostaju nam osnovne informacije jer nemamo procjenu koliko je stvarnih kapaciteta ostalo i što je potrebno za postizanje ciljeva za 2020. godinu. Novi državni sekretar nema vremena za gubljenje da bi mrežu pokrenuo ako želimo elektroenergetski sistem s niskim udjelom ugljika. "

Prema Energy UK, modernizacija britanske mreže i njeno usklađivanje sa standardima pametnih mreža koštat će oko 30 milijardi funti.

[Izvor slike:Wikimedia Commons]

Zaključak

Kritičari obnovljive energije reći će vam da isprekidanost tehnologija obnovljive energije postepeno nas sve dovodi u seriju masovnih katastrofa koje se naziru u bliskoj budućnosti, ali ovo je samo više od propagande. Ako se mreža efikasno modernizira, što i treba biti, onda se takvi problemi mogu efikasno riješiti. Ukratko, da bi se prihvatila budućnost obnovljive energije, cijela energetska mreža mora biti u potpunosti transformirana. Dobra vijest je da se upravo to sada događa.

"Promjene koje dolaze, poput električnih vozila, poput obnovljive energije, zaista se ne mogu prilagoditi postojećim mrežama", rekao je neovisni savjetnik za energiju John Scott, razgovarajući za The Guardian u junu 2015. Gospodin Scott je također član SmartGridGB forum, koji raspravlja i promovira razvoj pametnih mreža u Velikoj Britaniji. "Dakle, umjesto da mrežu čine većom i većom ... pametne tehnologije omogućavaju vam da izvučete mnogo više iz onoga što već imate."

Prema dr. Luisu Nandou Ochoi, višem predavaču pametnih distribucijskih mreža na Univerzitetu u Manchesteru, ili će Velika Britanija morati platiti milione funti da bi ojačala svoju trenutnu mrežu ili će morati usvojiti pametnu tehnologiju. Pomoću potonje opcije stvari se mogu efikasnije kontrolirati istom infrastrukturom koja se ponaša mnogo inteligentnije.

Stvari se doista brzo mijenjaju, ali opet moraju. Predugo smo čekali i promjena je već trebala.

Pogledajte video: Prva ekološka solarna toplana u Srbiji - Al Jazeera Balkans (Decembar 2020).