21. Yüzyılın ihtiyaçlarını karşılamak için güç üretme, sağlama ve kullanma şeklimiz büyük ölçüde değişmeli.
Amerika Birleşik Devletleri'nde herhangi bir günde, yaklaşık yarım milyon insan iki veya daha fazla saat boyunca güçsüz kalmaktadır. Ulusal Mühendislik Akademisi tarafından 20. Yüzyılın en etkili mühendislik yeniliği olarak karşılandığında, Kuzey Amerika elektrik şebekesi, öncelikle 1960'lerden ve '70'lerden gelen teknolojiyle çalışmaktadır.
Hava Durumu İle İlgili Başlıca Kesintiler Arttı
Son yıllarda, hava ile ilgili önemli kesintilerin sayısı ve sıklığı artmıştır. 1950'ler ve '80'ler arasında, kesintiler her yıl iki ila beş arasında artmıştır; 2008'ten 2012'e, kesintiler yılda 70 ve 130 arasında artmıştır. Bu arada, elektrik ihtiyacı hızla artmaktadır. Yalnızca Twitter, yılda global olarak 2,500 megavatt saatten daha fazla talep ekliyor. Talebin yetişebilmesi için dünyanın elektrik arzının 2050 tarafından üçe katlanması gerektiği öngörülmektedir. Bu önemli bir taahhüt gerektirecektir.
Geçtiğimiz on yılda, yaşlanma altyapısı, yatırımların yetersizliği, modernleşmeye elverişli politikalar ve terör ve iklim değişikliğinin yol açtığı tehdit nedeniyle elektrik riski arttı. İklim değiştikçe, hava olaylarının değişkenliği artmıştır. Daha aşırı olaylar göreceğiz. Ve onları daha sık göreceğiz. Kasırga Sandy bunun bir örneği gibi görünüyor.
Sandy'nin ardından, aşırı hava koşulları ve iklim değişikliği ile ilgili olarak güç restorasyonu ile ilgili sorular sorulmuştur. Sandy'nin Kasırgası ölçeğine yapılan büyük ve fiziksel bir saldırının, en azından geçici olarak, güç altyapısını bastırmak zorunda olduğu anlaşılmalıdır. Hiçbir koşulda para ya da teknoloji bu şartlar altında kesintisiz elektrik hizmeti sağlayamaz.
İklim değişikliği ve diğer aşırı olaylar karşısında, yaygın bir dijital toplumun taleplerini etkin ve güvenli bir şekilde karşılayacak ve aynı zamanda yüksek kaliteli bir yaşam sağlarken ve ekonomik büyümeyi körükleyen daha akıllı bir şebekeye ihtiyacımız var. daha geniş bir risk yelpazesine adapte olmak. Şebekeyi güçlendirmek ve esnekliği desteklemek için uygun maliyetli yatırımlar bölgelere, faydalı araçlara, ilgili eski ekipmana ve hatta bir yardımcı hizmetin hizmet alanındaki ekipmanın işlevine ve konumuna göre değişir.
Elektrik Şebekesi Önemli Bir Şekilde Değişmeli
Elektrik şebekesi büyük ölçüde değişmeli. Yüksek yaşam kalitesi sağlarken ve ekonomik büyümeyi körüklerken iklim değişikliği ve diğer aşırı olaylar karşısında yaygın bir dijital toplumun taleplerini etkin ve güvenli bir şekilde karşılayacak daha akıllı bir şebekeye ihtiyacımız var. Bu tür bir ızgara, yeni doğal gaz üreten tesisler, kara veya deniz rüzgar santralleri, güneş santralleri ve diğer yenilenebilir enerjileri müşterilere bağlamak için yeterli iletim kapasitesi sağlayacaktır. Ayrıca, elektrik özelliklerini her zaman izlemek için dijital bileşenleri ve gerçek zamanlı iletişim teknolojilerini kullanan ve sürekli olarak en iyi durumda çalışacak, sorunları önceden tahmin edebilecek ve parçaları hızlı bir şekilde izole edebilecek şekilde kendini iyileştiren bir sistem olarak işlev görecektir. Sistemin geri kalanında bozulma yaşayan ağın bozulma yayılmasını önlemek ve daha hızlı restorasyon sağlamak.
