Sinds het einde van de 19e eeuw zijn stroomdistributiesystemen (vaak netwerken genoemd) de belangrijkste elektriciteitsbron ter wereld.Wanneer deze netwerken worden aangelegd, werken ze heel eenvoudig: ze genereren elektriciteit en sturen deze naar huizen, gebouwen en overal waar elektriciteit nodig is.
Maar naarmate de vraag naar elektriciteit toeneemt, is een efficiënter elektriciteitsnet nodig.Moderne ‘smart grid’-stroomdistributiesystemen die nu over de hele wereld worden gebruikt, vertrouwen op de modernste technologie om de efficiëntie te optimaliseren.Dit artikel onderzoekt de definitie van een slim netwerk en de belangrijkste technologieën die het slim maken.
Wat isslimme netwerktechnologie?
Een smart grid is een energiedistributie-infrastructuur die tweerichtingscommunicatie biedt tussen nutsbedrijven en klanten.Digitale technologieën die slimme netwerktechnologieën mogelijk maken, zijn onder meer stroom-/stroomsensoren, besturingsapparatuur, datacentra en slimme meters.
Sommige slimme netwerken zijn slimmer dan andere.Veel landen hebben veel moeite gedaan om verouderde distributienetten om te zetten in slimme netwerken, maar de transformatie is complex en zal jaren of zelfs decennia duren.
Voorbeelden van smart grid-technologieën en smart grid-componenten
Slimme meters – Slimme meters zijn de eerste stap in het bouwen van een slim netwerk.Slimme meters verstrekken gegevens over het energieverbruik op het gebruikspunt aan klanten en nutsbedrijven.Ze bieden informatie over energieverbruik en kosten om gebruikers te waarschuwen om energieverspilling te verminderen en helpen leveranciers de distributiebelastingen over het elektriciteitsnet te optimaliseren.Slimme meters bestaan over het algemeen uit drie hoofdsubsystemen: een energiesysteem om het energieverbruik te meten, een microcontroller om de technologie in de slimme meter te beheren, en een communicatiesysteem om gegevens over energieverbruik/opdracht te verzenden en ontvangen.Bovendien kunnen sommige slimme meters beschikken over back-upstroom (wanneer de hoofddistributielijn uitvalt) en GSM-modules om de locatie van de meter voor veiligheidsdoeleinden te bepalen.
De mondiale investeringen in slimme meters zijn de afgelopen tien jaar verdubbeld.In 2014 bedroegen de wereldwijde jaarlijkse investeringen in slimme meters $11 miljoen.Volgens Statista bedragen de mondiale investeringen in slimme meters in 2019 21 miljoen dollar, rekening houdend met de systeemefficiëntiewinsten die voortvloeien uit de implementatie van slimme meters.
Slimme lastcontroleschakelaars en distributieschakelborden – Hoewel slimme meters realtime gegevens kunnen leveren aan nutsbedrijven, controleren ze niet automatisch de distributie van energie.Om de stroomdistributie tijdens piekgebruiksperioden of naar specifieke gebieden te optimaliseren, gebruiken elektriciteitsbedrijven apparaten voor energiebeheer, zoals intelligente lastcontroleschakelaars en schakelborden.Deze technologie bespaart aanzienlijke hoeveelheden energie door onnodige distributie te verminderen of door automatisch ladingen te beheren die de toegestane gebruikslimieten hebben overschreden.Om de stroomdistributie tijdens piekgebruiksperioden of naar specifieke gebieden te optimaliseren, gebruiken elektriciteitsbedrijven apparaten voor energiebeheer, zoals intelligente lastcontroleschakelaars en schakelborden.Deze technologie bespaart aanzienlijke hoeveelheden energie door onnodige distributie te verminderen of door automatisch ladingen te beheren die de toegestane gebruikslimieten hebben overschreden.
De stad Wadsworth, Ohio, maakt bijvoorbeeld gebruik van een elektriciteitsdistributiesysteem dat in 1916 is gebouwd. De stad Wadsworth werkt samen met Itron, een fabrikant vanSlimme lastcontroleschakelaars(SLCS), om het elektriciteitsverbruik van het systeem met 5.300 megawattuur te verminderen door SLCS in huizen te installeren om airconditioningcompressoren te laten draaien tijdens piekperiodes van elektriciteitsverbruik.Automatisering van het energiesysteem – De automatisering van het energiesysteem wordt mogelijk gemaakt door smart grid-technologie, waarbij gebruik wordt gemaakt van de modernste IT-infrastructuur om elke schakel in de distributieketen te controleren.Geautomatiseerde energiesystemen maken bijvoorbeeld gebruik van intelligente gegevensverzamelingssystemen (vergelijkbaar met die van slimme meters), energiecontrolesystemen (zoals slimme lastcontroleschakelaars), analytische hulpmiddelen, computersystemen en algoritmen voor energiesystemen.De combinatie van deze belangrijke componenten zorgt ervoor dat het netwerk (of meerdere netwerken) zichzelf automatisch kan aanpassen en optimaliseren, met beperkte menselijke interactie.
