Hogyan vezérelheti jövőnket egy intelligens elektromos hálózat

Az Egyesült Államok elektromos hálózatának újragondolásával a fogyasztók évi 50 milliárd dollárt takaríthatnak meg

Jóvoltából Csendes-óceán északnyugati nemzeti laboratóriuma.
By Karyn Hede, PNNL

Egy új terv, amely partnerséget kínál az Egyesült Államok elektromos hálózatának stabilan és megbízhatóan tartásában, előnyös lehet a fogyasztók és a közüzemi szolgáltatók számára.

A valaha volt legnagyobb ilyen jellegű szimuláció, amelyet a texasi villamosenergia-hálózat mintájára készítettek, arra a következtetésre jutott, hogy a fogyasztók éves villanyszámlájuk körülbelül 15 százalékát takaríthatják meg, ha a közművekkel együttműködnek. Ebben a rendszerben a fogyasztók az elektromos közműszolgáltatójukkal egyeztetve dinamikusan irányíthatják a nagy energiafelhasználókat, mint például a hőszivattyúkat, vízmelegítőket és elektromos járművek töltőállomásait.

Az energiaellátás és -használati szokások effajta rugalmas szabályozását „tranzakciósnak” nevezik, mert a fogyasztók és a közművek közötti megállapodáson alapul. Transzaktív energiarendszert azonban még soha nem telepítettek nagy léptékben, és sok az ismeretlen. Ezért hívta fel az Energiaügyi Minisztérium Villamosenergia-hivatala a tranzaktív energetikai szakértőket a telefonszámon Csendes-óceán északnyugati nemzeti laboratóriuma megvizsgálni, hogyan működhet egy ilyen rendszer a gyakorlatban. A végső többkötetes riport ma megjelent.

Hayden Reeve, a PNNL transzaktív energia szakértője és műszaki tanácsadója, mérnökökből, közgazdászokból és programozókból álló csapatot vezetett, akik megtervezték és végrehajtották a tanulmányt.

"Mivel a texasi hálózat meglehetősen reprezentatív az ország energiarendszerére, nemcsak a tranzakciós koncepciók modellezését és szimulációját tette lehetővé, hanem megbízható extrapolációt nyújtott az eredményekről és a lehetséges gazdasági hatásokról az Egyesült Államok szélesebb hálózatára és vásárlóira" - mondta.

A szimuláció azt mutatta, hogy ha a texasi Electric Reliability Council (ERCOT) hálózatán egy tranzaktív energiarendszert telepítenek, a csúcsterhelés 9-15 százalékkal csökkenne. Ez a megtakarítás akár évi 5 milliárd dollár gazdasági hasznot is jelenthet csak Texasban, vagy akár évi 50 milliárd dollárt is, ha az Egyesült Államok egész kontinentális részén alkalmazzák. A megtakarítás országosan 180 széntüzelésű erőmű éves teljesítményével egyenlő lenne.

A transzaktív energiarendszer valaha volt legnagyobb szimulációja potenciális gazdasági előnyöket mutat a nemzet számára, valamint egy rugalmas hálózatot, amely készen áll arra, hogy tiszta megújuló energiával táplálja az elektromos, az építőipari és a közlekedési szektort. (Eric Francavilla videója | Pacific Northwest National Laboratory)

---

Mára a legtöbben megtapasztalták vagy tanúi voltak annak, hogy az időjárási szélsőségek vagy természeti katasztrófák milyen pusztítást végezhetnek jelenlegi áramelosztó rendszereinkben. Ezt a sebezhetőséget felerősíti, hogy néhány központosított áramforrásra és egy olyan hálózati rendszerre támaszkodunk, amely néha nehezen tudja összeegyeztetni a kínálatot a kereslettel. Továbbá az elektromos hálózat szén-dioxid-mentesítése azt jelenti, hogy egyre több energia fog származni különböző megújuló energiaforrásokból, például szél- és napenergiából. Így tehát a hirtelen kiugrások vagy zuhanások elkerülése – a barna vagy a fekete kimaradások – mindennél fontosabbá válik.

A tanulmány eredményei azt mutatják, hogy egy transzaktív energiarendszer 20-44 százalékkal csökkentené a napi terhelésingadozást. És ahogy egyre több elektromos jármű kerül használatba, a tanulmány, talán ellentmondóan, azt mutatta, hogy az intelligens járműtöltő állomások még nagyobb elektromos csúcsterheléscsökkentést tesznek lehetővé, mivel további rugalmasságot biztosítanak az ütemezett töltési idők és az energiafogyasztás terén.

"Az intelligens hálózat lengéscsillapítóként működhet, kiegyenlítve a kereslet és a kínálat közötti eltéréseket" - mondta Reeve. „Tanulmányunkkal arra törekedtünk, hogy megértsük, milyen értékes lehet az elektromos hálózat hatékony koordinációja a nemzet, a közművek és az ügyfelek számára. A kereskedelmi épületek tulajdonosaival és fogyasztóival az energiafelhasználás automatikus beállítására irányuló együttműködés praktikus, mindenki számára előnyös lépést jelent az elektromos, építőipari és közlekedési szektor szén-dioxid-mentesítése felé anélkül, hogy ez veszélyeztetné a részt vevő otthonok és vállalkozások kényelmét és biztonságát.”

