Die Müllverbrennungsanlage Tyseley in Birmingham[Bildquelle: Elliott Brown, Flickr]
In vielen Ländern auf der ganzen Welt, einschließlich einiger westlicher Staaten, die Stromnetz ist antiquiert, mit einer Technologie, die auf die Zeit von Thomas Edison zurückgeht. Das bedeutet, dass der globale Stromsektor neue Wege der Energieversorgung finden muss, insbesondere so, dass der Ausstoß von schädlichen Treibhausgasen, die den Klimawandel verursachen, vermieden wird oderverursacht schädliche Luftverschmutzung oder andere nachteilige Umweltauswirkungen. Weitere Überlegungen umfassen verbesserte Effizienz, Kostensenkung und Marktwachstum. Nationen auf der ganzen Welt bevorzugen zunehmend erneuerbare Energien gegenüber fossilen Brennstoffen und Atomkraft.
Allerdings sind viele erneuerbare Technologien, mit Ausnahme von Biogas, das aus Biomasse und anaerober Vergärung und Geothermie erzeugt wird, intermittierend, da sie vom Wettergeschehen abhängig sind. Aus diesem Grund müssen erneuerbare Energietechnologien in ein umfassendes technologieübergreifendes erneuerbares integriert werdenEnergiepaket mit Unterstützung von Energiespeichersystemen, Strategien zur Nachfragereduzierung und Energieeffizienzsystemen wie Smart Grids.
Vor allem Versorgungsunternehmen beginnen mit der Modernisierung des Netzes durch die Entwicklung von Smart Grids, die Informations- und Kommunikationstechnologien nutzen, um das Netz überschaubarer und effizienter zu machen. Der Erfolg einer solchen Strategie erfordert jedoch die Interoperabilität der Systeme und Geräte untereinander, aufgrund ihrer Komplexität und der Anzahl und Größe der beteiligten Geräte.
Die Erschaffung eines intelligentes Gitter beinhaltet im Wesentlichen die „Computerisierung“ des bestehenden Stromnetzes. Dies kann durch die Installation einer digitalen Zweiwege-Kommunikationstechnologie erreicht werden, die mit den verschiedenen intelligenten Energiegeräten kommuniziert, die das Netz verwalten, von denen jedes mit Sensoren ausgestattet werden kann, um zu sammelnDiese Sensoren umfassen Leistungsmesser, Spannungssensoren, Fehlerdetektoren usw. Es wird auch eine digitale Zwei-Wege-Kommunikation zwischen den Geräten selbst und einer Netzwerkzentrale geben, die es dem Versorgungsunternehmen ermöglicht, jedes Gerät oder sogar Millionen von Geräten von einem aus zu steuern controlzentrale Verwaltungsstelle.
Der Einsatz der Datenkommunikationstechnologie schafft einen Markt, auf dem sich Unternehmen um die Entwicklung neuer Anwendungen und Software bemühen. Dies bringt wichtige Vorteile wie Cybersicherheit und eine verbesserte Fähigkeit zur Integration erneuerbarer Energietechnologien in das Netz, einschließlich kohlenstoffarmer Transporte wie zals Elektrofahrzeuge EVs.
Die USA haben sich nach der Verabschiedung des Energy Independence and Security Act EISA von 2007 stark an der Netzmodernisierung beteiligt. Dies bietet rechtliche Unterstützung für das Smart-Grid-Programm des US-Energieministeriums DOE und schafft eine Beratungsausschuss Smart Grid und Bundesarbeitsgruppe Smart Grid als wichtiger Teil des Prozesses. EISA hat auch a eingerichtet Regionale Demonstrationsinitiative Smart Grid und leitete das National Institute of Standards and Technology NIST mit DOE und anderen an, eine zu entwickelnSmart-Grid-Interoperabilitäts-Framework. Die Finanzierung erfolgt über ein DOEBundes-Matching-Fonds für Smart Grid-Investitionskosten.
Das Office of Electricity Delivery and Energy Reliability OE übernimmt eine führende Verantwortung bei der Transformation des US-Stromnetzes mit Unterstützung wichtiger Interessengruppen aus Industrie, Wissenschaft und Landesregierungen. Dies beinhaltet erhebliche Forschungs- und Entwicklungsprioritäten, die darauf abzielen, darauf zu reagierenauf die verschiedenen Herausforderungen und die Beschleunigung der Transformation des Stromsystems in ein Smart Grid. Dazu gehören auch neue Geschäftsmodelle und Regulierungspolitik.
