Łączenie inteligentnej sieci i zmian klimatu: Utorowanie drogi do zrównoważonej przyszłości

Wprowadzenie

Globalne obawy związane zklimatemzmian osiągnęły krytyczny poziom, skłaniając do pilnych działań w celu łagodzenia jej skutków i przejścia na bardziej zrównoważoną przyszłość. Zmiana klimatu, napędzana działalnością antropogeniczną, wymaga pilnych działań w celu redukcji emisji gazów cieplarnianych i przejścia na gospodarkę niskoemisyjną. Jednym z kluczowych czynników przyczyniających się do emisji gazów cieplarnianych jest tradycyjny sektor energetyczny, oparty głównie na paliwach kopalnych. Jako przeciwdziałanie, rozwój i integracja inteligentnych sieci energetycznych (smart grid) wyłoniły się jako obiecujące rozwiązanie. Inteligentne sieci nie tylko zwiększają efektywność i niezawodność dystrybucji energii, ale także odgrywają kluczową rolę w rozwiązywaniu problemów związanych ze zmianą klimatu. Inteligentna sieć wyłania się jako transformacyjny paradygmat, oferujący zaawansowane możliwości komunikacji, automatyzacji i sterowania w celu modernizacji systemów dystrybucji energii.

Odblokuj Wgląd: Otrzymaj Przykładowy Raport Badawczy na temat Rynku Inteligentnej Sieci Elektroenergetycznej –https://univdatos.com/get-a-free-sample-form-php/?product_id=6162

Zrozumienie inteligentnych sieci

Inteligentna sieć tozaawansowana energetycznainfrastruktura, która modernizuje konwencjonalną sieć energetyczną, wykorzystując najnowocześniejsze technologie, takie jak czujniki, liczniki, sieci komunikacyjne i analitykę danych, w celu usprawnienia zarządzania wytwarzaniem, dystrybucją i zużyciem energii elektrycznej. W przeciwieństwie do tradycyjnych sieci, inteligentne sieci ułatwiają dwukierunkową komunikację między konsumentami a dostawcami mediów, umożliwiając monitorowanie w czasie rzeczywistym, wymianę danych, mechanizmy reagowania na zapotrzebowanie, efektywne równoważenie obciążenia, optymalne wykorzystanie odnawialnych źródeł energii i inteligentne podejmowanie decyzji. Ta cyfrowa transformacja umożliwia konsumentom podejmowanie świadomych wyborów dotyczących zużycia energii, wspierając w ten sposób efektywność energetyczną i reakcję na zapotrzebowanie.

Rys. 1: Sieć inteligentnej sieci

Inteligentne sieci, które śledzą obciążenie i zarządzają inteligentnym ładowaniem, są już wprowadzane w wielu krajach, takich jak USA i Portugalia. Oczekuje się, że przynajmniej częściowe wdrożenie inteligentnej sieci do końca dekady pomoże zmniejszyć zapotrzebowanie na modernizacje sieci spowodowane ładowaniem pojazdów elektrycznych, poprzez ograniczenie lub unikanie zdarzeń szczytowego obciążenia. W dłuższej perspektywie, gdy pojazdy elektryczne będą stanowić ponad jedną trzecią całkowitego stanu floty, wdrożenie inteligentnej sieci będzie konieczne, aby uniknąć bardzo dużych potrzeb inwestycyjnych. W dłuższej perspektywie technologie vehicle-to-grid (V2G) pozwolą na podłączenie pojazdów do inteligentnych ładowarek w celu zrównoważenia systemu. Pojazdy elektryczne będą wspierać stabilność sieci, zamiast stanowić wąskie gardło dla wymagań dotyczących równoważenia sieci.

Integracja inteligentnych sieci i łagodzenie zmian klimatu

·Integracja odnawialnych źródeł energii: Ułatwianie dekarbonizacji

Odnawialne źródła energiiźródła, takie jak energia słoneczna i wiatrowa, odgrywają kluczową rolę w redukcji emisji dwutlenku węgla. Inteligentne sieci umożliwiają płynną integrację i zarządzanie tymi okresowymi źródłami energii, wspierając bardziej ekologiczny miks energetyczny.

o Według Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA), odnawialne źródła energii mogłyby zapewnić do 86% globalnej energii elektrycznej do 2050 roku, znacząco przyczyniając się do łagodzenia zmian klimatu.

