Hvad er smart grid, og hvordan fungerer det?

Siden slutningen af ​​det 19. århundrede har strømdistributionssystemer (ofte kaldet net) været verdens primære kilde til elektricitet.Når disse net skabes, fungerer de ganske enkelt – genererer elektricitet og sender den til boliger, bygninger og hvor som helst, hvor der er behov for elektricitet.

Men efterhånden som efterspørgslen efter elektricitet stiger, er der brug for et mere effektivt net.Moderne "smart grid" strømdistributionssystemer, der nu er i brug over hele verden, er afhængige af den nyeste teknologi for at optimere effektiviteten.Dette papir udforsker definitionen af ​​et smart grid og de nøgleteknologier, der gør det smart.

Hvad ersmart grid teknologi?

Et smart grid er en strømdistributionsinfrastruktur, der giver tovejskommunikation mellem forsyningsudbydere og kunder.Digitale teknologier, der muliggør smart grid-teknologier, omfatter strøm-/strømsensorer, kontrolenheder, datacentre og smarte målere.

Nogle smarte net er smartere end andre.Mange lande har fokuseret meget på at konvertere forældede distributionsnet til smarte net, men transformationen er kompleks og vil tage år eller endda årtier.

Eksempler på smart grid-teknologier og smart grid-komponenter

Smart Meters – Smart Meters er det første skridt i opbygningen af ​​et smart grid.Smarte målere leverer data om energiforbrug på stedet til kunder og forsyningsproducenter.De giver information om energiforbrug og omkostninger for at advare brugerne om at reducere energispild og hjælper udbydere med at optimere distributionsbelastninger på tværs af nettet.Smartmålere består generelt af tre hovedundersystemer: et strømsystem til at måle strømforbrug, en mikrocontroller til at styre teknologien inde i smartmåleren og et kommunikationssystem til at sende og modtage energiforbrug/kommandodata.Derudover kan nogle smarte målere have reservestrøm (når hovedfordelingsledningen er nede) og GSM-moduler til at lokalisere måleren af ​​sikkerhedsmæssige årsager.

Globale investeringer i smarte målere er fordoblet i det sidste årti.I 2014 var den globale årlige investering i smarte målere 11 millioner dollars.Ifølge Statista når globale investeringer i smartmålere op på 21 millioner dollars i 2019, under hensyntagen til systemeffektiviteten ved at implementere smartmålere.

Smarte belastningskontrolkontakter og distributionstavler – Mens smarte målere kan levere realtidsdata til forsyningsselskaber, styrer de ikke automatisk distributionen af ​​energi.For at optimere strømfordelingen under spidsbelastningsperioder eller til specifikke områder, bruger elselskaber strømstyringsenheder såsom intelligente belastningskontrolkontakter og omstillingstavler.Denne teknologi sparer betydelige mængder energi ved at reducere unødvendig distribution eller automatisk håndtering af belastninger, der har overskredet deres tilladte brugstidsgrænser.For at optimere strømfordelingen under spidsbelastningsperioder eller til specifikke områder, bruger elselskaber strømstyringsenheder såsom intelligente belastningskontrolkontakter og omstillingstavler.Denne teknologi sparer betydelige mængder energi ved at reducere unødvendig distribution eller automatisk håndtering af belastninger, der har overskredet deres tilladte brugstidsgrænser.

For eksempel bruger byen Wadsworth, Ohio, et elektrisk distributionssystem bygget i 1916. Byen Wadsworth har indgået partnerskab med Itron, en producent afSmart Load Control Switches(SLCS), for at reducere systemets elektricitetsforbrug med 5.300 megawatt timer ved at installere SLCS i boliger for at cykle airconditionkompressorer i perioder med spidsbelastning af elforbrug.Power System Automation – Power System Automation er aktiveret af smart grid-teknologi, ved hjælp af state-of-the-art IT-infrastruktur til at kontrollere hvert led i distributionskæden.For eksempel anvender automatiserede strømsystemer intelligente dataindsamlingssystemer (svarende til intelligente målere), strømstyringssystemer (såsom smarte belastningskontrolkontakter), analytiske værktøjer, computersystemer og strømsystemalgoritmer.Kombinationen af ​​disse nøglekomponenter gør det muligt for gitteret (eller flere gitter) automatisk at justere og optimere sig selv med begrænset menneskelig interaktion påkrævet.