Mevcut altyapımızı kendi kendini iyileştiren akıllı bir şebekeye dönüştürmek için, birkaç teknolojinin kullanılması ve entegre edilmesi gerekir. İdeal akıllı şebeke sistemi; microgrids - küçük, çoğunlukla kendi kendine yeten güç sistemleri - ve daha güçlü, daha akıllı bir yüksek voltajlı güç şebekesi, genel sistemin omurgası olarak hizmet ediyor ve önemli ölçüde artan rüzgar ve yenilenebilir kaynak miktarlarını entegre etmeyi mümkün kılıyor. Daha güçlü ve akıllı bir şebekeyle, ABD'deki elektriğimizin yüzde 40'ı 2030'a kadar rüzgardan gelebilir ve bu, halihazırda elektrik ve ulaşım için kullanılan fosil yakıtların yerini alacak.
Geleneksel Analog Teknolojilerinin Dijital Bileşenlerle Değiştirilmesi
Kendi kendini iyileştirme yetenekleri için ızgara altyapısını yükseltme, geleneksel analog teknolojilerin dijital bileşenler, yazılım işlemciler ve güç elektroniği teknolojileri ile değiştirilmesini gerektirir. Bunlar, bir sistem boyunca kurulmalı, böylece kendi kendini izleyen ve kendi kendini iyileştiren bir şebekenin kilit bileşeni olan dijital olarak kontrol edilebilir.
Kendi kendini iyileştiren elektrik şebekelerinin arkasında düşünen teknoloji ve sistemlerin çoğu, 14 yıllarında F-15 uçağı için hasara uyarlanabilir uçuş sistemleri üzerinde çalıştığım, lojistiği optimize eden ve filoların ve görev etkinliğinin hayatta kalmasını inceleyen askeri havacılık sektöründen geliyor. Ocak ayında 1998, Elektrik Enerjisi Araştırma Enstitüsüne katıldığımda, bu kavramları elektrik enerjisi sistemlerine ve enerji, su, telekomünikasyon ve finans gibi diğer kritik altyapı ağlarına getirmeye yardımcı oldum. Eylül 11, 2001'in ardından terörist saldırıları, esneklik ve güvenlik daha da önemli hale geldi.
Akıllı Şebeke Yılda Milyar Tasarruf Sağlar
Daha akıllı bir şebeke, kesintilerin maliyetini yıllık yaklaşık 49 milyar dolar düşürür ve CO’yu düşürür.2 12'e göre emisyonlar - 18'a göre yüzde 2030.
Daha akıllı bir şebekenin maliyeti, iletişim omurgası, gelişmiş güvenlik ve artan esneklik gibi gerçekte ne kadar enstrümantasyon yerleştirdiğinize bağlı olacaktır. Toplam fiyat etiketi 340 milyar ila 480 milyar dolar arasında değişiyor ve bu 20 yıllık bir süre boyunca yılda yaklaşık 20 ila 25 milyar dolar olacak. Ancak yarasanın hemen ardından, artan verimlilik ve kesintilerden kaynaklanan maliyetlerin düşürülmesi açısından faydalar yılda 70 milyar dolar ve çok sayıda kasırga, buz fırtınası ve diğer rahatsızlıkların olduğu bir yılda, bu fayda daha da ileri gidiyor. Şu anda, tüm kaynaklardan kaynaklanan kesintiler ABD ekonomisine yılda 80 milyar dolardan 188 milyar dolara mal oluyor. Daha akıllı bir şebeke, kesinti maliyetlerini yılda yaklaşık 49 milyar dolar azaltacak ve CO'yi azaltacaktır.2 12'e göre emisyonlar - 18'a göre yüzde 2030. Ek olarak, sistem verimliliğini yüzde 4'in üzerine çıkaracak - bu da yılda 20.4 milyar dolar daha olacak.
