Er elnettet forberedt til klimaændringer?

Sommerhedebølger over hele landet testede, om USAs aldrende elnet kan følge med efterspørgslen - et problem, som forskere siger, vil blive forværret af klimaændringer, da alvorlige orkaner, naturbrande og andre vejrbegivenheder forekommer hyppigere, hvilket forstyrrer elproduktion og -transmission.

At opfylde amerikanske forbrugeres voksende elbehov kræver større produktions- og transmissionskapacitet, øget modstandsdygtighed og smartere styring.

DU Newsroom spurgte Amin Khodaei, direktør for KLab og professor i elektro- og computerteknik ved University of Denvers Ritchie School of Engineering and Computer Science, hvordan nye teknologier, smarte net og aktive forbrugere kan forberede nettet til klimaændringer.

Hvilke udfordringer udgør klimaændringer for vores nuværende elnet?

Sikkerhed, fritid, arbejde og nu mere end nogensinde før er uddannelse stærkt afhængig af et elnet, der kan levere og levere elektricitet uden afbrydelser. Klimaforandringer-inducerede ekstreme vejrbegivenheder og naturkatastrofer forstyrrer imidlertid nettet og stiller flere udfordringer for dets drift.

Det elektriske elnet er traditionelt designet med to mål for øje:pålidelighed og økonomi. Pålidelighed repræsenterer nettets evne til at fortsætte elforsyningen og leveringen i tilfælde af begrænsede udstyrsudfald - for eksempel hvis en eller to transmissionsledninger er ude af drift. Nettets økonomiske mål er at vælge det laveste produktionsmix til at producere elektricitet under hensyntagen til de fysiske og tekniske begrænsninger af nettet og forskellige produktionsenheder. Elektriske selskaber har for det meste haft succes med at nå disse to mål i løbet af det seneste århundrede. Men den voksende hyppighed og intensitet af klima-inducerede katastrofer nødvendiggør, at man overvejer et andet lige så vigtigt mål:modstandsdygtighed. Modstandsdygtighed defineres som et elnets og dets komponenters evne til at modstå og tilpasse sig forstyrrende hændelser og hurtigt komme sig efter dem. Det er dyrt at opnå modstandskraft, og det stigende antal katastrofer gør det kun værre.

Hvordan kan det nuværende net tilpasses eller opgraderes for at sikre robust og pålidelig elektricitet?

Der er tre faktorer, der driver fremtidige netbehov og udfordringer. De to første er klimaændringer og det skiftende energiforsyningslandskab, som jeg talte om. Den tredje er omkring forbrugerne. Den måde, forbrugerne bruger elektricitet på, ændrer sig. Der er et stigende behov for strøm af højere kvalitet til forbrugernes digitale enheder. Forbrugerne installerer også mere og mere lokal produktion, herunder tagsolpaneler og energilagringssystemer til boliger, hvilket for første gang nogensinde forårsager en tovejsstrøm af elektricitet fra kunder til opstrømsnettet. Den voksende brug af elektriske køretøjer er en anden stor ændring, som potentielt kan fordoble spidsbelastningen fra en privatkunde, hvilket nødvendiggør netopgraderinger.

Nettet er forpligtet til at forbedre dets muligheder på tre lag af fysisk, cyber- og beslutningstagning for at løse disse udfordringer. Det fysiske lag har brug for nye teknologier såsom overvågningsenheder i realtid og mikrogrids for at give lokal intelligens til bedre at styre distribuerede ressourcer. Cyberlaget har brug for opdaterede kommunikations- og cybersikkerhedsforanstaltninger for at håndtere det digitaliserede net. Og beslutningstagningslaget har brug for en betydelig overhaling for at udnytte avancerede teknologier, såsom kunstig intelligens og avanceret databehandling.

Hvordan skal nettet ændres for at bringe nye vedvarende og pålidelige energiressourcer online?

Elproduktion står for 25 % af drivhusgasemissionerne lige efter transportsektoren med 27 %. Ud over de omfattende negative samfundsmæssige påvirkninger forværrer disse emissioner klimaændringerne, som yderligere vil forstyrre netdriften. Det er afgørende at reducere disse emissioner – noget der bør gøres ved at udnytte rene, vedvarende energiressourcer såsom vind og sol.

Selvom disse ressourcer er rene, vedvarende og bliver stadig mere omkostningseffektive, udgør de nogle få tekniske udfordringer for nettet. Den første udfordring er genereringsafbrydelse og volatilitet, hvilket betyder, at de ikke kan producere elektricitet på alle tidspunkter, og elproduktionen kan svinge betydeligt inden for få sekunder. Nettet skal opgraderes til at håndtere sådanne udsving ved at installere hurtige reaktionsenheder, hovedsagelig gasdrevne, eller energilagring, hvilket er dyrt. Den anden udfordring er manglen på inerti. De traditionelle termiske generationsenheder er afhængige af elektromekanisk energiomdannelse gennem roterende elementer, der tilbyder en mekanisk inerti, der kan tilbydes til at køre igennem små belastningsvariationer. Dette er nødvendigt for at holde nettet stabilt. Vind- og solenergiressourcer tilbyder ikke inerti, og kan derfor ikke understøtte netstabilitet. Nylige fremskridt inden for kraftelektronik, dvs. højeffektelektronik, der bruges til at forbinde vind- og solenergiproduktion med strømforsyningen, giver levedygtige løsninger på denne udfordring.

Bliver forbrugernes adfærd nødt til at ændre sig med nettet?

Forbrugernes adfærd ændrer sig faktisk, hvilket gør forbrugerne fra traditionelt passive aktører i nettet til mere aktive aktører, der kunne reagere på netforholdene. Hvis et udfald i nettet forstyrrer el-leverancen, vil den fremtidige forbruger automatisk skifte til sin egen produktion for lokalt at afhjælpe udfaldet. Hvis der ikke er nogen afbrydelse, vil den fremtidige forbruger sælge elektricitet tilbage til nettet og få betalt for sit bidrag til netforsyningen.

En aktiv forbruger kan dog spille en meget mere afgørende rolle i netdriften. Mange af nettets tekniske udfordringer – for eksempel udsving i vedvarende energi – behov for forbedret modstandsdygtighed, og endda systemgendannelse efter katastrofer, kan løses af aktive forbrugere. For at forenkle det væsentligt, tænk på, hvad Uber gjorde for transport. På den måde, som Uber gav en levedygtig og yderligere mulighed for transport, kan aktive forbrugere levere flere bæredygtige tjenester til et mere pålideligt, modstandsdygtigt, effektivt og rent elnet. + Udforsk yderligere

Video:Hvordan have mere end nok vedvarende energikapacitet kan gøre nettet mere fleksibelt