Соединяя интеллектуальную энергосистему (Smart Grid) и изменение климата: открывая путь к устойчивому будущему

Введение

Глобальная обеспокоенность по поводу изменения климата достигла критического уровня, что требует срочных действий для смягчения его последствий и перехода к более устойчивому будущему. Изменение климата, вызванное антропогенной деятельностью, требует срочных действий по сокращению выбросов парниковых газов и переходу к низкоуглеродной энергетике. Одним из основных факторов, способствующих выбросам парниковых газов, является традиционный энергетический сектор, в основном зависящий от ископаемого топлива. В качестве контрмеры разработка и интеграция интеллектуальных сетей стали многообещающим решением. Интеллектуальные сети не только повышают эффективность и надежность распределения энергии, но и играют ключевую роль в решении проблем, связанных с изменением климата. Интеллектуальная сеть становится преобразующей парадигмой, предлагая передовые возможности связи, автоматизации и управления для модернизации систем распределения электроэнергии.

Получите аналитические данные: получите образец исследовательского отчета о рынке интеллектуальных электросетей – https://univdatos.com/get-a-free-sample-form-php/?product_id=6162

Понимание интеллектуальных сетей

Интеллектуальная сеть — это передовая энергетическая инфраструктура, которая модернизирует обычную энергосистему путем интеграции передовых технологий, таких как датчики, счетчики, сети связи и анализ данных, для улучшения управления производством, распределением и потреблением электроэнергии. В отличие от традиционных сетей, интеллектуальные сети облегчают двустороннюю связь между потребителями и поставщиками коммунальных услуг, обеспечивая мониторинг в режиме реального времени, обмен данными, механизмы реагирования на спрос, эффективную балансировку нагрузки, оптимальное использование возобновляемых источников энергии и принятие интеллектуальных решений. Эта цифровая трансформация позволяет потребителям делать осознанный выбор в отношении потребления энергии, тем самым повышая энергоэффективность и реагирование на спрос.

Рис. 1: Сеть интеллектуальных сетей

Интеллектуальные сети, которые отслеживают нагрузку и управляют интеллектуальной зарядкой, уже внедряются во многих странах, таких как США и Португалия. Ожидается, что, по крайней мере, частичное развертывание интеллектуальной сети к концу десятилетия поможет снизить потребность в модернизации сети, вызванной зарядкой электромобилей, за счет уменьшения или предотвращения пиковых нагрузок. В долгосрочной перспективе, когда на электромобили будет приходиться более трети всего парка, для предотвращения очень больших инвестиционных потребностей потребуется развертывание интеллектуальной сети. В долгосрочной перспективе технологии двунаправленной зарядки (V2G) позволят подключать транспортные средства к интеллектуальным зарядным устройствам для балансировки системы. Электромобили будут поддерживать стабильность сети, а не быть узким местом для требований балансировки сети.

Интеграция интеллектуальных сетей и смягчение последствий изменения климата

· Интеграция возобновляемой энергии: содействие декарбонизации

Источники возобновляемой энергии, такие как солнечная и ветровая энергия, играют ключевую роль в сокращении выбросов углекислого газа. Интеллектуальные сети обеспечивают беспрепятственную интеграцию и управление этими нестабильными источниками энергии, способствуя созданию более экологичной энергетической структуры.

o По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), к 2050 году возобновляемая энергия может обеспечивать до 86% мирового энергоснабжения, что внесет значительный вклад в смягчение последствий изменения климата.

Инвестиции в электросети растут, появляются более амбициозные сетевые планы по содействию электрификации экономики и интеграции возобновляемых источников энергии

Инвестиции в электросети выросли примерно на 8% в 2022 году, поскольку как развитые, так и развивающиеся страны ускорили инвестиции для поддержки и обеспечения электрификации зданий, промышленности и транспорта, а также включения переменных возобновляемых источников энергии в энергосистему.

· Накопление энергии и гибкость сети: смягчение перерывов в подаче электроэнергии

Системы хранения энергии имеют решающее значение для стабилизации сети и обеспечения стабильного электроснабжения от возобновляемых источников энергии. Интеллектуальные сети оптимизируют использование накопителей энергии, снижая зависимость от резервных источников ископаемого топлива.

o По данным Global Battery Alliance, развертывание систем хранения энергии может привести к сокращению выбросов углекислого газа из энергетического сектора на 50% к 2050 году.