Maliyetler, güç dağıtım sistemini akıllı bir şebeke için gereken performans seviyelerine getirmek için çeşitli geliştirmeleri kapsar. Dağıtılmış enerji kaynaklarını entegre etmek ve tam müşteri bağlantısı elde etmek için altyapıyı içerir, ancak üretim maliyetini, yenilenebilir enerji eklemek için iletim genleşmesinin maliyetini ve yük artışını veya müşterilerin akıllı şebekeye hazır maliyetlerini karşılamayı içermez aletleri ve cihazlar. Uygulama maliyetlerine rağmen, şebekeye yatırım yapmak büyük ölçüde masraflı olacaktır. Gerçek yatırımla birlikte, her bir dolara karşılık, daha geniş bir ekonomiye geri dönüş için $ 2.80 - $ 6 arasındadır. Ve bu rakam çok muhafazakar.
Ancak bu, 1) ile ilgili olarak, katmanlı güvenlik sistemi mimarisinin bir parçası olarak tasarıma entegre güvenlik ve 2) iş yaratma ve ekonomik faydalar gibi siber / BT güvenliğini ve genel enerji güvenliğini artırdı. Aslında, benim görüşüme göre, 21. Yüzyıl dijital ekonomisi, iklim değişikliğimiz gibi daha aşırı hava koşullarının geleceği tahmininden bağımsız olarak bu yatırımları yapmamıza bağlı.
Hükümetin Rolünü Tartışarak Zarar Görmüş 15 Yılları
Küresel rakiplerimiz adapte edip yenilikler yaparken, kamu ve özel sektörün rollerini tartışarak 15 yıllarını boşa harcadık. Ekonomik argüman için kanıt olarak, 2009 Amerikan Kurtarma ve Yeniden Yatırım Yasası hükümet teşviki planlarını ve fonlardan destek ve eşleştirme desteğini düşünün Akıllı Şebeke Yatırım Hibe ve Akıllı Şebeke Tanıtım Projesi programlarında özel sektör. Mart 2012 itibarıyla, toplam ekonomik çıktıda en az 2.96 milyar dolarlık akıllı şebeke projelerini desteklemek için toplam 6.8 milyar dolarlık yatırım değeri Genel olarak, yaklaşık 47,000 tam zamanlı eşdeğer işler yatırımlarla desteklendi. Her 1 milyon dolarlık doğrudan harcama için GDP, 2.5 milyon dolar artarak 2.6 milyon dolar oldu.
Küresel rakiplerimiz adapte olur ve yenilik verirken 15 yıllarını kamu ve özel sektörün rolleri hakkında tartışarak boşa harcadık. Kamu-özel ortaklıkları yenilemeliyiz, bürokrasiyi kesip, modernizasyon altyapısının yatırımı karşılığında belirsizlik bulutunu azaltmalıyız. Ulus geçmişte bu tür stratejik taahhütlerde bulunduğunda, kazançlar çok büyük olmuştur. Eyaletlerarası otoyol sistemini, ay iniş projesini ve interneti düşünün.
Bu zorlukların her birini karşılamak, ticaret, teknoloji geliştirme ve ikisinin bir karışımını sağlayarak dünya lideri ekonomik büyüme sağladı. Bu süreçte yüksek derecede eğitimli, uyarlanabilir bir işgücü geliştirdik. Şimdi, bir 21. Yüzyılın dijital toplumunu destekleyen elektrik gücü ve enerji altyapıları inşa etmeye ya da bir 20. Yüzyıl endüstriyel kalıntısı olarak geride bırakılmaya karar vermeliyiz.
Bu makale ilk olarak göründü Ensia
Yazar hakkında
Massoud Amin, Teknolojik Liderlikte HW Sweatt Başkanı olarak görev yapıyor, Teknolojik Liderlik Enstitüsü (TLI) ve bir Üniversite Seçkin Öğretim Profesörü ve Minnesota Üniversitesi'nde elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü. Akıllı, güvenli ve esnek altyapıları mümkün kılmak için çalışıyor. Akıllı şebekelerde kapsamlı projeler yürütüyor, başkanı IEEE Akıllı Şebekeve akıllı şebekenin babası olarak kabul edilir.
