New York City brinner av elektrisk glans. John Wang/Digital Vision/Getty Images Det är den största maskinen i världen - en elektrisk tappning byggd på ett skelett från tidigt 1900 -talsteknik. Resten är en hodgepodge, ett sekels värde av innovationer ympade på en föråldrad ram. Än, för den längsta tiden, det amerikanska elnätet har slagit på oförändrat och sällan utmanat, med en växande befolkning fjättrad i sina göm vid varje tänkbar elektrisk pryl och apparat.
Mer än 300, 000 miles (482, 803 kilometer) vidsträckta överföringslinjer vrider och väver genom USA och, för det mesta, elnätet utför sitt jobb mycket bra. Faktiskt, de USA:s energidepartement (DOE) ger den 99,97 procents tillförlitlighet. Men trots systemets stora storlek, några avbrott räcker för att blöda amerikaner på minst 150 miljarder dollar årligen.
Kom ihåg, el måste användas så snart den genereras. Ett kraftverk kan inte bara lagra ett överskott av energi för att driva luftkonditioneringsapparater under nästa värmebölja. Under tiden, en växande befolkning fortsätter att ansluta fler och fler energisugna prylar och apparater till nätet. Hur länge kan odjuret skaka på sig utan att kollapsa under stammen?
För att ta itu med det nuvarande elnätets brister och förbereda sig för framtiden, DOE hoppas kunna genomföra ett antal förändringar under de kommande åren. Planen är att övergå till en mer effektiv version av det nuvarande elnätet, kallade den smarta elnät .
I den här artikeln, vi kör igenom de viktigaste problemen med det nuvarande systemet, hur det smarta nätet kommer att hantera dessa frågor, och precis vilken typ av kortsiktiga och långsiktiga mål spelar in i ansträngningen.
Innehåll
En livsmedelsaffär överväger ett kylskåp fullt av mat under en tre veckor lång, 2006 blackout i New York City. Enligt DOE, fem stora strömavbrott har inträffat under de senaste 40 åren. Tre av dessa inträffade under de senaste nio åren. Chris Hondros/Getty Images News/Getty Images För att förstå värdet av smart grid -övergången, du måste först förstå några av de viktigaste problemen med det nuvarande systemet. Dagens elnät, fast överbelastad, är faktiskt ganska pålitlig. Det gör att områden kan dela elektriska resurser för att hålla allas kretsar flytande. Går vidare, dock, systemet måste utvecklas för att hålla jämna steg med modern teknik och bibehålla hållbarhet.
Att fördela kraft genom nätet är en slags jonglering. Strömförbrukningen i ett visst område varierar beroende på tid på dagen och säsong på året. Om temperaturen stiger och fler människor slår på sina luftkonditioneringsapparater, då kräver området som helhet mer kraft. Men eftersom kraftverk bara kan släcka så mycket energi, ibland misslyckas jonglering. Förr, det enda sättet att lösa detta problem var helt enkelt att bygga ut nätet och bygga fler kraftverk, vilket höjer elkostnaderna.
Om du tycker att du tappar bollar medan du jonglerar, då är en möjlig lösning att bli en bättre jonglör. DOE tillskriver många stora och regionala strömavbrott till långsamma svarstider och dålig sikt - brister som effektivt åtgärdas genom automatiserade system och ett strömlinjeformat system för distribution av kraft. Som det är, USA:s elnät är beroende av en centralt planerad och kontrollerad infrastruktur. Jonglören är överskattad, och vi fortsätter att kasta nya bollar i mixen.
Dessa strömavbrott kostar privatpersoner och företag miljoner. Inte bara skulle ett mer effektivt system kringgå många av de potentiella avbrotten, men det kan också göra underverk för miljön. DOE uppskattar att om nätet bara var 5 procent mer effektivt, energibesparingarna skulle motsvara bränsle- och växthusutsläppen från 53 miljoner bilar. Eftersom USA står för 25 procent av världens utsläpp av växthus, denna förändring kan gå långt för att minska effekterna av klimatförändringar.
Till sist, det finns säkerhet att tänka på. Nätets centraliserade struktur ger också ett lockande mål för alla som vill göra något åt det. Dessutom, eftersom andra delar av nätet tar upp slack för underpresterande sektioner, en strategisk träff kan också utlösa en dominoeffekt.
En sändare hjälper till att hantera flödet av el under en värmebölja 2004 i Kalifornien. Notera kartan som spårar flödet av el genom hela staten. David McNew/Getty Images News/Getty Images För att ta itu med problemen som diskuterades i föregående avsnitt, USA:s energidepartement planerar att rulla ut en mindre centraliserad, producent-interaktivt nätverk. Naturligtvis, ingen enda fix kan hantera denna förändring. Många koncept, filosofier och teknik går in på att styra systemet till en mer effektiv framtid. Här är två av de stora.