· Распределенные энергетические ресурсы (Distributed Energy Resources, DER): расширение возможностей локализованных решений

Распределенные энергетические ресурсы, такие как солнечные панели на крышах и небольшие ветряные турбины, повышают устойчивость сети и снижают потери при передаче за счет производства электроэнергии ближе к точкам потребления.

o Исследование Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) показывает, что интеграция DER может сократить выбросы парниковых газов на 5-10% в течение следующего десятилетия.

· Мониторинг в режиме реального времени и анализ данных: точность в действии

Интеллектуальные сети используют мониторинг в режиме реального времени и анализ данных для оптимизации распределения энергии, сокращения отходов и повышения общей эффективности.

o Министерство энергетики США (DOE) предполагает, что передовой анализ данных может привести к экономии энергии до 10% в зданиях, что напрямую повлияет на выбросы углекислого газа.

Инвестиции в цифровую инфраструктуру в сетях передачи и распределения электроэнергии, 2015-2022 гг.

Интеллектуальные сети могут обеспечить интеграцию в сеть зарядки электромобилей, обеспечивая видимость и контроль для решения проблем с узкими местами в сети. Цифровая инфраструктура становится все более важной в электросетях, как в распределении, так и в передаче. Инвестиции в сетевую инфраструктуру выросли примерно на 7% в 2022 году по сравнению с 2021 годом. Были сделаны значительные инвестиции и достигнут прогресс в развитии общественной инфраструктуры для электромобилей, которая продолжала расширяться в 2022 году, увеличившись более чем на 75% за год.

Преимущества и воздействие

· Сокращение углеродного следа за счет эффективной работы

Интеллектуальные сети обеспечивают лучшее управление спросом и балансировку нагрузки, уменьшая необходимость в работе неэффективных и углеродоемких резервных электростанций во время пикового спроса.

o По оценкам Европейской комиссии, широкое внедрение интеллектуальных сетей может привести к сокращению выбросов парниковых газов на 9% к 2030 году.

o По данным Международного энергетического агентства (МЭА), повышение энергоэффективности с помощью технологий интеллектуальных сетей может сократить глобальное потребление электроэнергии примерно на 10% и сократить выбросы углекислого газа примерно на 1,5 миллиарда метрических тонн к 2040 году.

· Усиление устойчивости перед лицом климатических экстремальных явлений

Интеллектуальные сети повышают устойчивость сети за счет быстрого выявления и изоляции неисправностей, сведения к минимуму времени простоя во время экстремальных погодных явлений и сокращения углеродного следа, связанного с обслуживанием сети.

o Научно-исследовательский институт электроэнергетики (EPRI) предполагает, что интеллектуальные сети могут предотвратить до 80% отключений, тем самым минимизируя выбросы CO2, возникающие в результате сбоев в сети.

· Повышение энергоэффективности для устойчивого роста

Интеллектуальные счетчики и данные в режиме реального времени позволяют потребителям контролировать и управлять своим энергопотреблением, что приводит к сокращению потерь энергии и снижению выбросов.

o Американский совет по экономии энергоэффективности (ACEEE) утверждает, что одни только интеллектуальные счетчики могут привести к экономии энергии на 5-15%, что приведет к сокращению выбросов CO2.

o Например, Европейский союз поставил цель к 2020 году оснастить не менее 80% домохозяйств интеллектуальными счетчиками, что может привести к экономии энергии до 9% в потреблении электроэнергии.

Проблемы и соображения

Хотя потенциальные выгоды от интеграции интеллектуальных сетей со смягчением последствий изменения климата существенны, необходимо решить ряд проблем:

Инвестиции в инфраструктуру: переход к интеллектуальным сетям требует значительных первоначальных инвестиций в технологии и инфраструктуру. Правительства, коммунальные предприятия и заинтересованные стороны должны сотрудничать для финансирования этих достижений.