Inwestycje w sieci elektroenergetyczne rosną, z bardziej ambitnymi planami sieci w celu ułatwienia elektryfikacji gospodarki i integracji odnawialnych źródeł energii

Inwestycje w sieci elektroenergetyczne wzrosły o około 8% w 2022 roku, ponieważ zarówno gospodarki rozwinięte, jak i wschodzące przyspieszyły inwestycje w celu wsparcia i umożliwienia elektryfikacji budynków, przemysłu i transportu oraz włączenia zmiennych odnawialnych źródeł energii do systemu elektroenergetycznego.

·Magazynowanie energii i elastyczność sieci: Łagodzenie okresowości

Systemy magazynowania energii mają kluczowe znaczenie dla stabilizacji sieci i zapewnienia stałych dostaw energii z odnawialnych źródeł energii. Inteligentne sieci optymalizują wykorzystanie magazynowania energii, zmniejszając zależność od rezerwowych paliw kopalnych.

o Wdrożenie systemów magazynowania energii mogłoby doprowadzić do 50% redukcji emisji dwutlenku węgla z sektora energetycznego do 2050 roku, jak podaje Global Battery Alliance.

·Rozproszone zasoby energii (DER): Wzmacnianie rozwiązań lokalnych

Rozproszone zasoby energii, takie jak panele słoneczne na dachach i małe turbiny wiatrowe, zwiększają odporność sieci i zmniejszają straty w transmisji poprzez wytwarzanie energii elektrycznej bliżej punktów zużycia.

o Badanie przeprowadzone przez National Renewable Energy Laboratory (NREL) szacuje, że integracja DER może zmniejszyć emisje gazów cieplarnianych o 5-10% w ciągu następnej dekady.

·Monitorowanie w czasie rzeczywistym i analityka danych: Precyzja w działaniu

Inteligentne sieci wykorzystują monitorowanie w czasie rzeczywistym i analitykę danych do optymalizacji dystrybucji energii, zmniejszając straty i poprawiając ogólną efektywność.

o Departament Energii USA (DOE) sugeruje, że zaawansowana analityka danych może prowadzić do oszczędności energii do 10% w budynkach, bezpośrednio wpływając na emisje dwutlenku węgla.

Inwestycje w infrastrukturę cyfrową w sieciach przesyłowych i dystrybucyjnych energii elektrycznej, 2015-2022

Inteligentne sieci mogą umożliwić integrację z sieciąładowania pojazdów elektrycznychpoprzez zapewnienie widoczności i kontroli w celu pokonania problemów z wąskimi gardłami w sieci. Infrastruktura cyfrowa staje się coraz ważniejsza w sieciach elektroenergetycznych, zarówno w dystrybucji, jak i przesyłaniu. Inwestycje w infrastrukturę sieci wzrosły o około 7% w 2022 r. w porównaniu z rokiem 2021. W 2022 r. nastąpiły znaczne inwestycje i postępy w infrastrukturze publicznej dla pojazdów elektrycznych, która nadal się rozwijała, zwiększając się o ponad 75% w ciągu roku.

Korzyści i skutki

·Redukcja śladu węglowego poprzez efektywne operacje

Inteligentne sieci umożliwiają lepsze zarządzanie popytem i równoważenie obciążenia, zmniejszając potrzebę uruchamiania nieefektywnych i emisyjnych elektrowni rezerwowych podczas szczytowego zapotrzebowania.

o Komisja Europejska szacuje, że powszechne wdrożenie inteligentnych sieci mogłoby doprowadzić do 9% redukcji emisji gazów cieplarnianych do 2030 r.

o Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA), poprawa efektywności energetycznej dzięki technologiom inteligentnych sieci mogłaby zmniejszyć globalne zużycie energii elektrycznej o około 10% i zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o około 1,5 miliarda ton metrycznych do 2040 r.

