Energie en milieu

Netmodernisering voor hernieuwbare energie

Netmodernisering voor hernieuwbare energie

De afvalenergiecentrale van Tyseley in Birmingham [Afbeeldingsbron:Elliott Brown, Flickr]

In veel landen over de hele wereld, waaronder verschillende westerse staten, is het elektriciteitsnet verouderd, met technologie die teruggaat tot de tijd van Thomas Edison. Dit betekent dat de wereldwijde elektriciteitssector nieuwe manieren moet vinden om stroom te leveren, met name op een manier die de uitstoot van schadelijke broeikasgassen die klimaatverandering veroorzaken of schadelijke luchtvervuiling of andere nadelige milieueffecten veroorzaken, vermijdt. Andere overwegingen zijn onder meer verbeterde efficiëntie, kostenreductie en marktgroei. In toenemende mate geven landen over de hele wereld de voorkeur aan hernieuwbare energie boven fossiele brandstoffen en kernenergie.

Veel hernieuwbare technologieën, met uitzondering van biogas dat wordt opgewekt uit biomassa en anaërobe vergisting en geothermie, zijn echter onderbroken en afhankelijk van weerpatronen. Om deze reden zullen hernieuwbare energietechnologieën moeten worden opgenomen in een algeheel multi-technologisch pakket voor hernieuwbare energie, met ondersteuning van energieopslagsystemen, strategieën voor vraagvermindering en energie-efficiëntiesystemen zoals slimme netwerken.

Vooral nutsbedrijven beginnen het net te moderniseren door de ontwikkeling van slimme netwerken die informatie- en communicatietechnologieën gebruiken om het net beter beheersbaar en efficiënter te maken. Het succes van een dergelijke strategie vereist echter dat de systemen en apparaten onderling compatibel zijn, vanwege hun complexiteit en het aantal en de schaal van de betrokken apparaten.

De aanleg van een smart grid houdt in feite de ‘automatisering’ van het bestaande elektriciteitsnet in. Dit kan worden bereikt door digitale tweewegcommunicatietechnologie te installeren die communiceren met de verschillende slimme energieapparaten die het net beheren, die elk kunnen worden uitgerust met sensoren om informatie te verzamelen. Deze sensoren omvatten vermogensmeters, spanningssensoren, foutdetectoren enzovoort. Er zal ook digitale tweewegcommunicatie zijn tussen de apparaten zelf en een netwerkverwerkingscentrum, waardoor het hulpprogramma elk apparaat of zelfs miljoenen apparaten vanaf één centrale beheerlocatie kan besturen.

Door de inzet van de datacommunicatietechnologie ontstaat een markt waarin bedrijven zich haasten om nieuwe applicaties en software te ontwikkelen. Dit levert belangrijke voordelen op, zoals cyberveiligheid en een beter vermogen om technologie voor hernieuwbare energie in het net te integreren, inclusief koolstofarm vervoer zoals elektrische voertuigen (EV's).

De VS zijn intensief bezig geweest met de modernisering van het elektriciteitsnet na het aannemen van de Energy Independence and Security Act (EISA) van 2007. Dit biedt wettelijke ondersteuning voor het smart grid-programma van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), waardoor een Smart Grid-adviescomité en een federaal Smart Grid Task Force als een belangrijk onderdeel van het proces. EISA heeft ook een Smart Grid Regional Demonstration Initiative opgezet en het National Institute of Standards and Technology (NIST), met DOE en anderen, geleid om een ​​Smart Grid Interoperability Framework te ontwikkelen. Financiering wordt verstrekt via een DOE Federal Matching Fund for Smart Grid Investment Costs.

Het Office of Electricity Delivery and Energy Reliability (OE) neemt een leidende verantwoordelijkheid op zich bij de transformatie van het Amerikaanse elektriciteitsnet met hulp van belangrijke belanghebbenden uit de industrie, de academische wereld en deelstaatregeringen. Het gaat om aanzienlijke onderzoeks- en ontwikkelingsprioriteiten om in te spelen op de verschillende uitdagingen en om de transformatie van het elektriciteitssysteem naar een smart grid te versnellen. Dit brengt ook nieuwe bedrijfsmodellen en regelgevingsbeleid met zich mee.

