1800-luvun lopulta lähtien sähkönjakelujärjestelmät (joita kutsutaan usein verkoiksi) ovat olleet maailman tärkein sähkön lähde.Kun nämä verkot luodaan, ne toimivat yksinkertaisesti – tuottavat sähköä ja lähettävät sen koteihin, rakennuksiin ja kaikkialle, missä sähköä tarvitaan.
Mutta kun sähkön kysyntä kasvaa, tarvitaan tehokkaampi verkko.Nykyaikaiset "älykäs verkko" -sähkönjakelujärjestelmät, jotka ovat nyt käytössä ympäri maailmaa, luottavat uusimpaan teknologiaan tehokkuuden optimoimiseksi.Tässä artikkelissa tarkastellaan älykkään verkon määritelmää ja keskeisiä teknologioita, jotka tekevät siitä älykkään.
Mikä onälykästä verkkotekniikkaa?
Älykäs verkko on sähkönjakeluinfrastruktuuri, joka tarjoaa kaksisuuntaisen viestinnän palvelujen tarjoajien ja asiakkaiden välillä.Älykkäitä verkkotekniikoita mahdollistavia digitaalisia teknologioita ovat teho/virta-anturit, ohjauslaitteet, datakeskukset ja älykkäät mittarit.
Jotkut älykkäät verkot ovat älykkäämpiä kuin toiset.Monet maat ovat panostaneet paljon vanhentuneiden jakeluverkkojen muuntamiseen älykkäiksi verkoiksi, mutta muutos on monimutkainen ja kestää vuosia tai jopa vuosikymmeniä.
Esimerkkejä älykkäistä verkkotekniikoista ja älyverkkokomponenteista
Älykkäät mittarit – Älykkäät mittarit ovat ensimmäinen askel älykkään verkon rakentamisessa.Älykkäät mittarit tarjoavat käyttöpisteen energiankulutustietoja asiakkaille ja sähköntuottajille.Ne tarjoavat energiankulutus- ja kustannustietoja, jotka varoittavat käyttäjiä vähentämään energiahukkaa ja auttavat palveluntarjoajia optimoimaan jakelukuormituksen verkossa.Älykkäät mittarit koostuvat yleensä kolmesta pääalijärjestelmästä: virtajärjestelmästä virrankulutuksen mittaamiseen, mikro-ohjaimesta älymittarin sisällä olevan teknologian hallintaan ja viestintäjärjestelmästä energiankulutus-/komentotietojen lähettämiseen ja vastaanottamiseen.Lisäksi joissakin älymittareissa voi olla varavirtaa (kun pääjakelujohto on katkaistu) ja GSM-moduuleita mittarin sijainnin paikantamiseksi turvallisuussyistä.
Maailmanlaajuiset investoinnit älykkäisiin mittareihin ovat kaksinkertaistuneet viimeisen vuosikymmenen aikana.Vuonna 2014 maailmanlaajuinen vuosiinvestointi älykkäisiin mittareihin oli 11 miljoonaa dollaria.Statistan mukaan maailmanlaajuiset älymittariinvestoinnit ovat 21 miljoonaa dollaria vuoteen 2019 mennessä, kun otetaan huomioon älykkäiden mittareiden käyttöönoton järjestelmän tehokkuushyöty.
Älykkäät kuormanohjauskytkimet ja jakelukeskukset – Vaikka älykkäät mittarit voivat tarjota reaaliaikaista tietoa sähköntarjoajille, ne eivät ohjaa automaattisesti energian jakelua.Tehonjakelun optimoimiseksi käyttöhuippujen aikana tai tietyille alueille sähkölaitokset käyttävät virranhallintalaitteita, kuten älykkäitä kuormanhallintakytkimiä ja kytkintauluja.Tämä tekniikka säästää huomattavia määriä energiaa vähentämällä tarpeetonta jakelua tai hallitsemalla automaattisesti kuormia, jotka ovat ylittäneet sallitun käyttöajan.Tehonjakelun optimoimiseksi käyttöhuippujen aikana tai tietyille alueille sähkölaitokset käyttävät virranhallintalaitteita, kuten älykkäitä kuormanhallintakytkimiä ja kytkintauluja.Tämä tekniikka säästää huomattavia määriä energiaa vähentämällä tarpeetonta jakelua tai hallitsemalla automaattisesti kuormia, jotka ovat ylittäneet sallitun käyttöajan.
Esimerkiksi Wadsworthin kaupunki Ohiossa käyttää vuonna 1916 rakennettua sähkönjakelujärjestelmää. Wadsworthin kaupunki on tehnyt yhteistyötä Itronin kanssa, joka valmistaaSmart Load Control -kytkimet(SLCS), vähentää järjestelmän sähkön käyttöä 5 300 megawattitunnilla asentamalla SLCS koteihin, jotta se pyörittää ilmastointikompressoreita sähkön ruuhka-aikoina.Power System Automation – Sähköjärjestelmäautomaation mahdollistaa älykäs verkkoteknologia, joka käyttää uusinta IT-infrastruktuuria ohjaamaan jokaista jakeluketjun lenkkiä.Esimerkiksi automaattisissa tehojärjestelmissä käytetään älykkäitä tiedonkeruujärjestelmiä (samanlaisia kuin älykkäissä mittareissa), tehonsäätöjärjestelmiä (kuten älykkäitä kuormanhallintakytkimiä), analyyttisiä työkaluja, laskentajärjestelmiä ja sähköjärjestelmän algoritmeja.Näiden avainkomponenttien yhdistelmä mahdollistaa ruudukon (tai useiden verkkojen) säätämisen ja optimoinnin automaattisesti, kun ihmisen vuorovaikutusta tarvitaan rajoitetusti.