Конфиденциальность и безопасность данных: Интеллектуальные сети генерируют огромные объемы данных, что вызывает опасения по поводу конфиденциальности и кибербезопасности. Обеспечение защиты потребительских данных и работы сети имеет первостепенное значение.

Совместимость и стандарты: Разработка общих стандартов для протоколов связи и форматов данных необходима для обеспечения беспрепятственной интеграции различных компонентов интеллектуальной сети.

Неадекватная рыночная структура: структура рынка и нормативно-правовая база в большинстве стран не обеспечивают механизм для заключения договоров об услугах гибкости между операторами распределительных систем (DSO) и потребителями.

Политика и нормативно-правовая база:

Правительства играют ключевую роль в создании благоприятной среды для развертывания интеллектуальных сетей. Поддерживающая политика, такая как стимулы для внедрения технологий, механизмы ценообразования на выбросы углерода и мандаты на возобновляемую энергию, может ускорить интеграцию интеллектуальных сетей и способствовать смягчению последствий изменения климата. Разработка всеобъемлющей политической структуры имеет решающее значение для успешной реализации и максимизации преимуществ интеллектуальных сетей для сокращения выбросов парниковых газов (Greenhouse Gas, GHG). Вот некоторые политические рекомендации и соображения для создания эффективной политики в отношении интеллектуальных сетей:

Установите четкие целевые показатели в отношении возобновляемой энергии: Установите амбициозные целевые показатели для интеграции возобновляемых источников энергии в энергетический баланс. Эти целевые показатели должны соответствовать более широким климатическим целям и стимулировать внедрение технологий интеллектуальных сетей, которые облегчают интеграцию возобновляемой энергии.

Стимулы для внедрения технологий: Предоставьте финансовые стимулы, гранты, налоговые льготы или субсидии коммунальным предприятиям и потребителям за внедрение технологий интеллектуальных сетей. Это может помочь компенсировать первоначальные затраты на внедрение и ускорить развертывание технологий.

Правила конфиденциальности и безопасности данных: Установите строгие правила конфиденциальности и безопасности данных, чтобы обеспечить защиту сбора, передачи и хранения данных о потреблении энергии от киберугроз и несанкционированного доступа.

Поддержка хранения энергии: Предоставьте стимулы для развертывания систем хранения энергии, таких как батареи, которые могут накапливать избыточную возобновляемую энергию для использования в периоды пикового спроса или когда выработка возобновляемой энергии низкая.

Инвестиции в исследования и разработки: Выделите финансирование для исследовательских и опытно-конструкторских работ, направленных на развитие технологий интеллектуальных сетей, хранение энергии, алгоритмы реагирования на спрос и интеграцию новых технологий, таких как электромобили.

Приняв целостную и адаптируемую политическую структуру, учитывающую нормативные, экономические, технические и социальные аспекты, правительства могут создать среду, способствующую широкому внедрению технологий интеллектуальных сетей и существенному сокращению выбросов GHG из энергетического сектора.

Заключение

Конвергенция интеллектуальных сетей и смягчения последствий изменения климата является не только императивом, но и возможностью революционизировать энергетический ландшафт. Содействуя интеграции возобновляемых источников энергии, повышая энергоэффективность и повышая устойчивость сети, интеллектуальные сети могут внести значительный вклад в сокращение выбросов парниковых газов и продвижение глобальной борьбы с изменением климата. Взаимосвязь между изменением климата и интеллектуальными сетями является ключевой и симбиотической и имеет значительные перспективы для решения проблем, связанных с изменением нашего климата. Интеллектуальные сети с их передовыми технологиями и интеллектуальными системами предлагают многогранный подход как к смягчению последствий изменения климата, так и к адаптации к его последствиям.

Конвергенция новых технологий, таких как 5G, Интернет вещей (Internet of Things, IoT) и искусственный интеллект (Artificial Intelligence, AI), с интеллектуальными сетями открывает огромный потенциал для еще большего смягчения последствий изменения климата. Эти технологии могут повысить гибкость сети, оптимизировать торговлю энергией и обеспечить более сложное управление спросом. Поскольку правительства, отрасли и частные лица принимают эту трансформацию, более чистое и устойчивое будущее становится достижимой реальностью.

Ссылки –

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