[Afbeeldingsbron:Ian Muttoo, Flickr]

Uitdagingen

Een van de grootste problemen met het bestaande net in de VS, en waarschijnlijk ook in andere westerse landen, is dat er chronisch te weinig geïnvesteerd is, vooral in transmissie en distributie. Er zijn honderdduizenden hoogspanningstransmissielijnen in de VS, maar sinds 2000 is er slechts 668 mijl extra transmissie geïnstalleerd. Dit betekent dat systeembeperkingen zullen blijven verslechteren als de problemen niet worden aangepakt. Op dit moment kosten stroomuitval en problemen met de stroomkwaliteit Amerikaanse bedrijven meer dan $ 100 miljard per jaar en zijn er in de afgelopen 40 jaar minstens vijf enorme stroomuitval geweest. Maar als het net nog 5 procent efficiënter zou worden gemaakt, zou dit een energiebesparing betekenen die gelijk staat aan de uitstoot van brandstof en broeikasgassen van 53 miljoen auto's.

Het probleem wordt nog groter door het feit dat we in een snel veranderende gedigitaliseerde samenleving leven. De noodzaak van een transitie naar een moderne duurzame economie om klimaatverandering tegen te gaan, stelt extra eisen. Momenteel produceert de VS 25 procent van de broeikasgassen in de wereld, ondanks dat ze slechts 4 procent van de wereldbevolking hebben. De helft van de energie van het land wordt nog steeds opgewekt door kolencentrales. Ondertussen lopen landen zoals Duitsland voorop in de ontwikkeling van technologieën voor hernieuwbare energie, zoals zonne-energie en wind, terwijl Japan snel opschuift naar de ontwikkeling van geavanceerde technologie voor energieopslag en de Europese Unie (EU) een 'smart grid-agenda' heeft aangenomen. waarin gebouwen zullen fungeren als mini-energiecentrales.

Volgens een rapport van het Duitse Federale Netwerkagentschap in januari 2015 staan ​​de Europese nationale netwerken met name voor drie grote uitdagingen: ongelijke stroomopwekking, grootschalige verbindingen en toegenomen elektriciteitshandel.

Ongelijke stroomopwekking wordt veroorzaakt door de intermitterende aard van hernieuwbare energietechnologie, die fluctuaties kan veroorzaken die de stabiliteit van het net beïnvloeden. Dit heeft gevolgen voor zowel de belangrijkste langeafstandstransmissielijnen als meer regionale distributienetten.

Naarmate de energieopwekking meer gedecentraliseerd wordt (gedistribueerde opwekking), grotendeels door middel van hernieuwbare energiesystemen zoals zonnepanelen op daken en windparken, maakt een groot aantal installaties voor stroomopwekking verbinding met het net.

Elektriciteitshandel is een bijzonder probleem voor Duitsland vanwege zijn centrale ligging, waardoor het de status krijgt van een doorvoerland tussen de West- en Oost-Europese elektriciteitsmarkten. Dit betekent dat het in toenemende mate te maken zal krijgen met meer grensoverschrijdende elektriciteitstransacties dan andere landen in de EU.

Eisen aan een smart grid

Zoals het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) in zijn boek The Smart Grid: An Introduction uit 2010 uitlegt, zullen de nieuwe nationale netwerken intelligent, efficiënt, meegaand, motiverend, opportunistisch, kwaliteitsgericht, veerkrachtig en groen zijn. Wat betekent dit allemaal precies?

Door intelligentbetekent de DOE dat het systeem in staat zal zijn om overbelasting te detecteren en stroom om te leiden om uitval te voorkomen. Het zal ook autonoom kunnen opereren in een sneller tempo dan dat kan worden geleverd door menselijke handenarbeid en door samenwerking tussen nutsbedrijven, consumenten en regelgevers.

Het zal zo zijn efficiënt in die zin dat het in staat zal zijn om aan de toegenomen vraag te voldoen zonder dat er extra infrastructuur moet worden aangelegd.