Älykkään verkon käyttöönotto
Kun digitaaliset, kaksisuuntaiset viestintä- ja automaatioteknologiat otetaan käyttöön älyverkkoon, useat infrastruktuurimuutokset maksimoivat verkon tehokkuuden.Smart Gridin käyttöönotto on mahdollistanut seuraavat infrastruktuurimuutokset:
1.Hajautettu energiantuotanto
Koska älyverkko pystyy jatkuvasti valvomaan ja ohjaamaan energian jakelua, ei enää tarvita yhtä suurta voimalaitosta sähkön tuottamiseen.Sen sijaan sähköä voidaan tuottaa monilla hajautetuilla voimalaitoksilla, kuten tuuliturbiineilla, aurinkovoimaloilla, asuntojen aurinkosähköpaneeleilla, pienillä vesivoimaloilla jne.
2.Hajanaiset markkinat
Älyverkkoinfrastruktuuri tukee myös useiden verkkojen yhdistämistä keinona jakaa älykkäästi energiaa perinteisten keskitettyjen järjestelmien välillä.Esimerkiksi kunnilla oli aiemmin erilliset tuotantolaitokset, jotka eivät olleet yhteydessä naapurikuntiin.Älyverkkoinfrastruktuurin käyttöönoton myötä kunnat voivat osallistua yhteiseen tuotantosuunnitelmaan, jolla poistetaan tuotantoriippuvuus sähkökatkon sattuessa.
3.Pienen mittakaavan siirto
Yksi verkon suurimmista energiahäviöistä on energian jakautuminen pitkiä matkoja.Ottaen huomioon, että älykkäät verkot hajauttavat tuotantoa ja markkinoita, nettojakeluetäisyys älyverkon sisällä pienenee merkittävästi, mikä vähentää jakeluhävikkiä.Kuvittele esimerkiksi pieni yhteisöllinen aurinkotila, joka tuottaa 100 % yhteisön päiväsähköntarpeesta, vain kilometrin päässä.Ilman paikallista aurinkovoimalaa yhteisö saattaa joutua hankkimaan sähköä suuremmasta voimalaitoksesta 100 kilometrin päässä.Kaukaisilta voimalaitoksilta lähetyksen aikana havaitut energiahäviöt voivat olla sata kertaa suuremmat kuin paikallisten aurinkotilojen siirtohäviöt.
4.Kaksisuuntainen jakelu
Paikallisilla aurinkotiloilla voi syntyä tilanne, jossa aurinkotila voi tuottaa enemmän energiaa kuin yhteisö kuluttaa, jolloin syntyy energiaylijäämää.Tämä ylimääräinen energia voidaan sitten jakaa älyverkkoon, mikä auttaa vähentämään kaukaisten voimalaitosten kysyntää.
Tässä tapauksessa energia virtaa aurinkotilalta ei-yhteiskuntaan pääverkkoon päiväsaikaan, mutta kun aurinkotila ei ole aktiivinen, energia virtaa kantaverkosta kyseiseen yhteisöön.Tätä kaksisuuntaista energiavirtaa voidaan valvoa ja optimoida tehonjakoalgoritmeilla, jotta voidaan varmistaa, että mahdollisimman vähän energiaa menee hukkaan käytön aikana.
Älykkään verkon infrastruktuurissa, jossa on kaksisuuntainen jakelu ja hajautetut verkkorajat, käyttäjät voivat toimia mikrotuottajina.Esimerkiksi yksittäiset kodit voidaan varustaa erillisillä aurinkosähköjärjestelmillä, jotka tuottavat sähköä käytössä.Jos asuinrakennuksen aurinkosähköjärjestelmä tuottaa ylimääräistä energiaa, tämä energia voidaan toimittaa suurempaan verkkoon, mikä vähentää entisestään suurten keskitettyjen voimalaitosten tarvetta.
Älykkään verkon merkitys
Makrotalouden tasolla älykkäät verkot ovat kriittisiä sähkönkulutuksen vähentämisessä.Monet paikalliset palvelujen tarjoajat ja hallitukset tarjoavat anteliaita ja aggressiivisia toimenpiteitä osallistuakseen älykkäiden verkkojen käyttöönottoon, koska se on taloudellisesti ja ympäristöllisesti hyödyllistä.Älykkään sähköverkon käyttöönoton myötä energiantuotanto voidaan hajauttaa, jolloin sähkökatkoksia voidaan eliminoida, sähköjärjestelmän käyttökustannuksia pienennetään ja turhaa energiahukkaa vältetään.
Postitusaika: 15.3.2023