我們需要更強大,更智能的電網

我們需要更強大,更智能的電網

如果我們要滿足21世紀的需求,我們生產,交付和使用電力的方式必須徹底改變。

在美國的任何一天,大約有50萬人在兩小時或更長時間內沒有電。 美國國家工程院被譽為20世紀最具影響力的工程創新,北美電網主要採用1960和70s技術。

天氣相關的重大停電增加

近幾十年來,與天氣有關的重大停電的數量和頻率都有所增加。 在1950和80之間,每年的停電次數從2次增加到5次; 從2008到2012,每年的停電時間增加到70和130之間。 與此同時,電力需求正在快速增長。 僅Twitter每年在全球的需求增加超過2,500兆瓦時的需求。 預計全球的電力供應將需要三倍於2050以滿足需求。 這需要做出重大承諾。

在過去十年中,由於基礎設施老化,缺乏有利於現代化的投資和政策以及恐怖主義和氣候變化構成的威脅,電力風險增加。 隨著氣候變化,天氣事件的變化也在增加。 我們將看到更多的極端事件。 而且我們會更頻繁地看到它們。 颶風桑迪似乎就是一個例子。

在桑迪之後,人們提出了與極端天氣和氣候變化有關的電力恢復問題。 需要理解的是,對颶風桑迪規模的大規模物理攻擊勢必會壓倒電力基礎設施,至少是暫時的。 在這種情況下,沒有多少錢或技術可以保證不間斷的電力服務。

我們需要一個更智能的網格,在面對氣候變化和其他極端事件的同時,有效和安全地滿足普遍數字化社會的需求,同時確保高質量的生活和促進經濟增長。同樣重要的是要記住,美國才剛剛開始適應更廣泛的風險。 加強電網和支持彈性的具有成本效益的投資將因地區,公用設施,所涉及的傳統設備,甚至公用事業服務區域內設備的功能和位置而異。

電網必須徹底改變

電網必須徹底改變。 我們需要一個更智能的網格,在面對氣候變化和其他極端事件的同時,有效和安全地滿足普遍數字社會的需求,同時確保高質量的生活和促進經濟增長。 這樣的電網將提供足夠的傳輸能力,以將新的天然氣發電廠,岸上或海上風電場,太陽能發電廠和其他可再生能源連接到客戶。 它還可以作為自我修復系統,使用數字組件和實時通信技術隨時監控其電氣特性,並不斷調整自身,使其在最佳狀態下運行,預測問題並能夠快速隔離部件從系統其他部分遇到故障的網絡,以避免中斷的蔓延並實現更快速的恢復。

要將我們當前的基礎設施轉變為自我修復的智能電網,必須部署和集成多種技術。 理想的智能電網系統包括 微電網 —小型,大多是自給自足的電力系統,以及更強大,更智能的高壓電網,它是整個系統的支柱,並可以整合大量增加的風能和可再生資源。 有了更強大,更智能的電網,到40年,美國2030%的電力將來自風能,這將部分替代目前用於電力和運輸的化石燃料。

用數字組件取代傳統模擬技術

升級網格基礎設施以實現自我修復功能需要用數字組件,軟件處理器和電力電子技術取代傳統的模擬技術。 這些必須安裝在整個系統中,以便可以進行數字控制,這是自我監控和自我修復的網格的關鍵因素。

自我修復電網背後的許多技術和系統都來自軍事航空部門,在那裡我為14工作了多年,研究F-15飛機的損傷自適應飛行系統,優化後勤和研究中隊的生存和任務效率。 1月1998,當我加入電力研究所時,我幫助將這些概念引入電力系統和其他關鍵基礎設施網絡,包括能源,水,電信和金融。 繼9月11,2001,恐怖襲擊,彈性和安全變得更加重要。

智能電網每年可節省數十億美元

更智能的電網每年可將中斷成本降低約49億,並減少CO2 12對18-2030的排放量。

更智能的網格的成本取決於您實際安裝了多少工具,例如通信主幹網,增強的安全性和增強的彈性。 總價格在340億美元至480億美元之間,在20年的時間裡,每年將達到20億美元至25億美元左右。 但是,立即獲得收益的是每年70億美元的收益,可以提高效率並減少因停機引起的成本,而在颶風,冰暴和其他干擾事件頻發的一年,收益將進一步提高。 目前,所有來源的停電每年給美國經濟造成80億至188億美元的損失。 智慧的電網每年將減少約49億美元的停電成本,並減少CO2 12對18-2030的排放量。 此外,它將提高系統效率超過4百分比 - 這是每年另外的20.4億。

成本涵蓋各種增強功能,使電力傳輸系統達到智能電網所需的性能水平。 它們包括集成分佈式能源資源和實現全面客戶連接的基礎設施,但不包括發電成本,增加可再生能源和滿足負荷增長的傳輸成本,或客戶智能電網準備成本電器和設備。 儘管實施成本很高,但投資電網在很大程度上會收回成本。 通過實際投資,對於每一美元,回報對於更廣泛的經濟來說約為2.80到$ 6。 這個數字非常保守。

但這也是關於1)增加的網絡/ IT安全性和整體能源安全性,設計中將安全性作為分層防禦系統架構的一部分,以及2創造的就業機會和經濟效益。 實際上,在我看來,我們的21st世紀數字經濟依賴於我們進行這些投資,而不管隨著氣候變化對更極端天氣的預測。

浪費了15年來爭論政府的角色

我們浪費了15年來爭論公共和私營部門的角色,同時我們的全球競爭對手適應和創新。作為經濟論證的證據,考慮2009美國復甦和再投資法案政府刺激計劃資金和匹配公用事業的支持和智能電網投資補助金和智能電網示範項目計劃中的私營部門。 截至3月2012,用於支持智能電網項目的總投資額為2.96億,產生的經濟總產值至少達到XXUMX億。 總體而言,投資支持6.8全職等效工作。 對於每47,000百萬美元的直接支出,GDP增加了1百萬美元至2.5百萬美元。

在我們的全球競爭對手適應和創新的同時,我們浪費了15多年來爭論公共和私營部門的角色。 我們需要更新公私伙伴關係,減少繁文縟節,減少現代化基礎設施投資回報的不確定性。 當國家過去做出這樣的戰略承諾時,收益是巨大的。 想想州際公路系統,登月項目和互聯網。

通過促進商業,技術開發和兩者的結合,實現這些挑戰,實現了世界領先的經濟增長。 在此過程中,我們培養了一支訓練有素,適應能力強的員工隊伍。 現在,我們必須決定是否建設支持21世紀數字社會的電力和能源基礎設施,或者作為20世紀的工業遺跡留下來。

這篇文章最初出現在 Ensia

關於作者

阿明馬蘇德Massoud Amin擔任技術領導力的HW Sweatt主席,負責領導 技術領導學院(TLI)  並且是一個 大學傑出教學教授 和明尼蘇達大學的電氣和計算機工程教授。 他致力於實現智能,安全和有彈性的基礎架構。 他領導智能電網的廣泛項目,是該公司的主席 IEEE智能電網,並被認為是智能電網之父。

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