[Bildquelle: Ian Muttoo, Flickr]
Herausforderungen
Eines der Hauptprobleme mit dem bestehenden Netz in den USA und wahrscheinlich auch in anderen westlichen Ländern besteht darin, dass chronisch zu wenig investiert wurde, insbesondere in die Übertragung und Verteilung. Es gibt Hunderttausende von Hochspannungsleitungen querin den USA, aber seit 2000 wurden nur 668 zusätzliche Übertragungskilometer installiert. Dies bedeutet, dass sich die Systemeinschränkungen weiter verschlimmern werden, wenn die Probleme nicht behoben werden. Derzeit kosten Ausfälle und Probleme mit der Stromqualität amerikanische Unternehmen mehr als 100 Milliarden US-Dollar pro Jahrund es gab in den letzten 40 Jahren mindestens fünf massive Blackouts. Würde das Netz jedoch auch nur um 5 Prozent effizienter gemacht, würde dies eine Energieeinsparung bedeuten, die den Kraftstoff- und Treibhausgasemissionen von 53 Millionen Autos entspricht.
Das Problem wird noch verschärft durch die Tatsache, dass wir in einer schnelllebigen digitalisierten Gesellschaft leben. Die Notwendigkeit eines Übergangs zu einer modernen erneuerbaren Wirtschaft, um den Klimawandel zu bekämpfen, erhöht die Anforderungen. Derzeit produzieren die USA 25 Prozent des weltweiten TreibhausesGase, obwohl sie nur 4 Prozent der Weltbevölkerung haben. Die Hälfte der Energie des Landes wird immer noch durch Kohlekraftwerke erzeugt. Währenddessen sind Nationen wie Deutschland weltweit führend bei der Entwicklung erneuerbarer Energietechnologien wie Sonne und Wind, während Japan sich bewegtschnell in die Entwicklung fortschrittlicher Energiespeichertechnologien ein, und die Europäische Union EU hat eine „Smart-Grid-Agenda“ verabschiedet, in der Gebäude als Minikraftwerke fungieren.
Laut einem Bericht der BundesnetzagenturIm Januar 2015 stehen die europäischen nationalen Netze insbesondere vor drei großen Herausforderungen, die mit ungleichmäßiger Stromerzeugung, großflächigem Anschluss und verstärktem Stromhandel zu tun haben.
Ungleichmäßige Stromerzeugung wird durch die intermittierende Natur der erneuerbaren Energietechnologie verursacht, die Schwankungen verursachen kann, die die Stabilität des Netzes beeinträchtigen. Dies betrifft sowohl die großen Fernübertragungsleitungen als auch mehr regionale Verteilungsnetze.
Da die Energieerzeugung dezentraler wird verteilte Erzeugung, hauptsächlich durch erneuerbare Energiesysteme wie Photovoltaik auf dem Dach und Windparks, werden eine große Anzahl von Stromerzeugungsanlagen an das Netz angeschlossen.
Der Stromhandel ist für Deutschland aufgrund seiner zentralen Lage ein besonderes Problem und erhält dadurch den Status eines Transitlandes zwischen west- und osteuropäischen Strommärkten. Das bedeutet, dass es zunehmend mehr grenzüberschreitende Stromtransaktionen zu bewältigen hat als andereLänder der EU.
Anforderungen an ein Smart Grid
Wie das US Department of Energy DOE in seinem Buch von 2010 erklärtDas Smart Grid: Eine Einführung, die neuen nationalen Netze werden intelligent, effizient, entgegenkommend, motivierend, opportunistisch, qualitätsorientiert, belastbar und grün sein. Was heißt das genau?
Vonintelligent, das DOE bedeutet, dass das System in der Lage sein wird, Überlastungen zu erkennen und Strom umzuleiten, um Ausfälle zu verhindern. Es wird auch in der Lage sein, autonom in einem schnelleren Tempo zu arbeiten, als es durch menschliche Handarbeit und kooperativ bereitgestellt werden kann– Verbindung zwischen Versorgungsunternehmen, Verbrauchern und Regulierungsbehörden.
