Måten vi genererer, leverer og bruker strøm på må endres drastisk hvis vi skal imøtekomme behovene i det 21st århundre.
På en gitt dag i USA er omtrent en halv million mennesker uten strøm i to eller flere timer. En gang hyllet av National Academy of Engineering som den mest innflytelsesrike ingeniørinnovasjonen på 20th århundre, opererer det nordamerikanske kraftnettet med teknologi primært fra 1960s og '70s.
Værrelaterte større utfall har økt
I de siste tiårene har antallet og hyppigheten av værrelaterte større strømbrudd økt. Mellom 1950 og 80 økte strømbrudd fra to til fem hvert år; fra 2008 til 2012, strømbrudd økte til mellom 70 og 130 per år. I mellomtiden vokser strømbehovet raskt. Twitter alene legger til mer enn 2,500 megawatt-timers etterspørsel globalt per år. Det er anslått at verdens strømforsyning vil måtte tredobles med 2050 for å følge med etterspørselen. Det vil kreve et betydelig engasjement.
I det siste tiåret har elektrisitetsrisikoen økt på grunn av aldrende infrastruktur, manglende investeringer og politikk som bidrar til modernisering og trusselen fra terrorisme og klimaendringer. Når klimaet endrer seg, har variasjonen i værhendelser økt. Vi kommer til å se mer ekstreme hendelser. Og vi får se dem med større frekvens. Orkanen Sandy ser ut til å være et eksempel på dette.
I kjølvannet av Sandy ble det reist spørsmål om maktgjenoppretting i forhold til ekstremvær og klimaendringer. Det må forstås at et massivt, fysisk angrep på orkanen Sandys skala er bundet til å overvelde kraftinfrastrukturen, i det minste midlertidig. Ingen penger eller teknologi kan garantere uavbrutt elektrisk service under slike omstendigheter.
Vi trenger et smartere rutenett som effektivt og sikkert vil oppfylle kravene til et gjennomgripende digitalt samfunn i møte med klimaendringer og andre ekstreme hendelser, samtidig som vi sikrer en høy livskvalitet og fremmer økonomisk vekst. Det er også viktig å huske at USA bare begynner å tilpasse seg et bredere spekter av risiko. Kostnadseffektive investeringer for å forsterke nettet og støtte motstandskraften vil variere etter region, etter verktøy, av arven utstyr som er involvert, og til og med etter funksjon og plassering av utstyr i et tjenestes tjenesteområde.
Elektrisk nett må endres drastisk
Det elektriske nettet må endre seg drastisk. Vi trenger et smartere rutenett som effektivt og sikkert vil oppfylle kravene til et gjennomgripende digitalt samfunn i møte med klimaendringer og andre ekstreme hendelser, samtidig som vi sikrer en høy livskvalitet og fremmer økonomisk vekst. Et slikt nett vil gi tilstrekkelig overføringskapasitet til å knytte nye naturgassgenererende anlegg, på land eller til havs vindmølleparker, solcelleverk og andre fornybare energikilder til kundene. Det vil også fungere som et selvhelbredende system, ved bruk av digitale komponenter og sanntidskommunikasjonsteknologier til å overvåke dets elektriske egenskaper til enhver tid og hele tiden stille inn seg slik at det fungerer i en optimal tilstand, forutse problemer og raskt kunne isolere deler av nettverket som opplever svikt fra resten av systemet for å unngå spredning av forstyrrelser og muliggjøre raskere restaurering.
For å transformere vår nåværende infrastruktur til et selvhelende smart nett, må flere teknologier distribueres og integreres. Det ideelle smarte rutenettet består av microgrids - som er små, for det meste selvforsynende kraftsystemer - og et sterkere, smartere høyspenningsnett, som fungerer som ryggraden i det samlede systemet og gjør det mulig å integrere betydelig økte vind- og fornybare ressurser. Med et sterkere og smart nett kan 40 prosent av elektrisiteten vår i USA komme fra vind innen 2030, noe som delvis vil erstatte fossile brensler som for tiden brukes til elektrisitet og transport.
Erstatte tradisjonelle analoge teknologier med digitale komponenter
Å oppgradere nettinfrastrukturen for selvhelbredende evner krever bytte av tradisjonelle analoge teknologier med digitale komponenter, programvareprosessorer og kraftelektronikkteknologier. Disse må installeres overalt i et system slik at det kan styres digitalt, som er nøkkelingrediensen til et rutenett som er selvovervåking og selvhelbredelse.
Mye av teknologien og systemtankene bak selvhelende kraftnett kommer fra den militære luftfartssektoren, hvor jeg jobbet i 14 år med skadeadaptive flysystemer for F-15-fly, optimaliserte logistikken og studerte overlevelsen av skvadroner og misjonseffektivitet. I januar 1998, da jeg begynte i Electric Power Research Institute, hjalp jeg med å bringe disse konseptene til elektrisitetssystemer og andre kritiske infrastrukturnettverk, inkludert energi, vann, telekommunikasjon og finans. Etter 11, 2001, september, har terrorangrep, spenst og sikkerhet blitt enda viktigere.