Implementatie van slimme netwerken
Wanneer digitale tweerichtingscommunicatie- en automatiseringstechnologieën in het slimme elektriciteitsnet worden geïmplementeerd, zullen een aantal veranderingen in de infrastructuur de efficiëntie van het elektriciteitsnet maximaliseren.De implementatie van het Smart Grid heeft de volgende veranderingen in de infrastructuur mogelijk gemaakt:
1.Gedecentraliseerde energieproductie
Omdat het smart grid de energiedistributie continu kan monitoren en controleren, is er niet langer één grote energiecentrale nodig om elektriciteit op te wekken.In plaats daarvan kan elektriciteit worden geproduceerd door veel gedecentraliseerde energiecentrales, zoals windturbines, zonneparken, fotovoltaïsche zonnepanelen voor woningen, kleine waterkrachtcentrales, enz.
2.Gefragmenteerde markt
Slimme netwerkinfrastructuur ondersteunt ook de verbinding van meerdere netwerken als een manier om op intelligente wijze energie te delen tussen traditionele gecentraliseerde systemen.Zo hadden gemeenten in het verleden aparte productiefaciliteiten die niet verbonden waren met buurgemeenten.Met de implementatie van een smart grid-infrastructuur kunnen gemeenten bijdragen aan een gedeeld productieplan om de productieafhankelijkheid bij stroomuitval te elimineren.
3.Kleinschalige transmissie
Een van de grootste energieverspillingen in het elektriciteitsnet is de distributie van energie over lange afstanden.Aangezien slimme netwerken de productie en markten decentraliseren, wordt de netto distributieafstand binnen een slim netwerk aanzienlijk verkleind, waardoor de distributieverspilling wordt verminderd.Stel je bijvoorbeeld een klein gemeenschappelijk zonnepark voor dat 100% van de elektriciteitsbehoefte van de gemeenschap overdag opwekt, op slechts 1 km afstand.Zonder een lokaal zonnepark zal de gemeenschap mogelijk stroom moeten betrekken van een grotere elektriciteitscentrale 100 kilometer verderop.De energieverliezen die worden waargenomen tijdens de transmissie van elektriciteitscentrales op afstand kunnen honderd keer groter zijn dan de transmissieverliezen die worden waargenomen door lokale zonneparken.
4.Tweezijdige distributie
In het geval van lokale zonneparken kan er sprake zijn van een situatie waarin het zonnepark meer energie kan opwekken dan de gemeenschap verbruikt, waardoor er een energieoverschot ontstaat.Deze overtollige energie kan vervolgens worden gedistribueerd naar het slimme netwerk, waardoor de vraag van afgelegen energiecentrales wordt verminderd.
In dit geval stroomt er overdag energie van het zonnepark naar het niet-gemeenschappelijke hoofdnet, maar wanneer het zonnepark inactief is, stroomt er energie van het hoofdnet naar die gemeenschap.Deze bidirectionele energiestroom kan worden gemonitord en geoptimaliseerd door algoritmen voor stroomverdeling om ervoor te zorgen dat op elk moment tijdens het gebruik de minste hoeveelheid energie wordt verspild.
In een slimme netwerkinfrastructuur met bidirectionele distributie en gedecentraliseerde netwerkgrenzen kunnen gebruikers optreden als microgeneratoren.Individuele woningen kunnen bijvoorbeeld worden uitgerust met zelfstandige fotovoltaïsche zonnesystemen die tijdens gebruik elektriciteit opwekken.Als het residentiële PV-systeem overtollige energie genereert, kan deze energie aan het grotere elektriciteitsnet worden geleverd, waardoor de behoefte aan grote gecentraliseerde energiecentrales verder wordt verminderd.
Het belang van een slim netwerk
Op macro-economisch niveau zijn slimme netwerken van cruciaal belang voor het terugdringen van het elektriciteitsverbruik.Veel lokale nutsbedrijven en overheden bieden genereuze en agressieve maatregelen om deel te nemen aan de adoptie van slimme netwerken, omdat dit financieel en ecologisch gunstig is.Door een slim elektriciteitsnet in te voeren kan de energieproductie worden gedecentraliseerd, waardoor het risico op stroomuitval wordt geëlimineerd, de exploitatiekosten van het energiesysteem worden verlaagd en onnodig energieverspilling wordt geëlimineerd.
Posttijd: 15 maart 2023