Es wird seineffizient in dem Sinne, dass es in der Lage sein wird, die gestiegene Nachfrage zu decken, ohne dass zusätzliche Infrastruktur installiert werden muss.
Das Smart Grid wird in der Lage sein unterbringen Energie aus allen Energieträgern, insbesondere im Hinblick auf erneuerbare Energietechnologien wie Sonne und Wind. Es wird dies schnell und effizient tun können und wird in der Lage sein, Technologien der neuen Generation in das System zu integrieren, während sie unterstützt vonneue Energiespeichertechnologien.
Das System hilft dabeimotivieren Verbraucher in Richtung einer effizienteren Verwaltung ihrer Stromversorgung durch eine bessere Kommunikation zwischen den Haushalten und den Versorgungsunternehmen, die ihren Strom liefern. Dies bedeutet, dass sie ihren Energieverbrauch je nach ihren genauen Anforderungen gemäß Preis- und/oder Umweltbelangen fein zuschneiden können.
Das Smart Grid wird neue erstellenChancen und Märkte, wodurch Arbeitsplätze geschaffen und ein wesentlicher Beitrag zur nationalen und globalen Wirtschaft geleistet wird.
Es wird seinqualitätsorientiert dadurch, dass es in der Lage sein wird, Strom ohne das Risiko von Stromeinbrüchen, Spannungsspitzen oder anderen Störungen zu liefern. Es wird unsere digitalisierte Gesellschaft mit all ihrer Vielzahl von Geräten von Computern über Spielkonsolen bis hin zu intelligenten Geräten und anderer fortschrittlicher Elektronik vollständig unterstützen können.
Die neuen Stromnetze werden elastisch, in der Lage, Angriffe von Naturkatastrophen oder Cyberkriminellen durch den Einsatz von Smart-Grid-Sicherheitstechnologie abzuwehren.
Endlich wird das System grün– dem globalen Klimawandel entgegenwirken und unser Leben weitaus nachhaltiger gestalten, als es derzeit ist.
Das DOE kategorisiert die Komponenten des neuen Smart Grid nach fünf spezifischen Technologien. Diese sind: integrierte Kommunikation, Sensorik und Messung, fortschrittliche Komponenten, fortschrittliche Steuerungen und verbesserte Schnittstellen.
Visualisierungstechnologie wird bereits von Versorgungsunternehmen für die Echtzeit-Lastüberwachung und Lastwachstumsplanung verwendet. Diese Technologie neigt jedoch dazu, Informationen aus einer Vielzahl verschiedener Quellen zu integrieren oder Informationen für verschiedene Benutzer anzuzeigen. Advanced Metering InfrastructureAMI zielt darauf ab, Verbraucher in ein Smart Grid zu integrieren, indem es ihnen ermöglicht, ihre Stromversorgung effizienter zu steuern. Außerdem können Versorgungsunternehmen Probleme schneller erkennen und ihre Systeme effizienter betreiben. Preissignale werden an intelligente Geräte weitergeleitet undSmart Home Controller und Thermostate. Diese Geräte verarbeiten die Informationen dann basierend auf den Verbraucheranforderungen. Dies geschieht im Hintergrund mit minimalem Bedarf an menschlichem Eingreifen, was wiederum zu erheblichen Kosteneinsparungen führt. Phasor Management Units PMU Sample Voltageund Strom an bestimmten Stellen messen, alle 2-4 Sekunden messen und dadurch aktivierenSituationsbewusstsein des Systems und Verhinderung von Blackouts.
Alles in die Praxis umsetzen
Zahlreiche US-Bundesstaaten haben jetzt einen Renewable Portfolio Standard RPS verabschiedet, der Ziele für die Integration erneuerbarer Energien festlegt, und das jüngste Pariser Abkommen über Maßnahmen zur Bekämpfung des Klimawandels wird bedeuten, dass noch mehr Länder der Welt damit beginnen werden, ihreInfrastruktur für erneuerbare Energien im Einklang mit einem neuen globalen Markt für erneuerbare Energien.