Smartere rutenett vil spare milliarder per år
Et smartere rutenett vil redusere kostnader for strømbrudd med omtrent $ 49 milliarder dollar per år, og redusere CO2 utslipp med 12 – 18 prosent med 2030.
Kostnaden for et smartere nett vil avhenge av hvor mye instrumentering du faktisk legger i, for eksempel kommunikasjonsryggraden, forbedret sikkerhet og økt motstandskraft. Den totale prislappen varierer fra $ 340 milliarder til 480 milliarder dollar, som over en 20-årsperiode vil være rundt 20 milliarder til 25 milliarder dollar per år. Men rett utenfor flaggermusen er fordelene 70 milliarder dollar per år i økt effektivitet og reduserte kostnader fra driftsstans, og på et år der det er mange orkaner, isstormer og andre forstyrrelser, går fordelene enda lenger. For øyeblikket koster strømbrudd fra alle kilder den amerikanske økonomien 80 milliarder dollar til 188 milliarder dollar årlig. Et smartere nett vil redusere kostnadene ved strømbrudd med rundt 49 milliarder dollar per år, og redusere CO2 utslipp med 12 – 18 prosent med 2030. I tillegg vil det øke systemeffektiviteten med over 4 prosent - det er ytterligere 20.4 milliarder dollar per år.
Kostnadene dekker en rekke forbedringer for å bringe kraftleveringssystemet til ytelsesnivåene som kreves for et smart nett. De inkluderer infrastruktur for å integrere distribuerte energiressurser og oppnå full kundekonnektivitet, men inkluderer ikke generasjonskostnader, kostnadene for overføring utvidelse for å legge til fornybar energi og for å møte belastningsvekst, eller kundenes kostnader for smart-nett-klar apparater og enheter. Til tross for kostnadene ved implementering, ville investering i nettet i stor grad betale for seg selv. For den faktiske investeringen, for hver dollar, er avkastningen omtrent $ 2.80 til $ 6 til den bredere økonomien. Og dette tallet er veldig konservativt.
Men dette handler også om 1) økt cyber / IT-sikkerhet, og generell energisikkerhet, med sikkerhet innebygd i designet som en del av en lagdelt forsvarssystemarkitektur, og 2) jobbskaping og økonomiske fordeler. Etter min mening er vår digitale økonomi i det 21st århundre faktisk avhengig av at vi gjør disse investeringene, uavhengig av prognosen for mer ekstremvær som klimaendringene våre.
Bortkastet 15 år som krangler om regjeringens rolle
Vi har kastet bort 15 år med å krangle om rollene til offentlig og privat sektor mens våre globale konkurrenter tilpasser seg og innoverer. Som bevis for det økonomiske argumentet, bør du vurdere regjeringens stimulanseplan for finansiering og samsvarende støtte fra verktøyene og privat sektor i Smart Grid Investment Grant og Smart Grid Demonstration Project-programmene. Fra og med mars 2009 genererte den totale investerte verdien på $ 2012 milliarder dollar for å støtte smarte nettprosjekter minst $ 2.96 milliarder dollar i total økonomisk produksjon. Totalt sett ble omtrent 6.8 årsverk støttet av investeringer. For hver $ 47,000 million direkte utgifter økte BNP med $ 1 millioner til $ 2.5 millioner.
Vi har kastet bort 15 år med å krangle om rollene til offentlig og privat sektor mens våre globale konkurrenter tilpasser seg og innoverer. Vi må fornye offentlig-private partnerskap, kutte byråkrati og redusere skyen av usikkerhet rundt avkastningen på modernisering av infrastruktur. Når nasjonen har inngått slike strategiske forpliktelser tidligere, har utbetalingen vært enorm. Tenk på det utdannede motorveisystemet, månelandingsprosjektet og Internett.
Å møte hver av disse utfordringene har gitt verdensledende økonomisk vekst ved å muliggjøre handel, teknologiutvikling og en blanding av de to. I prosessen har vi utviklet en høyt trent, adaptiv arbeidsstokk. Nå må vi bestemme om vi skal bygge elektrisk kraft og energiinfrastruktur som støtter et 21st-talls digitale samfunn, eller blir etterlatt som et industrielt relikvie fra det 20-tallet.
Denne artikkelen opprinnelig dukket opp på Ensia
Om forfatteren
Massoud Amin fungerer som HW Sweatt-leder i teknologisk ledelse, leder Technological Leadership Institute (TLI) og er en University Distinguished Teaching Professor og professor i elektroteknikk og datateknikk ved University of Minnesota. Han jobber med å muliggjøre smart, sikker og spenstig infrastruktur. Han leder omfattende prosjekter innen smarte nett, er styreleder for IEEE Smart Grid, og regnes som far til smartnettet.