Smart Grid implementering

Når digitale tovejskommunikations- og automatiseringsteknologier implementeres i det smarte net, vil en række infrastrukturændringer maksimere neteffektiviteten.Implementeringen af ​​Smart Grid har muliggjort følgende infrastrukturændringer:

1.Decentral energiproduktion

Fordi det smarte net kontinuerligt kan overvåge og styre energifordelingen, er der ikke længere behov for et enkelt stort kraftværk til at producere elektricitet.I stedet kan elektricitet produceres af mange decentrale kraftværker, såsom vindmøller, solfarme, solcellepaneler til boliger, små vandkraftdæmninger osv.

2.Fragmenteret marked

Smart grid-infrastruktur understøtter også forbindelsen af ​​flere net som et middel til intelligent deling af energi på tværs af traditionelle centraliserede systemer.Eksempelvis havde kommuner tidligere separate produktionsanlæg, der ikke var tilknyttet nabokommuner.Med implementeringen af ​​en smart grid-infrastruktur kan kommuner bidrage til en fælles produktionsplan for at eliminere produktionsafhængighed i tilfælde af strømafbrydelse.

3.Små-skala transmission

Et af de største energispild i nettet er distribution af energi over lange afstande.I betragtning af at smart grids decentraliserer produktion og markeder, reduceres nettodistributionsafstanden inden for et smart grid betydeligt, hvilket reducerer distributionsspild.Forestil dig for eksempel en lille kommunal solcellegård, der genererer 100 % af lokalsamfundets elektricitetsbehov i dagtimerne, kun 1 km væk.Uden en lokal solcellegård kan samfundet få brug for at få strøm fra et større kraftværk 100 kilometer væk.Energitabet observeret under transmission fra fjerntliggende kraftværker kan være hundrede gange større end transmissionstabene observeret fra lokale solcelleparker.

4.Tovejs distribution

Hvis der er tale om lokale solfarme, kan der være en situation, hvor solfarmen kan generere mere energi, end samfundet forbruger, og dermed skabe et energioverskud.Denne overskydende energi kan derefter distribueres til det smarte net, hvilket hjælper med at reducere efterspørgslen fra fjerntliggende kraftværker.

I dette tilfælde strømmer energien fra solenergianlægget til det primære ikke-samfundsnet i dagtimerne, men når solcelleanlægget er inaktivt, strømmer energi fra hovednettet til det pågældende samfund.Denne tovejs energistrøm kan overvåges og optimeres af strømfordelingsalgoritmer for at sikre, at den mindste mængde energi spildes på ethvert tidspunkt under brug.

5.Brugerdeltagelse

I en smart grid-infrastruktur med tovejsfordeling og decentraliserede netgrænser er brugerne i stand til at fungere som mikrogeneratorer.For eksempel kan individuelle boliger udstyres med selvstændige solcelleanlæg, der genererer elektricitet, når de er i brug.Hvis solcelleanlægget til boliger genererer overskydende energi, kan denne energi leveres til det større net, hvilket yderligere reducerer behovet for store centraliserede kraftværker.

Vigtigheden af ​​Smart Grid

På det makroøkonomiske plan er smarte net afgørende for at reducere elforbruget.Mange lokale forsyningsselskaber og regeringer tilbyder generøse og aggressive foranstaltninger for at deltage i vedtagelsen af ​​intelligente net, fordi det er økonomisk og miljømæssigt fordelagtigt.Ved at indføre et smart grid kan energiproduktionen decentraliseres og dermed eliminere risikoen for strømafbrydelser, reducere driftsomkostningerne for elsystemet og eliminere unødvendigt energispild.