Im Vereinigten Königreich haben die jüngsten Kürzungen der Subventionen für erneuerbare Energietechnologien jedoch die Fähigkeit und/oder Bereitschaft der konservativen Regierung, in ein neues intelligentes Stromnetz zu investieren oder zu diesem überzugehen, das die Technologie für erneuerbare Energien vollständig integrieren kann, in Frage gestellt. Im Mai2015 musste die Handelsorganisation für den britischen Solarstromsektor, die Solar Trade Association STA die Regierung anrufen mehr in die Netzmodernisierung zu investieren, um erneuerbare Energien zu integrieren. Derzeit leidet Großbritannien unter einer alternden Infrastruktur, die die Fähigkeit des Landes einschränkt, seine verschiedenen Klimaschutz- und erneuerbaren Energieziele zu erreichen. Vor sechs Jahren Western Power Distribution, der District Network Operator DNO für die Midlands, Südwestengland und Wales, musste das Netz für neue erneuerbare Energieprojekte schließen, insbesondere für solche, die in Cornwall, Devon, Somerset und Dorset entwickelt werden-Ostengland hat laut UK Power Networks kaum freie Kapazitäten.
Das Vereinigte Königreich ist als Mitglied der EU verpflichtet, bis 2020 mindestens 15 Prozent seiner Energie aus erneuerbaren Energiequellen zu erzeugen, aber es gibt zunehmend Bedenken hinsichtlich seiner Fähigkeit, dies zu tun. The Office for National Statistics ONSsagte im Februar 2015, dass Großbritannien seinen Strom aus erneuerbaren Energien auf 30 Prozent mehr als verdoppeln muss, um seine Gesamtziele für 2020 zu erreichen.
„Das Netz ist jetzt stellenweise sklerotisch und es gibt sogar bescheidene Solardächer, die keinen Netzanschluss bekommen“, sagte Leonie Green, die ehemalige Leiterin der Außenabteilung der STA. „Wir versuchen, die DNOs dazu zu bringen, auf mehr zu arbeitenaktives Geschäftsmodell, aber die prognostizierte Solarmenge für 2023 ist geringer als heute. Uns fehlen grundlegende Informationen, weil wir keine Einschätzung haben, wie viel tatsächliche Kapazität noch übrig ist und was erforderlich ist, um die Ziele für 2020 zu erreichen.Der neue Außenminister hat keine Zeit zu verlieren, um das Netz auf Kurs zu bringen, wenn wir ein kohlenstoffarmes Stromsystem wollen.“
Laut Energy UK kostet es ca. 30 Milliarden Pfund um das britische Netz zu modernisieren und auf Smart-Grid-Standards zu bringen.
[Bildquelle: Wikimedia Commons]
Schlussfolgerung
Erneuerbare-Energien-Kritiker werden Ihnen sagen, dass die Diskrepanz der erneuerbaren Energietechnologien uns alle in naher Zukunft allmählich in eine Reihe von massiven, drohenden Stromkatastrophen führt, aber dies ist kaum mehr als Propaganda. Wenn das Netz effektiv modernisiert wird, waswenn es sein muss, dann können solche Probleme effektiv angegangen werden. Kurz gesagt, um einer erneuerbaren Energiezukunft gerecht zu werden, muss das gesamte Energienetz vollständig umgebaut werden. Die gute Nachricht ist, dass genau das jetzt passiert.
„Die bevorstehenden Veränderungen, wie Elektrofahrzeuge, wie erneuerbare Energien, können von den bestehenden Netzen wirklich nicht aufgenommen werden“, sagte der unabhängige Energieberater John Scott im Gespräch mit Der Wächter im Juni 2015. Herr Scott ist auch Mitglied des SmartGridGB-Forums, das die Entwicklung von Smart Grids in Großbritannien diskutiert und fördert. „Anstatt also das Netz immer größer zu machen … können Sie mit intelligenten Technologien viel mehr aus dem herausholendu hast bereits."
Laut Dr. Luis Nando Ochoa, Senior Lecturer für Smart Distribution Networks an der University of Manchester, wird Großbritannien entweder Millionen Pfund zahlen müssen, um sein aktuelles Netz zu stärken, oder es muss intelligente Technologie einführen. Bei letzterer Option, können Dinge mit der gleichen Infrastruktur, die sich viel intelligenter verhält, effektiver gesteuert werden.
Die Dinge ändern sich zwar schnell, aber auch hier müssen sie es. Wir haben zu lange gewartet und Veränderungen sind längst überfällig.