·Wzmocnienie odporności w obliczu ekstremalnych zjawisk klimatycznych

Inteligentne sieci zwiększają odporność sieci, szybko identyfikując i izolując awarie, minimalizując przestoje podczas ekstremalnych zjawisk pogodowych i zmniejszając ślad węglowy związany z konserwacją sieci.

o Electric Power Research Institute (EPRI) sugeruje, że inteligentne sieci mogą zapobiec do 80% awarii, minimalizując w ten sposób emisję CO2 wynikającą z zakłóceń w sieci.

·Poprawa Efektywności Energetycznej dla Zrównoważonego Wzrostu

Inteligentne liczniki i dane w czasie rzeczywistym umożliwiają konsumentom monitorowanie i zarządzanie zużyciem energii, co prowadzi do zmniejszenia marnotrawstwa energii i niższych emisji.

o American Council for an Energy-Efficient Economy (ACEEE) stwierdza, że same inteligentne liczniki mogą prowadzić do oszczędności energii w wysokości 5-15%, co skutkuje zmniejszeniem emisji CO2.

o Na przykład Unia Europejska wyznaczyła sobie cel, aby do 2020 roku co najmniej 80% gospodarstw domowych było wyposażonych w inteligentne liczniki, co może prowadzić do oszczędności energii do 9% w zużyciu energii elektrycznej

Wyzwania i Rozważania

Chociaż potencjalne korzyści z integracji inteligentnych sieci z łagodzeniem zmian klimatycznych są znaczne, należy rozwiązać kilka wyzwań:

Inwestycje w infrastrukturę: Przejście na inteligentne sieci wymaga znacznych początkowych inwestycji w technologię i infrastrukturę. Rządy, przedsiębiorstwa użyteczności publicznej i interesariusze muszą współpracować w celu finansowania tych ulepszeń.

Prywatność i bezpieczeństwo danych: Inteligentne sieci generują ogromne ilości danych, co budzi obawy dotyczące prywatności i cyberbezpieczeństwa. Zapewnienie ochrony danych konsumentów i operacji sieci jest nadrzędnym priorytetem.

Interoperacyjność i standardy: Opracowanie wspólnych standardów dla protokołów komunikacyjnych i formatów danych jest niezbędne do umożliwienia bezproblemowej integracji różnorodnych komponentów inteligentnej sieci.

Nieadekwatne ramy rynkowe: Projekt rynku i ramy regulacyjne w większości krajów nie przewidują mechanizmu świadczenia usług elastyczności pomiędzy operatorami systemów dystrybucyjnych (OSD) a konsumentami

Ramy polityczne i regulacyjne:

Rządy odgrywają kluczową rolę w tworzeniu sprzyjającego środowiska dla wdrażania inteligentnych sieci. Polityki wspierające, takie jak zachęty do wdrażania technologii, mechanizmy ustalania cen emisji dwutlenku węgla i mandaty dotyczące energii odnawialnej, mogą przyspieszyć integrację inteligentnych sieci i promować łagodzenie zmian klimatycznych. Opracowanie kompleksowych ram politycznych ma kluczowe znaczenie dla pomyślnego wdrożenia i maksymalizacji korzyści z inteligentnych sieci w zakresie redukcji emisji gazów cieplarnianych (GHG). Poniżej przedstawiono kilka zaleceń i rozważań dotyczących polityki w celu stworzenia skutecznej polityki inteligentnych sieci:

Ustal wyraźne cele dotyczące energii odnawialnej: Ustanowić ambitne cele dotyczące integracji odnawialnych źródeł energii w miksie energetycznym. Cele te powinny być zgodne z szerszymi celami klimatycznymi i zachęcać do wdrażania technologii inteligentnych sieci, które ułatwiają integrację energii odnawialnej.

Zachęty do wdrażania technologii: Zapewnić zachęty finansowe, dotacje, ulgi podatkowe lub subsydia dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej i konsumentów za wdrażanie technologii inteligentnych sieci. Może to pomóc w zrekompensowaniu początkowych kosztów wdrożenia i przyspieszyć wdrażanie technologii.