Ennek a stratégiának az egyik kulcsfontosságú eleme az intelligens készülékek és a terhelésvezérlés alkalmazása. Ezek a dinamikus erőforrások megtanulhatják, hogyan lehet hatékonyabban fogyasztani az energiát, rövid időszakokra módosítva a felhasználásukat, hogy más szükségletekre szabadíthassák fel az energiát. Például ahelyett, hogy kora este töltenének egy elektromos járművet, amikor magas az energiaigény és az ár, a tranzaktív energia résztvevői egy intelligens terhelésszabályozásra hagyatkoznának, hogy elhalasszák járművük töltését, amíg a kereslet alacsony lesz és az áram olcsóbb lesz. Ez a megközelítés nemcsak csökkenti a meglévő hálózati infrastruktúrára nehezedő stresszt, hanem több időt hagy a közművek számára a következő generációs energiatárolás terve és a jelenleg fejlesztés alatt álló elosztási infrastruktúra.

Transzaktív energia: központi komponens

Egy tranzaktív energiarendszerben az elektromos hálózat, az otthonok, a kereskedelmi épületek, az elektromos készülékek és a töltőállomások állandó kapcsolatban állnak egymással. Az intelligens eszközök a nap különböző szakaszaiban kapnak előrejelzést az energiaárakról, és stratégiát dolgoznak ki a fogyasztói preferenciák kielégítésére, miközben csökkentik a költségeket és az általános villamosenergia-igényt. A helyi kiskereskedelmi piac pedig összehangolja az általános keresletet a nagyobb nagykereskedelmi piaccal. Minden fél dinamikus árképzési rendszerben tárgyalja az energiabeszerzést és a fogyasztási szintet, a költségeket, az ütemezést és a szállítást.

Bár ez a koncepció futurisztikusnak tűnhet, nagyon is megvalósítható, és már alkalmazzák egy demonstrációs projekt Spokane öko-körzetében. Itt a kutatócsoport egy transzaktív energiakoordinációs rendszert és kiskereskedelmi piacteret fejleszt és tesztel. A megközelítés magában foglalja a használatát is PNNL által kifejlesztett tranzakciós szoftverügynökök.

Texas méretű vállalkozás

Texas elsődleges villamosenergia-hálózata (ERCOT) szolgáltatta a PNNL elemzésének alapját. A kutatók rendkívül részletes modelleket készítettek, amelyek az ERCOT energiahálózatot reprezentálták, beleértve több mint 100 energiatermelő forrást és 40 különböző, az átviteli rendszeren működő közművet. Az elemzés 60,000 XNUMX otthonról és vállalkozásról, valamint ezek energiafogyasztó készülékeiről is részletes ábrázolást tartalmazott. A kutatók a modellek segítségével többféle szimulációt végeztek különböző megújuló energiatermelési forgatókönyvek szerint. Mindegyik szimuláció bemutatta, hogy az energiarendszer hogyan reagálna különböző mennyiségű időszakos energiaforrás, például szél és napenergia hozzáadására. A kutatócsoport részletes gazdasági modellt is kidolgozott, hogy megértse az üzemeltetők és ügyfelek éves költséghatását. Végül megvizsgálták a munkaerő- és szoftverkiadásokkal kapcsolatos előzetes költségeket, valamint az intelligens eszközök vásárlásának és telepítésének költségeit az otthonokban és a vállalkozásokban.

A tanulmány másik fontos célja volt egy újfajta közvetítő hálózati gazdaságra gyakorolt ​​hatásának értékelése. Ennek az elosztórendszer-üzemeltetőnek nevezett entitásnak olyan hálózatot kellene kezelnie, amelynek több energiaforrása van, amelyek különböző entitások tulajdonában vannak és üzemeltetik, és mindegyik különböző időpontban és mennyiségben ad energiát a hálózathoz. Ezen túlmenően ez az elosztórendszer-üzemeltető tárgyalna a rugalmas terhelésszabályozást lehetővé tevő ügyletekről az ügyfelekkel. A cél a hatékony és megbízható hálózati működés támogatása lenne. A tanulmány megerősítette az olyan entitások, mint például az elosztórendszer-üzemeltetők létrehozásának értékét a transzaktív energia kezelésére.

Összességében a PNNL kutatása egyértelmű előnyöket mutatott annak újragondolásával, hogy az elektromos hálózat hogyan tudna megfelelni egy olyan jövőnek, ahol a tiszta megújuló energia sokkal nagyobb szerepet játszik, és közlekedési szükségleteink nagyobb része függ az elektromos áramhoz való könnyű hozzáféréstől.

„Ezek az eredmények erősen alátámasztják a transzaktív energiarendszerek méretezett telepítésébe történő befektetést” – mondta Christopher Irwin, az Energiaügyi Minisztérium Villamosenergia-hivatalának programvezetője az intelligens hálózati szabványokról és az interoperabilitásról szóló erőfeszítéseiről. „Ahogy a nemzet a szén-dioxid-kibocsátásmentes jövő felé halad, egy jobban alkalmazkodó energiarendszer segíthet felgyorsítani az elektromos járművek, a napenergia szélesebb körű elterjedését, valamint a házak és épületek tiszta áramforrássá való átalakítását.”

Reeve mellett a PNNL kutatói Steve Widergren, Rob Pratt, Bishnu Bhattarai, Sarmad Hanif, Sadie Bender, Trevor Hardy, Mitch Pelton, Ankit Singhal, Fernando Bereta dos Reis, Ahmad Tbaileh, Matt Oster, Tianzhixi Yin, Laurentiu Marinovici és Sarah mindannyian hozzájárultak a kutatáshoz és a zárójelentések megírásához. A tanulmányt az Energiaügyi Minisztérium Villamosenergia-hivatala támogatta.

 

Értékeli a CleanTechnica eredetiségét? Fontolja meg, hogy a CleanTechnica tag, támogató, technikus vagy nagykövet - vagy mecénás Patreon.

 

 

---

Hirdetés  

---

---

Forrás: https://cleantechnica.com/2022/01/27/how-a-smart-electric-grid-will-power-our-future/