Het slimme net zal dat kunnen geschikt zijn energie uit elke brandstofbron, in het bijzonder met betrekking tot technologieën voor hernieuwbare energie, zoals zonne-energie en wind. Het zal dit snel en efficiënt kunnen doen en het zal in staat zijn om nieuwe generatie technologieën in het systeem te integreren, aangezien deze worden ontwikkeld ondersteund door nieuwe energieopslagtechnologieën.

Het systeem zal helpen motiveren consumenten naar een efficiënter beheer van hun elektriciteitsvoorziening door te zorgen voor betere communicatie tussen huishoudens en de nutsbedrijven die hun stroom leveren. Dit betekent dat ze hun energieverbruik nauwkeurig kunnen afstemmen op hun precieze vereisten op basis van prijs en / of milieuproblemen.

Het smart grid zal nieuw creëren mogelijkheden en markten, waardoor banen worden gecreëerd en aanzienlijk wordt bijgedragen aan de nationale en wereldeconomie.

Het zal zo zijn kwaliteitsgericht in dat het in staat zal zijn om stroom te leveren zonder het risico van stroomuitval, pieken of andere storingen. Het zal onze gedigitaliseerde samenleving volledig kunnen ondersteunen met al zijn veelheid aan apparaten, van computers tot gameconsoles tot slimme apparaten en andere geavanceerde elektronica.

De nieuwe elektriciteitsnetten zullen dat zijn veerkrachtig, in staat om aanvallen van natuurrampen of cybercriminelen af ​​te weren door het gebruik van smart grid-beveiligingstechnologie.

Eindelijk zal het systeem zijn groen - de wereldwijde klimaatverandering tegengaan en ons leven veel duurzamer maken dan nu het geval is.

De DOE categoriseert de componenten van het nieuwe smart grid volgens vijf specifieke technologieën. Dit zijn: geïntegreerde communicatie, detectie en meting, geavanceerde componenten, geavanceerde bedieningselementen en verbeterde interfaces.

Visualisatietechnologie wordt al door nutsbedrijven gebruikt voor realtime monitoring van belasting en planning van belastinggroei. Deze technologie heeft echter de neiging om informatie uit een groot aantal verschillende bronnen te integreren of informatie aan verschillende gebruikers weer te geven. Advanced Metering Infrastructure (AMI) is gericht op het integreren van consumenten in een smart grid door hen de mogelijkheid te geven hun elektriciteitsvoorziening efficiënter te beheren. Het stelt nutsbedrijven ook in staat om problemen sneller op te sporen en hun systemen efficiënter te laten werken. Prijssignalen worden doorgestuurd naar slimme apparaten en slimme huiscontrollers en thermostaten. Deze apparaten verwerken de informatie vervolgens op basis van de wensen van de consument. Dit zal op de achtergrond plaatsvinden met een minimale behoefte aan menselijke tussenkomst, wat op zijn beurt aanzienlijke kostenbesparingen zal opleveren. Phasor Management Units (PMU) bemonsteren spanning en stroom op bepaalde locaties, nemen elke 2-4 seconden metingen en maken zo situational awareness van het systeem mogelijk en voorkomen black-outs.

Alles in de praktijk brengen

Talrijke staten in de VS hebben nu een Renewable Portfolio Standard (RPS) aangenomen, die doelen stelt voor de integratie van hernieuwbare energie en de recente overeenkomst van Parijs over maatregelen om de klimaatverandering aan te pakken, zal betekenen dat nog meer landen in de wereld hun hernieuwbare energie zullen gaan opvoeren. infrastructuur in harmonie met een nieuwe wereldwijde markt voor hernieuwbare energie.