Przepisy dotyczące prywatności i bezpieczeństwa danych: Ustanowić solidne przepisy dotyczące prywatności i bezpieczeństwa danych, aby zapewnić ochronę gromadzenia, przesyłania i przechowywania danych dotyczących zużycia energii przed cyberzagrożeniami i nieautoryzowanym dostępem.

Wsparcie dla magazynowania energii: Zapewnić zachęty do wdrażania systemów magazynowania energii, takich jak akumulatory, które mogą magazynować nadwyżki energii odnawialnej do wykorzystania w okresach szczytowego zapotrzebowania lub gdy generacja ze źródeł odnawialnych jest niska.

Inwestycje w badania i rozwój: Przeznaczyć środki na projekty badawczo-rozwojowe skoncentrowane na rozwijaniu technologii inteligentnych sieci, magazynowaniu energii, algorytmach reagowania na popyt i integracji nowych technologii, takich jak pojazdy elektryczne.

Przyjęcie całościowych i elastycznych ram politycznych, które uwzględniają aspekty regulacyjne, ekonomiczne, techniczne i społeczne, pozwala rządom na stworzenie środowiska sprzyjającego powszechnemu wdrażaniu technologii inteligentnych sieci i znaczącej redukcji emisji gazów cieplarnianych z sektora energetycznego.

Wnioski

Konwergencja inteligentnych sieci i łagodzenia zmian klimatycznych jest nie tylko imperatywem, ale także szansą na zrewolucjonizowanie krajobrazu energetycznego. Poprzez wspieranie integracji energii odnawialnej, promowanie efektywności energetycznej i zwiększanie odporności sieci, inteligentne sieci mogą w znacznym stopniu przyczynić się do redukcji emisji gazów cieplarnianych i postępu globalnej walki ze zmianami klimatycznymi. Związek między zmianami klimatycznymi a inteligentnymi sieciami jest kluczowy i symbiotyczny, co daje ogromne nadzieje na sprostanie wyzwaniom związanym ze zmianami klimatycznymi. Inteligentne sieci, z ich zaawansowanymi technologiami i inteligentnymi systemami, oferują wieloaspektowe podejście zarówno do łagodzenia skutków zmian klimatycznych, jak i adaptacji do ich konsekwencji.

Konwergencja nowych technologii, takich jak 5G, Internet Rzeczy (IoT) i sztuczna inteligencja (AI) z inteligentnymi sieciami, ma ogromny potencjał dla jeszcze większego łagodzenia zmian klimatycznych. Technologie te mogą zwiększyć elastyczność sieci, zoptymalizować handel energią i umożliwić bardziej zaawansowane zarządzanie po stronie popytu. Kiedy rządy, przemysł i osoby prywatne zaakceptują tę transformację, czystsza, bardziej zrównoważona przyszłość staje się osiągalną rzeczywistością.

Referencje –

1.https://www.pewresearch.org/global/2015/11/05/1-concern-about-climate-change-and-its-consequences/

2.https://www.forbes.com/sites/globalcitizen/2021/10/28/increasing-global-concern-about-the-climate-is-a-message-to-world-leaders/?sh=5819ad2ac11f

3.https://smartgrid.ieee.org/bulletins/january-2021/climate-change-decarbonization-and-smart-grid

4.https://iea.blob.core.windows.net/assets/e0d2081d-487d-4818-8c59-69b638969f9e/GlobalElectricVehicleOutlook2022.pdf

5.https://seors.unfccc.int/applications/seors/attachments/get_attachment?code=W045A8IU0TO9N7RK6PTDP7XKX40IAV7H

6.https://bridges.monash.edu/articles/journal_contribution/Smart_Grids_Opportunities_for_Climate_Change_Mitigation_and_Adaptation/10064450/1

7.https://www.lumenci.com/post/smart-grid-technology

8.https://www.elprocus.com/overview-smart-grid-technology-operation-application-existing-power-system/

9.https://www.nanowerk.com/smart/smart-grids-explained.php