Avancerad mätinfrastruktur (AMI):Detta är en aspekt av det smarta nätet som du redan kan hitta i många hem och företag. Syftet är att ta bort mysteriet och gissningarna ur personlig energiförbrukning. Istället för att bara vänta på räkningen eller stirra förbluffad på de snurrande urtavlorna på effektmätaren utanför, användare kan nu använda wattläsare för att kontrollera hur mycket juice deras apparater och prylar använder. I framtiden, detta koncept kan gå ännu längre. Tänk dig att kolla termostaten och se prisuppgifterna ticka förbi. Hur kan det påverka ditt beslut att sätta igång värmen en kall kväll? Genom att ge användarna mer information om den kraft de använder kan de finjustera sitt eget bevarande för att slippa onödigt avfall.
Visualiseringsteknik :Tänk tillbaka på jonglöranalogin. Detta är framtidens smarta nät jonglör:ett automatiserat datorsystem som direkt kan reagera på ebben och flödet av energiproduktion och efterfrågan över nätet. DOE nämner särskilt ett projekt:Oak Ridge National Laboratory Visualisera energiresurser dynamiskt på jorden (VERDE) system, byggd på Google Earth -plattformen. Förutom VERDE, DOE planerar att använda Fasormätningsenheter (PMU) för att hålla exakt koll på elektrisk användning i hela smartnätet och ta gissningarna ur att leverera tillräcklig ström.
Om allt går enligt plan, dessa två tillvägagångssätt kommer att leda till en situation där både användaren och den automatiska distributören av elen har mycket mer information - och därmed kraft - över elflödet. Detta, i tur och ordning, möjliggör mer ansvarsfulla utgifter runt om - från kraftproduktionsanläggningar till hemmabiocentret i slutet av linjen.
En Houston, Texas -arbetare installerar en smart mätare för CenterPoint Energy den 5 juni, 2009. Elföretaget, som betjänar 2,2 miljoner kunder i storstadsområdet, räknar med att spendera 1 miljard dollar på smart grid -teknik. AP Photo/Pat Sullivan Det smarta nätet är inte något du kan förvänta dig att helt enkelt vakna till och hitta arbete i ditt hem. Och, till skillnad från USA:s övergång från 2009 från analog till digital TV, en regeringskupong och en resa till din lokala Wal-Mart kommer inte att räcka för att få det att hända, antingen. Det finns många babysteg på vägen till ett bättre, ett mer hållbart elsystem. Här är bara några av dem:
Smarta mätare och termostater :Från och med juli 2009, dessa uppdateringar om traditionella effektmätare och termostater hade tagit sig in i 8,3 miljoner amerikanska hem [källa:Merchant]. Mätarna ger både användaren och elnätet mer detaljerad användningsinformation. Smarta termostater är programmerbara och WiFi -utrustade för att hålla reda på väderprognosen. Dessa funktioner möjliggör en mer finjusterad och effektiv användning av uppvärmning och kyla i hemmet.
Engagerade användare :Det mänskliga elementet är viktigt för alla bevaranderörelser och det smarta nätet är inget undantag. Detta innebär bättre information om allmänheten om de personliga och övergripande fördelarna med energibesparing i hemmet.
Optimerade kraftverk :När det smarta rutnätet tar form, det automatiserade systemet möjliggör en mer kortfattad jonglering av resurser. Med en djupare, realtidsförståelse av energibehov är som att veta exakt hur många gäster du har middag. Utan så mycket gissningar, du går ner på matlistan utan att vara rädd för att någon ska bli hungrig - eller maktlös. Detta gör det också möjligt för kraftverk som kan vara skadliga för miljön att ta baksätet till renare, förnybara källor.
Förnybar energi :Den sömlösa integrationen av förnybara energikällor är en viktig del av smart nätintegration. Fossila bränsleförbränning och vattenkraftverk försvinner inte, men vindkraftparker och solceller kommer att ge en ökande andel av den totala kraftproduktionen för ett visst område.
Statliga och federala förordningar :Onödigt att säga, lag och politik spelar en enorm roll i driften av det befintliga elnätet. Den smarta nätövergången, därför, innebär naturligtvis stadig handling på båda nivåerna. Ett antal stater har redan antagit standarder för förnybar energi för att främja förnybar energi. Under tiden, ett antal regler för att stödja nödvändiga lagar och tekniska framsteg fortsätter att gå fram via federala kanaler.
DOE planerar att skapa det smarta nätet av både stora och små innovationer. I framtiden, ny teknik som termisk lagring, förbättrade litiumjonbatterier och supraledande strömkablar kommer att påskynda processen ytterligare.
Utforska länkarna på nästa sida för att lära dig hur dessa förändringar kommer att påverka ditt liv.
VetenskapGrön vetenskapHur Smart Grid kommer att fungeraScienceEnergiproduktion Förstå Smart Grid TechnologyScienceBärbar teknik i samhälletHow Grid Energy Storage WorksScienceGreen ScienceHow Living from the grid WorksScienceEnergy ProductionHow to Sell Electric Back to the gridScienceEnergy ProductionTop 5 Energy Gridcr UnderhållningBrain GamesHow Power Grid Works AutoFuel EconomyGas vs.Grid:Bensin och elektricitet vetter mot AutoPlug-in-hybriderLaddningsplugghybrider på ett smart nät
Källor