In het VK hebben de recente bezuinigingen op subsidies voor technologieën voor hernieuwbare energie echter een vraagteken geplaatst bij het vermogen en / of de bereidheid van de conservatieve regering om te investeren in of over te stappen op een nieuw smart grid dat in staat is om hernieuwbare energietechnologie volledig te integreren. In mei 2015 moest de handelsorganisatie voor de Britse zonne-energiesector, de Solar Trade Association (STA), de regering oproepen om meer te investeren in modernisering van het elektriciteitsnet om hernieuwbare energie te integreren. Momenteel lijdt het VK aan een verouderde infrastructuur die het vermogen van het land om zijn verschillende doelstellingen op het gebied van klimaatverandering en hernieuwbare energie te halen, zal beperken. Zes jaar geleden moest Western Power Distribution, de District Network Operator (DNO) voor de Midlands, Zuidwest-Engeland en Wales, het elektriciteitsnet sluiten voor nieuwe duurzame energieprojecten, met name projecten die worden ontwikkeld in Cornwall, Devon, Somerset en Dorset. Ondertussen hebben delen van Oost- en Zuidoost-Engeland volgens UK Power Networks nauwelijks reservecapaciteit.

Het VK is als lid van de EU verplicht om tegen 2020 ten minste 15 procent van zijn energie uit hernieuwbare energiebronnen te produceren, maar er is toenemende bezorgdheid over het vermogen om dat te doen. Het Office for National Statistics (ONS) zei in februari 2015 dat het VK zijn hernieuwbare elektriciteit meer dan moet verdubbelen tot 30 procent als het zijn algemene doelstellingen voor 2020 wil halen.

“Het elektriciteitsnet is nu op sommige plaatsen sclerotisch en er zijn zelfs bescheiden zonnedaken die geen netaansluitingen kunnen krijgen”, zegt Leonie Green, het voormalige hoofd externe zaken bij het STA. “We proberen de DNO's te laten werken volgens een actiever bedrijfsmodel, maar de hoeveelheid zonne-energie die voor 2023 wordt verwacht, is minder dan we nu hebben. We missen basisinformatie omdat we geen inschatting hebben van hoeveel daadwerkelijke capaciteit er nog over is en wat er nodig is om de doelstellingen voor 2020 te halen. De nieuwe staatssecretaris heeft geen tijd te verliezen om het net op de rails te krijgen als we een koolstofarm elektriciteitssysteem willen. "

Volgens Energy UK kost het ongeveer £ 30 miljard om het Britse elektriciteitsnet te moderniseren en op het niveau van smart grid-normen te brengen.

[Afbeeldingsbron:Wikimedia Commons]

Gevolgtrekking

Critici van hernieuwbare energie zullen je vertellen dat de intermitterende technologie van hernieuwbare energie ons geleidelijk allemaal naar een reeks van enorme, dreigende stroomrampen in de nabije toekomst zal leiden, maar dit is niet meer dan propaganda. Als het netwerk effectief wordt gemoderniseerd, wat het moet zijn, kunnen dergelijke problemen effectief worden aangepakt. Kortom, om een ​​duurzame energietoekomst mogelijk te maken, moet het hele energienet volledig worden getransformeerd. Het goede nieuws is dat dit precies is wat er nu gebeurt.

"De veranderingen die eraan komen, zoals elektrische voertuigen, zoals hernieuwbare energie, kunnen echt niet worden opgevangen door de bestaande netten", zei onafhankelijk energieadviseur John Scott in juni 2015 tegen The Guardian. De heer Scott is ook lid van de SmartGridGB-forum, dat de ontwikkeling van slimme netwerken in het VK bespreekt en promoot. "Dus in plaats van het net groter en groter te maken ... laten slimme technologieën je veel meer halen uit wat je al hebt."

Volgens Dr. Luis Nando Ochoa, een senior docent in slimme distributienetwerken aan de Universiteit van Manchester, zal het VK ofwel miljoenen ponden moeten betalen om zijn huidige net te versterken, ofwel zal het slimme technologie moeten toepassen. Met de laatste optie kunnen dingen effectiever worden aangestuurd met dezelfde infrastructuur, die zich veel intelligenter gedraagt.

Dingen veranderen inderdaad snel, maar daar moet het ook weer toe. We hebben te lang gewacht en de verandering is veel te laat.


Bekijk de video: Waarom is het belangrijk dat we meer duurzame energie gaan gebruiken? (Juli- 2021).